第六章工业用钢

1、第六章第六章 工业用钢工业用钢以铁为主要元素，碳的质量分数一般在以铁为主要元素，碳的质量分数一般在2%以下，并含有其他元素的材料称为以下，并含有其他元素的材料称为钢钢.按照化学成分分为：按照化学成分分为：碳钢碳钢和和合金钢合金钢两大类。两大类。碳钢碳钢：指碳含量：指碳含量wc0.60%组织：T回 （淬火+中温回火）性能：在淬火+中温回火后，具有较高的和良好弹性也叫弹簧钢。具有较好的耐磨性和中等硬度。用途：主要用于制作弹簧和易磨损的零件。化学成分：Wc=0.65%-1.35% 牌号：用：用“T”加数字表示，该数字表示钢中平均含碳量的加数字表示，该数字表示钢中平均含碳量的千千 倍。倍。T8：表示碳

2、的平均含碳量为表示碳的平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。的碳素工具钢。3 3、碳素工具钢、碳素工具钢组织：M回（淬火+低温回火处理）性能：具有很高的硬度和耐磨性，但淬透性差，热硬性差。用途：用于制作手动和低速切削的工具和要求不高的量具和模具等4 4、易切削用钢：、易切削用钢：Y20：表示易切削结构钢，其平均含碳量为：表示易切削结构钢，其平均含碳量为0.2%。牌号：在同类结构钢牌号前冠以在同类结构钢牌号前冠以“Y” ，以区别，以区别其他结构用钢其他结构用钢用途：主要用在自动机床上加工大批量的零件，如螺钉，主要用在自动机床上加工大批量的零件，如螺钉， 螺母等螺母等5、铸钢、铸钢ZG230450牌号

3、：ZG屈服强度屈服强度抗拉强度抗拉强度HH（焊）：该钢是焊接结构用碳素铸钢（焊）：该钢是焊接结构用碳素铸钢用途：用于浇注成铸件的钢。其强度高于各类铸铁，同时用于浇注成铸件的钢。其强度高于各类铸铁，同时具有良好的塑性和韧性，适于制造形状复杂、强度和韧性具有良好的塑性和韧性，适于制造形状复杂、强度和韧性要求高的零件，如火车轮、大齿轮等要求高的零件，如火车轮、大齿轮等 合金元素与铁和碳的作用合金元素与铁和碳的作用 合金元素对合金元素对Fe-Fe3C相图的影响相图的影响 合金元素对钢的热处理的影响合金元素对钢的热处理的影响第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用1、强化铁素体一、合金元素

4、对钢基本相的影响一、合金元素对钢基本相的影响合金元素溶于FF晶格畸变固溶强化2、形成碳化物 Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱弱强强碳化物形成元素（在钢中能形成碳化物的元素）在周期表中都碳化物形成元素（在钢中能形成碳化物的元素）在周期表中都是位于是位于铁元素的左边的过渡族金属元素铁元素的左边的过渡族金属元素周期表中周期表中, ,在铁左边离在铁左边离铁愈远，则其铁愈远，则其与碳的亲和力愈强与碳的亲和力愈强, ,形成碳化物的能力愈大形成碳化物的能力愈大, ,愈稳愈稳定定, ,而且不易分解。而且不易分解。 碳化物越稳定碳化物越稳定越难溶于越难溶于A越不易于聚集长大越不易于聚集长大随着

5、碳化物数量的增加，钢的硬度强度提高，塑韧性下降。随着碳化物数量的增加，钢的硬度强度提高，塑韧性下降。合金渗碳体如合金渗碳体如（ Fe ，Mn )3C、 （ Fe ，Cr )3C等。等。合金碳化物如合金碳化物如Cr7 C3、 Fe3 W3C等。等。3、单独形成特殊碳化物 熔点、硬度、耐磨性最高。熔点、硬度、耐磨性最高。稳定性最好。稳定性最好。WC、MOC、TiC、VC二、合金元素对二、合金元素对FeFe3C相图的影响相图的影响1、扩大奥氏体区：、扩大奥氏体区： (Mn、C0、Ni)使使A1线线A3线下降，若含量线下降，若含量足够高，可使单相足够高，可使单相A扩大到常温，即常温下保持稳定的扩大到常

6、温，即常温下保持稳定的A组织。组织。 可获得可获得A钢。钢。2、缩小奥氏体区、缩小奥氏体区：（：（ Cr、Mo 、Ti 、Si、Al）使使A1线线A3线上线上升，若含量足够高时，可使钢在高温与常温保持升，若含量足够高时，可使钢在高温与常温保持F组织。组织。 可获得可获得F钢。钢。3、改变共晶点和共析点的参数：合金元素都使、改变共晶点和共析点的参数：合金元素都使Fe-Fe3C相图相图的的S点、点、E点左移，即使钢的共析含碳量和点左移，即使钢的共析含碳量和A对对C的最大固溶度的最大固溶度降低。若含量足够高时，可以在降低。若含量足够高时，可以在WC0.4的钢中产生共析的钢中产生共析组织，在组织，在W

7、C1.0的钢中产生的钢中产生Ld组织。组织。1、扩大奥氏体区的合金元素扩大奥氏体区的合金元素Mn、Ni、Co等元素。等元素。作用作用: 使使A1线温度下降线温度下降, A3线温度下降，线温度下降，可得到奥氏体钢。 Mn 元素元素对奥对奥氏体氏体区的区的影响影响2、缩小奥氏体区的合金元素缩小奥氏体区的合金元素Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等元素。等元素。作用作用: : 使使A1线温度线温度上升上升, A3线温度上升，线温度上升，可得到铁素体钢。 Cr 元素对奥元素对奥氏体区的影响氏体区的影响3.改变共晶点和共析点参数的元素改变共晶点和共析点参数的元素v几乎所有的合金元素。几乎所有的合金元素。v

8、作用作用: : 使使S点和点和E点的成分向点的成分向左左移，移，可得到莱氏体钢。合金合金元素元素对对S 点成点成分的分的影响影响三、合金元素对钢的热处理的影响三、合金元素对钢的热处理的影响 加热时对加热时对奥氏体奥氏体形成的影响形成的影响 对对过冷奥氏体过冷奥氏体转变的影响转变的影响 对对回火转变回火转变的影响的影响1、合金元素对加热时奥氏体形成的影响合金元素对加热时奥氏体形成的影响除除Mn 元素外元素外, ,所有合金元素的加所有合金元素的加 入入, ,均使奥氏体的形成速度减慢。均使奥氏体的形成速度减慢。强碳化物形成元素强碳化物形成元素能强烈的阻止奥能强烈的阻止奥 氏体晶粒长大氏体晶粒长大(

9、Ti、V、Zr、Nb 等等)。非碳化物形成元素非碳化物形成元素能轻微的阻止奥能轻微的阻止奥 氏体晶粒长大氏体晶粒长大( Si、Ni、Cu、Co 等等)。2.合金元素对过冷奥氏体转变的影响合金元素对过冷奥氏体转变的影响v 除除 Co 元素外元素外, 所有的合金元素均使所有的合金元素均使 钢的钢的 TTT 曲线向右移曲线向右移。v 除除 Co、Al 元素外元素外, 所有的合金元素所有的合金元素 都使都使马氏体转变温度马氏体转变温度下降。下降。v 提高钢的淬透性提高钢的淬透性, 常用的元素有常用的元素有: Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。等。3.合金元素对回火转变的影响合金元素对回火转变的影响回

10、火抗力回火抗力的增加的增加 二次硬化二次硬化的产生的产生 产生产生回火脆性回火脆性 W、Mo、V 等碳化物在等碳化物在550时时,使使钢达到最高硬度钢达到最高硬度, 产生产生二次硬化二次硬化。 Cr-Ni 钢的回火脆性示意图钢的回火脆性示意图 防止第二类回火脆性的产生的方法防止第二类回火脆性的产生的方法:v在在500600 快速冷却。快速冷却。v加入合金元素加入合金元素W、Mo。四、合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用1、主加元素主加元素: 对提高钢的性能起主要作对提高钢的性能起主要作 用。用。 Si、Mn、Cr、Ni、B。2、辅加元素辅加元素: 配合主加元素进一步提高配合主加元素进一步提

11、高 钢的性能钢的性能,弥补主加元素的弥补主加元素的 不足与缺陷。不足与缺陷。 W、Mo、V、Ti、Nb。合金元素对钢性能的影响引言 强化铁素体 形成合金碳化物 细化晶粒 提高钢的淬透性 提高钢的回火稳定性1、低合金钢的分类及牌号 1）低合金钢的分类 （1）按主要质量等级分类 普通质量低合金钢 优质低合金钢 特殊质量低合金钢 （2）按主要性能和使用特性分类 分为可焊接的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、其他低合金钢等。 一、低合金钢和合金钢的分类及牌号2）低合金钢的牌号 （1）低合金高强度结构钢 表示方法与碳素结构钢相同。 例：Q345。2、合金钢的分

12、类及牌号 1）合金钢的分类 （1）按主要质量等级分类 优质合金钢 特殊质量合金钢 （2）按主要性能和使用特性分类 分为工程结构用合金钢、机械结构用合金钢、轴承钢、工具钢、不锈、耐蚀和耐热钢、特殊物理性能钢等。我国我国合金钢的编号是按照合金钢中的的编号是按照合金钢中的 含碳量含碳量+ +所含合金元素的种类（元素符号）所含合金元素的种类（元素符号）+ +含量含量一般牌号的首部是表示碳的平均质量分数的数字，一般牌号的首部是表示碳的平均质量分数的数字，对于结构钢，以万分数计；对于工具钢以千分数计。对于结构钢，以万分数计；对于工具钢以千分数计。1 1、合金结构钢、合金结构钢60Si2Mn09Mn22 2

13、、合金工具钢、合金工具钢9Mn2V平均含碳量平均含碳量1.0%1.0%时，牌号前以千分之几表示时，牌号前以千分之几表示CrWMn平均含碳量平均含碳量1.0%1.0%时，牌号前不标数字时，牌号前不标数字高速工具钢牌号中不标出含碳量高速工具钢牌号中不标出含碳量 W18Cr4V2）合金钢的牌号当钢中某合金元素的平均质量分数1.5时，在该元素后面相应的用整数住处其近似含量。3 3、滚动轴承钢、滚动轴承钢GCr15SiMn4 4、特殊性能钢、特殊性能钢牌号：G+Cr+含碳量（千分之几表示）含碳量（千分之几表示）牌号：与合金工具钢基本相同与合金工具钢基本相同当含碳量当含碳量0.08%时，牌号前加时，牌号前

14、加“0”0Cr19Ni9当含碳量当含碳量0.03%时，牌号前加时，牌号前加“00”00Cr30Mo2三、合金结构钢的应用三、合金结构钢的应用低合金钢低合金钢主要用于各种工程结构，如房屋、桥主要用于各种工程结构，如房屋、桥梁、船舶等；梁、船舶等；机械制造用钢机械制造用钢主要用于制造各种机械零件，通主要用于制造各种机械零件，通常是优质或高级优质合金结构钢。常是优质或高级优质合金结构钢。低合金结构钢低合金结构钢机械制造用钢机械制造用钢根据用途不同，根据用途不同，合金结构钢分为合金结构钢分为（一）低合金结构钢（一）低合金结构钢 成分：成分：低合金钢是在碳素结构钢的基础上，加低合金钢是在碳素结构钢的基础

15、上，加入少量的合金元素（一般合金元素总量小于入少量的合金元素（一般合金元素总量小于3%3%）的工程用钢。的工程用钢。分类：分类：按主要性能及使用特性，按主要性能及使用特性，低合金结构钢低合金结构钢低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢低合金耐候钢低合金耐候钢低合金专业用钢等低合金专业用钢等1 1、低合金高强度结构钢、低合金高强度结构钢低碳（低碳（0.10%0.10%0.25%0.25%），），w wMeMe 1500MPa或s1380MPa的合金结构钢主要用于航空、航天工业特点：具有很高的强度和足够的韧度四、合金工具钢四、合金工具钢合金工具钢是制造刃具、量具和模具的钢种。不合金工具钢是制造刃具、

16、量具和模具的钢种。不仅有更高的硬度和耐磨性，还具有更高的红硬性。仅有更高的硬度和耐磨性，还具有更高的红硬性。1 1、合金刃具钢、合金刃具钢用途：用途：主要用于制造各种主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等。铣刀、钻头等。 如如9SiCr9SiCr性能：性能：（1 1）高硬度，）高硬度，60HRC60HRC以上；以上；（2 2）高的耐磨性；）高的耐磨性；（3 3）高热硬性）高热硬性 ；（4 4）足够的塑性和韧性）足够的塑性和韧性 。铣刀铣刀 英制模板刀英制模板刀2 2、合金量具钢、合金量具钢用途：量具用钢用于制造各种测量工具，如卡尺、千分尺、块规。如用途：量具用

17、钢用于制造各种测量工具，如卡尺、千分尺、块规。如Cr2Cr2性能要求：性能要求：(1) (1) 高硬度（大于高硬度（大于56 HRC56 HRC）和高耐磨性；）和高耐磨性； (2) (2) 高尺寸稳定性，在存放和使用过程中，尺寸不发生变化。高尺寸稳定性，在存放和使用过程中，尺寸不发生变化。螺纹规螺纹规 游标卡尺游标卡尺 千分尺千分尺 量具用钢的选用举例量具用钢的选用举例 量量 具具 钢钢 号号 平样板或卡板平样板或卡板 1010、2020或或5050、5555、6060、60Mn60Mn、65Mn 65Mn 一般量规与块规一般量规与块规 T10AT10A、T12AT12A、9SiCr 9SiC

18、r 高精度量规与块规高精度量规与块规 CrCr（刃具钢）、（刃具钢）、CrMnCrMn、GCr15 GCr15 高精度且形状复杂的量规与块规高精度且形状复杂的量规与块规 CrWMn(CrWMn(低变形钢低变形钢) ) 抗蚀量具抗蚀量具 4Cr13, 9Cr18(4Cr13, 9Cr18(不锈钢不锈钢) ) 3 3、合金模具钢、合金模具钢合金模具钢按其用途分为合金模具钢按其用途分为冷作模具钢冷作模具钢和和热作模具钢热作模具钢两大类。两大类。 冷作模具钢冷作模具钢 用途：冷模具用于制造用途：冷模具用于制造各种冷冲模、冷镦模、冷挤各种冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模等，工作温度压模和拉丝模等，工作温

19、度不超过不超过200 200 300 300 。热作模具钢热作模具钢如：如：9Mn2V9Mn2V、CrWMnCrWMn 用途：热作模具钢用于制造各用途：热作模具钢用于制造各种热锻模、热压模、热挤压模和压种热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等，工作时型腔表面温度可达铸模等，工作时型腔表面温度可达600 600 以上。以上。如：如：5CrMnMo5CrMnMo、5CrNiMo5CrNiMo 性能要求：性能要求： 高硬度，高硬度，585862 HRC;62 HRC; 高耐磨性高耐磨性; ; 足够的韧性和疲劳抗力足够的韧性和疲劳抗力五、高速工具钢高速工具钢高速工具钢是用于制造高速工具钢是用于制造中、高速

20、切削刀具的高中、高速切削刀具的高碳合金钢，其碳含量为碳合金钢，其碳含量为0.7%0.7%1.65%1.65%，合金元素，合金元素含量为含量为10%10%25%25%。高速。高速工具钢的住家合金元素工具钢的住家合金元素为为CrCr、W W、MoMo、V V等，可等，可形成大量合金碳化物强形成大量合金碳化物强相，并保证马氏体的高相，并保证马氏体的高硬度。硬度。使用时应进行专门的热处理，使用时应进行专门的热处理，一般为淬火后多次回火，并进一般为淬火后多次回火，并进行多次锻打成形，以保证很高行多次锻打成形，以保证很高的硬度和耐磨性、较高的热硬的硬度和耐磨性、较高的热硬性。高速工具钢广泛用作各种性。高速

21、工具钢广泛用作各种中、高速切削车刀、铣刀、钻中、高速切削车刀、铣刀、钻头、齿轮刀具和拉刀等。头、齿轮刀具和拉刀等。三、特殊性能钢特殊性能钢 特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种高合金特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种高合金钢钢. .它主要包括它主要包括不锈钢不锈钢, ,耐磨钢耐磨钢等等. .1 1、不锈钢、不锈钢 能抵抗大气能抵抗大气, ,酸酸, ,咸或其它介质腐蚀的钢咸或其它介质腐蚀的钢。 不锈钢在石油化工、国防工业和一些尖端科学技术及日常生不锈钢在石油化工、国防工业和一些尖端科学技术及日常生活中都得到广泛应用，例如化工装置中的各种管道、阀门和泵，活中都得到广泛应用，例如化工装置中的各种管