金属材料学实验：1-工程结构钢显微组织观察

1、工程结构用钢的显微组织观察工程结构用钢的显微组织观察 实验目的：实验目的： 1.了解工程结构用钢的分类及应用 2.掌握工程结构用钢的热处理工艺及显微组织 定义：定义： 用于制造各种大型金属结构（如桥梁、船舶、屋架、锅炉及用于制造各种大型金属结构（如桥梁、船舶、屋架、锅炉及 压力容器等）的钢材，又称为压力容器等）的钢材，又称为构件构件用钢。用钢。 性能要求：性能要求： 1 1）综合力学性能：足够高的强度、良好的塑性；）综合力学性能：足够高的强度、良好的塑性； 2 2）良好的工艺性能：即冷变形及焊接性能好；）良好的工艺性能：即冷变形及焊接性能好； 3 3）良好的耐腐蚀性。）良好的耐腐蚀性。 组织：

2、组织： 热轧态或正火态使用的低碳钢，组织为热轧态或正火态使用的低碳钢，组织为F+PF+P；B B或或M M 分类：分类： 工程结构钢包括工程结构钢包括碳素结构用钢碳素结构用钢与与低合金结构用钢，碳素结构低合金结构用钢，碳素结构 用钢：用钢：含碳量约含碳量约0.050.050.700.70，个别可高达，个别可高达0.900.90，可分，可分 为为普通碳素结构钢普通碳素结构钢和和优质碳素结构钢优质碳素结构钢两类。两类。 1.1.普通碳素结构钢普通碳素结构钢 又称普通碳素钢。含碳量又称普通碳素钢。含碳量0.060.060.22%0.22%，以小于，以小于0.25%0.25%最为最为 常用。属于低碳钢

3、，每个金属牌号表示该钢种在厚度小于常用。属于低碳钢，每个金属牌号表示该钢种在厚度小于 16mm16mm时的最低屈服点。时的最低屈服点。 1 1）性能特点：）性能特点：冶炼容易，工艺性好，价格便宜，产量大冶炼容易，工艺性好，价格便宜，产量大 2 2）表示方法：）表示方法： Q XXX A F 屈服强度字母屈服强度字母 屈服强度值（屈服强度值（MPaMPa） 质量等级：质量等级：A A、B B、C C、D D 硫磷含量减少（质量提高）硫磷含量减少（质量提高） 脱氧脱氧 方法方法 沸腾钢沸腾钢F F 半镇静钢半镇静钢b b 镇静钢镇静钢Z Z 特殊镇静钢特殊镇静钢TZTZ 3）普通碳素结构钢牌号）普

4、通碳素结构钢牌号（GB/T700-2006） 牌号牌号等级等级化学成分化学成分脱氧方法脱氧方法 CMnSiSP Q1950.060.120.250.500.300.0500.045F、b、Z Q215A0.090.150.250.550.300.0500.045F、b、Z B0.045F、b、Z Q235A0.140.220.300.650.300.0500.045F、b、Z B0.120.200.300.700.045 C0.180.350.180.0400.040Z D0.170.0350.035TZ Q255A0.180.280.400.700.300.0500.045F、b、Z B0.

5、045 Q2750.280.380.500.800.350.0500.045b、Z Q235Q235建筑工程中常用的碳素结构钢冶炼方便，成本较低，建筑工程中常用的碳素结构钢冶炼方便，成本较低， 广泛应用。既具有较高的强度，又具有较好的塑性和韧性，可广泛应用。既具有较高的强度，又具有较好的塑性和韧性，可 焊性也好，故能满足一般钢结构和钢混结构的用钢要求，对加焊性也好，故能满足一般钢结构和钢混结构的用钢要求，对加 热、急冷时的敏感性较小。角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型热、急冷时的敏感性较小。角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型 钢，用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车钢，用以制作钢筋或建造

6、厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车 辆辆 Q195Q195、Q215Q215虽塑性很好，但强度太低，常用作生产一般使虽塑性很好，但强度太低，常用作生产一般使 用的钢钉、铆钉、螺栓及铁丝等。用的钢钉、铆钉、螺栓及铁丝等。 Q255Q255、Q275Q275强度高但塑性较差，常用于生产机械零件和工强度高但塑性较差，常用于生产机械零件和工 具等。具等。 选用原则选用原则根据结构的重要性，荷载特征，连接方法，工作根据结构的重要性，荷载特征，连接方法，工作 温度等不同情况选择钢号和材质。温度等不同情况选择钢号和材质。 2.2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢 同时保证钢的化学成分和机械性能。同时保证钢的化学成

7、分和机械性能。 其牌号用两位数字表示，其牌号用两位数字表示，表示钢中平均含碳量的万分之几表示钢中平均含碳量的万分之几。 4545钢：表示钢中含碳量为钢：表示钢中含碳量为0.45%0.45%； 0808钢：表示钢中含碳量为钢：表示钢中含碳量为0.08%0.08%。 1)1)小于小于0.25%C0.25%C为为低碳结构钢低碳结构钢，20G20G则是制造普通锅炉的主要材则是制造普通锅炉的主要材 料。此外，低碳钢也广泛地作为渗碳钢，用于机械制造业料。此外，低碳钢也广泛地作为渗碳钢，用于机械制造业 2)0.252)0.250.60%C0.60%C为为中碳结构钢。中碳结构钢。 45 45钢钢最为典型最为典

8、型 3)3)大于大于0.6%C0.6%C为为高碳结构钢高碳结构钢，多用于制造弹簧，多用于制造弹簧齿轮齿轮轧辊等。轧辊等。 优质碳素结构钢主要用于制造机械零件，一般都要经过热处优质碳素结构钢主要用于制造机械零件，一般都要经过热处 理以提高机械性能。理以提高机械性能。 优质碳素结构钢中优质碳素结构钢中0808、1010、1515、2020、2525等牌号属于低碳钢等牌号属于低碳钢 ，其塑性好，易于拉拔、冲压、挤压、锻造和焊接。其中，其塑性好，易于拉拔、冲压、挤压、锻造和焊接。其中 2020钢钢用途最广，常用来制造螺钉、螺母、垫圈、小轴以及用途最广，常用来制造螺钉、螺母、垫圈、小轴以及 冲压件、焊接

9、件，有时也用于制造渗碳件。冲压件、焊接件，有时也用于制造渗碳件。 3030、3535、4040、4545、5050、5555等牌号属于中碳钢，因钢中珠光等牌号属于中碳钢，因钢中珠光 体含量增多，其强度和硬度较前提高，淬火后的硬度可显体含量增多，其强度和硬度较前提高，淬火后的硬度可显 著增加。其中，以著增加。其中，以4545钢钢最为典型，它不仅强度、硬度较高最为典型，它不仅强度、硬度较高 ，且兼有较好的塑性和韧性，即综合性能优良。，且兼有较好的塑性和韧性，即综合性能优良。4545钢钢在机在机 械结构中用途最广，常用来制造轴、丝杠、齿轮、连杆、械结构中用途最广，常用来制造轴、丝杠、齿轮、连杆、 套

10、筒、键、重要螺钉和螺母等。套筒、键、重要螺钉和螺母等。 6060、6565、7070、7575等牌号属于高碳钢。它们经过淬火、回火等牌号属于高碳钢。它们经过淬火、回火 后不仅强度、硬度提高，且弹性优良，常用来制造小弹簧后不仅强度、硬度提高，且弹性优良，常用来制造小弹簧 、发条、钢丝绳、轧辊、发条、钢丝绳、轧辊 普通碳素结构钢普通碳素结构钢 Q235 Q235 退火态退火态 F+PF+P C：0.120.22%；Si 0.30%；Mn：0.300.70%； S 0.05%; P 0.045%; 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 1010钢钢 退火态退火态 F+P 137HBF+P 137HB C：0

11、.050.15%；Si：0.170.37%；Mn：0.350.65%；S 0.045%; P 0.045%; Cr0.155%； Ni0.30% 优质优质碳素结构钢碳素结构钢 2020钢钢 退火态退火态 F+P 156HBF+P 156HB C C：0.150.25%0.150.25%；SiSi：0.170.37%0.170.37%；MnMn：0.350.65%0.350.65%；S S 0.045%; P 0.045%; P 0.045%; Cr0.045%; Cr0.15%0.15%；NiNi0.30%0.30% 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 2020钢钢 淬火淬火 M M C C：0.1

12、50.25%0.150.25%；SiSi：0.170.37%0.170.37%；MnMn：0.350.65%0.350.65%；S S 0.045%; P 0.045%; P 0.045%; Cr0.045%; Cr0.15%0.15%；NiNi0.30%0.30% 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 35G 35G 退火态退火态 F+P 183HBF+P 183HB C C：0.300.40%0.300.40%；SiSi：0.170.37%0.170.37%；MnMn：0.500.80%0.500.80%； S S 0.045%; P 0.045%; P 0.045%;0.045%; CrCr0.

13、30%0.30%；NiNi0.30%0.30% 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 45G 45G 退火态退火态 F+P 192HBF+P 192HB C C：0.400.50%0.400.50%；SiSi：0.170.37%0.170.37%；MnMn：0.500.80%0.500.80%； S S 0.045%; P 0.045%; P 0.045%;0.045%; CrCr0.25%0.25%；NiNi0.30%0.30% 碳素结构钢碳素结构钢 45G 85045G 850 淬火淬火 M M C：0.420.50%；Si：0.170.37%；Mn：0.500.80%； S 0.045%; P

14、0.045%; Cr0.25%； Ni0.30% 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 45G 75045G 750 淬火淬火 M+FM+F C：0.420.50%；Si：0.170.37%；Mn：0.500.80%； S 0.045%; P 0.045%; Cr0.25%； Ni0.30% 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 45G 89045G 890 淬火淬火 （过热组织）（过热组织） M M粗针粗针+ M+ M粗板条粗板条 C：0.420.50%；Si：0.170.37%；Mn：0.500.80%； S 0.045%; P 0.045%; Cr0.25% ；Ni0.30% 优质碳素结构钢优质碳素结构

15、钢 65G 65G 退火态退火态 F+P 229HBF+P 229HB C：0.620.70%；Si：0.170.37%；Mn：0.500.80%； S 0.045%; P 0.045%; Cr0.25%；Ni0.25% 3.3.低合金结构钢低合金结构钢 低合金结构用钢：低合金结构用钢：是指在碳含量低于是指在碳含量低于0.25%0.25%的普通碳的普通碳 素钢的基础上，通过添加一种或多种少量合金元素素钢的基础上，通过添加一种或多种少量合金元素 （低于（低于3%3%），使钢的强度明显高于碳素结构钢的一类），使钢的强度明显高于碳素结构钢的一类 工程结构用钢。工程结构用钢。 用途：用途：主要用来制造

16、各种要求强度较高的工程结构，主要用来制造各种要求强度较高的工程结构， 例如船舶、车辆、高压容器、输油输气管道、大型钢例如船舶、车辆、高压容器、输油输气管道、大型钢 结构等，来替代碳素结构钢。结构等，来替代碳素结构钢。 根据国家标准根据国家标准GB/T1591-2008GB/T1591-2008，按，按 分分,8,8级（级（Q345Q345、Q390Q390、 Q420Q420、Q460Q460、Q500Q500、Q550Q550、Q620Q620、Q690Q690）: : 低强度级别低强度级别: :16Mn 16Mn （Q345Q345） 一般工程结构一般工程结构, ,广泛应用于桥梁、车辆、船

17、舶、建筑、压广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压 力容器等。力容器等。 中等强度级别中等强度级别: :15MnV15MnV（Q390Q390） 大型桥梁、锅炉、船舶、焊接结构大型桥梁、锅炉、船舶、焊接结构. . 高强度级别（高强度级别（500 MN/m500 MN/m2 2 ）: :18MnMoNb18MnMoNb（Q550Q550） 高压锅炉、高压容器高压锅炉、高压容器 热处理组织：热轧空冷热处理组织：热轧空冷 SF Q345Q345 （16Mn16Mn） 正火正火 F+PF+P C:0.13C:0.130.19;Si:0.200.19;Si:0.200.60;Mn:1.200.60;Mn:1.201.60; P0.030;S0.020;Ni0.30 1.6