第六章工业用钢

工业用钢
含量：非合金钢中，锰作为常存元素 时，其含量般规定为<1．00％。 2. 硅 来源：硅是炼钢时用硅铁脱氧而残留在 钢中的，也可作为合金元素特意 加入钢中。 作用：硅的脱氧能力比锰强，可有效清 除FeO。硅在室温下大部分溶入铁 素体，使铁素体强化。
工业用钢
含量：作为常存元素时，其硼si规定为 <0．50％。
金属工艺学
常用工程材料
6.1 工业用钢
6.1.1常存元素对钢性能的影响
1.锰： 来源：锰是炼钢时用锰铁脱氧而残留在钢中 的，它也经常作为合金元素而特意加 入钢中。 作用：锰的脱氧能力较好，能很大程度上减 少钢中的FeO，还能与硫化合成 MnS，减轻硫昀有害作用。锰大部 分溶入铁素体中，使铁素体强化。所 以，锰在钢中是一种有益元素。
合金结构钢
常用的是铬轴承钢 GCr9、GCrl5、GCrl5SiMn等 应用：滚动轴承钢是制造各类滚动轴承的滚动体 及内、外套圈的专用钢。 性能特点：滚动轴承在交变应力下工作，各部分 之间因相对滑动而产生强烈磨擦，还受到 润滑剂的化学浸蚀。轴承钢必须具有高的 硬度和耐磨性，高的弹性极限和接触疲劳 强度，足够的韧性和抗蚀性。 成分：WC为0．95％～1．15％，属过共析钢， 以此保证淬后马氏体的高硬度和碳化物的 数量，提高耐磨性。s<0．020％， P<0．007％)，铬轴承钢是一种高级优质钢。
(4)滚动轴承钢
6.1.4 工具钢
按用途分类：刃具钢、模具钢和量具钢。
特点：为了满足高硬度和耐磨性的使用要求，工具钢均为高碳成
分，一般经过淬火和低温回火后使用。
1．刃具钢
性能特点：高强度(特别是抗弯、抗压)；高硬度、高耐 磨性；高热硬性；足够的塑性和韧性。 分类：碳素工具钢(T8、T8A、T10、T12等)；
钢的编号
6.1.3 结构钢
一般工程结构钢 1. 碳素结构钢（如表） 硫、磷的质量分数较高 (P≤0．045， S≤0．055) 典型牌号 Q235 （各种型材） 2. 低合金高强度结构钢 低合金高强度结构钢是在低碳钢的基础上， 加入少量合会元 素 Mn 典型牌号 Q345 (16 Mn)
碳素结构钢的化学成分、力学性 能和用途
合金结构钢
(3)弹簧钢
常用的弹簧钢有65、 65Mn、60Si2Mn、50CrVA等。最有代表 性的是60Si2Mn。 性能特点：弹簧要求高弹性极限、疲劳极 限和足够的韧性 成分及工艺：弹簧钢采用中高碳成分 （0.5%~0.7%）以保证强度； 通过淬火+中温回火而获得回火 托氏体组织， 以满足使用性能的要 求。（采用喷丸处理进行表面强化 ）
并常加入Cr、w、Mn等元素 ①尽量降低淬火温度，以减少残余奥氏体量 ②淬火后立即进行一70-一80℃的冷处理 ③精度要求高的量具，需进行时效处理
应用： 制造各种测量工具，如卡千分尺、螺旋测微仪、
块规和塞规等
6.1.5 特殊性能钢
分类：不锈钢、耐热钢、耐磨钢
不锈钢
定义：不锈钢是指在大气、水、酸、碱和盐溶液 或其它腐蚀性介质中具有高度化学稳定性的合金 钢的总称。 分类及应用：分为马氏体型不锈钢(Crl3型) 制造承载耐腐蚀的各种阀、机泵零件、不锈刀具 铁素体型不锈钢(Crl7型)，主要用于制造耐蚀零 件，广泛用于硝酸和氮肥工业中 奥氏体型不锈钢(18—8型)，主要制造化工生 产中的某些设备零件或构件及暂道等。
结构钢
优质结构钢
1．优质碳素结构钢（如图） 硫、磷的质量分数较低≤0．035％ 典型的牌号是45 2．碳素铸钢（如图） 碳素钢的含碳量一般在0．15％～0．60％范 围内，过高则塑性差，易产生裂纹。一般工程 用铸钢件的成分、力学性能和用途见表 3．合金结构钢 渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢
优质碳素结构钢的力学性能和用途
合金结构钢
(2)调质钢
常用的调质钢有45、 40Cr、 35SiMn、38CrMoAlA等。
特点：调质钢为中碳成分，经淬火+高温
回火的调质处理后，钢的组织为回火索氏体， 具有高强度和良好韧性，即具有良好的综合力 学性能，常用于制造重要的机器零件，如传动 轴、机床齿轮、曲轴、连杆螺栓等。（表面淬 火、氮化处理提高工件表面的硬度）
6.1.2 钢的分类和编号
分类方法：可以按化学成分、质量和一 用途对钢进行分类。 1 ) 按含碳量分 低碳钢 <0.25%C 中碳钢: 0.25~0.6%C, 高碳钢>0.6%C 2) 按质量分(含S,P多少分) 普通钢 S<=0.055%,P<=0.045% 优质钢 S,P<=0.04% 高级优质钢 S<=0.03% P<=0.035% 3)按用途分 碳素结构钢, 碳素工具钢 >0.6%C
钢的编号2 钢的编号2
（2）优质碳素结构钢 优质碳素结构钢牌号由二位数字组成。以二位数字表示平均碳 的质量分数（以万分之几计）。沸腾钢和半镇静钢在牌号尾部 分别加符号“F”和“b”，镇静钢一般不标符号。较高含锰量的 优质碳素结构钢，在表示平均碳的质量分数的数字后面加锰元 素符号。例如：WC=0.50%，WMn=0.70～1.00%的钢，其牌号 表示为“50Mn”。高级优质碳素结构钢，在牌号后加符号“A”; 特级优质碳素结构钢在牌号后加符号“E”。 优质碳素结构钢主要用于制造机械零件。08、08F、10、10F钢， 塑性、韧性好，具有优良的冷成型性能和焊接性能，常冷轧成 薄板，用于制作仪表外壳；15、20、25钢用于制作尺寸较小、 负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如 活塞钢、样板等；30、35、40、45、50钢经热处理（淬火+高温 回火）后具有良好的综合机械性能，即具有较高的强度和较高 的塑性、韧性，用于制作轴类零件；55、60、65钢热处理（淬 火+高温回火）后具有高的弹性极限，常用作弹簧。Fra bibliotek3. 硫
来源：硫是在冶炼时由矿石和燃料中带人的 有害杂质，炼钢时难以除尽。 作用：硫在钢中常以FeS的形式存在，FeS与 Fe形成低熔点的共晶体，分布在奥氏 体的晶界上，当钢材进行热加工，共 晶体过热甚至甚至熔化，减弱了晶粒 间联系，使钢材强度降低，韧性下 降，这种现象称热脆。常加入锰来降 低硫的有害作用。
碳素结构钢 : 主要用于建筑桥梁等工程和各种机械零件; (3)按用途分 碳素工具钢:主要用于各类刀具量具和模具等;
钢的编号1 钢的编号1
（1）碳素结构钢 用Q+数字表示，“Q”为屈服点，“屈”汉语拼音，数字表示屈 服点数值。如：Q275，表示屈服点为275MPa，若牌号后面标注 字母A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同，即S、P含量不同。 A、B、C、D质量依次提高，“F”表示沸腾钢，“b”为半镇静钢， 不标“F”和“b”的为镇静钢。如：Q235-A·F表示屈服点为 235MPa的A级沸腾钢，Q235-C表示屈服点为235MPa的C级镇静 钢。 碳素结构钢一般情况下都不经热处理，而是在供应状态下直接 使用。通常Q195、Q215、Q235含碳量低，有一定强度，常扎制 成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等钢结构，也可 制造普通的铆钉、螺钉、螺母、垫圈、地脚螺栓、轴套、销轴 等等，Q255和Q275钢强度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接。 通常扎制成型钢、条钢和钢板作结构件以及制造连杆、键、销、 简单机械上的齿轮、轴节等。
钢的编号4 钢的编号4
（4）铸造碳钢 许多形状复杂的零件，很难通过锻压等方法加工成形，用铸 铁时性能双难以满足需要，此时常用铸钢铸造获取铸钢件， 所以，铸造碳钢在机械制造尤其是重型机械制造业中应用非 常广泛。 铸钢的牌号有两种表示方法：以强度表示的铸钢牌号，是由 铸钢代号“ZG”与表示力学性能的两组数字组成，第一组数字 代表最低屈服点，第二组数字代表最低抗拉强度值。例如 ZG200-400，表示σs不小于 200MPa， σb不小于400MPa；另 一种用化学成分表示的牌号在此不作介绍。 铸造碳铸钢碳的质量分数，一般WC=0.15～0.60%范围内，过 高则塑性差，易产生裂纹。铸钢的铸造性能比铸铁差，主要 表现在铸钢流动性差，凝固时收缩比大且易产生偏析等方面。
特殊性能钢
2．耐热钢
定义：高温下具有热化学稳定性和热强性的特殊钢。 性能特点: 优良的高温抗氧化性能和高温强度 热膨胀系数小和良好的导热性， 成分特点：加入合金元素Cr、Si和铝，主加Cr Ti、Nb、 V、W、Mo、Ni等合金元素来提 高热强性。 分类及应用：热化学稳定钢(3Cr18Ni25Si2等) 热强钢(Crl2型、Crl3 型、1Crl8Ni9Ti、 1Crl7)。耐热钢主要用于石油化工的高温 反应设备和加热炉、火力发电设备的汽轮 机和锅炉、汽车和船舶的内燃机、飞机的 喷气发动机以及热交换器等设备
钢的类型和编号
钢的分类
低碳钢(WC ≤ 0.25%); (1)按含碳量分 中碳钢(0.25% < WC ≤ 0.60%); 高碳钢(W > 0.60%). C
普通碳素钢(WS ≤ 0.050%; WP ≤ 0.045%); (2)按质量分 优质碳素钢(WS ≤ 0.035%; WP ≤ 0.035%); 高级优质碳素钢(W ≤ 0.030%; W ≤ 0.030%) S P
应用： 冷模具钢(Crl2、Crl2MoV等) ：冷冲模、冷挤压模和拉丝，
热模具钢(5CrMnMo、5CrNiMo等) 热锻模、热挤压模和压铸 模等，工作时型腔表面温度可达600以上
工具钢
3．量具钢量
特点：主要受磨损，
性能要求是：高硬度和耐磨性；高尺寸稳性。
热处理：量具钢的成分高碳(训c为0．9％～1．5％)，
钢的编号3 钢的编号3
（3）碳素工具钢 这类钢的牌号是由代表碳的符号“T”与数字组成，其中数字 表示钢中平均碳的质量分数（以千分之几计）。对于较高含锰 或高级优质碳素工具钢，牌号尾部表示同优质碳素结构钢。例 如T12钢，表示WC=1.2%的碳素工具钢。 碳素工具钢生产成本较低，加工性能良好，可用于制造低速、 手动刀具及常温下使用的工具、模具、量具等。在使用前要进 行热处理（淬火+低温回火）。 常用牌号有T7、T8，用于制造要求较高韧性、承受冲击负荷 的工具，如小型冲头、凿子、锤子等；T9、T10、T11用于制 造要求中韧性的工具，如钻头、丝锥、车刀、冲模、拉丝模、 锯条等；T12、T13钢具有高硬度、高耐磨性，但韧性低，用 于制造不受冲击的工具如量规、塞规、样板、锉刀、刮刀、精 车刀等。