工程材料7-工业用钢

第七章 工业用钢 Steels Used for Industry
主要内容
钢的分类和编号 钢中的杂质及合金元素 结构钢 工具钢 特殊性能钢
§７．１ 钢的分类和编号
一、钢的分类
1.按化学成分分类
工业用钢
低碳钢（wC＜0.25%） 碳素钢 中碳钢（wC＝0.25～0.60%） 高碳钢（wC＞0.60%） 低合金钢（wMe＜5%） 合金钢 中合金钢（wMe＝5～10%） 高合金钢（wMe＞10%）
淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力。又称回火抗力。 大多数合金元素能够阻碍M的分解和碳化物的析出与聚集长大。 产生二次硬化
二次硬化（Secondary Hardening） ：
钢在回火时硬度不仅不下降，反而升高的现象。 W、 Mo、V含量较高的高合金钢回火时, 硬度不是随回火温度升高 而单调降低, 而是到某一温度（约400℃）后反而开始增大, 并在另 一更高温度（一般为550℃左右）达到峰值，即产生二次硬化。 防止第二类回火脆性 W、Mo等元素有防止第二类回火脆性产生的作用。
工业用钢
§７．１ 钢的分类和编号
2.按用途分类
建筑用钢 桥梁用钢 船舶用钢 车辆用钢 渗碳钢 调质钢 弹簧钢 轴承钢
工程构件用钢 结构钢 机器零件用钢
工业用钢
刃具钢 工具钢 模具钢 量具钢 不锈钢 特殊性能钢 耐热钢
§７．１ 钢的分类和编号
3.按金相组织分类
亚共析钢 共析钢 （退火状态） 过共析钢 莱氏体钢
§７．１ 钢的分类和编号 优质碳素结构钢（Quality Constructional Carbon Steel） 用两位数字表示
举例：
45 平均含碳量的万分之几
45钢的平均wC=0.45%
08 平均含碳量的万分之几
08钢的平均wC=0.08%
§７．１ 钢的分类和编号 合金结构钢（Constructional Alloy Steel） 用“数字＋元素符号＋数字”表示
§７．３ 结构钢
结构钢是制造各种工程结构和 机器零件的钢。
§７．２ 钢中的杂质及合金元素 对钢的淬透性的影响
除Co外，几乎所有合金元素只要溶入奥氏体中，均使C曲线向 右移，即提高钢的淬透性。
常用提高淬透性的元素：
Mn、Cr、Ni、Si、B。
合金元素对C曲线的影响
§７．２ 钢中的杂质及合金元素 对钢的回火转变的影响
提高钢的回火稳定性。
回火稳定性（Tempered Stability） ：
碳化物形成元素在钢中与C作用形成碳化物，作为强化相，可 显著提高钢的强度、硬度和耐磨性。
碳化物形成元素与碳的亲和力的大小：
Ti＞Zr＞V＞Nb＞W＞Mo＞Cr＞Mn＞Fe （１）强碳化物形成元素 Ti、V、Nb等与碳亲合力很强，几乎总是与碳形成特殊碳化 物。 特殊碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性高。 （２）中强碳化物形成元素 W、Mo、Cr等，当其含量较少时，多溶于渗碳体中而形成合 金渗碳体(Fe，Me)3C；当含量较高时，则可能形成特殊碳化物。 （３）弱碳化物形成元素 Mn等与碳的亲合力较弱，除少量可溶于渗碳体中形成合金 渗碳体外，大部分溶于铁素体或奥氏体中。
①溶解于碳钢原有的相中 举例：溶入F中、溶入A中、溶入Fe3C中（形成合金渗碳体）。 ②形成某些碳钢中没有的新相 举例：Cr23C6、W2C、VC等。
合金元素的种类：
①非碳化物形成元素（Non-carbide Former） 举例：Ni、Si、Al、Co、Cu、N、B等。 ②碳化物形成元素（Carbide Former） 举例：Ti、Zr、V、Nb、W、Mo、Cr、Mn等。
工业用钢
注：高级优质钢在其编号后加注“A”
特级优质钢在其编号后加注“E”
§７．１ 钢的分类和编号
二、钢的编号

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.
第七章 工业用钢 Steels Used for Industry
工业用钢 包括碳素钢（简称碳钢）和合金钢两大类。
在工业用钢中，除Fe和C元素外，还含有其他元素，包括杂质元素（常存 元素、偶存元素）和合金元素。 杂质元素(Impurity)：泛指钢冶炼后残留在钢中的元素。 合金元素(Alloying Element) ：为提高钢的性能特意添加到钢中的元素。 碳钢（Carbon Steel）：含碳量为0.0218%～2.11%的铁碳合金，具有较好 的性能，产量大、价格低，应用广泛，但淬透性、回火抗力差、屈强比低。 合金钢（Alloy Steel）：在碳钢的基础上添加合金元素的铁基合金，总体 性能优于碳钢，但加工困难、价格昂贵。
举例：
3 6 Mn 2 Si 含有硅元素，平均wSi < 1.5% 含有锰元素，平均wMn=2% 平均含碳量的万分之几
平均wC=0.36%
§７．１ 钢的分类和编号 碳素工具钢（Carbon Tool Steel） 用“T＋数字”表示
举例：
T 12 A 高级优质钢 平均含碳量的千分之几
平均wC=1.2%
§７．２ 钢中的杂质及合金元素 1.合金元素对钢中基本相的影响 溶入铁素体，起固溶强化作用
非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元素都溶于铁素体，形成合 金铁素体，起固溶强化作用，提高钢的硬度和强度。 Cr、Ni在适当范围内还能提高钢的韧性。
Me对F硬度的影响
Me对F冲击韧性的影响
§７．２ 钢中的杂质及合金元素 形成碳化物，起强化相作用
中国 前苏联 美国 英国 日本 法国 德国 20CrMo 20XM 4119,4118 CDS12 SCT42 18CD4
20CrMo44
§７．２ 钢中的杂质及合金元素
工业用钢
一、杂质元素对钢性能的影响
钢中的杂质一般是指Mn、Si、P、S。是由原料带入或脱氧残留的元素。
1.有益元素 锰（Mn） (0.8%)
符号 q g HP LZ JZ F b Z TZ
A.B.C.D. E
位置 尾 尾 尾 头 头 尾 尾 尾 尾 尾
L R
尾 尾
特殊镇静钢 质量等级
§７．１ 钢的分类和编号
二、钢的编号
普通碳素结构钢（Plain Constructional Carbon Steel） 用“符号＋数字”表示
举例：
Q 235 屈服强度值不小于235MPa 屈服点的汉语拼音字头
举例：
G Cr 15
含有铬元素，平均wCr=1.5% “滚动轴承钢”之汉语拼音字头
§７．１ 钢的分类和编号 高速工具钢（High Speed Tool Steel） 用“元素符号＋数字”表示，不标出含碳量
举例：
W 18 Cr 4 V（18-4-1） 含有钒元素，平均wV < 1.5% 含有铬元素，平均wCr=4% 含有钨元素，平均wW=18%
晶界上的低熔点硫化物共晶
§７．２ 钢中的杂质及合金元素 2.有害元素 磷（P）
P能全部溶入铁素体中，使钢在常温下硬度提高， 塑性、韧性急剧下降，从而引起钢的“冷脆”。 P一般 控制在0.045%以下。
比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生 冷脆性于1938年冬发生断裂坠入河中
§７．２ 钢中的杂质及般不使用合金钢。
炼钢流程介绍 通过氧化反应脱碳、升 温、合金化的过程。它的主要 任务是脱碳、脱氧、升温、去 除气体和非金属夹杂、合金 化。 主要包括造渣、出渣、 熔池搅拌、电炉底吹、熔化 期、氧化期和脱炭期、精炼 期、还原期、炉外精炼、钢液 搅拌、钢包喂丝、钢包处理、 钢包精炼、惰性气体处理、预 合金化、成分控制、增硅、终 点控制、出钢等过程。

常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号
（GB/T 221—2000） 名称 碳素结构钢 低合金高强度钢 易切削钢 碳素工具钢 (滚珠)轴承钢 焊接用钢 铆螺钢 船用钢 汽车大梁用钢 压力容器用钢 符号 Q Q Y T G H ML
国际符 号
位置 头 头 头 头 头 头 头
名称 桥梁用钢 锅炉用钢 焊接气瓶用钢 车辆车轴用钢 机车车轴用钢 沸腾钢 半镇静钢 镇静钢
§７．２ 钢中的杂质及合金元素
3.气体元素

氢（H） 常温下氢在钢中的溶解度也很低。当氢在钢中以原子态溶 解时，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，形成微 裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。
钢中白点 钢的氢脆断口
§７．２ 钢中的杂质及合金元素
二、合金元素在钢中的作用 合金元素在钢中的存在形式：
§７．２ 钢中的杂质及合金元素 2.合金元素对Fe-Fe3C相图的影响
钢中加入合金元素后，Fe-Fe3C相图将发生变化，这些元素或 者扩大奥氏体区域，或者缩小奥氏体区域。
扩大 区的元素
Ni、Mn、C、N等。 ①使奥氏体区域扩大。 ②使A1和A3温度降低。 ③使S点和E点向左下方移动。
特例：
当Mn13%或Ni24%时，S点降 到室温以下，即在室温下可获得 奥氏体组织。 Mn对 区的影响
§７．１ 钢的分类和编号 不锈钢（Stainless Steel） 用“数字＋元素符号＋数字”表示
举例：
1 Cr 18 Ni 9 Ti 含有钛元素，平均wTi<1.5% 含有镍元素，平均wNi=9% 含有铬元素，平均wCr=18% 平均含碳量的千分之几 平均wC=0.1%
国内外钢材牌号对照举例
大多数合金元素延缓钢的奥氏体化过程。
它们阻碍C和Me的扩散，因此合金钢的A化温度较高、时间较长。
Ni、Co等部分非碳化物形成元素使奥氏体的形成速度加快。 Al、Si、Mn等对奥氏体形成速度影响不大。
对奥氏体晶粒度的影响