第二节工程用钢及其应用

1、第二节第二节 工程用钢及其应用工程用钢及其应用n概述概述n工程结构用钢工程结构用钢n机械结构用钢机械结构用钢n滚动轴承钢滚动轴承钢n工具钢工具钢n特殊性能钢特殊性能钢一、一、 概述概述碳钢碳钢：价格低，但力学性能低，淬透性低，回火抗力：价格低，但力学性能低，淬透性低，回火抗力 差，耐热、耐低温、耐蚀等性能差。差，耐热、耐低温、耐蚀等性能差。合金钢合金钢 ：在：在C C钢中加入某些合金元素而成钢中加入某些合金元素而成1 1、钢的分类、钢的分类 按按化学成分化学成分分：分：低低C C wC 0.25%中中C C wC = 0.250.6%高高C C wC 0.6%低合金低合金 wMe 5%中合金中

2、合金 wMe =510%高合金高合金 wMe 10%碳素钢碳素钢合金钢合金钢按按质量质量分：分：普通质量、优质、特殊质量钢。普通质量、优质、特殊质量钢。S，P含量低则质量高。含量低则质量高。按按用途用途分：分：结构钢、工具钢、特殊性能钢等。结构钢、工具钢、特殊性能钢等。汽车曲轴汽车曲轴医疗器械医疗器械2 2、钢的牌号（编号）、钢的牌号（编号）2 2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢 如如, ,45 钢，钢，wC = 0.45%1 1）碳素结构钢和低合金高强度钢碳素结构钢和低合金高强度钢例：例：Q235AF表示表示: :s235 MPa （碳素钢：（碳素钢：Q235Q235275275）质量等级：质

3、量等级：A（分（分AE，A级最差，级最差，P P、S S含量最高）含量最高）脱氧方法：沸腾钢脱氧方法：沸腾钢3 3）非合金易切钢非合金易切钢 如如 Y20，wC =0.2%，易切削结构钢。，易切削结构钢。4 4、碳素工具钢碳素工具钢如如, , T12A ，wC =1.2 % ，A表示高级优质。表示高级优质。5 5、合金钢合金钢结构钢结构钢 如如 60Si2Mn （ wC =0.6% ， wSi =2% ，wMn1.5%）工具钢、特殊性能钢工具钢、特殊性能钢如如 9SiCr（wC =0.9%，wSi、wCr 均均1.5%）；）；CrWMn（wC1.0%） 专用钢专用钢 如滚动轴承钢如滚动轴承钢

4、GCr15（wC =1.0%，wCr =1.5% ）。）。3 3、钢中的杂质元素及合金元素、钢中的杂质元素及合金元素1 1）杂质元素对钢的性能的影响）杂质元素对钢的性能的影响锰锰（0.25-0.80%）：有益）：有益 脱氧剂；降低脱氧剂；降低FeO脆性；脆性； Mn+SMnS（降低（降低S的有害作用）的有害作用）热加工性能；热加工性能；固溶强化固溶强化磷磷：有害：有害 Fe3P 在在 100时脆性大时脆性大冷脆冷脆硫硫：有害：有害 985 时形成（时形成（Fe+FeS）热脆热脆硅硅：有益：有益 脱氧脱氧脆性；脆性；固溶强化固溶强化氧、氮、氢氧、氮、氢： 有害有害 强度、塑性、韧性强度、塑性、韧

5、性2 2）合金元素在钢中的作用）合金元素在钢中的作用存在形式存在形式形成形成固溶体固溶体在在和和中无限固溶中无限固溶形成形成碳化物碳化物间隙相间隙相MC与间隙与间隙MC 形成形成非金属夹杂物非金属夹杂物Al2O3、SiO2、AlN等等 形成形成金属间化合物金属间化合物FeSi、FeCr、Fe2W 以以游离态游离态形式存在形式存在Cu、Ni对钢中基本相的影响对钢中基本相的影响强化铁素体强化铁素体 形成合金形成合金F，产生固溶强化。，产生固溶强化。形成碳化物形成碳化物稳定性，熔点、硬度比稳定性，熔点、硬度比Fe3C高得多。高得多。类类 型型特特 征征举举 例例特特 点点特殊碳化物特殊碳化物rC/r

6、M0.59(Fe, Mn)3C熔点较低，稳定性较差，熔点较低，稳定性较差，对相变影响较大对相变影响较大对对Fe-C相图的影响相图的影响研究合金元素对研究合金元素对奥氏体奥氏体的影响的影响二、工程结构用钢二、工程结构用钢1 1、概述、概述特点特点：低：低C C，塑性好，热轧或正火态使用。，塑性好，热轧或正火态使用。用途用途：建筑、桥梁、车船等构件。：建筑、桥梁、车船等构件。建筑构件建筑构件钢桥梁钢桥梁2 2、碳素结构钢、碳素结构钢碳素结构钢的牌号和化学成分碳素结构钢的牌号和化学成分(GB/T700-1988)(GB/T700-1988)牌号牌号等级等级化学成分化学成分脱氧方脱氧方法法w(C)%w

7、( Mn)%w( Si)%w(S )%w( P)%不大于不大于Q1950.06-0.120.25-0.500.300.0500.045F,b,ZQ215A / B0.09-0.150.25-0.550.300.050 / 0.0450.045F,b,Z Q235A0.14-0.220.30-0.650.300.0500.045F,b,ZB0.12-0.200.30-0.700.300.0450.045F,b,ZC 0.180.35-0.800.300.0400.040ZD 0.170.35-0.800.300.0350.035TZQ255A / B0.18-0.280.40-0.700.300

8、.050 / 0.0450.045ZQ2750.28-0.380.50-0.800.350.0500.045ZwC = 0.060.38% ，S、P含量较高，力学性能一般。含量较高，力学性能一般。碳素结构钢的机械性能碳素结构钢的机械性能(GB/T700-1988)(GB/T700-1988)牌牌号号等等级级拉拉 伸伸 试试 验验冲击试验冲击试验屈服点屈服点 s ，MPaMPa抗拉抗拉强度强度 b b / /MPa伸长率伸长率 s , , %温度温度V V型冲型冲击功击功( (纵向纵向) )J钢材厚度钢材厚度( (直径直径) )，mmmm钢材厚度钢材厚度( (直径直径), mm), mm 164

9、060100150150 164060100150150不小于不小于不小于不小于不小于不小于Q195195315-39033Q215A/B215195175165335-41031292726/20/27Q235A/BC/D235215195185375-46026242221/200/-20/27Q255A/B255235215205410-51024222019/20/27Q275275255235225490-61020181615GB/T700-1988 GB/T700-1988 标准标准 GB700-79 GB700-79 标准标准化学成分和力学性能均须保证化学成分和力学性能均须保证

10、 A A 类钢类钢 保证力学性能，保证力学性能， B B 类钢类钢 保证化学成分，保证化学成分， C C 类钢类钢 保证化学成分及力学性能。保证化学成分及力学性能。Q195 Q195 A1A1；B1B1Q215 Q215 A2A2；C2C2Q235 Q235 A3A3；C3C3Q255 Q255 A4A4；C4C4Q275 Q275 C5C5碳素结构钢碳素结构钢 新、老标准钢号对照新、老标准钢号对照用途用途钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。 角钢角钢螺钉、铆钉螺钉、铆钉钢筋、螺纹钢钢筋、螺纹钢3 3、低合金高强度结构钢、低合金高强度结构钢牌号牌号旧

11、钢号旧钢号主主 要要 化化 学学 成成 分分，% %机械性能机械性能CMnSi， s ，MPa b ，MPa 5 ，%Q29509MnNb12Mn 0.160.801.500.5529557023Q34516Mn16MnRe0.180.201.001.600.553456302122Q39016MnNb15MnTi 0.201.001.600.553906501920Q42014MnVTiRe15MnVN 0.201.001.700.554206801819Q46014MnMoV18MnMoNb 0.201.001.700.5546072017 低合金高强度结构钢的牌号、成分、性能低合金高强度

12、结构钢的牌号、成分、性能成分成分 wC0.2% ，wMe 5% ，主加元素，主加元素Mn，附加，附加V、Ti、Nb。性能性能 强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。( (摘自摘自GB/T1591-1994)GB/T1591-1994)应用应用高压容器高压容器桥梁桥梁船舶船舶车辆车辆4 4、工程用铸造碳钢、工程用铸造碳钢力学性能优于铸铁力学性能优于铸铁 ，但铸造流动性差，收缩率大。，但铸造流动性差，收缩率大。牌牌号号主主 要要 化化 学学 成成 分分，% %机械性能机械性能C Mn Si s ，MPa b ，MPa ，%ZG200-4000.200.800.5020

13、040025ZG230-4500.300.900.5023045022ZG270-5000.400.900.5027050018ZG310-5700.500.900.6031057015ZG340-6400.600.900.6034064010 工程用铸造碳钢的牌号、成分、性能工程用铸造碳钢的牌号、成分、性能( (摘自摘自GB/T11352-1989)GB/T11352-1989)用途用途轧辊轧辊外壳外壳形状复杂，需一定强度、塑韧性的零件。形状复杂，需一定强度、塑韧性的零件。三、机械结构用钢三、机械结构用钢1 1、概述、概述特点特点：S S、P P含量较低，强韧性好，热处理后使用。含量较低，强

14、韧性好，热处理后使用。用途用途：机械零件、构件。：机械零件、构件。柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴2 2、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢成分成分 ：w wC C = 0.05= 0.050.90%0.90%，w wMn Mn = 0.25= 0.251.2%1.2% 。优质碳素钢的化学成分和性能优质碳素钢的化学成分和性能牌号牌号化学成分，化学成分，% s ，MPaCMnSiSP08F10203540455060850.05-0.110.07-0.130.17-0.230.32-0.390.37-0.440.42-0.500.47-0.550.57-0.650.62-0.700.25-0.500.35-

15、0.650.35-0.650.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.80 0.030.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.035175205245315335355375400420( (摘自摘自GB/T699-1999)GB/T699-1999)用途用途较重

16、要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。 汽车曲轴汽车曲轴热处理：渗碳、淬火、回火等。热处理：渗碳、淬火、回火等。3 3渗碳钢渗碳钢成分成分 wC = 0.10.25%，合金元素提高淬透性，细化晶粒。，合金元素提高淬透性，细化晶粒。性能性能 渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。渗渗C钢钢的牌号（摘自的牌号（摘自GB/T3077-1999）（）（渗渗C C: 930，回火：，回火：200 ）主主 要要 化化 学学 成成 分分, , %预备处理预备处理淬火淬火, , CMnCr，Ni0.170.24

17、0.170.240.500.801.301.600.701.00 880800水水, , 油油880水水, , 油油0.170.230.170.230.901.200.801.100.901.201.001.30 850 油油880 870油油钢号钢号20Cr20MnV20CrMn20CrMnTi淬淬透透性性低低中中高高18Cr2Ni4WA20Cr2Ni4A0.130.190.170.23W0.81.20.300.601.351.654.04.51.251.653.253.75950 850空空 880780油油机械性能机械性能 bMPa sMPa83535785540 05909301080

18、735835118011808351080aKU2J475547557863最终热处理最终热处理应用应用 耐磨件耐磨件渗碳渗碳淬火淬火低温回火低温回火汽车变速箱齿轮汽车变速箱齿轮20CrMnTi柴油机曲轴柴油机曲轴18Cr2Ni4WA4 4调质钢调质钢成分成分：wC = 0.250.50%，提高淬透性，细化晶粒，强化，提高淬透性，细化晶粒，强化F 性能：性能：综合力学性能高综合力学性能高调质钢调质钢的牌号（摘自的牌号（摘自GB/T30771999）淬淬透透性性钢号钢号主主 要要 成成 分分, , %淬火淬火回火回火CMnSiCr低低450.420.500.500.800.170.3783084

19、0水水580640空空40Cr0.370.450.500.80Cr 0.81.10850油油500 水，油水，油中中高高35CrMo0.320.400.400.70Cr 0.81.10850油油550 水，油水，油38CrMoAlA0.350.42Al 0.71.1Cr 1.351.65940水，油水，油640水，油水，油40CrMnMo0.370.450.901.20Cr 0.91.20850油油600 水，油水，油机械性能机械性能 bMPa sMPaaKU2J 600 3553553940MnB0.370.441.101.400.200.40850油油500 水，油水，油980785479

20、8078547980835639808357198078563热处理热处理组织组织 回火回火S S应用应用 40Cr40Cr：齿轮、主轴。：齿轮、主轴。 35CrMo35CrMo：曲轴、连杆。：曲轴、连杆。调质，可附加表面淬火。调质，可附加表面淬火。 汽车曲轴汽车曲轴连杆连杆5 5弹簧钢弹簧钢成分成分 wC = 0.450.90 %，主加，主加Si，Mn等，提高等，提高e性能性能 e 、s 、屈强比和疲劳强度高。、屈强比和疲劳强度高。钢号钢号主主 要要 成成 分分, , %淬火淬火 油油 回火回火机械性能机械性能 CMnSi, Cr bMPa sMPa 10%akkJ/m2650.620.70

21、0.500.800.170.37840油油50010008009450850.820.900.500.800.170.37820油油48011501000660065Mn0.620.700.901.200.170.37830油油5401000800880060Si2Mn0.560.640.600.901.502.00870油油48013001200580050CrVA0.460.540.500.80Cr 0.81.10850油油50013001150 5 9800（摘自（摘自GB/T12221985） 汽车板簧汽车板簧火车螺旋弹簧火车螺旋弹簧组织组织 ：回火：回火T应用：应用：65Mn、60S

22、i2Mn：汽车、机车的板簧，螺旋弹簧。：汽车、机车的板簧，螺旋弹簧。热处理热处理热轧弹簧：热成型热轧弹簧：热成型 淬火淬火 + 中温回火中温回火冷轧弹簧：淬火冷轧弹簧：淬火 + 中温回火中温回火 冷成型冷成型 去应力退火去应力退火四、滚动轴承钢四、滚动轴承钢成分：成分： w wC C= 0.95= 0.951.10%1.10%，主加，主加CrCr，形成细小的碳化物。，形成细小的碳化物。性能：高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。性能：高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。热处理：热处理： 球化退火球化退火 + + 淬火淬火 + + 低温回火低温回火应用：应用：GCr15GC

23、r15中小型轴承，冷冲模，中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。量具，丝锥。五、工具钢五、工具钢刃具、模具、量具钢刃具、模具、量具钢1 1、刃具钢、刃具钢性能要求：硬度、耐磨性、热硬性高，塑、韧性较好。性能要求：硬度、耐磨性、热硬性高，塑、韧性较好。1）碳素工具钢）碳素工具钢（淬火（淬火 + 低温回火）低温回火）钢号钢号C, %Mn, %Si, %S, % P, % 退火后退火后HBS, 水冷淬火水冷淬火温度，温度，T7T8T8MnT9T10MnT10T12T130.65-0.740.75-0.840.80-0.900.85-0.940.95-1.040.95-1.041.15-1.241.25-1

24、.35 0.40 0.400.40-0.60 0.400.40-0.60 0.40 0.40 0.40 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.350.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.03518718718719219207207217800-820780-800780-800760-780760-780760-780760-780760-780化学成分、热处理、性能（淬火后化学成分、热处理、性能（淬火后HRC62) )( (摘自摘自GB/T1

25、298-1986)GB/T1298-1986)用途用途冲头、凿子、锉刀、量规等。冲头、凿子、锉刀、量规等。 螺纹量规螺纹量规2）合金量具刃具钢）合金量具刃具钢wC = 0.75 1.5 % ，wMe 5 % ，工作温度工作温度 300 。钢号钢号主要化学成分，主要化学成分，w / %热处理及性能热处理及性能CMnSiCr淬火淬火回火回火回火后回火后HRCHRC9SiCr0.850.950.300.601.201.600.951.25860880油油1802006062CrWMn0.901.050.801.10W1.21.600.901.20820840油油1401606265（摘自（摘自GB/

26、T12992000）化学成分、热处理、性能（淬火后化学成分、热处理、性能（淬火后HRC62) )板牙板牙丝锥丝锥应用应用电子卡尺电子卡尺3）高速钢）高速钢 wC = 0.75 1.65 % ， wMe10 % ，工作温度工作温度 600 。钢号钢号主要化学成分，主要化学成分，w，%热处理及性能热处理及性能CWVCrMo淬火淬火回火回火回火后回火后HRCW18Cr4V0.700.8017.519.01.001.403.804.4012701285 油油550570三次三次63W6Mo5Cr4V20.800.905.506.751.752.203.804.404.755.5012101230 油油

27、540560三次三次63应用应用高速车刀、钻头、铣刀等。高速车刀、钻头、铣刀等。2 2、模具钢、模具钢冷、热作模具，塑料模具钢等。冷、热作模具，塑料模具钢等。1 1）冷模具钢）冷模具钢 冷冲压、冷镦、冷挤压模等。冷冲压、冷镦、冷挤压模等。汽车冲压模具汽车冲压模具性能性能 高硬度高硬度 耐磨性耐磨性 足够的韧性足够的韧性 疲劳抗力。疲劳抗力。最终热处理最终热处理 淬火淬火+ + 低温回火低温回火. . 热模具钢热模具钢热锻、热挤压、压铸模等。热锻、热挤压、压铸模等。热模锻曲轴毛坯热模锻曲轴毛坯性能性能: : 耐热性、热疲劳抗力高。耐热性、热疲劳抗力高。最终热处理最终热处理: : 淬火淬火+ +高

28、温回火高温回火六、特殊性能钢六、特殊性能钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。1 1、不锈钢、不锈钢抗腐蚀途径抗腐蚀途径：加加 CrCr、NiNi，形成单相组织。，形成单相组织。加加 CrCr，降低两相的电极电位差。，降低两相的电极电位差。加加 CrCr、AlAl、SiSi，生成致密的表面氧化膜，生成致密的表面氧化膜 。不锈钢的成分、热处理、性能不锈钢的成分、热处理、性能钢号钢号主主 要要 化化 学学 成成 分分, , %淬火淬火回火回火CCrNiTi类类别别机械性能机械性能 b bMPa s sMPa 5 5%HRCHB1Cr13 0.1512149501000水水, ,油油

29、7007504Cr130.360.45121410501100 油油200300M型型540345680400254159501Cr17 0.121618780850 正火正火0Cr18Ni9 0.07171981210101150 水水F型型A型型A-F型型45020552020522401831871Cr18Ni9Ti 0.121719912 0.50.89201150 水水520205401871Cr21Ni5Ti0.090.1420224.85.8 0.350.89501100水水, ,空空60035020用途用途M M不锈钢不锈钢 船用螺旋桨船用螺旋桨 1Cr18Ni9Ti1Cr18

30、Ni9TiA A不锈钢表带不锈钢表带F F不锈钢容器不锈钢容器2 2、耐热钢、耐热钢抗氧化性抗氧化性：金属在高温下的抗氧化能力：金属在高温下的抗氧化能力热强性热强性：热强性是指钢在高温下的强度：热强性是指钢在高温下的强度用途用途：锅炉、燃气轮机等：锅炉、燃气轮机等类类别别钢号钢号主主 要要 化化 学学 成成 分分, , %淬火淬火回火回火CCrNiTiM型型1Cr13 0.1512149501000油油7007501Cr11MoV0.110.181011.5Mo 0.50.710501100空空720740A型型1Cr18Ni9Ti 0.121719811 0.50.89201150 水水机械性能机械性能 b bMPa s sMPa540345490685520205 5 5%2040HB 1591591873 3、耐磨钢、耐磨钢ZGMn13ZGMn13成分成分： w wC C = 0.9= 0.91.5%1.5%， w wMn Mn = 11= 1114% 14% 。热处理热处理：1000100011001100，保温，水冷，保温，水冷AA，硬度低，韧性高。，硬度低，韧性高。性能性能：工件工作时受冲击变形，表层产生加工硬化，及：工件工作时受冲击变形，表层产生加工硬化，及M M相变相变硬化，心部保持高韧性。硬化，心部保持高韧性。用途用途：履带、铁道岔道：履带、铁道岔道钢钢 号