第五章工业用钢

第五章工业用钢以铁为主要元素，碳的质量分数一般在2%以下，并含有其他元素的材料称为钢.按照化学成分分为：碳钢和合金钢两大类。碳钢：指碳含量Wc<2.11%的铁碳合金。合金钢：指为改善钢的组织、性能，在冶炼时特意加入合金元素的钢。一、碳钢中的长存杂质元素及其作用碳钢中除铁以外的主要元素是碳，其它长存的杂质元素有硅、锰、硫、磷等，还有熔炼中夹杂进入的氧、氢、氮等气体元素。第一节碳钢1、有益元素锰——能溶于F，使F强化，也能溶于渗碳体，提高其硬度；能增加并细化P，从而提高钢的强度和硬度；可与S形成MnS，以消除硫的有害作用。硅——能溶于F使之强化，从而使钢的强度、硬度、弹性都得到提高。2.有害元素:硫——形成低熔点的FeS，使钢产生热脆。热脆：

FeS与Fe形成的熔点（985℃）共晶体分布在晶界上当钢加热到1000-1200℃进行锻压或轧制时，由于晶界上的共晶体已经熔化，使钢在晶界开裂。这种现象称热脆。磷——部分溶于F形成固溶体，部分在结晶时形成脆性很大的Fe3P，使钢在室温下的塑、韧性急剧下降。冷脆：低温时由磷导致钢严重变形的现象称钢的冷脆通常钢材的质量等级以硫磷含量的控制来划分3.气体元素（钢中有害元素）:N：钢中过饱和N在常温放置过程中会发生时效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除时效倾向。O：钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。H：原子态的过饱和氢时将降低韧性,

引起氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。钢中白点O、H、N三种气体元素在高温时融入钢液，而在固态钢中溶解度极小，冷却时来不及溢出而积聚在组织中形成高压细微气孔，使钢的塑性、韧性和疲劳强度急剧降低，严重时会造成裂纹、脆断，是必须严格控制的有害元素。二、碳钢的分类、牌号和用途（一）碳钢的分类

1、按碳的含量分类：

（1）低碳钢Wc=0.08%～0.25%，

塑性好，多用作冲压、焊接和渗碳工件。

（2）中碳钢Wc=0.25%～0.6%，

强度和韧度均较高，热处理后有良好的综合力

学性能，多用作要求良好强韧度的各种重要结

构零件。

（3）高碳钢Wc=0.60%～1.4%，

硬度较高，多用作工具、模具和量具等工件。2、按质量分类：

（1）普通钢钢中S≤0.050%，P≤0.045%

（2）优质钢钢中S≤0.035%，P≤0.035%

（3）高级优质钢S≤0.030%，P≤0.030%

3、按用途分类

（1）碳素结构钢主要用于建筑、桥梁等工程结构和各种机械零件（如齿轮、轴、螺柱、弹簧等）

（2）碳素工具钢主要用于各类刀具、量具和模具，如丝锥、扳牙、刮刀、锯条、冲模等。

（3）专用钢包括锅炉钢、船用钢、易切钢等。

4、按钢液脱氧程度分类

（1）沸腾钢（F）沸腾钢脱氧不完全，组织不致密，成分不均匀，性能较差。

（2）镇静钢（Z）镇静钢脱氧完全，组织致密，成分较均匀，性能较好。优质钢和高级优质钢多为镇静钢，通常不再标注镇静钢代号。

（3）半镇静钢（b）半镇静钢脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间。二、 碳钢的牌号性能及主要用途1、碳素结构钢：用途：薄板，铁丝，钉，小轴，螺栓等。化学成分：Wc=0.09%--0.33%WMn=0.37%--0.65%Wsi=0.30%

Ws≤0.035--0.05%Wp≤0.035%--0.045%牌号：Q+屈服点数值+质量等级符号+脱氧方法符号质量等级：用A、B、C、D、E表示硫磷含量不同例：Q235AF代表屈服点σS=235MPa，质量为A级的沸腾碳素结构钢组织：较多的F+较少的P性能：因为碳低，焊接性能好2、优质碳素结构钢：化学成分：Wc=0.08%--0.85%Wsi=0.17%--0.37%Wsp≤0.035%

牌号：两位数字+符号表示数字表示含碳量万分之几，40表示钢中平均含碳量为0.40%。若钢中锰的含量较高时，在数字后面附化学元素符号Mn60Mn表示钢中平均含碳量为0.60%，Mn的含量为0.70%～1.00%的优质碳素结构钢。符号如果是F则表示是沸腾钢。例：08F15F1)低碳钢化学成分：Wc≤0.15%组织：退火状态下，组织为较多的F和较少P性能：σ和HBS低，而δ.ak好，焊接性好。用途：08F、10F、15F冷变形加工成型件机壳、容器。

10~25钢各种标准件、轴套、容器等。2)中碳钢化学成分：Wc=0.30%～0.6%组织：F+P，性能：σ、HBS比低碳钢略高，而δ、ak略低。具有良好的综合力学性能，切削加工性好，但焊接性一般。用途：用于制作主轴及连杆等重要的机械零件。3)高碳钢化学成分：WC>0.60%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σ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“T”加数字表示，该数字表示钢中平均含碳量的千倍。T8：表示碳的平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。3、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第三节合金钢合金钢是为了改善钢的某些性能，在碳素钢的基础上加入某些合金元素所炼成的钢。如Mn、Cr、Si、Ni、W、V、Ti等合金含量低于3%，含碳量的也较低的称低合金钢钢中的合金元素超过低合金钢的限度时，称为合金钢低合金钢与含碳量相同的碳素钢相比，具有较高的强度、塑性、韧性和耐腐蚀性，具有良好的焊接性能，广泛应用于桥梁、汽车、铁道、锅炉等设备。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低合金钢的牌号

表示方法与碳素结构钢相同，以字母Q，后三数字表示其最低屈服强度，最后以符号表示质量等级例：Q345A。表示屈服强度不低于345MPa的A级低合金高强钢。1、低合金高强度结构钢低碳（0.10%～0.25%），wMe<3%。主加元素为Mn和硅其强化了铁素体，提高了强度；V、Ti和Ni等元素使晶粒细化，使韧性提高。低合金高强度结构钢大多数是在热轧退火或正火状态下使用，一般不再进行热处理。在桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器、起重机械等钢结构件中应用广泛。例如Q345。船舶桥梁2、低合金耐候钢耐候钢即大气腐蚀钢，实在低碳钢的基础上加入少量的合金元素，如Cu、Gr、Ni、Mo、Ti、V等，使其在金属表面形成保护层，以提高钢材的耐腐蚀性。耐候钢又分为焊接结构用耐候钢和高耐候性结构钢焊接结构用耐候钢（12MnCuCr）具有良好的焊接性能，适用于桥梁建筑及其他要求耐候性的结构件；高耐候性结构钢的耐候性比较好，适用于车辆、建筑、塔架和其他要求高耐候性的钢结构。3、低合金专业用钢在低合金高强度结构钢的基础上发展了一些专门用途的低合金专业用钢，如低合金钢筋钢、铁道用低合金钢、矿用低合金钢、汽车用低合金钢等，根据使用性能的要求可对各类钢的化学成分作相应的调整。2、合金钢的分类及牌号

（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、不锈钢、耐蚀和耐热钢、特殊物理性能钢等。我国合金钢的编号是按照合金钢中的含碳量+所含合金元素的种类（元素符号）+含量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。1、合金结构钢60Si2Mn09Mn22、合金工具钢9Mn2V平均含碳量<1.0%时，牌号前以千分之几表示CrWMn平均含碳量≥1.0%时，牌号前不标数字高速工具钢牌号中不标出含碳量W18Cr4