金属工艺学 第3版 课件 9 钢铁材料

金属工艺学单元三钢铁材料钢材按化学成分可分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类。●非合金钢是指以铁为主要元素，碳的质量分数一般在2.11%以下并含有少量其他元素的钢铁材料。●为了改善钢的某些性能或使之具有某些特殊性能（如耐腐蚀、抗氧化、耐磨、热硬性、高淬透性等），在炼钢时有意加入的元素，称为合金元素。●含有一种或数种有意添加的合金元素的钢，称为合金钢。●铸铁是碳的质量分数w（C）>2.11%，在凝固过程中经历共晶转变，含有较高硅元素及杂质元素含量较多的铁基合金的总称。模块一

杂质元素对钢材性能的影响

一、硅对钢性能的影响硅是作为脱氧剂带进钢中的。硅有利于改善钢的质量，提高钢的强度、硬度和弹性，但降低钢的塑性和韧性，是钢中的有益元素。二、锰对钢性能的影响锰是炼钢时用锰铁脱氧后残留在钢中的杂质元素。锰能改善钢的质量，降低钢的脆性，改善钢的热加工性能，提高钢的强度和硬度，也是钢中的有益元素。三、硫对钢性能的影响硫是在炼钢时由矿石和燃料带进钢中的，在炼钢时难以除尽。总的来说，硫是钢中的有害杂质元素。当钢材在1000℃～1200℃进行热压力加工时，容易产生“热脆”。此外，硫对钢的焊接性有不良的影响，容易导致焊缝产生热裂、气孔和疏松。四、磷对钢性能的影响磷是由矿石带入钢中的。磷能提高钢的强度和硬度。但在室温下磷产生低温脆性。磷是有害元素。五、非金属夹杂物的影响在炼钢过程中，由于少量炉渣、耐火材料及冶炼中的反应物融入钢液中，从而形成氧化物、硫化物、硅酸盐、氮化物等非金属夹杂物。非金属夹杂物会降低钢的力学性能，特别是降低塑性、韧性及疲劳强度。

模块二

非合金钢的分类、牌号及用途

一、非合金钢的分类1．按非合金钢的碳的质量分数分类按碳的质量分数高低分类，非合金钢可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢三类。2．按非合金钢主要质量等级和主要性能或使用特性分类按主要质量等级和主要性能或使用特性分类，非合金钢可分为：普通质量非合金钢、优质非合金钢和特殊质量非合金钢三类。3．按非合金钢的用途分类按非合金钢的用途分类，可分为碳素结构钢和碳素工具钢。4．非合金钢的其他分类方法非合金钢还可以从其它角度进行分类，例如，按专业分类，可分为：锅炉用钢、桥梁用钢、矿用钢等；按冶炼方法等进行分类，可分为：氧气转炉钢、电弧炉钢等。

二、普通质量非合金钢的牌号及用途

碳素结构钢的牌号由屈服强度字母、屈服强度数值、质量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成。质量等级分A、B、C、D四级，从左至右质量依次提高。屈服强度用“屈”的汉语拼音字母“Ｑ”和一组数字表示；脱氧方法用F、Z、TZ分别表示沸腾钢、镇静钢、特殊镇静钢。在牌号中“Z”可以省略。

三、优质非合金钢的牌号及用途优质非合金钢的牌号用两位数字表示，两位数字表示该钢的平均碳的质量分数的万分之几(以0.01%为单位)，如45钢表示平均碳的质量分数W（C）=0.45%的优质碳素结构钢。优质碳素结构钢主要有：08F钢或08钢、10F钢或10钢、15F钢或15钢、20钢、25纲、30钢、35钢、40钢、45钢、50钢、55钢、60钢、65钢、70钢、75钢、80钢和85钢。它们可分为：冷冲压钢、渗碳钢、调质钢和弹簧钢。四、其它专用优质非合金钢的牌号及用途专门用途钢的牌号表示方法是在钢号的首部或尾部用符号标明其用途，如25MnK矿用钢。1.易切削钢易切削钢是钢中加入一种或几种元素，利用其本身或与其他元素形成一种对切削加工有利的夹杂物，来改善钢材的切削加工性的钢材。易切削钢中常用加入的元素有：硫（S）、磷（P）、铅（Pb）、钙（Ca）、硒（Se）、碲（Te）、锰（Mn）等。易切削钢适合在自动机床上进行高速切削制作通用零件。易切削钢的牌号以“Y＋数字”表示，Y是“易”字汉语拼音首位字母，数字为钢中平均碳的质量分数的万分之几，如Y12表示其平均碳的质量分数W（C）=0.12%的易切削钢。易切削钢主要用于制造受力较小、不太重要的大批生产的标准件，如螺钉、螺母，垫圈、垫片，缝纫机、计算机和仪表零件等。常用易切削钢有：Y12钢、Y20钢、Y30钢、Y35钢、Y40Mn钢、Y45Ca钢等。2.锅炉用钢锅炉用钢是在优质碳素结构钢的基础上发展起来的专门用于制作锅炉构件的钢种，如20G、22MnG、16MnG等。

3．焊接用钢焊接用钢（焊芯、实芯焊丝）牌号用“H”表示，“H”后面的一位或两为数字表示碳的质量分数的万分数；化学符号及其后面的数字表示该元素平均质量分数的百分数（若含量小于1%，则不标明数字）；“A”表示优质（即焊接用钢中S、P含量比普通钢低）；“E”表示高级优质（即焊接用钢中S、P含量比普通钢更低）。例如，H08MnA中，H表示焊接用钢，08表示碳的质量分数为0.08%，Mn表示锰的质量分数为1%，A表示优质焊接用钢。常用焊接用钢有：H08、H08E、H08MnA、H08Mn2、H10MnSi等。4.铸造非合金钢铸造非合金钢包括一般工程用铸造碳钢和焊接结构用碳素铸钢。一般工程用铸造碳钢的牌号是用“铸钢”两字的汉语拼音字首“ZG”后面加两组数字组成，第一组数字代表屈服强度的最低值，第二组数字代表抗拉强度的最低值。例如，ZG200-400表示屈服强度≥200MPa，抗拉强度≥400MPa的一般工程用铸造碳钢。一般工程用铸造碳钢的牌号有：ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570和ZG340-640。焊接结构用碳素铸钢的牌号表示方法与一般工程用铸造碳钢的牌号基本相同，所不同的是需要在数字后面加注字母“H”，如ZG200-400H、ZG230-450H、ZG275-485H等。五、特殊质量非合金钢的牌号及用途

碳素工具钢是用于制造刀具、模具和量具的钢。碳素工具钢的牌号以碳的汉语拼音字首“T”开头，其后的数字表示平均碳的质量分数的千分数。例如，T8表示平均碳的质量分数为W（C）=0.80%的碳素工具钢。如果是高级优质碳素工具钢，则在钢的牌号后面标以字母A，如T12A表示平均碳的质量分数为W（C）=1.20%的高级优质碳素工具钢。模块三

合金元素在钢材中的作用一、合金元素在钢材中的存在形式及作用

合金元素在钢中主要以两种形式存在，一种形式是溶入铁素体中形成合金铁素体；另一种形式是与碳化合形成合金碳化物。

(一)合金铁素体

溶入铁素体的合金元素，由于它们的原子大小及晶格类型与铁不同，使铁素体晶格发生不同程度的畸变，其结果使铁素体的强度、硬度提高。

(二)合金碳化物

根据合金元素与碳之间的相互作用，可将合金元素分为形成碳化物的合金元素和不形成碳化物的合金元素。合金碳化物具有很高的硬度，它们在钢材中提高了钢的强度、硬度和耐磨性。

二、合金元素对钢材的热处理和力学性能的影响

(一)合金元素对钢加热转变的影响由于合金元素的扩散速度较慢，且大多数合金元素（除Ni、Co外）均减慢碳的扩散速度，加之合金碳化物比较稳定，不易溶入奥氏体中，因此，合金元素在不同程度上减缓了奥氏体的形成过程。(二)合金元素对回火转变的影响合金元素对钢回火时组织与