第1篇cp4 工业用钢

第四章工业用钢教学目的：1、

了解钢的分类方法、编号及用途

学会选择材料2、

了解杂质元素对钢性能的影响金属工艺学---国家级精品课程钢是含碳量小于2.11%的铁碳合金。钢的种类繁多。一、钢的分类按化学成分分类：碳素钢（以铁、碳为主要合金元素）

合金钢（除铁碳外还人为加入其它元素）按用途分类：结构钢工具钢特殊钢按质量分类：普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）优质钢（P、S均≤0.035%）高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）按含碳量分类：低碳钢中碳钢高碳钢杂质对钢性能的影响钢中基本元素为：Fe、C；杂质元素主要有：Si、Mn、S、P。1.Si、Mn是炼钢时用硅铁、锰铁脱氧后残留在钢中的杂质元素。在碳钢中wsi≤0.37%wMn=0.25%--0.8%对力学性能影响不大。但作为合金元素，可提高钢的力学性能。Si（1）可清除钢中的FeO，脱氧能力比Mn强。它与钢液中的FeO能结成密度较小的硅酸盐以炉渣的形式被除去。从而消除FeO对钢的不良影响（2）硅能溶入铁素体中，使铁素体强化，从而提高钢的强度和硬度，但降低塑性和韧性。当含硅量不多时，其对钢的性能影响不大。（3）总起来说，硅也是一种有益的元素。作为杂质其含量应小于0.4%。Mn（1）可清除钢中的FeO，改善钢的品质。锰从FeO中夺取氧形成MnO进入炉渣，从而把钢中的FeO还原成铁，改善钢的质量。（2）减轻硫的有害作用，降低钢的脆性，改善钢的热加工性能。（MnS在高温时有一定塑性，切削加工中MnS能起断屑作用，因此改善了钢的切削加工性，这类钢称作易切削钢)（3）在室温下锰能大部分溶入铁素体中形成含锰铁素体的置换固溶体，使铁素体强化，提高钢的强度和硬度。（4）锰在碳钢中的质量分数一般为0.25%～0.80%，最高可达1.2%。总起来说，锰是一种有益的元素。S是在炼钢时由矿石和燃料带入钢中的→热脆，是有害元素。P是由矿石带入钢中的→冷脆，是有害元素。因此衡量钢质量的主要指标为钢中的S、P含量。S一般控制在0.065%以下,P一般控制在0.045%以下。2.S、PS硫可与铁生成FeS，FeS与Fe能形成低熔点（985℃）的共晶体，且分布在晶界上。当钢材在1000℃～1200℃进行热压力加工时，由于共晶体熔化，从而导致热加工时开裂。这种金属在高温时出现脆裂的现象，称为“热脆”。P磷在钢中能全部溶于铁素体中，提高铁素体的强度和硬度。但在室温下却使钢的塑性和韧性急剧下降（Fe3P而使钢的脆性增加），产生低温脆性，这种现象称为冷脆。磷的有害作用在一定条件下可以转化，例如钢中加入适量的磷还可以提高钢材的耐大气腐蚀性能。在炮弹用钢中加入较多磷，可增大钢的脆性，使炮弹在爆炸时碎片增多，从而增加了杀伤力。P二、碳素钢碳素钢是含碳量在1.5%以下，并含有硅、锰、硫、磷等杂质的金属材料。按含碳的质量分数分类低碳钢0.0218%＜wc≤

0.25%；中碳钢0.25%＜wc＜

0.60%；高碳钢0.60%＜wc≤1.3%。按照钢的用途和质量可分为：碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢。

（1）碳素结构钢1）含碳量小于0.38%。Ws≤0.035--0.05%Wp≤0.035%--0.045%2）组织：F+P数字后标注字母A、B、C、D，表示钢材质量等级不同，从A到D含磷、硫量的依次降低，A级质量最差，D级质量最好。镇静钢的符号Z、TZ可不标注。屈服强度及代号(Q195～Q275)质量等级符号(A、B、C、D)脱氧方法(F、b、Z、TZ)牌号表示方法：

Q235－A·FQ表示屈服点碳素结构钢用途这类钢材虽然含有有害杂质较多，但冶炼方法简单、工艺性好，价格低廉，性能上能满足一般工程结构和普通零件的要求，工业上应用十分广泛。其中Q235是最常用的碳素结构钢。常用来制作桥梁、建筑等框架结构，化工容器外壳，各种车辆，不重要的轴类、螺栓螺母和垫圈，锻件、冲压件、焊接件等。碳素结构钢的牌号、成分、性能及应用（GB700—1988）牌号等级化学成份，%脱氧方法力学性能应用举例CSPσs,MPaσb,MPaδ,%Q195—0.06～0.12≤0.050≤0.045F、b、Z195315～390≥33用于载荷不大的结构件、铆钉、垫圈、地脚螺栓、开口销、拉杆、螺纹钢筋、冲压件和焊接件。Q215A0.09～0.15≤0.050≤0.045F、b、Z215335～410≥31B≤0.045Q235A0.14～0.22≤0.050≤0.045F、b、Z235375～460≥26用于结构件、钢板、螺纹钢筋、型钢、螺栓、螺母、铆钉，拉杆、齿轮、轴、连杆Q235C、D可用作重要焊接结构件。B0.12～0.20≤0.045C≤0.18≤0.040≤0.040ZD≤0.17≤0.035≤0.035TZQ255A0.18～0.28≤0.050≤0.045Z255410～510≥24强度较高，用于承受中等载荷的零件，如键、链、拉杆、转轴、链轮、链环片、螺栓及螺纹钢筋等。B≤0.045Q275—0.28～0.38≤0.050≤0.045Z275490～610≥20（2）优质碳素结构钢1）化学成分：WC≤1.0%

Wsp≤0.035%2）根据含碳量的不同分类：

低碳钢（含碳量一般低于0.3%）中碳钢（含碳量一般低于0.6%）高碳钢优质碳素结构钢的牌号：

08、……45、……60wC：0.08%、0.45%、0.60%wS.P≤0.035%，2位数,表示含碳量的万分数优质碳素结构钢的性能及应用10~25钢属于低碳钢，具有良好的塑性，优良的锻造、冲压、焊接性能。通常轧制成薄板或钢带；常用来制作受力不大，而塑性与韧性要求较高的机械零件，如容器、普通垫圈、螺钉、螺母和冲压件、焊接件等。也常用作渗碳用钢。经渗碳、淬火及低温回火后制作表面要求耐磨并承受一定冲击载荷的机械零件，如凸轮，齿轮等。10～25#钢的应用法兰盘销子垫圈螺钉30、35、40、45、50、55钢属中碳钢，经调质处理（淬火+高温回火）后，可获得良好的综合力学性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性。主要用于制造齿轮、轴类等零件。例如40、45钢常用于制造汽车、拖拉机的曲轴、连杆、一般机床齿轮和其它受力不大的轴类零件。其中由于45钢的强度和塑性配合得好，因此成为机械制造业中应用最广泛的钢种。30～55#钢的应用连杆曲轴齿轮联轴器60、65、70、75、80钢属高碳钢，经热处理（淬火+中温回火）后具有高的弹性极限。常用于制作负荷不大、尺寸较小（截面尺寸小于12~15mm）的弹簧，如调压、调速弹簧、测力弹簧、冷卷弹簧，和钢丝绳等。60#以上钢的应用弹簧板簧弹簧垫圈（3）碳素工具钢

1）化学成分：Wc=0.65%--1.35%2）牌号：T+数字表示，

T—碳、

数字表示千分含量。对于硫、磷含量较低的优质碳素工具钢，则在数字后面加A。例子见下页。3)组织：P+F或P+Fe3CⅡ4)性能：具有很高的硬度和耐磨性，但淬透性差，热硬性差。5)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

碳素工具钢的牌号，如：

T8……T12A

高级优质钢碳素工具钢

wC：0.8%1.2%（千分之几）碳素工具钢都是WC为0.7%~1.4%的优质碳钢,若是高级优质钢则加A。含碳量越高，则硬度和耐磨性越好，而韧性越差。碳素工具钢的牌号、成分及用途（GB1298-1986）牌号化学成分，%退火硬度HB不大于淬火温度，℃淬火硬度HRC用途举例CSiMnSP不大于T70.65~0.74≤0.35≤0.400.0300.035187800~820≥62

承受冲击，韧性较好、硬度适当的工具，如扁铲、冲头、手钳、大锤、改锥、木工工具、压缩空气工具。T80.75~0.84≤0.35≤0.400.0300.035187780~800T90.85~0.94≤0.35≤0.400.0300.035192760~780韧性中等，硬度高的工具，如冲头、木工工具、凿岩工具。T100.95~1.04≤0.35≤0.400.0300.035197不受剧烈冲击、高硬度耐磨的工具，如车刀、刨刀、丝锥、钻头、手锯条。T111.05~1.14≤0.35≤0.400.0300.035207T121.15~1.24≤0.35≤0.400.0300.035207不受冲击、要求高硬度高耐磨的工具、如锉刀、刮刀、精车刀、丝锥、量具。T131.25~1.35≤0.35≤0.400.0300.035217

T8

T10T12錾子锯条锉刀

我们在制造锉刀、锯条、錾子等工具时若选材不当会出现哪些情况？思考题三、合金钢为了改善钢的某些性能，特意加入一种或几种合金元素所炼成的钢。化学成分：

C＜0.2%，∑合金元素＜5%，常加合金元素：Mn、Si、V、Nb、Ti、Re、Cu、N等。合金钢的性能特点（a）具有较高的强度、塑性和冲击韧性，特别是低温冲击韧性。（b）具有良好的焊接性。（c）具有较高的抗腐蚀性。合金钢分类1.合金结构钢

合金结构钢是优质钢，其的牌号表示方法：数字+元素符号+数字

25

Cr2

Ni4

W（万分之几）wS.P≤0.035%，与优质结构钢相同元素符号及含量（百分之几）含量＜1.5%不标数字根据性能用途不同优质合金结构钢又可分为渗碳钢、调制钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。1）合金渗碳钢典型零件：变速箱齿轮、齿轮等常用的20CrMnTi钢。2）合金调质钢典型零件：受冲击载荷较大的齿轮常用40Cr、40CrMnMo等

3）弹簧钢典型零件：汽车减振弹簧常用55Si2Mn2.合金工具钢合金工具钢都属于高级优质钢，其牌号方法：数字+元素符号+数字

9Mn2V

Cr12MoV含碳量标千分之几（WC<1%）含碳量不标出（WC≥1%）合金元素的表示方法与合金结构钢相同合金工具钢的典型牌号低合金刃具钢9SiCr，常用作板牙、丝锥、铰刀、冷冲模等。高速钢

W18Cr4VW18Cr4V2Co8W6Mo5Cr4V2

W9Mo3Cr4V制作各种高速切削刃具，如车刀、铣刀、钻头、拉刀等，高速钢不论含碳量多少都不标注，例如W18Cr4V，碳的质量分数WC＝0.70%~0.80%，钢号前不标数字。3.特殊性能的钢特殊性能的钢是指具有特殊的物理、化学性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。

不锈钢通常是不锈钢（耐大气、蒸汽和水等弱腐蚀介质腐蚀的钢）和耐酸钢（耐酸、碱、盐等强腐蚀介质腐蚀的钢）的统称，全称不锈耐酸钢。铬是不锈钢中最重要的合金元素，其在不锈钢中的含量一般为11.50%-32.10%。广泛用于化工、石油、卫生、食品、建筑、航空、原子能等行业。1)不锈钢不锈钢分类与常用牌号

不锈钢按其室温下金相组织不同分为如下几类：

铁素体型；奥氏体型；马氏体型；双相型（铁素体+奥氏体）；(奥氏体型不锈钢约占不锈钢总产量的70％)

铁素体不锈钢：

碳含量较低（<0.15%）、铬含量较高（12％～30％），体心立方晶体结构。耐蚀性优于马氏体不锈钢。（Cr是铁素体形成元素，致使此类钢从室温到高温（1000℃左右）均为单相铁素体；塑性加工、切削加工和焊接性较优）。

性能特点：耐蚀性和抗氧化性较高，导热性较好，常用于耐酸性和抗氧化性要求高的零件。但机械性能较差，多用于受力不大的零件。

常见的铁素体不锈钢有0Cr13、1Cr17、1Cr28等。

马氏体不锈钢：碳含量较高（0.1%～1.0%），铬含量中（12%～18%）。此类钢只在氧化性介质中(如大气、海水、氧化性酸)耐蚀，而在非氧化性介质中(如盐酸、碱溶液等)耐蚀性很低；（钢的耐蚀性随铬含量的降低和碳含量的增加而降低，钢的强度、硬度和耐磨性则随碳的增加而改善）。

性能特点：因含碳较高，故具有较高的强度、硬度和耐磨性，但耐蚀性稍差，塑性和可焊性也较差。多用于力学性能要求较高、耐蚀性能要求一般的零件，如弹簧、汽轮机叶片、水压机阀等。这类钢是在淬火、回火处理后使用的。

常用的有：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、9Cr18、9Cr18MoV