特殊性能钢
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日本高性能特殊钢介绍
d.增加变形能力（KECH系列钢）
为适应冷镦（锻）的高速化和复杂部件的延展变形化，日本神户制钢开发出增加变形能力的KECH系列钢。其特点是：用超低碳化增加变形能量；添加Si和Nb来保证钢的强度。采用KECH系列钢可省略冷镦前的球化退火（CO2减排），并可实现复杂零部件的延展变形化大批量生产。
表1 TNH线材与硬钢线材焊接性评价对比
钢种
焊接区软化热处理
拉伸试验
90°弯曲试验
抗拉强度/MPa
断口位置
熔合线
HAZ
TNH线材
无
1422
HAZ
良好
良好
有
1191
HAZ
良好
良好
硬钢线材
有
1393
HAZ
裂纹
裂纹
有
1152
HAZ
良好
良好
b.抗弹性衰减性用松弛试验（JIS Z2276标准）对TNH钢丝线材的抗弹性衰减性进行评价，常温下TNH线材的钢丝比硬钢线材的抗弹性衰减性约提高40%。
① TNH线材钢的化学成分
通过低碳化（0.12%-0.14%C）提高焊接性和拉拔加工性，添加0.8%-0.9%Si进行固溶强化提高抗弹性衰减性；添加1.5%-2.0%Mn和0.45%-0.60%Cr提高淬透性。此外，为使组织细化和保证焊接区的韧性，还添加了Nb和Ti元素。
②TNH线材的主要特性
a.焊接性TNH线材与硬钢线材相比，见表1数据所示：TNH线材焊接区韧性好，既使焊前不预热，焊后不热处理，焊接区（HAZ、熔合线）也不会产生裂纹。因此，可以提高焊接区的保证强度。
在此之后，日本神户制钢又陆续开发出各种新型钢材，见表2，其中有可降低成本的硼钢，可使零件轻量化的高强度螺栓用钢KNDS系列钢，可降低生产成本并减排CO2的非调质线材KNCH系列钢，可提高模具寿命的KTCH系列钢，可增加变形能力的KECH系列钢等。
为适应冷镦（锻）的高速化和复杂部件的延展变形化，日本神户制钢开发出增加变形能力的KECH系列钢。其特点是：用超低碳化增加变形能量；添加Si和Nb来保证钢的强度。采用KECH系列钢可省略冷镦前的球化退火（CO2减排），并可实现复杂零部件的延展变形化大批量生产。
表1 TNH线材与硬钢线材焊接性评价对比
钢种
焊接区软化热处理
拉伸试验
90°弯曲试验
抗拉强度/MPa
断口位置
熔合线
HAZ
TNH线材
无
1422
HAZ
良好
良好
有
1191
HAZ
良好
良好
硬钢线材
有
1393
HAZ
裂纹
裂纹
有
1152
HAZ
良好
良好
b.抗弹性衰减性用松弛试验（JIS Z2276标准）对TNH钢丝线材的抗弹性衰减性进行评价，常温下TNH线材的钢丝比硬钢线材的抗弹性衰减性约提高40%。
① TNH线材钢的化学成分
通过低碳化（0.12%-0.14%C）提高焊接性和拉拔加工性，添加0.8%-0.9%Si进行固溶强化提高抗弹性衰减性；添加1.5%-2.0%Mn和0.45%-0.60%Cr提高淬透性。此外，为使组织细化和保证焊接区的韧性，还添加了Nb和Ti元素。
②TNH线材的主要特性
a.焊接性TNH线材与硬钢线材相比，见表1数据所示：TNH线材焊接区韧性好，既使焊前不预热，焊后不热处理，焊接区（HAZ、熔合线）也不会产生裂纹。因此，可以提高焊接区的保证强度。
在此之后，日本神户制钢又陆续开发出各种新型钢材，见表2，其中有可降低成本的硼钢，可使零件轻量化的高强度螺栓用钢KNDS系列钢，可降低生产成本并减排CO2的非调质线材KNCH系列钢，可提高模具寿命的KTCH系列钢，可增加变形能力的KECH系列钢等。
特殊性能钢讲解
耐磨钢
特殊性能钢
1.定义
特殊性能钢是具有特殊物理,化学性能的钢,能用 来制造要求具有一定力学性能，还要求具有特 殊性能的零件
2.分类
不锈耐酸钢
特殊性能钢： 耐热钢
耐磨钢
3.特殊性能钢牌号
平均碳的质 量的千分数
合金元素平均 质量的百分数
1):特殊性能钢牌号规则：数字+合金元素符号+数字 如2Cr13,1Cr13,1Cr17 说明：Wc>1%时，不标数字；合金元素含量＜ 1.5%,牌号中只标明元素符号,不标含量 1Cr13 表示平均含碳0.1% Cr含量13%的不锈钢 2Cr13 表示平均含碳0.2% Cr含量13%的不锈钢 2)、但如果含碳量≤0.03%及0.03% ≤ Wc≤0.08%时，在钢 号前分别定拟“00”及“0”表示。
2)分类:
按组织状态分
按成分分
马氏体不锈钢
铬不锈钢
铁素体不锈钢 奥氏体不锈钢
镍铬不锈钢 铬锰氮不锈钢
3)马氏体不锈钢:
①定义常:用马氏体不锈钢的含碳量为0.1%-0.45%,含 铬量为12%-14%,属铬不锈钢
②常见牌常号见: 的牌号有1Cr13 、2Cr13 、3Cr13 、 4Cr13,9Cr18,随着钢中含碳量增加、钢的强度、硬 度、耐磨性提高、但耐腐蚀性降低
⑥用途: 食品设备、化工容器、管道等
⑦不具有磁性或者弱磁性
表1 常用不锈钢的特性和应用
类别 序号 牌号
特性和应用
马氏体 不锈钢
铁素体 不锈钢
奥氏体 不锈钢
1
1Cr1
用于汽轮机片及高应力部件之良好的 不锈耐热钢
2 3
3 2Cr1
3 3Cr1
3
淬火状态下硬度高,耐腐蚀性良好， 用于汽轮机叶片
特殊性能钢
1.定义
特殊性能钢是具有特殊物理,化学性能的钢,能用 来制造要求具有一定力学性能，还要求具有特 殊性能的零件
2.分类
不锈耐酸钢
特殊性能钢： 耐热钢
耐磨钢
3.特殊性能钢牌号
平均碳的质 量的千分数
合金元素平均 质量的百分数
1):特殊性能钢牌号规则：数字+合金元素符号+数字 如2Cr13,1Cr13,1Cr17 说明：Wc>1%时，不标数字；合金元素含量＜ 1.5%,牌号中只标明元素符号,不标含量 1Cr13 表示平均含碳0.1% Cr含量13%的不锈钢 2Cr13 表示平均含碳0.2% Cr含量13%的不锈钢 2)、但如果含碳量≤0.03%及0.03% ≤ Wc≤0.08%时，在钢 号前分别定拟“00”及“0”表示。
2)分类:
按组织状态分
按成分分
马氏体不锈钢
铬不锈钢
铁素体不锈钢 奥氏体不锈钢
镍铬不锈钢 铬锰氮不锈钢
3)马氏体不锈钢:
①定义常:用马氏体不锈钢的含碳量为0.1%-0.45%,含 铬量为12%-14%,属铬不锈钢
②常见牌常号见: 的牌号有1Cr13 、2Cr13 、3Cr13 、 4Cr13,9Cr18,随着钢中含碳量增加、钢的强度、硬 度、耐磨性提高、但耐腐蚀性降低
⑥用途: 食品设备、化工容器、管道等
⑦不具有磁性或者弱磁性
表1 常用不锈钢的特性和应用
类别 序号 牌号
特性和应用
马氏体 不锈钢
铁素体 不锈钢
奥氏体 不锈钢
1
1Cr1
用于汽轮机片及高应力部件之良好的 不锈耐热钢
2 3
3 2Cr1
3 3Cr1
3
淬火状态下硬度高,耐腐蚀性良好， 用于汽轮机叶片
5.5特殊性能钢
钢高温条件下的强度变化
1. T↑，内部原子结合力↓， σb ↓； 2. 随T↑和t ↑ ，即使所受应力不超过该温
度下的σe ，钢也会产生缓慢的塑性变 形，且变形量随时间延长而增大，最 后导致钢件破坏—蠕变(creep)。
2、耐热性的概念 Concept of heat resistance
1）热稳定性（抗氧化性）
耐蚀性良好的通用性不锈钢，属铬不锈钢。 WC<0.15%，WCr=12~30% 耐蚀性、高温抗氧化性、塑性和焊接性好， 但强度低。 0Cr13、1Cr17、1Cr13Ti等； 用于化工设备、容器、家用电器等。
3）A不锈钢 (austenitic stainless steels)
具有高化学稳定性、耐蚀性和良好工艺性， 是应用最广泛的不锈钢。 Cr-Ni奥氏体不锈钢：钢使用状态组织为A。 为获得单相A，采用固溶处理（1100℃加热、 水冷至室温，最后得单一A组织）。 例:1Cr18Ni9，用于耐蚀零件、耐酸容器等。
四、耐磨钢 Abrasion-resistant steel
一般指强烈冲击和严重磨损条件下 发生冲击硬化而具有高耐磨性的钢。用 于履带、铲齿、球磨机衬板等。 1、化学成分特点：高碳高锰。 典型牌号： ZGMn13-1（~4）。
Abrasion-resistant steel
2、热处理
高锰钢的铸态组织为A+(Fe、Mn)3C，其中 的残余碳化物会降低钢的强度和韧性，影响 钢的耐磨性。因此热处理方式为：
3、常用耐热钢 Common heat-resistant steels
1）抗氧化型(热稳定性钢)
对σb要求不高，长期高温条件下工作，
如炉管、热交换器等。包括F抗氧化钢和A抗 氧化钢。 2）热强钢 良好的抗氧化性＋较高的高温强度 包括P、M和A热强钢。用于汽轮机叶片、内 燃机排气阀、锅炉过热器等零件用钢。
特殊性能钢.
特殊性能钢
特殊性能钢 是 指具有Fra bibliotek特殊物理、化学性能
的钢。 特 殊 性 能 钢 不锈钢 耐热钢 耐磨钢
特殊性能钢
牌号的表示方法
特殊性能钢牌号表示方法与合金工具钢基本相同！
如9Cr18 不锈钢、耐热钢在含碳量很低时表示方法有所不同。 w(C) ≤0.03%，在最前面用“00”表示， w(C) ≤0.08%，在最前面用“0”表示
耐磨钢 是指在冲击载荷作用下发
生冲击硬化的高锰钢。
只有ZGMn13一个钢号.
高锰钢 高锰钢铸件
成分特点
⑴ 高碳：1.0~1.3%C
以保持高耐磨性。
⑵ 高锰：11~14%Mn 以
保证形成奥氏体组织。
00Cr17Ni14Mo2，0Cr18Ni9
耐磨钢铸造成型后使用，牌号前一般加“ ZG”，
“ZG+元素符号+数字….. ”
百分之一为单位
ZGMn13-1
不锈钢
某些在大气和一般介质中具有较高化学稳定性的钢 金属腐蚀：化学腐蚀、电化学腐蚀
金属中不同相由于其电极电位不同 而在电解质溶液中形成原电池，并 在腐蚀过程中有微电流产生
常用的防护措施：
形成钝化膜保护金属 获得单相组织，避免形成原电池 提高基体电极电位，减小电极电位差
汽轮机叶片
耐热钢
耐热钢是指具有良好的高温抗 氧化性和高温强度的钢。 性能要求 1.高的抗氧化性： 指钢在高温下对氧化作用 的抗力。 2.高的热强性 热强性是指金属在高温下 的强度.
航空发动机 汽轮机叶片
特殊性能钢 是 指具有Fra bibliotek特殊物理、化学性能
的钢。 特 殊 性 能 钢 不锈钢 耐热钢 耐磨钢
特殊性能钢
牌号的表示方法
特殊性能钢牌号表示方法与合金工具钢基本相同！
如9Cr18 不锈钢、耐热钢在含碳量很低时表示方法有所不同。 w(C) ≤0.03%，在最前面用“00”表示， w(C) ≤0.08%，在最前面用“0”表示
耐磨钢 是指在冲击载荷作用下发
生冲击硬化的高锰钢。
只有ZGMn13一个钢号.
高锰钢 高锰钢铸件
成分特点
⑴ 高碳：1.0~1.3%C
以保持高耐磨性。
⑵ 高锰：11~14%Mn 以
保证形成奥氏体组织。
00Cr17Ni14Mo2，0Cr18Ni9
耐磨钢铸造成型后使用，牌号前一般加“ ZG”，
“ZG+元素符号+数字….. ”
百分之一为单位
ZGMn13-1
不锈钢
某些在大气和一般介质中具有较高化学稳定性的钢 金属腐蚀：化学腐蚀、电化学腐蚀
金属中不同相由于其电极电位不同 而在电解质溶液中形成原电池，并 在腐蚀过程中有微电流产生
常用的防护措施：
形成钝化膜保护金属 获得单相组织，避免形成原电池 提高基体电极电位，减小电极电位差
汽轮机叶片
耐热钢
耐热钢是指具有良好的高温抗 氧化性和高温强度的钢。 性能要求 1.高的抗氧化性： 指钢在高温下对氧化作用 的抗力。 2.高的热强性 热强性是指金属在高温下 的强度.
航空发动机 汽轮机叶片
特殊性能钢
0.17～0.37
0.40～0.70
0.80～1.10 0.30～0.60 1.50～1.80
Mo 0.40～0.55
Mo 0.25～0.35 V 0.15～0.30
Mo 0.25～0.35 V 0.15～0.30
淬火：900，空 回火：650，空
淬火：970，空 回火：750，空
淬火：奥氏体不锈钢的基础上加入了W，Mo，V，Ti，Nb， Al等合金元素。合金加入总量超过10%，具有较高的热强性和抗氧化性，较 高的塑性和冲击韧性，良好的可焊性和冷成形性。其主要用于制造工作温度 在600～850℃间的高压锅炉过热器、汽轮机叶片、叶轮、发动机气阀等零件， 常用牌号有07Cr19Ni11Ti，45Cr14Ni14W2Mo等。 常用耐热钢的牌号、成分、热处理及用途如表6-16所示。
3 化学成分
为了提高耐热钢的抗氧化性能，加入有Cr，Si和Al等合金元素，可在钢的表面形成完整 稳定的氧化物保护膜。为提高耐热钢的热强性，加入Ti，Nb，V，W，Mo，Ni等合金元素。
4 常用耐热钢
耐热钢按性能和用途的不同，可分为抗氧化钢和热强钢。
1）抗氧化钢
在高温下有较好的抗氧化性且有一定强度的钢种称为抗氧化钢。其多用来制造
010～1
150，焊制N造iC深r 钢冲的零件焊、 芯
制造耐硝酸、
固溶处理：1 010～1 150，有 机 酸 、 盐 、
快冷
碱溶液腐蚀的
设备
制造焊芯、抗
固溶处理：925～1 快冷
150，
磁仪表、医疗 器械、耐酸容 器、输送管道
等
1）马氏体不锈钢
马 氏 体 不 锈 钢 属 于 铬 不 锈 钢 ， 通 常 称 为 Cr13 型 不 锈 钢 。 其 碳 质 量 分 数 ωC 为
特殊性能钢介绍
分类
按用途分类
特殊性能钢按用途可分为结构钢、工具钢、不锈钢、耐热钢等。
按合金元素分类
特殊性能钢按合金元素可分为铬钢、镍钢、钛钢、钨钢等。
按制造工艺分类
特殊性能钢按制造工艺可分为铸造钢、锻造钢、热处理钢等。
02 高强度钢
特点
高强度
高强度钢具有较高的抗拉 强度和屈服点，能够承受
较大的压力和应力。
轻量化
等部件。
建筑领域
高强度钢用于制造桥梁、高层 建筑、钢结构房屋等建筑结构
。
石油化工
高强度钢用于制造压力容器、 管道、储罐等石油化工设备。
航空航天
高强度钢在航空航天领域中用 于制造飞机机身、起落架等关
键部件。
生产工艺
冶炼
高强度钢的冶炼通常采用电炉 或转炉熔炼，加入适量的合金 元素以提高钢材的力学性能。
良好的加工性能
不锈钢易于切割、焊接和成型，且在 加工过程中不易产生裂纹。
高强度和韧性
不锈钢具有较高的强度和韧性，能够 承受较大的压力和冲击力。
美观耐用
不锈钢表面光滑、不易生锈，具有良 好的耐久性和美观性。
应用领域
建筑业
不锈钢广泛应用于建筑物的门窗、 栏杆、屋顶等部位，其高强度和 耐腐蚀性能使建筑物更加安全可 靠。
按组织结构分类
不锈钢可分为奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢等，不 同组织结构的不锈钢具有不同的机械性能和耐腐蚀性能。
按用途分类
不锈钢可分为食品级不锈钢、工业级不锈钢等，不同用途的不锈钢 在生产过程中有不同的质量要求和标准。
04 耐热钢
特点
高温强度
耐热钢在高温下仍能保持较高的强度和硬度， 具有良好的抗蠕变性能。
金属热处理之特殊性能钢介绍课件
03
降低成本：降低生产成本，提高企业竞争力
04
智能化：采用自动化、智能化技术，提高生产效率和质量
智能化热处理系统
STEP1
STEP2
STEP3
STEP4
采用先进的传 感器和自动化 控制技术，实 现热处理过程 的精确控制
利用大数据和 人工智能技术， 实现热处理工 艺的优化和改 进
集成多种热处 理设备，实现 热处理过程的 自动化和智能 化
3
特殊性能钢的制造工艺复杂， 需要采用特殊的冶炼、热处
理和加工工艺。
4
特殊性能钢的发展趋势是提 高性能、降低成本、保护环
境和节约资源。
特殊性能钢的分类
耐热钢：具有良好的高温强度和 抗氧化性，用于高温工作环境
耐腐蚀钢：具有良好的耐腐蚀性， 用于腐蚀性工作环境
超硬钢：具有超高硬度，用于耐 磨、耐冲击和耐疲劳工作环境
超导钢：具有超导性能，用于超 导材料和设备
智能钢：具有智能功能，用于智 能材料和设备
耐磨钢：具有优异的耐磨性，用 于磨损严重的工作环境
磁性钢：具有磁性，用于磁性材 料和设备
形状记忆钢：具有形状记忆功能， 用于需要恢复原形的工作环境
生物相容性钢：具有良好的生物 相容性，用于生物医学领域
纳米钢：具有纳米结构，用于纳 米材料和设备
时效处理是将固溶处理后 的高温合金在低于固溶温 度的温度下进行保温，使 合金中的元素析出微细的 理是将时效处理后 的高温合金进行低温回火， 以消除内应力，提高合金 的塑性和韧性。
高温合金的热处理工艺对 合金的性能具有重要影响， 合理的热处理工艺可以提 高高温合金的使用寿命和 可靠性。
特殊性能钢的应用领域
航空航天：用于制 造飞机、火箭、卫 星等航天器
特种钢
0Cr17Ni7Al 工作温度550℃以下的高温承载部件
5 耐候钢
(Weathering steel)
耐候钢， 即耐大气腐蚀钢，是介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢系列，耐候钢由普碳钢添加少量铜、镍等耐腐蚀元素而成，具有优质钢的强韧、塑延、成型、焊割、磨蚀、高温、抗疲劳等特性；耐候性为普碳钢的2~8倍，涂装性为普碳钢的1.5~10倍。同时，它具有耐锈，使构件抗腐蚀延寿、减薄降耗，省工节能等特点。 耐候钢主要用于铁道、车辆、桥梁、塔架等长期暴露在大气中使用的钢结构。用于制造集装箱、铁道车辆、石油井架、海港建筑、采油平台及化工石油设备中含硫化氢腐蚀介质的容器等结构件。
3 建议锤头装配示意图
4 耐热钢
4.1 耐热钢基本概念
英文 heat-resisting steels
在高温条件下，具有抗氧化性和足够的高温强度以及良好的耐热性能的钢称作耐热钢。
耐热钢包括抗氧化钢和热强钢两类。抗氧化钢又简称不起皮钢。热强钢是指在高温下具有良好的抗氧化性能并具有较高的高温强度的钢。
但是，如果没有外加压力或冲击力，或压力和冲击力很小，高锰钢的加工硬化特征不明显，马氏体转变不能发生，高锰钢高耐磨性就不能充分显示出来，甚至不及一般的马氏体组织钢或合金耐磨铸铁。因此，要充分发挥高锰钢高耐磨性特点，必须有足够的C、Mn浴入固溶体，必须进行正确的热处理(水韧处理)，同时还必须选择适当的使用条件。
1 耐磨钢
耐磨钢是指具有高耐磨性的钢种，广义上也包括结构钢、工具钢、滚动轴承钢等。在各种耐磨材料小，高锰钢是具有特殊性能的耐磨钢。它在高压力和冲击负荷下能产生强烈的加工硬化，因而具有商耐磨性。高锰钢属于奥氏体钢，所以又具有优良的韧性。因此，高锰钢广泛用来制造在磨料磨损、高压力和冲击条件下工作的零件，如坦克和矿山拖拉机履带板、破碎机领板、挖掘机铲齿以及铁路线和电车线道叉等耐磨件。
5 耐候钢
(Weathering steel)
耐候钢， 即耐大气腐蚀钢，是介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢系列，耐候钢由普碳钢添加少量铜、镍等耐腐蚀元素而成，具有优质钢的强韧、塑延、成型、焊割、磨蚀、高温、抗疲劳等特性；耐候性为普碳钢的2~8倍，涂装性为普碳钢的1.5~10倍。同时，它具有耐锈，使构件抗腐蚀延寿、减薄降耗，省工节能等特点。 耐候钢主要用于铁道、车辆、桥梁、塔架等长期暴露在大气中使用的钢结构。用于制造集装箱、铁道车辆、石油井架、海港建筑、采油平台及化工石油设备中含硫化氢腐蚀介质的容器等结构件。
3 建议锤头装配示意图
4 耐热钢
4.1 耐热钢基本概念
英文 heat-resisting steels
在高温条件下，具有抗氧化性和足够的高温强度以及良好的耐热性能的钢称作耐热钢。
耐热钢包括抗氧化钢和热强钢两类。抗氧化钢又简称不起皮钢。热强钢是指在高温下具有良好的抗氧化性能并具有较高的高温强度的钢。
但是，如果没有外加压力或冲击力，或压力和冲击力很小，高锰钢的加工硬化特征不明显，马氏体转变不能发生，高锰钢高耐磨性就不能充分显示出来，甚至不及一般的马氏体组织钢或合金耐磨铸铁。因此，要充分发挥高锰钢高耐磨性特点，必须有足够的C、Mn浴入固溶体，必须进行正确的热处理(水韧处理)，同时还必须选择适当的使用条件。
1 耐磨钢
耐磨钢是指具有高耐磨性的钢种，广义上也包括结构钢、工具钢、滚动轴承钢等。在各种耐磨材料小，高锰钢是具有特殊性能的耐磨钢。它在高压力和冲击负荷下能产生强烈的加工硬化，因而具有商耐磨性。高锰钢属于奥氏体钢，所以又具有优良的韧性。因此，高锰钢广泛用来制造在磨料磨损、高压力和冲击条件下工作的零件，如坦克和矿山拖拉机履带板、破碎机领板、挖掘机铲齿以及铁路线和电车线道叉等耐磨件。
特殊性能钢
特殊性能钢
图1-16 片状珠光体电化学腐蚀示意图
特殊性能钢
为了提高钢的耐蚀性，主要采取以下措施。
（1）在钢中加入大量的合金元素(常用铅)，使金属表面形成 一层致密的氧化膜(又称为钝化膜，如Cr2O3等)，使钢与外界隔绝 而不进一步氧化。
（2）在钢中加入大量合金元素(如Cr等)，使钢基体(铁素体、 奥氏体、马氏体)的电极电位提高，从而提高其抵抗电化学腐蚀的 能力。如铁素体中溶解11.7%的铬时，其电极电位由－0.56 V提高 到+0.2 V，如图1-17所示。
特殊性能钢
2. 耐热钢
在航空、航天、火力电站、化工等部门中，许多零件 在高温下使用，要求具有耐热性。所谓耐热性，是指材料 在高温下兼有抗氧化与高温强度的综合性能。具有良好耐 热性的钢称为耐热钢，它包括抗氧化钢与热强钢两类。抗 氧化钢是指在高温下有较好抗氧化能力，并有一定强度的 钢（又称为不起皮钢）；热强钢是在高温下有良好抗氧化 能力并具有较高的高温强度的钢。
特殊性能钢
（2）马氏体不锈钢。马氏体不锈钢中含碳量比铁素体不锈 钢高，淬火后能得到马氏体，故称马氏体不锈钢。随着钢中含碳 量的增加，耐腐蚀性降低。马氏体不锈钢的耐蚀性、塑性、焊接 性均比奥氏体、铁素体不锈钢低，不过它具有较好的力学性能， 所以应用广泛。典型马氏体不锈钢有Cr13型和7Cr18型两种。
特殊性能钢
图1-17 铁铬合金电极电位与含铬量的关系
特殊性能钢
（3）加入大量铬或铬镍合金元素，使钢能形成单相的铁 素体或奥氏体组织。以免形成两相电极电位不同的组织，从而 显著提高耐蚀性。加入Mn及N也有类似作用，形成单相组织。
特殊性能钢
2）常用不锈钢
常用不锈钢按化学成分可分为铬不锈钢、铬镍不锈 钢、铬锰不锈钢等。按金相组织特点则可分为马氏体不 锈钢、铁素体不锈钢及奥氏体不锈钢三种类型。
特殊性能钢
5):奥氏体不锈钢
④常见牌号: 0Cr18Ni9(304)、1Cr18Ni9(302) 、 0Cr18Ni9Ti、 1Cr18Ni9Ti 、0Cr17Ni12Mo2(316) ⑤性能特点：含C量在0.1%以下，，比马氏体不锈钢的耐蚀 性好，好的冷变形性能，有好的韧性，焊接性。 ⑥用途: 食品设备、化工容器、管道等
1 2 3
铁素体 不锈钢 奥氏体 不锈钢
1 2 1
1Cr18Ni9 经冷加工有高的强度，用于建筑用装饰部件
2
0Cr18Ni
用于食品用设备，一般化工设备，原子 能工业用设备
返回
5.耐磨钢
1)定义:耐磨钢是在强烈冲击载荷作用下才能发生硬化的高锰钢
2)性能:高硬度、耐磨性、韧性,耐磨钢极易加工硬化,切削加工 困难,一般采用铸造成型 3)用途及性能要求 用于承受严重磨损和强烈冲击的零件，如车辆履带、挖掘机铲斗、 破碎机腭板和铁轨分道叉等。要有很高的耐磨性和韧性。典型的 牌号是ZGMn13 挖掘机 铁路道岔
(3) 高热硬性（红硬性）
钢在高温下保持高硬度的能力。 (4) 足够的塑性和韧性 折断和崩刃。 防止刃具受冲击震动时
W18Cr4V的热硬性
T12、9SiCr、W18Cr4V的硬度与温度的关系
W18Cr4V热硬性好，在600 ℃仍保持 650HV(56HRC)的高硬度。
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2、合金模具钢
1). 冷作模具钢
耐热钢
耐磨钢
特殊性能钢
1.定义 特殊性能钢是具有特殊物理,化学性能的钢,能用 来制造要求具有一定力学性能，还要求具有特 殊性能的零件 2.分类 不锈耐酸钢 耐热钢 耐磨钢
特殊性能钢：
3.特殊性能钢牌号
平均碳的质 量的千分数
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碳钢及合金钢（工业用钢）
结构钢 工具钢
特殊性能钢
2017/9/24
1
不锈钢 ——在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢
金属腐蚀的概念
（1）化学腐蚀——金属与化学介质直接产生化学反应 （2）电化学腐蚀——金属在腐蚀介质中形成原电池，阳极失去电子被腐蚀
(a)
2017/9/24
(b)
(c)
电化学腐蚀过程示意图
如拖拉机履带板、球磨机衬板、破碎 机牙板、挖掘机铲齿和铁路道岔等。
球磨机衬板
挖 掘 机 铲 齿
2017/9/24
铁路道岔
履带
17
练习
提供以下材料： ZG100Mn13Cr2 、45 、0Cr18Ni9 、 T10A、12Cr13等，请为以下零件选择合适材料： 大型化工储罐 0Cr18Ni9、挖掘机铲齿 ZG100Mn13Cr2、 汽轮机叶片 12Cr13 。
钢种: 1Cr13～4Cr13 化学成分特点: Wc = 0.1～0.4 %
WCr = 13 %
热处理特点: 淬火＋回火 组织：回火索氏体 结构件
回火马氏体 刀具
不锈钢锅 不锈钢剪刀
2017/9/24
不锈钢船用螺旋桨 不锈钢机械零6 件
2)铁素体型不锈钢
钢种: 1Cr17、1Cr28等。
化学成分特点:
抗氧化性 ( 热稳定性 )
性能特点： 高温强度
蠕变强度
( 热强性 )
持久强度
汽车气门
2017/9/24
9
蠕变：恒定应力σ下，随t↑，ε↑
例：塑料雨衣挂一段时间后破洞。
T
(MPa)
t
持久强度：σ固定，随t↑，断裂
材料在一定的温度下和规定的时间内，不发生蠕变断裂的最大应力。
T t
(
M
P
a
)
2017/9/24
3
不锈钢
性能要求: ① 高耐蚀性 ② 高硬度、高耐磨性（制作工具） ③ 高强度（制作重要结构零件） ④ 较好的加工性能
2017/9/24
4
不锈钢
成分特点:
① 低碳(0.1%～0.2%） ② 主加元素Cr、Cr—Ni，辅加元素为Ti、Nb、Mo、Cu、Mn、N
Cr——提高钢基体电极电位；生成致密的 Cr2O3 氧化膜 含量大于13%时，形成单相 F
Ni——获得单相 A ；或形成 A+F（通过热处理，提高钢的强度） Mo、Cu——提高钢在非氧化性酸中的耐蚀能力 Ti、Nb——形成稳定碳化物，使Cr保留在基体中，减轻A晶界腐蚀倾向 Mn、N—— 部分代 Ni 以获得 A；提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性
2017/9/24
常用不锈钢
1)马氏体型不锈钢 --- Cr13型钢
2
不锈钢
金属的防腐措施:
① 加入Cr 、Al等形成钝化模（致密而牢固的氧化膜，如Cr2O3） ② 减少原电池形成的可能性，使金属具有均匀的单相组织 ③ 形成原电池时：加入Cr，减少两极的电极电位差，提高阳极的
电极电位 ④ 覆盖层保护: 涂漆、电镀、发蓝、磷化等工艺。
2017/9/24
发蓝打包带
电镀SLR车模
高锰 WMn = 11～14 %
热处理：水韧处理
室温组织：过饱和单相奥氏体。
2017/9/24
15
水韧处理工艺
铸态组织高锰钢 加热到1050～1100℃
水淬
A + Cm
表层M
A
A
受到剧烈冲击或较大压力
HB500
心部A HB220
2017/9/24
铸态
水韧处理
16
用途：
既要求耐磨又要求耐冲击的零件。
10
提高耐热性途径：
1）抗氧化性：
加入合金元素Cr、 Si、Al等, 在 钢的表面形成稳
定、致密的氧化膜。
2）提高热强性：
σ bcc
fcc
晶体结构：
晶体结构不同，持久强度不同；
T 550℃
2017/9/24
11
3）固溶强化: 加入W、Mo、 Nb、Ti、V
等元素强化基体；提高再结晶温度。
4）弥散强化: 加入Nb、V、Ti
化学成分特点: Wc = 0.08～0.14% WCr=17～19% WNi=8～11% Cu、Ti、Mo等
热处理特点:固溶处理;稳定化处理; 消除应力退火，不能进行热处理强化
用途: 化工容器、管道、抗磁仪表等。
管板换热器 大型化工储罐
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不锈钢容器 8
耐热钢
定义：
在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢
汽轮机叶片 汽车气门
2017/9/24
13
高锰耐磨钢
定义 ：
在强烈冲击载荷作用下发生冲击形变硬化的高锰钢。
球磨机
2017/9/24
挖掘机
颚式破碎机
14
典型牌号 ZG100Mn13Cr2
含铬W Cr 2 %
锰含量W Mn 13 % 碳含量W c 1 % 铸钢
性能特点：高硬度、耐磨性、韧性。
成分：高碳 Wc = 1.0～1.3 %
等元素形成碳化物，在晶 内弥散析出。
σ 晶界
5）晶界强化: 形成粗晶,减少晶界，
加入Mo、V、B、Zr等元素，使晶界强化。
T等
晶内 T
2017/9/24
12
钢种及用途： 抗氧化钢 ( 不起皮钢 ) : 奥氏体型钢1Cr18Ni9T
珠光体型 15CrMo
热强钢 马氏体型1Cr13
奥氏体型18-8型
Wc = 0.1 %左右 WCr = 17 %
热处理特点: 750-780℃ 空冷
不能进行热处理强化。
用途: 化工设备中要求耐蚀性高、塑
性好、强度低的容器、管道等。
2017/9/24
硝酸生产装置
7
3)奥氏体型不锈钢
钢种: 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、 0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti
结构钢 工具钢
特殊性能钢
2017/9/24
1
不锈钢 ——在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢
金属腐蚀的概念
（1）化学腐蚀——金属与化学介质直接产生化学反应 （2）电化学腐蚀——金属在腐蚀介质中形成原电池，阳极失去电子被腐蚀
(a)
2017/9/24
(b)
(c)
电化学腐蚀过程示意图
如拖拉机履带板、球磨机衬板、破碎 机牙板、挖掘机铲齿和铁路道岔等。
球磨机衬板
挖 掘 机 铲 齿
2017/9/24
铁路道岔
履带
17
练习
提供以下材料： ZG100Mn13Cr2 、45 、0Cr18Ni9 、 T10A、12Cr13等，请为以下零件选择合适材料： 大型化工储罐 0Cr18Ni9、挖掘机铲齿 ZG100Mn13Cr2、 汽轮机叶片 12Cr13 。
钢种: 1Cr13～4Cr13 化学成分特点: Wc = 0.1～0.4 %
WCr = 13 %
热处理特点: 淬火＋回火 组织：回火索氏体 结构件
回火马氏体 刀具
不锈钢锅 不锈钢剪刀
2017/9/24
不锈钢船用螺旋桨 不锈钢机械零6 件
2)铁素体型不锈钢
钢种: 1Cr17、1Cr28等。
化学成分特点:
抗氧化性 ( 热稳定性 )
性能特点： 高温强度
蠕变强度
( 热强性 )
持久强度
汽车气门
2017/9/24
9
蠕变：恒定应力σ下，随t↑，ε↑
例：塑料雨衣挂一段时间后破洞。
T
(MPa)
t
持久强度：σ固定，随t↑，断裂
材料在一定的温度下和规定的时间内，不发生蠕变断裂的最大应力。
T t
(
M
P
a
)
2017/9/24
3
不锈钢
性能要求: ① 高耐蚀性 ② 高硬度、高耐磨性（制作工具） ③ 高强度（制作重要结构零件） ④ 较好的加工性能
2017/9/24
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不锈钢
成分特点:
① 低碳(0.1%～0.2%） ② 主加元素Cr、Cr—Ni，辅加元素为Ti、Nb、Mo、Cu、Mn、N
Cr——提高钢基体电极电位；生成致密的 Cr2O3 氧化膜 含量大于13%时，形成单相 F
Ni——获得单相 A ；或形成 A+F（通过热处理，提高钢的强度） Mo、Cu——提高钢在非氧化性酸中的耐蚀能力 Ti、Nb——形成稳定碳化物，使Cr保留在基体中，减轻A晶界腐蚀倾向 Mn、N—— 部分代 Ni 以获得 A；提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性
2017/9/24
常用不锈钢
1)马氏体型不锈钢 --- Cr13型钢
2
不锈钢
金属的防腐措施:
① 加入Cr 、Al等形成钝化模（致密而牢固的氧化膜，如Cr2O3） ② 减少原电池形成的可能性，使金属具有均匀的单相组织 ③ 形成原电池时：加入Cr，减少两极的电极电位差，提高阳极的
电极电位 ④ 覆盖层保护: 涂漆、电镀、发蓝、磷化等工艺。
2017/9/24
发蓝打包带
电镀SLR车模
高锰 WMn = 11～14 %
热处理：水韧处理
室温组织：过饱和单相奥氏体。
2017/9/24
15
水韧处理工艺
铸态组织高锰钢 加热到1050～1100℃
水淬
A + Cm
表层M
A
A
受到剧烈冲击或较大压力
HB500
心部A HB220
2017/9/24
铸态
水韧处理
16
用途：
既要求耐磨又要求耐冲击的零件。
10
提高耐热性途径：
1）抗氧化性：
加入合金元素Cr、 Si、Al等, 在 钢的表面形成稳
定、致密的氧化膜。
2）提高热强性：
σ bcc
fcc
晶体结构：
晶体结构不同，持久强度不同；
T 550℃
2017/9/24
11
3）固溶强化: 加入W、Mo、 Nb、Ti、V
等元素强化基体；提高再结晶温度。
4）弥散强化: 加入Nb、V、Ti
化学成分特点: Wc = 0.08～0.14% WCr=17～19% WNi=8～11% Cu、Ti、Mo等
热处理特点:固溶处理;稳定化处理; 消除应力退火，不能进行热处理强化
用途: 化工容器、管道、抗磁仪表等。
管板换热器 大型化工储罐
2017/9/24
不锈钢容器 8
耐热钢
定义：
在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢
汽轮机叶片 汽车气门
2017/9/24
13
高锰耐磨钢
定义 ：
在强烈冲击载荷作用下发生冲击形变硬化的高锰钢。
球磨机
2017/9/24
挖掘机
颚式破碎机
14
典型牌号 ZG100Mn13Cr2
含铬W Cr 2 %
锰含量W Mn 13 % 碳含量W c 1 % 铸钢
性能特点：高硬度、耐磨性、韧性。
成分：高碳 Wc = 1.0～1.3 %
等元素形成碳化物，在晶 内弥散析出。
σ 晶界
5）晶界强化: 形成粗晶,减少晶界，
加入Mo、V、B、Zr等元素，使晶界强化。
T等
晶内 T
2017/9/24
12
钢种及用途： 抗氧化钢 ( 不起皮钢 ) : 奥氏体型钢1Cr18Ni9T
珠光体型 15CrMo
热强钢 马氏体型1Cr13
奥氏体型18-8型
Wc = 0.1 %左右 WCr = 17 %
热处理特点: 750-780℃ 空冷
不能进行热处理强化。
用途: 化工设备中要求耐蚀性高、塑
性好、强度低的容器、管道等。
2017/9/24
硝酸生产装置
7
3)奥氏体型不锈钢
钢种: 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、 0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti