5.5 特殊性能钢
特殊性能钢讲解
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.
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
了解特殊性能钢
1）同学们大家好，本节课我们来了解特殊性能钢2）我将从特殊性能钢的概述和分类、常用的不锈钢、耐热钢、耐磨钢来进行介绍3）（1）特殊性能钢有特殊的物理或化学性能，用来制造具有一定力学性能和特殊性能的零件。
（2）特殊性能钢种类很多，机械制造中主要使用不锈钢、耐热钢和耐磨钢。
4）在生活中的铁器是很容易生锈的，比如收割水稻、小麦的镰刀等，那么用制造镰刀的材料去加工成医疗器械可以吗？当然不可以，因为这种材料的医疗器械易生锈，给病人使用以后，患处很容易造成感染，所以医疗行业，食品工业等都需要用不锈钢进行制造相关工具和设备。
不锈钢是耐空气、蒸汽、水等介质的腐蚀，常用的不锈钢可以分为铬不锈钢和铬镍不锈钢。
下面先来学习铬不锈钢5）钢中的铬使钢具有良好的耐蚀性，而碳保证钢具有适当的强度。
常用铬不锈钢的牌号有12Cr13、20Cr13、30Cr13和40Cr13等。
随着钢中含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，而钢的韧性和耐蚀性则下降。
6）12Cr13钢和20Cr13钢具有良好的抗大气、海水、蒸汽等介质腐蚀的能力，塑性和韧性好，适用于制造在腐蚀条件下工作及受冲击载荷的零件，如汽轮机叶片、水压机阀门等。
7）30Cr13钢和40Cr13钢经过热处理后硬度较高，用于制造弹簧、轴承、阀座、阀门、医疗器械及在弱腐蚀条件下工作且要求有高强度的零件。
8）通过刚才的学习，大家不难看出铬不锈钢12Cr13和20Cr13抵抗大气、海水、蒸汽等介质的腐蚀，塑性和韧性好，适用于制造在腐蚀条件下工作及受冲击载荷的零件，如汽轮机叶片、水压机阀门等铬不锈钢30Cr13和40Cr13经过热处理后硬度较高，用于制造弹簧、轴承、阀座、阀门、医疗器械及在弱腐蚀条件下工作且要求有高强度的零件，其中我们常接触到的就是弹簧，下面我们来学习一下与我们日常生活接触更加密切的不锈钢，铬镍不锈钢，铬镍不锈钢相对于铬不锈钢来说添加了镍元素，镍是优良的耐腐蚀材料，能使钢材易成型，而且不易脆化9）常用的镍铬不锈钢牌号有06Cr19Ni10、12Cr18Ni9等，其中06Cr19Ni10就是我们生活中常用的304不锈钢，比如生活中常用的的不锈钢保温杯，不锈钢水壶，不锈钢电饭煲内胆等厨具，不锈钢刀、叉等餐具，包括现在比较流行的不锈钢冰块等等有很多很多。
钢材的型号规格
钢材的型号规格钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。
为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。
钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。
钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下七种：1、按品质分类(1) 普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）(2) 优质钢（P、S均≤0.035%）(3) 高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）2.、按化学成份分类(1) 碳素钢：低碳钢（C≤0.25%）；中碳钢（C≤0.25-0.60%）；高碳钢（C≥0.60%）。
(2) 合金钢：低合金钢（合金元素总含量≤5%）；中合金钢（合金元素总含量>5-10%）；高合金钢（合金元素总含量>10%）。
3、按成形方法分类：(1) 锻钢(2) 铸钢(3) 热轧钢(4) 冷拉钢。
4、按金相组织分类(1) 退火状态的：亚共析钢（铁素体+珠光体）；共析钢（珠光体）；过共析钢（珠光体+渗碳体）；莱氏体钢（珠光体+渗碳体）。
(2) 正火状态的：珠光体钢；贝氏体钢；马氏体钢；奥氏体钢。
(3) 无相变或部分发生相变的5、按用途分类(1) 建筑及工程用钢：普通碳素结构钢；低合金结构钢；钢筋钢。
(2) 结构钢a.机械制造用钢：调质结构钢；表面硬化结构钢：包括渗碳钢、渗氨钢、表面淬火用钢；易切结构钢；冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。
b.弹簧钢c.轴承钢(3) 工具钢：碳素工具钢；合金工具钢；高速工具钢。
(4) 特殊性能钢：不锈耐酸钢；耐热钢：包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢；电热合金钢；耐磨钢；低温用钢；电工用钢。
(5) 专业用钢: 如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。
6、综合分类(1)普通钢a.碳素结构钢：Q195；Q215(A、B)；Q235(A、B、C)；Q255(A、B)；Q275。
b.低合金结构钢c.特定用途的普通结构钢(2)优质钢（包括高级优质钢）a.结构钢：优质碳素结构钢；合金结构钢；弹簧钢；易切钢；轴承钢；特定用途优质结构钢。
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
《金属材料与热处理》-授课计划
2
实验一：金属材料的硬度试验
力学实验室
十四
2
实验二：碳钢的热处理
金工实习室
学生成绩考核计划：采取闭卷考核方式进行考核。平时成绩占30%，期末考试成绩占70%。
教研室主任
审核
系（部）主任
审核
教务处处长
审核
填写日期：2012年9月15日
教学授课计划表
月日
周次
授课章节与内容提要
授课形式
课时
作业
备注
10月
9日
6周
1．1金属材料的机械性能
讲授
讨论
2
1-2
力学性能
10月
12日
6周
1．2金属材料的其他性能
讲授
讨论
2
4-7
4-8
表面热处理
化学热处理
12月
7日
14周
5．1概述
5．2合金元素对钢的影响
讲授
讲练
2
5-3
5-4
合金铁素体
合金碳化物
12月
11日
15周
5．3合金结构钢
讲授
讨论
2
5-6
5-7
合金结构钢
12月
14日
15周
5．4合金工具钢
讲授
情景
2
5-13
合金工具钢
12月
18日
16周
5．5特殊性能钢
讲授
XXXXXX学院学期授课计划
2012――2013学年第一学期
课程
名称
金属材料与热处理
专业名称
化工设备维修技术
任课
教师
班级名称
D12化机班
采用教材名
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。
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。
返回
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
合金工具钢- 特殊性能钢
0.85 0.95
0.90 1.05 0.80 0.95
•（1）以9SiCr为例介绍低合金刃具钢：
⑴含碳量：Wc＝0.85～0.95％，保证高硬度和高耐磨性；
⑵合金元素的作用：提高淬透性及钢的强度，提高回火 稳定性，使之具有一定的红热性； ⑶应用：板牙、丝锥 ⑷热处理工艺：
•球化退火：球化温度：800~810℃；
表6-16 常用低合金刃具钢的牌号、化学成分和力学性能 化学成分（%） 钢号 淬火钢 的硬度 HRC ≥62 ≥62 ≥62
C
9CrSi CrWMn 9Cr2
Mn 0.3 0.6
0.8 1.1 ≤0.4
Si 1.2 1.6
≤0.4 ≤0.4
Cr 0.9 1.25
0.9 1.2 1.3 1.7
W
-1.2 1.6 --
超过250℃时，硬度才低于60HRC；由于W的作用，钢中碳
化物比较多而容易形成网状。 适于制作截面较大、要求耐磨、淬火变形小的刃具，如拉
刀、长丝锥等，也可制作量具及形状较复杂的高精度冲模。
③Cr2 即GCr15钢，只在对非金属夹杂物要求不严格
时，制作切削工具、量具及冷轧辊等。 ④ CrW5 钢由于加入了较多的钨，形成 M6C 型碳化物。 在 820℃淬火温度溶于奥氏体中量少，淬透性低；需 要水淬，淬火后剩余碳化物多，回火后硬度
0.40 0.40 0.40-0.60 0.40 0.40-0.60 0.40 0.40 0.40
0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35
(摘自GB/T1298-1986)
用途
冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。
热处理：球化退火；淬火 + 低温回 火
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《金属材料与热处理》导学案 主备人：栾义 审核人：栾义 编号：020
爱让每一名学生都做得更好！
1 §5-5 特殊性能钢
【使用说明】
1、依据学习目标，全体同学积极主动的根据教材内容认真预习并完
成导学案，小组长做好监督与检查，确保每位同学都能认真及时的预习相关知识。
2、结合导学案中的问题提示，认真研读教材，回答相关问题。
3、要求每位同学认真预习、研读课本，找出不明白的问题，用红笔
做好标记。
【学习目标】
1、知识与技能：掌握特殊性能钢的分类、特性及应用。
2、学习与方法：通过研读课本，积极讨论，踊跃展示，能选用合适
的特殊性能钢。
3、情感态度价值观：激情投入，大胆质疑，快乐学习。
【重点难点】
不锈钢、耐热钢、耐磨钢的典型牌号
不锈钢、耐热钢、耐磨钢的应用
【自主学习】
不锈钢 重要级别：★★★★
班级： 姓名： 使用时间： 年 月 日 爱让每一名学生都做得更好！
2 耐热钢 重要级别：★★★★
耐磨钢 重要级别：★★★★
【合作探究】
1、什么是特殊性能钢？在机械制造行业中常用的有哪些？
2、按钢的金相组织，不锈钢分为哪三类？
3、什么是耐热钢？什么是抗氧化钢？什么是热强钢？三者有何关系。
4、什么是水韧处理？
5、含碳量对不锈钢的耐蚀性有何影响？不锈钢中的含碳量一般是多少？
6、奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢的成分、典型牌号、应用实例。
7、防止晶间腐蚀的方法有哪些？
《金属材料与热处理》导学案 主备人：栾义 审核人：栾义 编号：020
爱让每一名学生都做得更好！ 3 8、抗氧化钢和热强钢分别常加入哪些元素？各自的典型牌号和用途。
9、耐磨钢主要应用于什么场合？典型的耐磨钢是什么？其典型牌号是什么？为什么耐磨且有良好的韧性？
【当堂测验】
1. 选用制造下列零件的材料牌号。
零件名称 铁道道岔 汽轮机叶片 锅炉 医疗手术刀 选用材料
【课后作业】(自己默写，组长监督)
1、理解掌握本导学案内容，并完成习题册第五章第五节相关题目。
【学后反思】。