金属材料与热处理 第2版 课件 第五单元 非合金钢

第五单元非合金钢

钢的分类按化学成分分类非合金钢（碳素钢）低合金钢合金钢含碳量在0.0218％～2.11％的铁碳合金，称为非合金钢，俗称碳钢。非合金钢是工业中应用量最多的材料，它冶炼方便、价格便宜，性能能满足一般的工程需要。除铁、碳外，钢中还常存有硅、锰、磷、硫、氮、氢、氧等杂质。钢中五大元素：碳、硅、锰、磷、硫模块一常存杂质元素及其作用来源有害影响炼钢时加入的脱氧剂。能消除FeO夹杂对钢的不良影响，少量能溶入F中起固溶强化作用，提高钢的强度、硬度。过多会造成塑性下降，冲击性能变差。0.4%有益元素Si≤来源有害影响炼钢时加入的脱氧剂。能与S化合形成MnS，减轻S的有害影响；少量能溶入F中起固溶强化作用。过多会造成塑性下降。1.2%有益元素Mn硅、锰虽有益，但也不是多多益善；钢中规定：WSi<0.4%，WMn<1.2%

S来源有害影响炼钢原料和燃料。在钢中形成FeS,FeS与Fe形成低熔点（985℃）共晶体分布在晶界上，使得对钢进行热加工时容易脆化开裂，这种现象称为热脆。P来源有益作用有害影响炼钢原料和燃料。引起钢的塑性和韧性急剧下降，尤其在低温时脆性更大，这种现象称为冷脆。少量能溶入F中，使强度、硬度显著提高。硫、磷有害，应该严格控制含量。3.气体元素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：钢中的氧化物夹杂易成为疲劳裂源。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，形成裂纹，内壁为白色，称白点或发裂。钢中白点模块二

钢材产品及命名方法4/22/2025一、钢材产品的种类由生铁经冶炼直接得到的产品为粗钢，固体状态称钢坯或钢锭。粗钢通过轧制、锻造、拉拔、挤压等压力加工方法加工后成为钢材。常用的钢材产品有型材、板材、管材、金属制品等四大品种。4/22/20251.型材型材是通过轧制等压力加工工艺制成的具有特定几何截面和尺寸的实心长条钢材。钢型材品种很多，按其断面形状不同又分简单断面和复杂断面两种。前者包括圆钢、方钢、扁钢、六角钢和角钢；后者包括钢轨、工字钢、槽钢、窗框钢和异型钢等。4/22/20254/22/20254/22/2025直径在5.0～10mm的小圆钢和l0mm以下的螺纹钢称为线材，因大多通过卷线机卷成盘卷供应，也称盘条或盘圆。其横截面通常为圆形、椭圆形、方形、矩形、六角形、八角形、半圆形等。4/22/20252.板材板材是一种宽厚比和表面积都很大的扁平钢材。板材一般分为薄板、中板和厚板，厚度4mm以下为薄板，厚度4～20mm为中板，厚度＞20mm为厚板，厚度＞60mm的钢板称为特厚板，薄板又分为冷轧板和热轧板两种。4/22/20254/22/2025宽度比较小、长度很长的钢板称为钢带，列为一个独立的品种。电工硅钢薄板，也叫硅钢片或矽钢片。3.管材管材是一种中空截面的长条钢材。按其截面形状不同可分圆管、方形管、六角形管和各种异形截面钢管。按加工工艺不同又可分无缝钢管和焊管钢管两大类。4/22/20254.金属制品金属制品包括钢丝、钢丝绳、钢铰线和其他制品。钢丝是用直径为6～9mm的热轧线材再经拉拔而成的，按形状不同分圆钢丝、扁形钢丝和三角形钢丝等。4/22/2025改善钢材品种结构4/22/2025二、钢材产品的长度尺寸钢材长度尺寸是各种钢材的最基本尺寸，是指钢材的长、宽、高、直径、半径、内径、外径以及壁厚等数值。钢材长度的法定计量单位是米(m)、厘米(cm)、毫米(mm)。在现行习惯中，也有用英寸(")表示的，但它不是法定计量单位。4/22/2025型钢的长度尺寸如下表所示。钢板的长度尺寸一般以厚度d的毫米(mm)数标定，而钢带的长度尺寸则以宽度U和厚度d的毫米(mm)数标定。钢管的长度尺寸一般以钢管的外径D、内径和壁厚S的毫米(mm)数标定。4/22/20254/22/2025我国钢材的编号是采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法。采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母。三、我国钢铁产品牌号表示方法常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号（GB/T221—2000）名称符号位置名称符号位置碳素结构钢Q头桥梁用钢q尾低合金高强度钢Q头锅炉用钢g尾易切削钢Y头焊接气瓶用钢HP尾碳素工具钢T头车辆车轴用钢LZ头(滚珠)轴承钢G头机车车轴用钢JZ头焊接用钢H头沸腾钢F尾铆螺钢ML头半镇静钢b尾船用钢国际符号镇静钢Z尾汽车大梁用钢L尾特殊镇静钢TZ尾压力容器用钢R尾质量等级A.B.C.D.E尾三、常用非合金钢1.按钢的碳质量分数分低碳钢w(C)≤

0.25%

中碳钢0.25%<w(C)

<0.6%高碳钢w(C)

>0.6%2．按钢的质量分普通碳素钢Ws、Wp≤0.045%优质碳素钢Ws、Wp≤0.035%高级优质钢（标A）Ws≤0.020%Wp≤0.030%特级优质钢（标E）Ws≤0.015%Wp≤0.025%3．按钢的用途分碳素结构钢（工程结构和机械零件用钢）碳素工具钢（刃具、量具和模具用钢）铸钢

4．按钢脱氧程度分：沸腾钢（标F）、镇静钢（标Z，可省略）

半镇静钢（标b）2.碳钢的牌号、性能及用途碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢铸造碳钢1.碳素结构钢Q×××AF屈服强度屈服强度Rel的值质量等级：A、B、C、D、E脱氧方法沸腾钢F半镇静钢b镇静钢Z特殊镇静钢TZQ

235—A·F沸腾钢A等级Rel≥235MPa屈服强度成分热处理性能典型牌号含碳量较低，Wc<0.30%正火，使用时不进行热处理。较高的强度，良好的塑性与韧性；并具有良好的焊接性。Q235Q195、Q215、Q235、Q275一般桥梁、建筑结构，普通机械零件，如螺钉、螺母等。可用于受力较大的机械零件，如链轮、拉杆等。应用

常用碳素结构钢：Q195、Q215、Q235A、Q235B

塑性较好，有一定的强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管等，可用于做桥梁、建筑物等构件，也可用做普通螺钉、螺帽、铆钉等。Q235C、Q235D可用于重要的焊接件。Q275强度较高，可轧制成型钢、钢板作构件用。这类钢常在热轧状态下使用，不再进行热处理。但对某些零件，也可以进行正火、调质、渗碳等处理，以提高其使用性能。

2.优质碳素结构钢

用两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分数。45

——表示平均碳质量分数为0.45%的优质碳素结构钢。*说明：①含Mn量为0.7%~1.2%，在两位数字后加元素符号“Mn”，如40Mn。②对于沸腾钢和半镇静钢,在钢号后分别加字母F和b，如08F、10b。③高级优质钢在钢号后加字母A，如20A。08F

———表示Wc为0.08%的优质碳素结构钢，属沸腾钢。65Mn

———表示Wc为0.65%、含锰量较高（WMn=0.7%~1.2%)的优质碳素结构钢。成分热处理性能典型牌号Wc=0.05%-0.85%，多数为低中碳成分，少数高碳。一般使用时必须进行热处理。较高强度，较好塑性与韧性。性能变化范围较大。

4508F、20、45、65冷冲压件，如汽车和仪表外壳、容器、罩子等。冷冲压件、焊接件和标准件、渗碳件等零件。调质件：机床齿轮、机床主轴、曲轴、连杆等重要零件。弹性件和耐磨件：小尺寸弹簧、低速车轮等应用

常用优质碳素结构钢08F

塑性好，可制造冷冲压零件；

10、20钢

冷冲压性与焊接性能良好，可用作冲压件及焊接件，经过热处理（如渗碳）也可以制造轴、销等零件；

35、40、45、50钢

经热处理后，可获得良好的综合机械性能，用来制造齿轮、轴类、套筒等零件；60、65钢

主要用来制造弹簧、钢丝绳等。

优质碳素结构钢使用前一般都要经过热处理。

齿轮螺栓

曲轴弹簧3.碳素工具钢

T（“碳”）+两位数字（表示钢中平均碳的质量分数的千分数）。T8

——表示平均碳质量分数为0.8%的碳素工具钢。T12A

——表示平均碳质量分数为1.20%的高级优质碳素工具钢。T12A高级优质

Wc=1.2%碳素工具钢T７、Ｔ８、Ｔ９、Ｔ１０Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１３成分热处理性能典型牌号Wc=0.70%-1.30%，高碳钢必须经淬火回火处理。高的硬度，良好的耐磨性，一定的塑性与韧性。

T8、T10、T12A承受振动、冲击的工具，如冲头、大锤、木工工具。T7、T8、T10、T12、T13A用于需要较高耐磨性和一定韧性的工具，如手工锯条、剪金属用剪刀。不受振动和冲击的耐磨工具，如丝锥、锉刀、绞刀、板牙、量具等。应用

形状复杂或体积大，用压力加工难以成型；切削加工较为困难；力学性能要求高；需要铸造成型；含碳量通常不超过0.6%。5.铸造碳钢ZG+两组数字（分别表示最小屈服强度和最小抗拉强度）。例：ZG310-570

—表示最小屈服点为310MPa、最小抗拉强度为570MPa的铸造碳钢。ZG200-400Rm≥400MPaRel≥200MPa铸钢成分热处理性能典型牌号Wc=0.20%-0.60%，低中碳铸造成形，经热处理后使用。较高的硬度、强度和塑性、韧性，即综合力学性能较好。

ZG200-400ZG200-400、ZG270-500、ZG310-570用于受力不大，要求良