钢铁材料演示文稿

钢铁材料演示文稿第一页，共三十三页。优选钢铁材料第二页，共三十三页。材料科学与工程学院材料概论-钢铁材料及其应用第三页，共三十三页。材料科学与工程学院材料概论-钢铁材料及其应用2.1绪论2.1.1钢的合金化为了改善钢的性能，在碳钢中加入一些合金元素，从而达到改变其使用性能和工艺性能的目的以满足在现代各种高技术和特殊要求条件下的应用。合金元素总含量小于或等于5%：低合金钢合金元素总含量在5%～10%范围：中合金钢合金元素总含量超过10%：高合金钢加入了合金元素的钢：合金钢第四页，共三十三页。材料科学与工程学院材料概论-钢铁材料及其应用2.1绪论2.1.1钢的合金化1、钢中的合金元素奥氏体形成元素，如C、N、Mn、Ni、Cu、Co铁素体形成元素，如Cr、Mo、W、V、Ti、Si、A1碳化物形成元素，如Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr非碳化物形成元素，如Ni、Si、Al、Cu、P钢中加入合金元素的主要目的是为了提高钢的性能第五页，共三十三页。材料科学与工程学院2.1.1钢的合金化2、钢的强韧化（1）钢的强化强化的主要手段：钢的合金化、冷热变形、热处理铁素体的屈服强度随晶粒细化而增加Hall—Petch公式现代钢铁材料的生产非常重视最终铁素体的晶粒度。当低碳钢的晶粒尺寸为0.25mm，即粗晶粒时，屈服强度约为100MPa；而当晶粒尺寸细小到0.0025mm，即细晶粒时，其屈服强度高达500MPa以上。第六页，共三十三页。材料科学与工程学院2.1.1钢的合金化（2）钢的韧化

①细化奥氏体晶粒，从而细化铁素体晶粒；②采用特殊冶炼方法和调整合金化元素，以降低有害元素的作用；③细化碳化物颗粒，消除晶界上的碳化物薄膜；④细化亚结构；⑤利用残余奥氏体韧化；⑥利用相变诱发塑性

细化晶粒对提高材料性能是十分重要的，它能同时提高钢的强度和韧性。第七页，共三十三页。材料科学与工程学院2.1绪论2.1.2钢的分类和编号方法1、钢的分类按用途分类可满足使用者的要求；按金相组织和化学成分分类可便于检验和研究工作；按冶金方法分类有利于钢铁企业的管理……按用途分类：结构钢（包括工程构件用钢和机器零件用钢）、工具钢和特殊性能钢。按化学成分分类：非合金钢和合金钢第八页，共三十三页。材料科学与工程学院2.1.2钢的分类和编号方法2、钢的编号方法（1）碳素结构钢屈服强度第一个字母Q、屈服强度数值、质量等级、脱氧方法符号。Q235-Α·F

（2）优质碳素钢以平均含碳量的万分之几表示：10、45、30Mn（3）碳素工具钢符号T(碳)标识，其后以含碳量的千分之几表示：T8、T10、T8Mn？第九页，共三十三页。材料科学与工程学院（4）合金结构钢2.1.2钢的分类和编号方法按含碳量、合金元素化学符号及含量的顺序表示，含碳量以万分之几表示，合金元素平均含量以百分之几表示：45Cr、45Mn2、20MnVB

（5）合金工具钢含碳量以千分之几表示，当钢中的w(C)>1.0％时，不再标出含C量；其合金元素的表示方法与合金结构钢相同：5CrMnMo、Cr12MoV合金元素平均含量小于1.5％时，仅标明元素名称而不注明含量。第十页，共三十三页。材料科学与工程学院2.2工程构件用钢工程构件的工作特点：基本上长期承受静载荷，偶尔有动载荷特殊要求：在寒冷地区使用的构件，要求有较低的韧脆转变温度和良好的韧性；工程构件长期使用于露天和野外;桥梁、船舶、石油钻井平台还长期与海水接触，因而还要求构件用钢要有良好的耐大气腐蚀性和耐海水腐蚀性能。性能要求：构件用钢要有较高的强度，一定的塑性和抗过载能力；材料概论-钢铁材料及其应用第十一页，共三十三页。材料科学与工程学院2.2.1碳素结构钢2.2工程构件用钢碳素结构钢又称为普碳钢，其使用量很大，约占钢产量的70％左右，大部分用作结构件，少量用于制造机器零件和其他制品，使用极为广泛。

足够的强度，良好的塑性和韧性，易于成形和焊接。w(C)一般在0.2%以下。常以热轧态供货，一般不再进行热处理。Q195、Q215、Q235、Q255、Q275

第十二页，共三十三页。材料科学与工程学院2.2.2低合金高强度钢低合金结构钢，低合金高强度钢，HighStrengthLowAlloySteel，简称HSLA钢。主要目的：减轻金属结构的重量，节省钢材，提高其可靠性。性能要求：高的屈服强度。按屈服强度每增加约50MPa为一个级别，分为Q295、Q345、Q390、Q420、Q460MPa等几个强度级别。2.2工程构件用钢第十三页，共三十三页。材料科学与工程学院16Mn(Q345)钢是最具代表性开发最早使用最多的钢种。良好的综合力学性能和焊接性。屈服强度比Q235钢提高50％左右，耐大气腐蚀性提高约20～30%。2.2.2低合金高强度钢广泛用于各种大型船舶、车辆、大型容器、大型钢结构、桥梁、起重机等，比使用碳钢节约钢材20％~30％。

？第十四页，共三十三页。材料科学与工程学院2.2.3特殊性能低合金高强度钢2.2工程构件用钢具有特殊化学成分、采用特殊工艺生产、具备特殊的组织和性能、能够满足特殊需要的钢类。耐候钢耐海水腐蚀钢

表面处理钢材汽车冲压钢板石油、天然气管线钢

工程机械用钢与可焊接高强度钢

第十五页，共三十三页。双相刚：70％的细晶多边形铁素体和30％的小岛或纤维状马氏体。2.2工程构件用钢第十六页，共三十三页。材料科学与工程学院机器零件用钢是机械制造业中广泛使用并且用量较大的钢种。工作载荷：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转、冲击、震动、摩擦等力的作用，有时是几种力同时作用。性能要求：良好的塑性加工性能和切削加工性能。淬透性，热处理变形、开裂倾向小。2.3机器零件用钢材料概论-钢铁材料及其应用第十七页，共三十三页。材料科学与工程学院机器零件用钢属于结构钢，有优质碳素结构钢和合金结构钢；按生产工艺和用途分为：调质钢、渗碳钢、氮化钢、低碳马氏体钢、冷变形用钢、易切削钢、非调质钢、弹簧钢、轴承钢、特殊用途钢等2.3机器零件用钢第十八页，共三十三页。材料科学与工程学院2.3机器零件用钢2.3.1调质钢经过调质处理，即淬火并经高温回火后使用的结构钢。调质钢通常具有良好的综合力学性能，是应用最为广泛的机器零件用钢。一般调质钢的力学性能范围大致为：抗拉强度800～1200MPa，屈服强度700～1000MPa，延伸率8%～15%、冲击韧度aK＝60～120J/cm²，韧脆转变温度低于-40℃。？第十九页，共三十三页。材料科学与工程学院2.3.2渗碳钢、氮化钢及低淬透性钢2.3机器零件用钢有些机器零件，在工作时受到周期性变化的扭转力和弯曲力的作用，同时还与其他零件之间有相对的摩擦和磨损。对这类零件通常采用表面强化的方法来满足力学性能要求，如表面渗碳、碳氮共渗、氮化、表面淬火等。（CrMo，MnCr）

第二十页，共三十三页。2.3.3非调质钢在中碳钢中添加微量合金元素（V，Ti和Nb等），通过控温轧制或热锻后控制冷却，使之在轧制后不经调质处理即可获得碳素结构钢所达到的力学性能的钢种。（49MnVS3，35MnVS）2.3机器零件用钢第二十一页，共三十三页。材料科学与工程学院2.4工模具用钢材料概论-钢铁材料及其应用对各种各样的材料进行加工，需要使用各种形式的工具，其中包括各种刃具，冷、热成形模具和量具等。工具加工的对象大部分是金属材料，因而用来制造工具的钢，其硬度和耐磨性应高于被加工的材料。工具钢按照其用途不同可分为：刃具钢、量具钢、模具钢。？第二十二页，共三十三页。材料科学与工程学院2.4.1刃具钢刃具基本性能要求：①高的硬度，一般刃具的硬度60～65HRC；加工轻金属材料和木工用的刃具，一般45～55HRC。②高的耐磨性。③高的强度和足够的塑性与韧性。④高的红硬性。1、碳素工具钢T8、T10、T122、低合金工具钢9SiCr、Cr23、高速钢2.4工模具用钢第二十三页，共三十三页。2.4工模具用钢第二十四页，共三十三页。材料科学与工程学院2.4工模具用钢①W系高速钢，W18Cr4V（18-4-1）、9W18Cr4V②Mo系高速钢，W2Mo8Cr4V③W-Mo系高速钢，W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2）④高C-高V高速钢，W12Cr4V4Mo⑤高Co高速钢，W6Mo5Cr4V2Co8⑥超硬型高速钢，W6Mo5Cr4V2A12.4.1刃具钢3、高速钢第二十五页，共三十三页。材料科学与工程学院2.4工模具用钢2.4.1刃具钢3、高速钢反复锻打。高温淬火，多次回火。第二十六页，共三十三页。材料科学与工程学院材料概论-钢铁材料及其应用2.5不锈钢不锈钢是指具有抗腐蚀性能的一类钢种。在一般空气、海水等常见介质中具有抗蚀性的钢种称为不锈钢；而在强腐蚀性介质，如强酸、强碱中具有抗蚀性的则称之为耐酸钢。通常情况下统称不锈耐酸钢，或简称为不锈钢。铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、铁素体-奥氏体不锈钢按金相组织分类第二十七页，共三十三页。材料科学与工程学院2.5不锈钢2.5.1常用不锈钢1、铁素体不锈钢从高温到低温都保持铁素体低Cr的Cr13型[w(Cr)12～14％]，高Cr的Cr17型[w(Cr)16～18％]和Cr28型[w(Cr)25～30％]。耐硝酸、氨水等的腐蚀性和抗氧化性较好，抗应力腐蚀性较好，但力学性能和工艺性能较差，存在室温脆性、焊后韧性和耐蚀性显著降低。多用于受力不大的耐酸和抗氧化结构用钢，如生产硝酸、氮肥等设备。？第二十八页，共三十三页。材料科学与工程学院2.5不锈钢2、马氏体不锈钢2.5.2常用不锈钢既具有基本的耐蚀性，又能通过热处理进行强化按含Cr量：13％Cr钢、18％Cr钢、17％Cr-2％Ni钢1Crl3、2Crl3、Crl7Ni2属于低碳马氏体不锈钢。类似于调质钢，用于制造机械零件，在淬火高温回火后使用，如汽轮机叶片等；第二十九页，共三十三页。材料科学与工程学院2.6耐热钢材料概论-钢铁材料及其应用在高温下工作的钢称为耐热钢。一般分为两类：抗氧化钢，或称热稳定性钢，主要失效原因是高温氧化，承受的载荷并不大，例如工业炉窑的炉底板、炉栅等；热强钢，在高温下工作时，承受载荷较大，失效的主要原因是由于高温强度不足，高温致脆和蠕变开裂，例如高温螺栓、涡轮叶片和高温蒸汽管道等。第三十页，共三十三页。材料科学与工程学院2.6耐热钢2.6.1抗氧化钢1、铁素体型抗氧化钢Cr13型钢，使用温度在800～850℃，如0Cr13Al、0Cr11Ti等；Cr18型钢，使用温度在1000℃左右，如1Cr17、1Cr19A13等；Cr25型钢，使用温度在1050～1100℃，新GB中主要为1Cr25N。第三十一页，共三十三页。材料科学与工程学院2.6耐热钢2、奥氏体型抗氧化钢