碳钢及合金钢应用与区别

钢铁材料的特征品种繁多、性能丰富矿藏丰富，冶炼加工相对容易，价格较低应用广泛，是最重要的工程材料碳钢及合金钢的应用与区别工具钢结构钢不锈钢碳钢与合金钢的比较

碳钢的特点冶炼加工容易成本低,应用广可热处理强化回火稳定性差淬透性差基本相强度低,韧性差不能满足特殊性能要求

合金钢的特点冶炼加工困难成本高回火稳定性高淬透性高基本相强度高,韧性好能满足特殊性能要求使用性能：

以强韧性为主工艺性能：

以可焊性、淬透性为主常用钢种：碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢等

工程用钢：建筑、桥梁、船舶、车辆渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢耐磨钢机器用钢结构钢§3结构钢

(普通)碳素结构钢牌号：Q195

Q215

Q235

Q255

Q275

A、B

A、B、C、D

A、B成分特点：低C，高S、P，高非金属夹杂性能特点：冶炼容易、冶金质量差、机械性能低

可焊性、塑性好、工艺性好使用状态：热轧空冷S＋F用途：工程结构件（钢板、钢筋、型钢等）

普通机械零件（少）

Wc

低时可用作焊接、铆接件等；

重要零件用Q235C、Q235D

(普通)碳素结构钢GB/T700-1988标准GB700-79标准化学成分和力学性能均须保证A类钢——保证力学性能，B类钢——保证化学成分，C类钢——保证化学成分及力学性能。Q195A1；B1Q215A2；C2Q235A3；C3Q255A4；C4Q275C5碳素结构钢新、老标准钢号对照牌号：

08、10、15、20、……、75、80、85（F）成分特点：

Wc：0.08%～0.85%C，S、P≯0.04%性能特点：冶金质量较好、塑性韧性高、淬透性及回火稳定性差使用状态：使用前一般都要经过热处理（渗碳、淬火、回火等）用途：比较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等优质碳素结构钢低合金结构钢牌号：

或：16Mn、09MnV、09MnNb、15MnTi、14MnVTiRe成分特点：

Q295

Q345

Q390

Q420

Q460

A、B

A～E

A～E

A～E

C、D、E低合金(WMe

<

3%)低C(Wc

<

0.2%)保证钢的韧性、焊接性和冷成形性能Mn、V、Ti、Nb、Cu、P、Si、Re①提高F的强度(Mn、Si)②细化晶粒(V、Ti、Nb)

提高σs、σb、ak③增加P，并使之细化(Mn)④弥散强化(V、Ti、Nb)

⑤提高耐蚀性(Cu、P)⑥脱硫、去气，使钢材净化，改善韧性和工艺性能(Re)性能特点：

①

σ(σs)高、σs/σb高减重20%～30%②具有良好的塑性和足够的韧性③具有较高的冷加工成形性④具有良好的可焊性、耐蚀性⑤低的韧脆转变温度低合金结构钢使用状态：热轧或正火，S＋F用途：强度较高的工程结构件钢号旧钢号主要化学成分，%机械性能CMnSi，s

，MPab

，MPa5，%Q29509MnNb

12Mn0.160.80

~1.500.5529557023Q34516Mn

16MnRe0.18

~0.201.00

~1.600.5534563021~22Q39016MnNb

15MnTi0.201.00

~1.600.5539065019~20Q42014MnVTiRe

15MnVN0.201.00

~1.700.5542068018~19Q46014MnMoV

18MnMoNb0.201.00

~1.700.5546072017常用低合金结构钢牌号、成分、性能

（厚度(直径)16mm，AKV≥34J）调质钢性能特点：调质处理后具有S回综合性能加工性能成分特点：

①

中碳（0.25%～0.50%）

②低合金（≤3.5

%）提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、B

强化铁素体:Mn、Si、Cr、Ni

细化晶粒:Ti、V

防止第二类回火脆性:W、Mo加工工艺路线：下料→锻造→预备热处理→粗加工→调质→精加工→表面强化→装配调质目的：

①为表面淬火作组织准备；②获得最终心部组织组织：主体：S回表层：M回正火或退火淬火+高温回火淬火+低温回火回火索氏体调质钢螺杆破碎机主轴柴油机连杆分类及用途：低淬透性(D0油<30～40mm，45、40Cr、40MnB)较小尺寸重要零件，如齿轮、轴、螺栓

中淬透性(D0油≈40～60mm，40CrNi、35CrMo)大中型零件，如曲轴、连杆

高淬透性(D0油>60mm,40CrNiMo、40CrMnMo、38CrMoAlA)大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮汽轮机主轴调质钢弹簧钢成分特点中高碳：碳素弹簧钢为0.6~0.9%C

合金弹簧钢为0.45~0.7%C

主加元素：Si、Mn、Cr、V低S、P及非金属夹杂：保证表面质量高疲劳强度高——用于制造利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件性能特点：高的σs，σs/σb；高的σ-1；足够的韧性，耐震动、抗冲击高的淬透性提高屈强比、淬透性、回火稳定性、细化晶粒热处理特点：热轧弹簧(>φ10mm大截面弹簧)：热成型→淬火+中温回火→喷丸冷轧弹簧(<φ10mm弹簧）：淬火+中温回火→冷成型→去应力→喷丸弹簧钢大型热卷弹簧弹簧的表面质量防止表面脱碳；避免表面缺陷；进行喷丸处理，使表面产生压应力使用状态组织：T回冷卷螺旋压缩弹簧弹簧钢65Mn、60Si2Mn：较大截面弹簧(汽车、拖拉机、机车板簧和螺旋弹簧)50CrV：大截面、大载荷、耐热的弹簧用途汽车板簧火车螺旋弹簧冷成形弹簧的生产过程

高而均匀的硬度和耐磨性高的b和接触疲劳强度足够的韧性、淬透性和耐蚀性高的纯净度工作条件承受高接触应力(达3000~3500MPa)周期性交变载荷(频率达数万次/分)和摩擦滚动轴承钢——用于制造轴承套和滚动体的专用钢种向心球轴承滚针轴承圆柱滚子轴承性能要求滚动轴承钢成分特点:高碳：0.95~1.10%C主加元素——Cr，提高淬透性、耐磨性和耐蚀性辅加元素——Mn、Si，提高淬透性热处理特点：球化退火+淬火+低温回火冷处理(-60~-80℃)，时效（120～140℃,10～20h）减少A’、稳定尺寸、去应力

组织：回火M＋细颗粒碳化物＋少量A’

应用：GCr15：中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥GCr15SiMn：大型、特大型轴承

滚动轴承钢轴承生产车间滚动轴承钢的热处理渗碳钢

表面：高的硬度、耐磨性和接触疲劳强度心部：应有较高的韧性和塑性、足够的强度在高的渗碳温度下奥氏体晶粒不易长大，并有良好的淬透性工作条件承受冲击载荷及交变应力作用表面受强烈磨损——用于制造渗碳零件的专用钢种性能要求成分特点:低碳：0.10~0.25%C加入提高淬透性元素Cr、Ni、Mn、B加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素Ti、V、W、Mo渗碳钢分类及应用：低淬透性合金渗碳钢15Cr、20Cr、20Mn2用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴中淬透性合金渗碳钢20CrMn、20CrMnTi、20Mn2TiB用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。高淬透性合金渗碳钢18Cr2NiWA、20Cr2Ni4A用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。

活塞销(20Cr)柴油机曲轴变速箱齿轮按用途分为:刃具钢模具钢量具钢模具刃具量具§4工具钢刃具钢的基本要求性能要求

①高硬度(≥HRC60)

②高的耐磨性

③高的弯曲强度和足够的韧性

④高的热稳定性（热硬性）组织要求:硬而细小的碳化物均匀分布在强而韧的钢基体中冶金质量：优质或高级优质刃具钢包括：碳素工具钢、低合金工具钢和高速钢——用来制造各种切削刀具的钢种切削加工一、刃具钢锻造球化退火机加工淬火+低温回火正火+球化退火碳素工具钢牌号：T7、T8、T9、……、T12

T13（A）成分特点：高C

(0.65%～1.35%)、低S、P性能特点：高H，工作温度低时有较好的耐磨性；工艺性好，淬透性低，热硬性差工艺路线：消除锻造应力；降低硬度，便于切削加工；使球化，为淬火做准备。获得高硬度、高耐磨性最终组织碳化物网组织球化退火后组织T12钢正常淬火组织M回＋粒状Fe3C

+A'最终组织：

尺寸小、形状简单、低速低温硬度高的工具T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13韧性高

硬度高

T7、T8：冲头、凿子、锤子等承受冲击的工具

T9、T10、T11：钻头、刨刀、丝锥等低速切削工具及冷作模具

T12、T13：锉刀、手锯条、刮刀、量规、样套等耐磨工具及量具碳素工具钢应用：（碳素工具钢+合金元素）高C（

0.9~1.5%）+

低合金（＜5%）合金元素作用：提高淬透性:Cr、Mn、Si

提高耐回火性：Si、Cr

提高耐磨性、细化晶粒、阻止钢过热:W、V低合金工具钢成分特点：性能要求:HRC＞60，使用温度200~300℃，有一定的强度和韧性丝锥板牙扳手低合金工具钢热处理:球化退火（+机加工）+淬火（油冷）+低温回火最终组织：回火M+合金碳化物+少量A'各种薄刃刀具；截面较大、形状复杂、变形小的模具。应用：9SiCrCrWMn高速钢型材提高硬度、耐磨性（W、V、Cr、Mo）提高淬透性（Cr）提高回火稳定性（W、V）细化晶粒（V）高速钢——制造高速切削刃具用钢典型钢种：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2成分特点：

高C（wC=0.65~1.65%）

高合金（＞10%）高速钢性能特点：高硬度和耐磨性——“锋钢”高热硬性——“高速钢”高淬透性——“风钢”较高的强度、韧性交叉反复锻严控始锻、终锻温度锻后缓冷锻造高速钢铸态组织高速钢加工及热处理特点：球化退火消除锻造应力均匀破碎后的碳化物降低硬度，便于加工为淬火、回火做准备[W18Cr4V钢退火工艺][退火组织（索氏体+颗粒状碳化物）]高速钢机加工需预热淬火温度高多种冷却方式淬火高速钢回火：需560℃多次回火磨削回火M+粒状碳化物+少量A'M回+颗粒状碳化物+A’（少量）高速钢淬火后组织:[M+碳化物+A']使用状态下组织:M+碳化物+A’孔钻仿型铣刀铣刀齿轮滚刀插齿刀圆锯片应用——高速切削刃具：车刀、钻头、铣刀等高速钢模具钢的基本要求①高的强度、硬度和耐磨性

②足够的韧性

③高的淬透性和淬硬性④良好的工艺性能模具钢分类：冷作模具钢热作模具钢塑料模具钢——用来制造模具的工具钢二、模具钢——用于制造对冷状态下的工件进行压制成型的模具——用于制造对高温状态下的工件进行压力加工的模具——使细粉或颗粒状塑料压制成形的模具用钢冷作模具钢——常温下使金属或非金属变形的模具（冷冲、冷镦、冷挤压、拉丝模、搓丝板、冲裁用模具、粉末压制模具等冷镦模具工作温度：T工作≯200℃～300℃受力特点：压力、弯曲应力、冲击力、摩擦力失效形式：磨损、崩刃、断裂、变形等性能要求：高硬度（58HRC～62HRC）高耐磨性(特别是表面抗磨损能力)高淬透性足够的强度(包括抗拉、抗压和抗弯强度)足够的韧性和疲劳抗力热处理变形小良好的工艺性能汽车外板冷冲模Cr12钢冷作模具钢成分特点：高C（wC

＞

1.0%）加入Cr、Mo、W、V等合金元素提高硬度、耐磨性提高淬透性提高回火稳定性细化晶粒常用钢种：T10、9Mn2V、9SiCr、CrWMn——小型、轻载模具Cr12、Cr12MoV——大型、复杂、重载、高精度、高耐磨模具高速钢——热硬性要求高的模具热处理特点:

碳素工具钢低合金工具钢球化退火（+机加工）+淬火+低温回火冷作模具钢

Cr12型冷模具钢的热处理方案：

①

一次硬化法

工艺：低温淬火（950℃～1000℃）+低温回火（150℃～180℃）

性能：高硬度（HRC61～64），高耐磨性，韧性较好，淬火变形小

应用：重载模具

②二次硬化法

工艺：高温淬火（1100℃～1150℃）+

510℃～520℃多次回火（三次）性能：硬度60HRC～62HRC，红硬性和耐磨性都较高，韧性较差应用：受强烈磨损，工作温度在400℃～450℃的模具

Cr12型钢热处理后组织：回火马氏体+碳化物+残余奥氏体冷作模具钢热锻压铸热挤压热作模具钢包括锤锻模、热挤压模和压铸模三类工作温度：T工作=

400℃～600℃受力特点：高冲击、强摩擦、大而不均匀的热应变和热压力失效形式：高温氧化、崩裂、塌陷、磨损、龟裂等性能要求：

①

高的热硬性和高温耐磨性；

②

高的抗氧化性能和耐腐蚀性能；

③

高的热强性和足够的韧性；

④

高的热疲劳抗力；

⑤高的淬透性和导热性成分特点：中碳（0.3%～0.6%）保证高强度、高韧性、较高硬度(HRC35～52)和热疲劳抗力合金元素的作用：提高淬透性（Cr、Ni、Mn、Si、W、Mo）提高回火稳定性（Cr、Ni、Mo、W、V）提高高温强度、耐热疲劳性能（Mo、W、V）细化晶粒、增加钢的韧性（Ni、V）防止第二类回火脆性（Mo、W）热作模具钢常用钢种及应用5CrMnMo、5CrNiMo、5CrMnSiMoV：韧性高、热硬性不太高的热锻模3Cr2W8V、4Cr5MoVSi

：热强性更好的大型锻压模或压铸模热作模具钢汽车四缸压铸模热处理特点:预备热处理：完全退火或等温退火最终热处理：热锻模——淬火+模面中温回火、模尾高温回火

回火后组织：回火屈氏体和回火索氏体；压铸模——较高温度淬火+略高于二次硬化峰值的温度回火3～4次回火后组织：回火马氏体+粒状碳化物

热作模具钢塑料模具钢包括热塑性塑料模具和热固性塑料模具一定的综合性能（强度、硬度、耐磨性等）良好的工艺性（切削加工性、热处理变形小、补焊性能好）良好的导热性和热稳定性、低的热膨胀系数良好的可抛光性和镜面质量一定的耐腐蚀性低的导磁系数塑料模具钢工作温度：T工作=

<

200℃受力特点：性能要求：承受温度、压力、侵蚀和磨损的作用，形状复杂、加工难度大

塑料模具钢的分类和应用非合金型塑料模具钢

45、50、55等：形状简单、小型、精度要求不高、使用寿命不需要很长

T7、T8～T12：形状较简单、小型、耐磨性要求较高的热固性塑料模具渗碳型塑料模具钢

10、20、20Cr、12CrNi3、20CrMnTi、20CrMnMo等

优点：切削加工性能良好；具有较高的强度，而且心部具有较好的韧性；模具表面硬度高、耐磨性高、抛光性能良好；塑性好，可采用冷挤压成型，无需切削加工，适于大批量生产

缺点：热处理工艺较复杂、变形大塑料模具钢

调质硬化型塑料模具用钢（预硬型塑料模具钢）

40Cr、42CrMo、38CrMoAl、3Cr2Mo、3Cr2NiMnMo等

工艺过程：热加工后的模块→调质处理→刻模加工成型→使用

优点：成型后不需最终热处理→避免热处理而引起的变形和裂纹

应用：形状复杂的大、中型精密塑料模具时效硬化型塑料模具钢

25CrNi3MoAl、10Ni3MnCuAl等

工艺过程：固溶硬化后变软→切削加工成型→时效处理

优点：综合性能很高，热处理变形很小，焊接性能好，可进行表面氮化

应用：适于制造复杂、精密、高寿命的塑料模具

塑料模具钢整体淬硬型塑料模具钢低合金工具钢：9SiCr、9Mn2V、CrWMn、9Cr-WMn冷作模具钢：Cr12、Cr12Mo1V1、Cr12MoV热作模具钢：5CrMnMo、5CrNiMo、4Cr5MoSiV、4Cr3Mo2MnVbB优点：使用状态具有高硬度、高耐磨性和长的使用寿命应用：用于压制热固性塑料、交合强化塑料(尼龙型强化或玻璃纤维强化塑料)

大批量生产，要求模具使用寿命很长的塑料模具

耐腐蚀型塑料模具钢

Cr13型M耐蚀钢、9Cr18高碳高铬M不锈钢、1Cr18Ni9Ti型A不锈钢等

用途：生产化学性腐蚀塑料(如聚氯乙烯或聚苯乙烯添加抗燃剂等)制品模具塑料模具钢①尺寸小、形状简单、精度要求不高的量具：低碳钢渗碳、中碳钢表面淬火、碳素工具钢、低合金工具钢

T10A、T12A、9SiCr等②精密量具：滚动轴承钢、冷作模具钢等

GCr15、CrWMn等③接触腐蚀介质的量具：不锈钢三、量具钢性能特点：高硬度和耐磨性、高尺寸稳定性、热处理变形小、足够的韧性成分特点：高碳（0.9%～1.5%）+

Cr、W、Mn等合金元素应用：——用来制造各种测量工具的钢种

量具钢的热处理特点预备热处理：采用球化退火或调质处理最终热处理：淬火+（-70～-80℃）冷处理+低温回火+时效处理

最终组织：回火M+碳化物+Ar120～130℃，保温几～几十小时，使M、Ar稳定，消除内应力三、量具钢——用来制造各种测量工具的钢种

不锈钢——在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢金属腐蚀的概念

（1）化学腐蚀——金属与化学介质直接产生化学反应（2）电化学腐蚀——金属在腐蚀介质中形成原电池，阳极失去电子被腐蚀电化学腐蚀过程示意图(c)