低合金钢与合金钢

1、能力知识点1 低合金钢和合金钢能力知识点2 低合金钢和合金钢的分类 为了改善或提高钢的性能，在碳钢的基础上，有意添加某些合金元素所冶炼而成的钢称为低合金钢低合金钢和合金钢合金钢。 一、按合金元素分类低合金钢（合金元素总量10%）按主要合金元素的种类锰钢铬钢硼钢铬镍钢硅锰钢按主要合金元素的数量二、按用途分类工程构件用钢机器零件用钢合金工具钢 特殊性能钢 合金结构钢 模具钢 刃具钢量具钢耐磨钢 不锈钢耐热钢三、按金相组织分类按钢退火态的金相组织亚共析钢共析钢过共析钢按钢正火态的金相组织珠光体钢贝氏体钢马氏体钢奥氏体钢能力知识点1 合金元素与铁、碳的作用能力知识点2 合金元素对铁碳相图的影响能力知识

2、点3 合金元素对热处理的影响一、合金元素与铁的作用几乎所有的合金元素（除Pb外）都可溶入铁中, 形成合金铁素体或合金奥氏体。其中原子直径较小的合金元素（如氮、硼）与铁形成间隙固溶体，原子直径较大的合金元素（如锰、镍、钴等）与铁形成置换固溶体。 当合金元素可溶于铁素体时，由于与铁的晶格类型和原子半径不同而造成晶格畸变；另外合金元素易分布于位错线附近，对位错线的移动起牵制作用，降低位错的易动性，从而提高塑变抗力，产生固溶强化效果，使钢的强度、硬度提高，但塑性、韧性有所下降。 合金元素对铁素体韧性的影响 合金元素对铁素体硬度的影响 二、合金元素与碳的作用Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Z

3、r弱弱强强v 弱碳化物元素弱碳化物元素: : Fe、Mn。v 中强碳化物元素中强碳化物元素: : Cr、Mo、W。v 强碳化物元素强碳化物元素: : V、Ti、Nb、Zr。 熔点、硬度、耐磨性最高。熔点、硬度、耐磨性最高。 稳定性最高稳定性最高。TiC、NbC、VC。一、对奥氏体相区的影响1扩大奥氏体相区元素扩大奥氏体相区的元素有镍、锰、钴、碳、氮、铜等，这些元素使A1和A3温度降低，使S点、E点向左下方移动，从而使奥氏体区域扩大 Mn对铁碳相图的影响 2缩小奥氏体区的元素缩小奥氏体相区的元素有铬、钼、硅、钨等，使A1和A3温度升高，使S点、E点向左上方移动，从而使奥氏体区域缩小 Cr对铁碳相

4、图的影响 二、合金元素对S、E点的影响大多数合金元素均使S、E点左移 S点向上或向下移动，则直接影响了共析转变温度（A1温度） 一、合金元素对加热转变的影响1）大多数合金元素（ 除镍、钴以外）都延缓钢的奥氏体化过程。 2）大部分合金元素都能阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒。 二、合金元素对冷却转变的影响大多数合金元素（除钴以外），都能提高过冷奥氏体的稳定性，使C曲线位置右移，临界冷却速度减小，从而提高钢的淬透性。 合金钢就可以采用冷却能力较低的淬火剂淬火，如采用油淬或空冷，以减小零件的淬火变形和开裂倾向。 中强和强碳化物形成元素，如铬、钨、钼、矾等，溶于奥氏体后，不仅使C曲线右移，提高钢的淬透性

5、，而且把珠光体转变与贝氏体转变明显地分为两个独立的区域，改变了C曲线的形状，使其出现两个鼻子。 非碳化物形成元素和弱碳化物形成元素，如镍、锰、硅等，仅会使C曲线右移 除钴、铝外，多数合金元素溶入奥氏体后，使马氏体转变温度Ms和Mf点下降。钢的Ms点越低，Ms点至室温的温度间隔就越小，在相同冷却条件下转变成马氏体的量越少。因此，凡是降低Ms点的元素都使淬火后钢中残留奥氏体含量增加。而钢的残留奥氏体量的多少，对钢的硬度、尺寸稳定性、淬火变形均有较大影响。三、合金元素对淬火钢回火转变的影响1对淬火钢回火稳定性的影响淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力称为回火稳定性回火稳定性或回火抗力回火抗力。 当回

6、火温度相同时，合金钢的强度、硬度就比碳钢高。 2二次硬化一些高合金钢在一次或多次回火后硬度上升的现象称为二二次硬化次硬化。 3. 含Cr、Ni、Si、Mn等合金元素并存在P、As等杂质元素的结构钢淬火后在500650范围内回火时出现第二类回火脆性。 加热至600以上后，以缓慢的冷却速度通过500650脆化温度区时，出现脆性；快速通过500650脆化区时，则不出现脆性。 能力知识点1 低合金钢的编号能力知识点2 合金结构钢的编号能力知识点3 合金工具钢与特殊性能钢的编号能力知识点4 专用钢的编号1.牌号牌号: Q 345 C 质量等级质量等级345 MPa屈服强度屈服强度20 Mn2 Ti A等

7、级等级:高级优质高级优质含钛量含钛量WTi1.5 %含锰量含锰量WMn 2 %含碳量含碳量WC 20 %009 Cr SiWSi1.5 %WCr1.5 % 含碳量含碳量WC 0.9 % Cr 12 Mo VWV1.5 %含钼量含钼量WMo1.5 %含铬量含铬量W Cr=12 % 含碳量含碳量WC1.0 %特殊性能钢的牌号和合金工具钢的表示相同，如不锈钢2Cr13表示碳的质量分数为0.20%，含铬量为12.5%13.5%。当碳的质量分数小于0.08% 时，在牌号前标“0”；当碳的质量分数小于0.03%，在牌号前标“00”。一、压力容器用钢板用大写字母R在牌号尾表示，表示“容”。其牌号可用屈服点也

8、可用碳的质量分数或含合金元素表示。如Q345R 二、焊接气瓶用钢板 用大写HP在牌号尾表示，意为“焊瓶”。其牌号可以用屈服点表示，如：Q295HP也可用含合金元素来表示，如：16MnREHP。 三、锅炉用钢板用小写字母g在牌号尾表示，表示“锅”。其牌号可用屈服点表示，如：Q390g；也可用碳的质量分数或含合金元素来表示，如20g四、桥梁用钢板用“桥”拼音它一个字母q在牌号尾表示，如Q420q、16Mnq等。 五、焊接结构用耐候钢用“耐候”的汉语拼音字母NH在牌号尾表示，在牌号后加上质量等级代号（C、D、E）。例如Q355NHC、Q460NHD。六、滚珠轴承钢 在编号前标以“滚”字的拼音第一个字

9、母G，其后为铬（Cr）+ 数字，数字表示铬含量平均值的千分之几，如GCr15，读为“滚铬15”。这里应注意牌号中铬元素后面的数字是表示含铬量为1.5%,其他元素仍按百分之几表示，如GCr15SiMn表示含铬为1.5%，Si、Mn均小于1.5% 的滚动轴承钢。能力知识点1 低合金钢及其分类能力知识点2 低合金高强度结构钢能力知识点3 船体结构钢一、按主要质量等级分特殊质量低合金钢 普通质量低合金钢优质低合金钢二、按主要性能和使用特性分其他低合金钢 可焊接低合金高强度结构钢低合金耐候钢低合金钢筋钢铁道用低合金钢矿用低合金钢强度级别超过400MPa后，铁素体和珠光体组织难以满足要求，于是发展了低碳贝

10、氏体钢。加入Cr、Mo、Mn、B等元素，有利于空冷条件下得到贝氏体组织，使强度更高，塑性、焊接性能也较好，多用于高压锅炉、高压容器等，如Q460钢。常用钢种：常用钢种：能力知识点1 合金渗碳钢能力知识点2 合金调质钢能力知识点3 合金弹簧钢能力知识点4 滚动轴承钢低碳：碳质量分数一般为0.10%0.25%，使零件心部有足够的塑性和韧性。 加入提高淬透性的合金元素：常加入Cr、Ni、Mn、B等。 加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素：主要加入少量强碳化物形成元素Ti、V、W、Mo等，形成稳定的合金碳化物。一、成分特点：二、热处理特点20CrMnTi钢制齿轮热处理工艺曲线 活塞销活塞销( 20Cr )采用

11、调质处理，即淬火+高温回火后使用的合金结构钢，统称为合金调质钢。调质后得到回火索氏体组织，综合力学性能好，用于受力较复杂的重要结构零件。 一、化学成分特点碳的质量分数在0.30% 0.50%之间 主加合金元素为Cr、Mn、Ni、Si、B等 二、热处理特点三、常用钢种 40Cr 低淬透性合金调质钢，油淬临界直径为30 mm40 mm，用于制造一般尺寸的重要零件。 35CrMo 中淬透性合金调质钢，油淬临界直径为40 mm60 mm,加入钼不仅可提高淬透性，而且可防止第二类回火脆性。 40CrNiMo 高淬透性合金调质钢，油淬临界直径为60 mm100 mm，铬镍钢中加入适当的钼，不但具有好的淬透

12、性，还可消除第二类回火脆性。一、弹簧钢的性能要求常用弹簧钢 热成形弹簧，一般可在淬火加热时成形，然后淬火+中温回火，获得回火托氏体组织，具有很高的屈服强度和弹性极限，并有一定的塑性和韧性。 冷成形弹簧，通过冷拔、冷卷成型。冷卷后的弹簧不必进行淬火处理，只需要进行一次消除内应力和稳定尺寸的定型处理，即加热到250300，保温一段时间，从炉内取出空冷即可使用。 v高的硬度强度和耐磨性高的硬度强度和耐磨性;v高的接触疲劳强度高的接触疲劳强度;v足够的韧性和耐蚀性足够的韧性和耐蚀性;v高的纯净度高的纯净度;一、滚动轴承钢的性能要求高碳高碳, Wc = 0.91.1%，以保证其高硬 度、高耐磨性和高强度

13、；主加主加Cr,铬提高淬透性；形成合金渗碳体(Fe, Cr)3C呈细密、均匀分布，提高钢的耐磨性, 特别是疲劳强度。适宜的铬质量分数为0.40%1.65%。二、成分特点及钢种G Cr15含含Cr量量WCr 1.5 % 滚动轴承钢滚动轴承钢球化退火球化退火+ 淬火淬火+ 低温回火低温回火极细回火马氏体极细回火马氏体+ +细粒状碳化物细粒状碳化物+ +少量残余奥氏体少量残余奥氏体锻造锻造 球化退火球化退火 机加工机加工 淬火淬火 + 冷处理冷处理 ( 60 80;1h ) 低温回火低温回火 磨削加工磨削加工 稳定化处理稳定化处理 ( 120 130；5 10h )能力知识点1 低合金刃具钢能力知识

14、点2 高速工具钢能力知识点3 合金模具钢能力知识点4 量具钢量量 具具刃刃 具具模模 具具1.性能要求性能要求:高硬度、高耐磨性、有一高硬度、高耐磨性、有一定的红硬性、强度和韧性定的红硬性、强度和韧性,工作温度不超过工作温度不超过300。2.化学成分特点化学成分特点:*高碳高碳*加入加入Cr、Mn、Si、 W、V 等合金元素。等合金元素。3.热处理特点热处理特点:球化退火球化退火 淬火淬火 + 低温回火低温回火 1.低合金刃具钢低合金刃具钢三、常用钢种及用途 常用的有9SiCr、9Mn2V、CrWMn等 四、低合金刃具钢的热处理球化退火 最终热处理为淬火+低温回火组织 回火马氏体+未溶碳化物+

15、残留奥氏体硬度 6065HRC 9 SiCr 钢板牙热处理工艺曲线 性能要求性能要求:高硬度、高耐磨性、高的红硬性高硬度、高耐磨性、高的红硬性(600时时,HRC63以上以上) 、有一定的强度和韧性。、有一定的强度和韧性。高速钢高速钢 - 锋钢、风钢锋钢、风钢 ; 18 4 1 钢钢铰刀铰刀铣刀铣刀钻头钻头一、一、 化学成分特点化学成分特点:v高碳高碳 0.71.5%:v钨钨 18%:v钼钼 5%:v铬铬 4%:v钒钒1.5%: 保证高硬度保证高硬度退火状态下形成退火状态下形成M6C碳化物碳化物,在在560左右回火时左右回火时, 弥散析弥散析出出W2C, 造成二次硬化造成二次硬化, 提高提高钢

16、的红硬性钢的红硬性。1%Mo的作用等同于的作用等同于2%W。形成形成Cr23C6碳化物碳化物;提高钢的提高钢的淬透性淬透性。形成形成VC, 硬度极高硬度极高, 提高钢的提高钢的硬度和耐磨性硬度和耐磨性, 产生二次硬化。产生二次硬化。最常用的高速钢是W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2，通常简称18-4-1和6-5-4-2。 二、常用钢种铸造铸造 锻造锻造 球化退火球化退火 机加工机加工 淬火淬火+三次三次570回火回火 磨削加工磨削加工 铸造铸造:高速钢属于高速钢属于莱氏体钢莱氏体钢,铸态组织铸态组织 中含有中含有大量呈鱼骨状分布的粗大量呈鱼骨状分布的粗 大共晶碳化物大共晶碳化物M6C,钢的韧

17、性大钢的韧性大 幅下降。幅下降。W18Cr4V钢的生产工艺及热处理特点钢的生产工艺及热处理特点W18Cr4V铸态组织 420 四、高速钢的热处理球化退火球化退火:消除应力消除应力,调整组织调整组织,便于机加工便于机加工, 为淬火作好组织准备。为淬火作好组织准备。球化退火后的组织球化退火后的组织 : S + 粒状粒状 Cm W18Cr4V球化退火组织 420 W18Cr4V淬火组织 300 三次三次570回火回火在在570回火时回火时 , 产生产生二次硬化。二次硬化。W18Cr4V淬火+ 三次回火组织 420 v热作模钢热作模钢:工作温度为工作温度为600以上。以上。v冷作模钢冷作模钢:工作温度

18、为工作温度为200300。1.性能要求性能要求:高的硬度高的硬度,HRC62;高的耐磨性高的耐磨性;足够高的韧性与疲劳抗力足够高的韧性与疲劳抗力;热处理变形小热处理变形小;2.化学成分特点化学成分特点:高碳高碳 12 %;合金元素合金元素:Cr, Mo、W、V。汽车冲压模具汽车冲压模具3.热处理特点热处理特点: *一次硬化法一次硬化法: 淬火淬火 + 低温回火低温回火 ( 9501000 ) ( 150180 ) *二次硬化法二次硬化法: 淬火淬火 + 三次回火三次回火 ( 11001000 ) ( 510520 )热处理后的组织热处理后的组织: M回回 + Cm + A残残牌号牌号: Cr1

19、2、Cr12MoV1.性能要求性能要求:高的热硬性、高温耐磨性高的热硬性、高温耐磨性;高的抗氧化能力高的抗氧化能力;高的热强性和足够高的韧性高的热强性和足够高的韧性;高的热疲劳抗力高的热疲劳抗力( 防止龟裂防止龟裂 );高的淬透性和导热性高的淬透性和导热性; 2.化学成分特点化学成分特点:中碳中碳 0.30.6 %;合金元素合金元素:Cr、Ni、Mn、 Si、Mo、W、V。曲轴模具曲轴模具3.热处理特点热处理特点: *热锻模钢热锻模钢: 5 CrMnMo 热处理工艺热处理工艺: 淬火淬火 + 550回火回火 热处理后的组织热处理后的组织: S回或回或T回回 温度时间500820850预冷预冷油

20、冷油冷530550回火回火1.性能要求性能要求:（1）良好的加工性能）良好的加工性能 （2）良好的抛光性 （3）较高的硬度 （4）热处理变形小 、良好的焊接性 2常用钢种常用钢种:3Cr2Mo 等1.性能要求性能要求:高的硬度高的硬度, HRC62;高的耐磨性高的耐磨性;高的尺寸稳定性高的尺寸稳定性;足够高的心部韧性足够高的心部韧性;热处理变形小热处理变形小; 尺寸稳定尺寸稳定;良好的耐蚀性良好的耐蚀性;卡卡 尺尺量量 规规千分尺千分尺3.热处理特点热处理特点:4.热处理后的组织热处理后的组织: M回回 + Cm淬火淬火 冷处理冷处理 ( - 70 - 80 ) 低温回火低温回火 时效处理时效

21、处理 ( 120130,几十小时几十小时 ) 5.牌号牌号: CrWMn、4Cr13、GCr15、 9SiCr、T12A、60等。等。2.化学成分特点化学成分特点:高碳高碳 0.91.5 %;合金元素合金元素:Cr, Mn、W。650820840油冷油冷3h-70-80 冷处理冷处理1401603h11012036h时效处理时效处理精磨精磨3h研磨研磨温度时间能力知识点1 不锈钢能力知识点2 耐热钢能力知识点3 耐磨钢1.定义定义: 在腐蚀介质中具有很高的抗腐在腐蚀介质中具有很高的抗腐 蚀能力的钢。蚀能力的钢。2.概念概念:*在在空气空气中的年腐蚀量为中的年腐蚀量为0.01mm 以内的钢以内的

22、钢, 称为在空气中使用的称为在空气中使用的 不锈钢。不锈钢。 *在在强酸、强碱强酸、强碱介质中的年腐蚀介质中的年腐蚀 量为量为0.1mm以内的钢以内的钢,称为在强称为在强 酸、强碱介质中使用的不锈钢。酸、强碱介质中使用的不锈钢。3金属腐蚀的机理金属腐蚀的机理.金属腐蚀的种类金属腐蚀的种类:1)化学腐蚀化学腐蚀: 金属与介质金属与介质 ( 干燥气体和干燥气体和 非电解质溶液非电解质溶液 ) 发生化学发生化学 反应而产生的腐蚀。反应而产生的腐蚀。 例如例如:高温氧化、脱碳等。高温氧化、脱碳等。2)电化学腐蚀电化学腐蚀:金属与介质金属与介质 ( 电解质溶电解质溶 液液,即酸、碱、盐溶液即酸、碱、盐溶

23、液 ) 发生电化学反应而产生发生电化学反应而产生 的腐蚀。的腐蚀。4.金属的防腐措施金属的防腐措施:1)覆盖层保护覆盖层保护: 涂漆、电镀、发蓝、磷化等工艺。涂漆、电镀、发蓝、磷化等工艺。2)形成氧化层形成氧化层: 加入合金元素加入合金元素Cr、Al、Si 等等,形成形成Cr2O3、SiO2、Al2O3等氧化膜。等氧化膜。 3)提高金属的电极电位提高金属的电极电位: 加入合金元素加入合金元素Cr、Ni、Si等等,提高金属基体的电极电位。提高金属基体的电极电位。4)使钢在室温下呈单相组织使钢在室温下呈单相组织:加入合金元素加入合金元素 Mn、Ni、Co等能扩大等能扩大 区区,可在室温获得可在室温

24、获得奥氏体钢奥氏体钢。加入合金元素加入合金元素 Cr、Mo、W、V、Ti、 Si 等能扩大等能扩大区区,可在室温获得可在室温获得铁素体铁素体 钢。钢。5)减少与消除钢中的各种不均匀现象减少与消除钢中的各种不均匀现象: 偏析、应力、组织等。偏析、应力、组织等。6)牺牲阳极保护阴极牺牲阳极保护阴极 : 镶嵌一些比金属镶嵌一些比金属 或合金基体电极电位更低的金属块。或合金基体电极电位更低的金属块。5.化学成分特点化学成分特点: * 低碳低碳:耐蚀性要求愈高耐蚀性要求愈高,碳含量愈低。碳含量愈低。 * 合金元素合金元素:主加主加Cr。 辅加辅加Ni、Mo、Cu、Ti、 Nb、Mn 等。等。6.常用的不

25、锈钢常用的不锈钢: *马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢 *铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢 *奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢化学成分特点化学成分特点: Wc = 0.1 0.4 % WCr = 13 %热处理特点热处理特点:正火正火后的组体是后的组体是马氏体马氏体。牌号牌号: 1Cr134Cr13用途用途: 医疗器械医疗器械医用镊子医用镊子1Cr13供货状态组织 ( 化染 ) 580 化学成分特点化学成分特点: Wc = 0.1 %左右左右 WCr = 17 %热处理特点热处理特点: 不能进行热处理强化不能进行热处理强化。牌号牌号: 1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。等。用途用途:化工设备中要求

26、耐蚀性高、塑化工设备中要求耐蚀性高、塑 性好、强度低的容器、管道等。性好、强度低的容器、管道等。硝酸生产装置硝酸生产装置合成氨生产装置合成氨生产装置化学成分特点化学成分特点: Wc = 0.08 0.14 % WCr = 1719 % WNi = 811 % Cu、Ti、Mo等。等。加工特点加工特点:不能进行热处理强化不能进行热处理强化,只能只能 冷塑性变形强化。冷塑性变形强化。热处理特点热处理特点:固溶处理（固溶处理（ 10501150水冷 ）; 稳定化处理稳定化处理;消除应力退火。消除应力退火。牌号牌号: 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、 0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti用途

27、用途: 化工容器、管道等。化工容器、管道等。大型化工储罐大型化工储罐(304)(304)管板换热器管板换热器 ( 304 )1Cr18Ni9Ti固溶处理组织 580 1.定义定义:在高温下具有抗氧化性和高温在高温下具有抗氧化性和高温 强度的特殊钢。强度的特殊钢。2.性能要求性能要求抗氧化性抗氧化性 ( 热稳定性热稳定性 )高温强度高温强度( 热强性热强性 )蠕变强度蠕变强度持久强度持久强度3.提高钢的耐热性的途径提高钢的耐热性的途径: 加入合金元素加入合金元素Cr、Si、Al等等,在在 钢的表面形成稳定、致密的氧化膜。钢的表面形成稳定、致密的氧化膜。4.提高钢的耐热性的途径提高钢的耐热性的途径: 1)固溶强化固溶强化:加入加入W、M