碳钢 合金钢 ——调质刚 弹簧钢 轴承钢

2.阻止奥氏体晶粒的长大 通过加入钛和铌形成TiN或Nb(C,N)，它们 在高温下非常稳定，弥散分布对控制高温下的 晶粒长大有强烈的抑制作用。 微量铌（W≤0.06%）形成的Nb(C,N) 阻止 奥氏体晶粒长大作用可达1150℃； 微量钛（W≤0.02%）以TiN从高温固态钢中 析出，呈弥散分布，对阻止奥氏体晶粒长大很 有效。
一般在热轧退火或正火状态下使用，不需要进行专门的热 处理。使用状态下的显微组织一般为铁素体+珠光体。
2. 微合金钢 一、背景
微合金化钢是上世纪70年代在低合金高强度 结构钢基础上发展起来的一大类高强度低合金钢。 化学成分特点是低碳（＜0.1%），加入适量 微合金化合金元素，如钛、铌、钒等； 工艺特点是运用控制轧制和控制冷却生产工 艺。 通过化学成分和制备工艺的最佳配合达到了 铁素体型钢的最佳强化效果，即细化晶粒强化和 沉淀强化的最佳组合。 σs=450-525Mpa tc≤-80℃
Q420
Q460
强度高，在正火、正 火回火或淬火加回火 的状态下有很高的综 合力学性能
适用于制造各种大型工程结 构及要求强度高，载荷大的 轻型结构中的部件
1．低合金结构钢
一般规定δ>5% 常用低合金结构钢的牌号、成分、性能（厚度 (直径)16mm，AKV ≥34J） 为塑性材料， δ<5%为脆性材 主 要 化 学 成 分，% 机械性能 钢号 旧钢号 料。
5 ，%
21~22 19~20 18~19
Q460
0.20
0.55
460
720
17
2.牌号: Q 345
345 MPa 屈服强度
（三）热处理特点 通常在热轧状态或退火、正火状态下使用 组织：铁素体75~90%+珠光体10%~25% 不需最终热处理
珠光体占10%~25%左右，铁素体占75~90%。
1.2 S的影响：S是有害杂质，是炼钢时由矿 石、燃料带到钢中的，它的最大危害是在热 加工时开裂，即产生热脆。 钢中加入Mn可以一定程度上减少热脆的发生。
所以，为避免热脆，钢中的含硫量必须严格控制： 普通碳钢：含硫量≤0.055% 优质碳钢：含硫量≤ 0.040% 高级优质碳钢：含硫量≤ 0.030%
含碳量都比较低 C Mn Si， 0.55 0.55 0.55 0.55 s ，MPa 295 345 390 420 b ，MPa 570 630 650 680 Q295 Q345 Q390 Q420 09MnNb 12Mn 16Mn 16MnRe 16MnNb 15MnTi 14MnVTiRe 15MnVN 14MnMoV 18MnMoNb 0.16 0.18 ~0.20 0.20 0.20 0.80 ~1.50 1.00 ~1.60 1.00 ~1.60 1.00 ~1.70 1.00 ~1.70 23
主要保证力学性能，采用国标 GB700－88；如表6－1所 示。 例如：Ｑ195； 2.2优质碳素结构钢： 既保证力学性能又保证化学成分，采用GB699-99，如表 6－2所示；表6－3为优质碳素结构钢的力学性能。 两位数字（含碳万分之几）+合金元素+专门用途标记 例如：45钢：以0.01％Ｃ为单位；20g 2.3碳素工具钢：采用GB3278-2001； 碳（T）+数字（含碳量的千分之几）+合金元素（Mn） +A（表示高级优质） 例如：Ｔ10：以0.1％Ｃ为单位；如表6－4所示。
总之，普通低合金高强度结构钢合金化的思路 是：低碳，以Mn为基础， 适当加入Al、V、 Ti、Nb、Cu、P及稀土等合金元素。
表6-7 低合金高强度结构钢的特性及用途
牌号
GB/T1591 -1994
Q295
GB1591-88
主要特性
用途举例 主要适用于制造汽车、机车 车辆，建筑结构、桥梁、船 舶、油罐、容器、冷变形钢、 低温用钢、冲压件等。 用于建筑结构，桥梁、压力 容器、化工容器、重型机械、 车辆、锅炉等
容器
高压容器-储气罐
车辆
实例1：南京长江大桥就是由Q345钢所造的
实例2：柳州双拥大桥跨越柳江的主桥3跨连续钢箱梁悬索桥。 钢箱梁采用单箱双室全焊结构，钢箱梁全宽为38m，中心高 为3.5m。钢箱梁全长分为53个吊装节段，节段间在桥位吊装 就位采用全熔透对接焊缝焊接。钢箱结构采用Q345C钢材。
小结
钢中只有极少量的合 09MnV、09MnNb 金元素强度不高，但 09Mn2 12Mn 有良好的塑性，冷弯， 焊接及耐蚀性能 12MnV、14MnNb、钢的强度较高，具有 16Mn、16MnRE、 良好的综合性能和焊 18Nb 接性能
Q345
Q390
15MnV、15MnTi、钢中加入V、Nb、Ti使 适用于制造中高压锅炉，高 16MnNb 晶粒细化，提高强度。 压容器、车辆、起重机械设 具有良好的力学性能， 备、汽车、大型焊接结构等。 工艺性能和焊接性能。 15MnVN、 14MnVTiRE 具有良好的综合性能 和焊接性能 适用于制造大吨位船舶，高 压容器，桥梁、电站设备等
钢中形成微细碳化物，起到弥散强化的作用；同时，锰还使三次
渗碳体难于在晶界析出，减少了晶界裂纹源，改善钢的冲击韧性。

少量Cu（≤0.4%）和P（0.1%左右）等，
Cu、P：提高钢对大气的抗蚀能力；
加入微量稀土元素可以脱硫去气，净化钢材， 并改善夹杂物的形态与分布，从而改善钢的力 学性能和工艺性能。
3.特殊性能钢： 不锈钢与耐热钢 数字+元素+数字 第一个数字表示含碳量的千分之几, 第二个 数字表示合金元素的百分之几。起重要作用的 微量元素也要标出。 例如：9Cr18，00Cr18Ni10（ 平均含碳量≤ 0.03%)，0Cr18(平均含碳量≤ 0.08%) 等。 ωMe：<5% 低合金钢；
第二节 合金钢
一、合金钢的分类与编号
合金钢的分类（按用途分类）
合金结构钢 —— 低合金结构钢、渗C钢 、调质钢 、弹簧钢 、 轴承钢、易切削钢等。 合金工具钢 —— 刃具 、模具、量具钢。
特殊性能钢 —— 不锈钢、耐热钢、耐磨钢。
2.合金钢的编号： 合金钢编号的一般形式： 字母+数字+化学元素符号+数字+字母 ①G-滚 Y-易 ②含碳量 合金结构钢 两位数字（含碳量万分之几） 例如：20MnVBA、36Mn2Si、40CrNiMo等。 滚动轴承钢 滚或G+Cr+数字（Cr含量的千分之几）,例如：GCr15 合金工具钢 一位数字 含碳量≥1.0%时不标，＜1.0%时用千分之几 表示,例如CrMn、9Mn2V等。高速钢中不标含碳量， 如W18Cr4v，W6Mo5Cr4V2等。③主要合金元素种类 和名义百分含量＜1.5%略 1.5~2.5%标2 2.5~3.5%标3 ④钢的冶金质量A-高级优质钢 E-特级优质钢
二、微量合金元素钛、铌、钒等的作用
1.抑制奥氏体形变再结晶 通过固溶、偏聚在奥氏体晶界、应变诱导析 出氮化物，阻止了奥氏体再结晶的晶界和位 错运动，从而抑制再结晶过程的进行。 微合金化元素Nb、V、Ti延缓轧制时奥氏体 再结晶能力的比较见图6-12
图6-12
Nb、V、Ti对再结晶临界温度的影响
由强到弱的顺序是铌、钛、钒
图6-10 基于CSP工艺Q345B钢的组织
应用：工程结构 —— 桥梁，船舶， 车辆外壳、支架、锅炉、压力容器、 输油输气管道、大型钢结构等
Q345钢(16Mn)综合性能好，
南京长江大 桥
万吨远洋轮
用于船舶、桥梁、车辆等大 型钢结构。 Q390钢含V、Ti、Nb，强度 高，用于中等压力的容器。 Q460钢含Mo、B，强度高，用于石化中 温高压容器。 Q420 强度较高，且韧性、焊接 性及低温韧性也较好，被广泛用 于制造桥梁、锅炉、船舶等大型 结构。
1、低合金结构钢： (一）性能要求： 高强度：一般屈服强度在300 MPa以上。显著高于相 同含碳量的普通碳钢，故又称为低合金高强钢（可以显 著的降低构件的重量，节约钢材） 高韧性：（要求延伸率为15%～20%，室温冲击韧性大于600
kJ/m2～800 kJ/m2。对于大型焊接构件，还要求有较高的断裂 韧性。）
“泰坦尼克号”（图6-9） 的沉 没大概也与有关。这种材料的变 脆现象因为是在低温下产生的， 所以称之为"冷脆"。
引入：对于图中所示的轮船和钢 桥，为了避免发生上述的事故， 从材料的性能和成分的角度应如 何考虑？
图6-9 泰坦尼克邮轮

合金结构钢：在工业上凡是用于制造各种机器 零件和用于建筑工程结构的钢叫做合金结构钢；
低碳钢：≤0.25％Ｃ； 中碳钢：0.25～0.6％Ｃ； 高碳钢：≥0.60％Ｃ

按钢的质量分：
普通碳素钢：Ｓ≤0.055％、 Ｐ≤0.045％； 优质碳素钢：Ｓ≤0.040％、 Ｐ≤0.040％； 高级优质钢：Ｓ≤0.030％、 Ｐ≤0.035％；

按用途分：碳素结构钢、碳素工具钢；
2.2、编号与用途： 2.2.1普通碳素结构钢：
(1) 低碳：韧性、焊接性和冷成形性能要求 高，碳质量分数不超过0.20%。 (2) 锰为主要的合金元素。固溶强化F，细化 P，增加P的含量，提高钢的强度。

(3) 铌、钛、钒：形成细碳化物或碳氮化合 物，获得细小铁素体晶粒和提高钢的强度和韧性。 (4)少量铜（≤0.4%）和磷（0.1%左右），可 提高抗腐蚀性能。
1.3 P的影响：P也是有害杂质，P可以完全溶 入F中，使F的强度、硬度提高，但却剧烈的 降低钢的塑韧性，从而时钢变脆，这种现象叫 做冷脆。 所以，为避免冷脆，钢中的含磷量必须严格控 制： 普通碳钢：含硫量≤0.045% 优质碳钢：含硫量≤ 0.040% 高级优质碳钢：含硫量≤ 0.035%
2、碳钢的分类和编号： 2.1分类： 按含碳量分：
第六章工业用钢
第一节 碳钢