金属工艺课件第四章工业用钢

1、第四章第四章 工业用钢工业用钢钢中元素对性能的影响钢中元素对性能的影响钢的选用钢的选用合金钢合金钢碳素钢碳素钢钢的分类和牌号钢的分类和牌号第一节第一节 钢中元素对性能的影响钢中元素对性能的影响一、碳一、碳 CC，钢的强度硬度，钢的强度硬度，塑性韧性，塑性韧性二、杂质元素二、杂质元素3.S FeS3.S FeS形式，形式，热脆热脆。增加。增加MnMn，可消除热脆。，可消除热脆。三、合金元素三、合金元素( (一一) )对钢中基本相的影响对钢中基本相的影响强化强化F F形成碳化物形成碳化物 2.Si2.Si脱氧剂，溶于脱氧剂，溶于F F，强化，强化F F。量少影响不显著。量少影响不显著4.P 4.P

2、 溶于溶于F F，室温下使钢变脆（，室温下使钢变脆（冷脆冷脆）1.Mn1.Mn清除清除FeOFeO，降脆；化合，降脆；化合MnSMnS，除，除S S。有益杂。有益杂质质( (二二) )对热处理的影响对热处理的影响1.细化晶粒细化晶粒2.提高淬透性提高淬透性3.提高回火稳定性提高回火稳定性 钢的回火稳定性：钢的回火稳定性： 钢在回火过程中，有马氏体的分解、残余奥氏体的转钢在回火过程中，有马氏体的分解、残余奥氏体的转变、碳化物的聚集长大及变、碳化物的聚集长大及相的回复再结晶四个阶段。合相的回复再结晶四个阶段。合金元素的加入可使这些过程推迟，因而钢的软化温度提金元素的加入可使这些过程推迟，因而钢的软

3、化温度提高，淬火钢加热时的抗软化能力就称为钢的回火稳定性。高，淬火钢加热时的抗软化能力就称为钢的回火稳定性。（三）对相图的影响（三）对相图的影响C C、N N、CoCo、 Cu Cu 、 Ni Ni 、 MnMn 扩大扩大A A区域；区域；CrCr、MoMo、W W、V V、TiTi、SiSi、AlAl缩小缩小A A区区域；域；第二节第二节 钢的分类和牌号钢的分类和牌号一、分类一、分类3. 3. 按冶炼方法按冶炼方法2. 2. 按品质按品质1. 1. 按化学成分按化学成分4. 4. 按用途按用途碳素钢碳素钢合金钢合金钢工业纯铁（工业纯铁（C0.0218%C0.0218%）低碳钢（低碳钢（C0.

4、25%C0.25%）中碳钢（中碳钢（0.250.250.60%0.60%）高碳钢（高碳钢（C0.60%C0.60%）低合金钢（合金低合金钢（合金5%5%）中合金钢（中合金钢（5 510%10%）高合金钢（合金高合金钢（合金10%10%）碳量相同时，合金钢的强度硬度高，塑性韧性相当（或略碳量相同时，合金钢的强度硬度高，塑性韧性相当（或略差）差） 非热处理状态非热处理状态合金钢淬透性好，适合制作大尺寸零件，淬火冷速慢（油淬）合金钢淬透性好，适合制作大尺寸零件，淬火冷速慢（油淬）合金钢回火稳定性好，工作温度较高合金钢回火稳定性好，工作温度较高合金元素量很高时，可形成特殊性能合金元素量很高时，可形成特

5、殊性能 合金钢与碳素钢的区别合金钢与碳素钢的区别2. 2. 按品质按品质普通钢（普通钢（P P、S S均均0.050%0.050%）优质钢（优质钢（P P、S S均均0.040%0.040%）高级优质钢（高级优质钢（P P、S S均均0.035%0.035%）3. 3. 按冶炼方法按冶炼方法按炉别分按炉别分按脱氧程按脱氧程度度平炉钢平炉钢转炉钢转炉钢电炉钢电炉钢沸腾钢沸腾钢镇静钢镇静钢 3. 3. 按冶炼方法按冶炼方法 4. 4. 按用途按用途 按炉别分按炉别分 按脱氧程度按脱氧程度平炉钢平炉钢转炉钢转炉钢电炉钢电炉钢沸腾钢沸腾钢镇静钢镇静钢碳素结构钢碳素结构钢低合金高强低合金高强度结构钢度结

6、构钢结构钢结构钢工具钢工具钢碳素工具钢碳素工具钢合金工具钢合金工具钢高速工具钢高速工具钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢耐磨钢耐磨钢特殊性能钢特殊性能钢普通结构钢普通结构钢优质结构钢优质结构钢调质钢调质钢弹簧钢弹簧钢轴承钢轴承钢二、牌号二、牌号（一）碳素钢：（一）碳素钢：1. 1. 碳素结构钢（普碳钢）碳素结构钢（普碳钢）Q + Q + 数字数字 最低屈服强度最低屈服强度s s的数值的数值 “ “屈屈”的第一个字母的第一个字母Q195Q195 屈服强度屈服强度s s 195Mpa 195Mpa的碳素结构的碳素结构钢钢Q235-AFQ235-AF 屈服强度屈服强度s s 235Mpa 235Mpa的的A

7、 A级沸腾钢级沸腾钢Q255Q255 屈服强度屈服强度s s 255Mpa 255Mpa的碳素结构钢的碳素结构钢A A、B B、C C、D D；F F、b b、Z Z、TZTZ2. 2. 优质碳素结构钢优质碳素结构钢：以平均含碳量万分数表示。以平均含碳量万分数表示。两位数字两位数字 + +（MnMn） 较高含较高含MnMn量量 含碳量的万分之几含碳量的万分之几08F08F 含碳量为含碳量为0.08%0.08%的优质碳素结构钢（沸腾钢）的优质碳素结构钢（沸腾钢）4545 含碳量为含碳量为0.45%0.45%的优质碳素结构钢的优质碳素结构钢55Mn55Mn 含碳量为含碳量为0.55%0.55%较高

8、含较高含MnMn量的优质碳素结构钢量的优质碳素结构钢 脱氧方法符号：脱氧方法符号： F表示沸腾钢；表示沸腾钢；b表示半镇静钢：表示半镇静钢：Z表示镇表示镇静钢；静钢；TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即即Z和和TZ都可不标。都可不标。 3. 3. 碳素工具钢：碳素工具钢：T7T7T T（碳）（碳） + + 两位两位( (一位一位) )数字数字 + +（MnMn）+ +（A A） 较高含较高含MnMn量量 含碳量的千分之几含碳量的千分之几 “ “碳碳”的第一个字母的第一个字母 含碳量为含碳量为0.7%0.7%的碳素工具钢的碳素工具钢T10MnAT10MnA

9、含碳量为含碳量为1.0%1.0%，较高含，较高含MnMn量的高级优质量的高级优质 碳素工具钢碳素工具钢（二）合金钢（二）合金钢1. 1. 低合金高强度结构钢（普低钢）低合金高强度结构钢（普低钢）Q + Q + 数字数字 最低屈服强度最低屈服强度s s的数值的数值 “ “屈屈”的第一个字母的第一个字母Q295(09MnNb)Q295(09MnNb) 屈服强度屈服强度s s 295Mpa 295Mpa的低合金的低合金 高强度结构钢高强度结构钢Q345(16Mn)Q345(16Mn) 屈服强度屈服强度s s 345Mpa 345Mpa的低合金高的低合金高 强度结构钢强度结构钢2. 2. 合金结构钢合

10、金结构钢20Cr20Cr两位数字两位数字 + + 元素元素 + + 元素量元素量 + +（A A） 高级优质高级优质 百分之几百分之几 合金元素合金元素 含碳量的万分之几含碳量的万分之几 含碳量为含碳量为0.20%0.20%、CrCr1.5%1.5%的合金结构钢的合金结构钢55Si2Mn55Si2Mn 含碳量为含碳量为0.55%0.55%、Si=2%Si=2%、MnMn1.5%1.5%的的 合金结构钢合金结构钢3. 3. 合金工具钢合金工具钢9SiCr9SiCr一位数字（无）一位数字（无）+ + 元素元素 + + 元素量元素量 含碳量的千分之几（含碳量的千分之几（C1.0%C1.0%不标）不标

11、） 含碳量为含碳量为0.90%0.90%、SiSi、CrCr均均1.5%1.5%的的 合金工具钢合金工具钢CrWMnCrWMn 含碳量含碳量1.0%1.0%、CrCr、W W、MnMn均均1.5%1.5%的的 合金工具钢合金工具钢4. 4. 特殊性能钢特殊性能钢4Cr9Si24Cr9Si2一位数字（无）一位数字（无）+ + 元素元素 + + 元素量元素量 含碳量的千分之几（含碳量的千分之几（C1.0%C1.0%不标）不标） 含碳量为含碳量为0.40%0.40%、Cr=9%Cr=9%、Si=2%Si=2%的的 特殊性能钢特殊性能钢2Cr132Cr13 含碳量为含碳量为0.2%0.2%、Cr=13

12、%Cr=13%的特殊性能钢的特殊性能钢Mn13Mn13 含碳量含碳量1.0%1.0%、Mn=13%Mn=13%的特殊性能钢的特殊性能钢注意注意：如何区别特殊性能钢和合金工具钢：如何区别特殊性能钢和合金工具钢？合金工具钢（合金结构钢）中合金元素的加入原则是：合金工具钢（合金结构钢）中合金元素的加入原则是：“少量多元少量多元”，其总量一般不超过，其总量一般不超过5 5% %；( (高合金工具钢例外）高合金工具钢例外）特殊性能钢中合金元素的加入是为了使钢获得某一方面特殊性能钢中合金元素的加入是为了使钢获得某一方面的特殊性能，某一种或两种元素的总量一般在的特殊性能，某一种或两种元素的总量一般在1010

13、% %以上。以上。第三节第三节 碳素钢碳素钢一、碳素结构钢一、碳素结构钢 成分及性能特点成分及性能特点1. 具体含碳量不标明（一般具体含碳量不标明（一般0.35%0.35%），），S S、P P高，价低，高，价低，工艺性好；强度级别低（不能热处理），通常用于制作不工艺性好；强度级别低（不能热处理），通常用于制作不重要的结构件。重要的结构件。2. 选用选用Q195：薄板、细丝、钢管：薄板、细丝、钢管Q215：钢筋、型钢、机器零件（拉杆、螺栓、螺母）：钢筋、型钢、机器零件（拉杆、螺栓、螺母）Q235：钢筋（普低钢替代）、一般载荷结构件：钢筋（普低钢替代）、一般载荷结构件Q255：普通工具、农机零件

14、、钢轨：普通工具、农机零件、钢轨二、优质碳素结构钢二、优质碳素结构钢 1.成分及性能特点成分及性能特点 S、P含量较少，化学成分控制严格，用于制作含量较少，化学成分控制严格，用于制作较重要的零件（小尺寸），一般热处理后使用。较重要的零件（小尺寸），一般热处理后使用。2. 2. 选用选用A A、低碳钢：、低碳钢：C0.25%C0.25%强度硬度低，塑性韧性好强度硬度低，塑性韧性好冲压成型或小尺寸渗碳件冲压成型或小尺寸渗碳件（齿轮）。（齿轮）。B B、中碳钢：、中碳钢：0.250.250.60%0.60%调质处理后，能获得良好的综合机械性能调质处理后，能获得良好的综合机械性能轴类件轴类件（齿轮）、

15、重要的键、螺栓。（齿轮）、重要的键、螺栓。C C、高碳钢：、高碳钢：0.600.600.80%0.80%强度硬度高，又有一定的塑性韧性，特别是淬火强度硬度高，又有一定的塑性韧性，特别是淬火+ +中温回中温回火后有很高的弹性极限火后有很高的弹性极限弹簧件；车轮、凸轮、高强弹簧件；车轮、凸轮、高强度钢丝（钢丝绳）。度钢丝（钢丝绳）。思考：思考：现有现有08F08F、2020、4545、Q235Q235、65Mn65Mn、5050等几种钢，要求制等几种钢，要求制作驾驶室、普通螺栓、曲轴、气门弹簧、凸轮，应如何作驾驶室、普通螺栓、曲轴、气门弹簧、凸轮，应如何选择？相应的热处理工艺如何？选择？相应的热处

16、理工艺如何？三、碳素工具钢三、碳素工具钢1. 1. 成分及性能特点成分及性能特点碳量高，碳量高，S S、P P少（均为优质钢或高级优质钢），用于少（均为优质钢或高级优质钢），用于制作工作温度低（制作工作温度低（250250）的小尺寸工具件。）的小尺寸工具件。2. 2. 选用选用T8T8、T9 T9 受冲击的工具，錾子、简单模具等受冲击的工具，錾子、简单模具等T10 T10 受轻微冲击的工具，锯条、刨刀等受轻微冲击的工具，锯条、刨刀等T12A T12A 不受冲击的工具，刮刀、量规等不受冲击的工具，刮刀、量规等热处理工艺：正火热处理工艺：正火 + + 球化退火球化退火 + + 淬火淬火 + + 低

17、温回火低温回火四、铸造碳钢四、铸造碳钢ZG200-400ZG200-400、ZG310-570ZG310-570一般用于制作形状较复杂，机械性能要求较高的大型一般用于制作形状较复杂，机械性能要求较高的大型构件（铸造性不如铸铁）。如大型齿轮、连轴器构件（铸造性不如铸铁）。如大型齿轮、连轴器ZG + ZG + 两组数字两组数字 最低屈服极限和最低抗拉强度最低屈服极限和最低抗拉强度第四节第四节 合金钢合金钢一、低合金高强度结构钢（普低钢）一、低合金高强度结构钢（普低钢）1. 1. 成分及性能特点成分及性能特点C0.25%C0.25%，合金，合金MnMn、SiSi、CrCr、TiTi、V V等总量等总

18、量3%3%，与，与碳素结构钢相比，强度硬度碳素结构钢相比，强度硬度，塑性韧性相当，耐蚀，塑性韧性相当，耐蚀性性。同等强度级别时，可减轻自重。同等强度级别时，可减轻自重202030%30%。工程。工程上用于制作重要结构件。上用于制作重要结构件。2. 2. 选用选用Q345Q345（16Mn16Mn） 桥梁、车辆车身、高压容器等桥梁、车辆车身、高压容器等二、优质合金结构钢二、优质合金结构钢（一）合金渗碳钢（一）合金渗碳钢 1.1.化学成分化学成分 C0.25%C0.25%，加入，加入CrCr、MnMn、TiTi等，提高淬等，提高淬 透性，提高硬度及耐磨性透性，提高硬度及耐磨性 2. 2. 热处理及

19、性能热处理及性能 正火正火 + + 渗碳渗碳 + + 淬火淬火 + + 低温回火低温回火 （外硬内韧）（外硬内韧） 3. 3. 选用选用 大尺寸渗碳件，大尺寸渗碳件，20Cr 20Cr 变速齿轮。变速齿轮。二、优质合金结构钢二、优质合金结构钢1. 1. 化学成分化学成分0.35%C0.35%C0.50%0.50%，加入，加入CrCr、MnMn、NiNi、SiSi等，提高等，提高淬透性，提高强度及回火稳定性。淬透性，提高强度及回火稳定性。（二）合金调质钢（二）合金调质钢2. 2. 热处理及性能热处理及性能调质处理，获得良好的综合机械性能。调质处理，获得良好的综合机械性能。3. 3. 选用选用大尺

20、寸调质件，大尺寸调质件，40Cr 40Cr 半轴。半轴。1. 1. 化学成分化学成分0.50%C0.50%C0.70%0.70%，加入，加入CrCr、MnMn、SiSi等，提高淬透性，等，提高淬透性，提高弹性极限（提高弹性极限（SiSi），强化钢材。），强化钢材。（三）合金弹簧钢（三）合金弹簧钢2. 2. 热处理及性能热处理及性能退火退火 + + 淬火淬火 + + 中温回火，获得很高的弹性极限。中温回火，获得很高的弹性极限。3. 3. 选用选用大尺寸弹簧件，大尺寸弹簧件，55Si2Mn 55Si2Mn 钢板弹簧。钢板弹簧。1. 1. 化学成分化学成分0.50%C0.50%C0.70%0.70%

21、，加入，加入CrCr、MnMn、SiSi等，提高淬透性，等，提高淬透性，提高弹性极限（提高弹性极限（SiSi），强化钢材。），强化钢材。（三）合金弹簧钢（三）合金弹簧钢2. 2. 热处理及性能热处理及性能退火退火 + + 淬火淬火 + + 中温回火，获得很高的弹性极限。中温回火，获得很高的弹性极限。3. 3. 选用选用大尺寸弹簧件，大尺寸弹簧件，55Si2Mn 55Si2Mn 钢板弹簧。钢板弹簧。注意：注意：冷成形弹簧的工艺：冷成形弹簧的工艺： 冷拔钢丝冷拔钢丝 + + 常温卷制成形常温卷制成形 + + 低温退火（低温退火（200200300300）C = 0.95C = 0.950.10%0

22、.10%，高，高CrCr（0.500.501.65%1.65%） 含量含量用千分之几表示。用千分之几表示。（四）滚动轴承钢（四）滚动轴承钢牌号：牌号：GCr15SiMn Cr=1.5%GCr15SiMn Cr=1.5%，SiSi、MnMn均均1.5%1.5% “ “滚滚”的第一个字母的第一个字母三、合金工具钢三、合金工具钢 成分及性能特点成分及性能特点 碳量高，加入碳量高，加入CrCr、MnMn、SiSi、W W等，提高淬透性，提高硬等，提高淬透性，提高硬度度 和耐磨性，提高红硬性（高温硬度），热处理变形小。和耐磨性，提高红硬性（高温硬度），热处理变形小。2. 2. 选用选用 强度硬度强度硬度

23、，工作温度，工作温度（200200300300），大尺寸工具件。），大尺寸工具件。 9SiCr9SiCr、CrWMn CrWMn 铰刀、铣刀、拉刀、板牙、丝锥铰刀、铣刀、拉刀、板牙、丝锥3. 3. 高速工具钢高速工具钢 高速、高温（高速、高温（600600）切削用工具钢。（锋钢）切削用工具钢。（锋钢）W18Cr4VW18Cr4V四、特殊性能钢四、特殊性能钢1. 1. 防锈机理防锈机理优先与氧结合，防止进一步腐蚀。优先与氧结合，防止进一步腐蚀。单相组织（单相组织（F F、A A、M M）（一）不锈耐酸钢（一）不锈耐酸钢 在腐蚀介质中具有较强抗腐蚀能力的钢在腐蚀介质中具有较强抗腐蚀能力的钢材材2.

24、 2. 种类种类奥氏体不锈钢：奥氏体不锈钢：0Cr18Ni90Cr18Ni9、1Cr18Ni9 1Cr18Ni9 化工设备、化工设备、 建筑装饰等建筑装饰等马氏体不锈钢：马氏体不锈钢：1Cr131Cr13、2Cr13 2Cr13 工具、医疗器械工具、医疗器械铁素体不锈钢：铁素体不锈钢：1Cr13 1Cr13 家庭用具、建筑装饰、家庭用具、建筑装饰、 化工设备等化工设备等1. 1. 原理原理CrCr、SiSi、Al Al 高熔点氧化膜高熔点氧化膜MoMo、WW提高高温强度提高高温强度（二）耐热钢（二）耐热钢 在高温下有较好高温强度、不氧化起皮的钢在高温下有较好高温强度、不氧化起皮的钢2. 2.

25、应用应用 4Cr9Si2 4Cr9Si2 汽车排气门汽车排气门 35Cr Mo 35Cr Mo 锅炉阀门锅炉阀门1. 1. 原理原理（三）耐磨钢（三）耐磨钢 在强大冲击和磨损条件下使用的钢。如铁道岔口、在强大冲击和磨损条件下使用的钢。如铁道岔口、坦克履带、挖土机铲斗。坦克履带、挖土机铲斗。加入大量的加入大量的MnMn，得到单相，得到单相A A，水冷（水韧处理）。使，水冷（水韧处理）。使用中受到剧烈冲击时，表面用中受到剧烈冲击时，表面A A转变为转变为M M。高高Mn A MMn A M（加工硬化）（加工硬化）水韧处理水韧处理冲击冲击2. 2. 工艺工艺不易切削加工，铸造成型（不易切削加工，铸造

26、成型（ZGMn13)ZGMn13)钢的选用钢的选用一、非热处理状态使用一、非热处理状态使用1.1.重要主体结构件，如桥梁、船舶、车辆等，承载重要主体结构件，如桥梁、船舶、车辆等，承载 较大较大 低合金高强度结构钢，如低合金高强度结构钢，如Q345Q345（16Mn16Mn）、）、 Q295Q295（09MnNb09MnNb）等。）等。2.2.一般结构件，如支架、吊钓、普通螺钉（栓）等，一般结构件，如支架、吊钓、普通螺钉（栓）等， 承载一般承载一般 碳素结构钢，如碳素结构钢，如Q195Q195、Q235Q235等。等。3.3.壳体类零件，如驾驶室、灯罩等壳体类零件，如驾驶室、灯罩等 塑性好的低塑性好的低 碳成分钢，如碳成分钢，如Q195Q195、08F08F、10F10F等。等。二、热处理后使用二、热处理后使用1. 1. 渗碳件，渗碳件，如齿轮如齿轮 低碳成分的钢低碳成分的钢小尺寸，优质碳素结构钢（低碳钢）：小尺寸，优质碳素结构钢（低碳钢）：2020大尺寸，合金渗碳钢，如高速齿轮：大尺寸，合金渗碳钢，如高速齿轮：20CrMnTi20CrMnTi热