第七章 特殊用途钢及合金
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七章工业用钢课件
3、热处理：不进行专 门热处理，热轧空冷态 下使用。
4、使用状态下组织： F+P
螺纹钢 圆钢
工程材料
5、用途 常以热轧板、带、棒及型
钢使用，用量约占钢材总 量的70%。 用于建筑结构，适合焊接、 铆接、栓接等。
热轧钢板 黄河小浪底枢纽工程
螺纹钢
工程材料
二、低合金高强度结构钢
1、性能要求 ⑴ 高强度及足够韧性。 ⑵ 良好的焊接性能。 ⑶ 良好的耐蚀性及低
当Cr13%时，奥 氏体相区消失，室 温下为单相铁素体 组织，称铁素体钢.
铬对奥氏体相区的影响
2、对E点和S点位置的影响 所有合金元素均使E点和S点左移，即这两点的含碳
量下降，使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如 4Cr13）或共晶组织（如W18Cr4V）。
工程材料
工程材料
㈢ 对钢中相变过程的 影响
S含量依次下降，质量提高。 脱氧方法符号: 沸腾钢—F；
镇静钢—Z；半镇静钢—b； 特殊镇静钢—TZ。 如碳素结构钢牌号表示为 Q235AF、Q235BZ。
低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢，其 牌号中没有表示脱氧方法的符号。如Q345C。
工程材料
根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用 两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和 化学元素符号，按顺序表示，如16Mn。
㈠ 对钢中基本相的影响 1、溶于铁素体, 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. Si、Mn对强度、硬度提高显著。Cr、Ni在适当范围
内提高韧性。
对铁素体冲击韧性影响
2、形成碳化物，起强化相作用 合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：
Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。
4、使用状态下组织： F+P
螺纹钢 圆钢
工程材料
5、用途 常以热轧板、带、棒及型
钢使用，用量约占钢材总 量的70%。 用于建筑结构，适合焊接、 铆接、栓接等。
热轧钢板 黄河小浪底枢纽工程
螺纹钢
工程材料
二、低合金高强度结构钢
1、性能要求 ⑴ 高强度及足够韧性。 ⑵ 良好的焊接性能。 ⑶ 良好的耐蚀性及低
当Cr13%时，奥 氏体相区消失，室 温下为单相铁素体 组织，称铁素体钢.
铬对奥氏体相区的影响
2、对E点和S点位置的影响 所有合金元素均使E点和S点左移，即这两点的含碳
量下降，使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如 4Cr13）或共晶组织（如W18Cr4V）。
工程材料
工程材料
㈢ 对钢中相变过程的 影响
S含量依次下降，质量提高。 脱氧方法符号: 沸腾钢—F；
镇静钢—Z；半镇静钢—b； 特殊镇静钢—TZ。 如碳素结构钢牌号表示为 Q235AF、Q235BZ。
低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢，其 牌号中没有表示脱氧方法的符号。如Q345C。
工程材料
根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用 两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和 化学元素符号，按顺序表示，如16Mn。
㈠ 对钢中基本相的影响 1、溶于铁素体, 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. Si、Mn对强度、硬度提高显著。Cr、Ni在适当范围
内提高韧性。
对铁素体冲击韧性影响
2、形成碳化物，起强化相作用 合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：
Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。
金材7-3合金结构钢
作用：制造各种零件(高级优质或优质钢)
1、渗碳钢
2、调质钢
3、弹簧钢
4、滚动轴承钢
理论课教案附页
编制/时间：
教学方法
主要教学内容和过程
附记
一、低合金结构钢
在碳素结构钢的基础上，加入少量的合金元素（一般＜3%）的工程用钢。
1、低合金高强度结构钢
特征：①含碳量：0.10%～0.25%
②加入元素：Mn、Si、V、Ne、Ti（其中Mn、Si主要作用：对铁素体起固溶强化作用，以提高钢的强度；V、Ne、Ti主要作用：细化晶粒，提高钢的韧性）
编制/时间：
教学方法
主要教学内容和过程
附记
三、合金调质钢：
各种机械设备上，几乎都要承受动载荷，而且受力比较复杂，这就要求零件具有良好的综合机械性能，即有很高的强度，又有很好的塑性和韧性。（例如：车床的主轴，工作时承受较大的扭矩和弯矩，开车、停车及运转过程中的载荷变化和振动，又使其受到冲击，要求既有较高的强度又有较好的韧性）。这类零件一般在调质状态下使用，所以叫调质钢。
最终热处理：①调质（淬火＋高温回火）（回火索氏体）②调质后，表面淬火、化学热处理（表面耐磨）
常用牌号表7-5（教材P89）
四、合金弹簧钢
弹簧是各种机器和仪表中的重要零件，主要有两个方面
理论课教案附页
编制/时间：
教学方法
主要教学内容和过程
附记
的作用：①利用弹性变形吸收能量以缓和振动和冲击（例如其车的减震弹簧）；②依靠弹性贮存能量完成一定的机械动作或起驱动作用（例如：安全阀弹簧）
弹簧钢丝和弹簧钢带有三种交货状态：
①退火状态；②冷拉状态；③油淬回火状态。
热处理特点：
1退火状态：成形后，淬火＋中温回火；
1、渗碳钢
2、调质钢
3、弹簧钢
4、滚动轴承钢
理论课教案附页
编制/时间：
教学方法
主要教学内容和过程
附记
一、低合金结构钢
在碳素结构钢的基础上，加入少量的合金元素（一般＜3%）的工程用钢。
1、低合金高强度结构钢
特征：①含碳量：0.10%～0.25%
②加入元素：Mn、Si、V、Ne、Ti（其中Mn、Si主要作用：对铁素体起固溶强化作用，以提高钢的强度；V、Ne、Ti主要作用：细化晶粒，提高钢的韧性）
编制/时间：
教学方法
主要教学内容和过程
附记
三、合金调质钢：
各种机械设备上，几乎都要承受动载荷，而且受力比较复杂，这就要求零件具有良好的综合机械性能，即有很高的强度，又有很好的塑性和韧性。（例如：车床的主轴，工作时承受较大的扭矩和弯矩，开车、停车及运转过程中的载荷变化和振动，又使其受到冲击，要求既有较高的强度又有较好的韧性）。这类零件一般在调质状态下使用，所以叫调质钢。
最终热处理：①调质（淬火＋高温回火）（回火索氏体）②调质后，表面淬火、化学热处理（表面耐磨）
常用牌号表7-5（教材P89）
四、合金弹簧钢
弹簧是各种机器和仪表中的重要零件，主要有两个方面
理论课教案附页
编制/时间：
教学方法
主要教学内容和过程
附记
的作用：①利用弹性变形吸收能量以缓和振动和冲击（例如其车的减震弹簧）；②依靠弹性贮存能量完成一定的机械动作或起驱动作用（例如：安全阀弹簧）
弹簧钢丝和弹簧钢带有三种交货状态：
①退火状态；②冷拉状态；③油淬回火状态。
热处理特点：
1退火状态：成形后，淬火＋中温回火；
第七章低合金钢与合金钢精品PPT课件
分类：按用途和热处理特点，
机械结构用合 金钢
合金渗碳钢 合金调质钢 合金弹簧钢 超高强度钢
1、合金渗碳钢
含碳量为0.1%--0.2%,以保障心部具有足够的韧性，合金含量小于3%。主加 元素为Cr、Mn、钛、钒，提高了淬透性，使晶粒细化，耐磨性提高。 热处理：一般是渗碳后淬火、低温回火
主要用于表面要求硬而
低合金钢主要用于各种工程结构，如房屋、桥 梁、船舶等； 机械制造用钢主要用于制造各种机械零件，通 常是优质或高级优质合金结构钢。
（一）低合金结构钢
成分：低合金钢是在碳素结构钢的基础上，加 入少量的合金元素（一般合金元素总量小于 3%）的工程用钢。
分类：按主要性能及使用特性， 低合金高强度结构钢
低合金结构钢 低合金耐候钢
W18Cr4V
3、滚动轴承钢
牌号：G+Cr+含碳量（千分之几表示） GCr15SiMn
4、特殊性能钢
牌号：与合金工具钢基本相同 当含碳量≤0.08%时，牌号前加“0”
当含碳量≤0.03%时，牌号前加“00”
0Cr19Ni9 00Cr30Mo2
第三节、低合金钢
低合金 结构钢
根据用途不同，
合金结构钢分为 机械制 造用钢
低合金专业用钢等
1、低合金高强度结构钢
低碳（0.10%～0.25%），wMe<3%。 主加元素为Mn和硅其强化了铁素体，提高了强度； V、Ti和Ni等元素使晶粒细化，使韧性提高。 低合金高强度结构钢大多数是在热轧退火或正火状态下使用，一般不再进行热处 理。 在桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器、起重机械等钢结构件中应用广泛。例如 Q345。
1、合金元素对加热时奥氏体形成的影响
➢除Mn 元素外,所有合金元素的加 入,均使奥氏体的形成速度减慢。
机械结构用合 金钢
合金渗碳钢 合金调质钢 合金弹簧钢 超高强度钢
1、合金渗碳钢
含碳量为0.1%--0.2%,以保障心部具有足够的韧性，合金含量小于3%。主加 元素为Cr、Mn、钛、钒，提高了淬透性，使晶粒细化，耐磨性提高。 热处理：一般是渗碳后淬火、低温回火
主要用于表面要求硬而
低合金钢主要用于各种工程结构，如房屋、桥 梁、船舶等； 机械制造用钢主要用于制造各种机械零件，通 常是优质或高级优质合金结构钢。
（一）低合金结构钢
成分：低合金钢是在碳素结构钢的基础上，加 入少量的合金元素（一般合金元素总量小于 3%）的工程用钢。
分类：按主要性能及使用特性， 低合金高强度结构钢
低合金结构钢 低合金耐候钢
W18Cr4V
3、滚动轴承钢
牌号：G+Cr+含碳量（千分之几表示） GCr15SiMn
4、特殊性能钢
牌号：与合金工具钢基本相同 当含碳量≤0.08%时，牌号前加“0”
当含碳量≤0.03%时，牌号前加“00”
0Cr19Ni9 00Cr30Mo2
第三节、低合金钢
低合金 结构钢
根据用途不同，
合金结构钢分为 机械制 造用钢
低合金专业用钢等
1、低合金高强度结构钢
低碳（0.10%～0.25%），wMe<3%。 主加元素为Mn和硅其强化了铁素体，提高了强度； V、Ti和Ni等元素使晶粒细化，使韧性提高。 低合金高强度结构钢大多数是在热轧退火或正火状态下使用，一般不再进行热处 理。 在桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器、起重机械等钢结构件中应用广泛。例如 Q345。
1、合金元素对加热时奥氏体形成的影响
➢除Mn 元素外,所有合金元素的加 入,均使奥氏体的形成速度减慢。
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
第七章 合金钢简答题
第七章合金钢碳钢具备很多优点，在机器制造业中获得了广泛应用。
但是碳钢淬透性低、回火抗力差、不具备特殊的物理、化学性能，且屈强比低，约为0.6。
而合金钢屈强比一般为0.85～0.9。
在零件设计时，屈服强度是设计的依据。
所以，碳钢的强度潜力不能充分发挥。
为了满足使用要求，必须选用合金钢。
1、合金元素对钢中基本相有哪些影响？答：⑴与碳亲合力很弱的合金元素，溶入铁素体内形成合金铁素体，对基体起固溶强化作用，与碳不发生化合反应。
⑵与碳亲合力较强的合金元素，一般能置换Fe3C中的铁原子，形成合金Fe3C。
合金Fe3C较Fe3C稳定性略高，硬度较为提高，是低合金钢中存在的主要碳化物。
⑶与碳亲合力很强的合金元素，且含量大于5％，易形成特殊碳化物。
它比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度、耐磨性和回火稳定性。
2、普通低合金钢与含碳量相同的碳素钢相比有什么特点？这类钢常用于哪些场合？钢中合金元素主要作用是什么？答：普通低合金钢是一种低碳、低合金含量的结构钢，其含碳量＜0.2％，合金元素含量＜3％。
与具有相同含碳量的碳素钢相比具有较高的强度，较高的屈服强度，因此，在相同受载条件下，使结构的重量减轻20～30％。
具有较低的冷脆转变温度（-30℃）。
普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。
因此它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。
钢中合金元素的主要作用：Mn—强化铁素体基体；V、Ti—细化铁素体晶粒，形成碳化物起弥散强化的作用；Cu、P—提高钢对大气的抗蚀能力。
3、普通低合金钢常用于哪些场合？对性能有何要求？如何达到这些性能要求？答：普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。
由于它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。
因此对它的性能要求如下：良好的综合力学性能，σs＝350～650 MPa，δ＝16～23％，αk＝60～70 J/cm2；良好的焊接性、冷热加工性；较好的抗蚀性；低的冷脆转化温度，一般为-30℃。
第七章 合金元素在钢中作用
4．常用钢种
40 40 4ZSiMn 低淬透性合金调质钢 Cr、 MnB、 38 40 中淬透性合金调质钢 CrMoAl、 CrNi 高淬透性合金调质钢 CrMnMo、 Cr Ni4WA 40 25 2
四、合金弹簧钢
1．弹簧性能特点
要求必须具有高的弹性极限，高的屈 要求必须具有高的弹性极限， 强比（Gs/50）高的疲劳强度（ 强比（Gs/50）高的疲劳强度（尤其 是缺口疲劳强度） 是缺口疲劳强度）及足够韧性。
4.合金元素对M相变温度也有影响 4.合金元素对M
大多数合金元素使Ms点下降 大多数合金元素使Ms点下降
第二节 合金钢的分类与编号
一、合金钢分类 通用分类方法有 : 1．按合金元素的质量分数 2．按合金元素的种类分：铬钢、锰钢、铬镍 按合金元素的种类分：铬钢、锰钢、 钢、硅锰钼钒钢等 3．按主要用途分
建 筑 及 工 程 用 结 构 钢 结构钢 机 械 制 造 用 结 构 钢 工 具 钢 特 殊 性 能 钢
二、合金钢的牌号
命名原则：由钢中碳的质量分数、 命名原则：由钢中碳的质量分数、 合金元素的种类和质量分数的组合 来表示。 来表示。当钢中合金元素的平均质 量分数<1.5%钢号中只标出元素符 量分数<1.5%钢号中只标出元素符 不标明元素的平均质量分数。 号，不标明元素的平均质量分数。 >1.5%、2.5%、3.5%在元素符 当>1.5%、2.5%、3.5%在元素符 号的后面相应标出2 ……。 号的后面相应标出2、3、4……。
例：20crMnTi钢制造汽车变速箱 20crMnTi钢制造汽车变速箱 齿轮工艺路线： 齿轮工艺路线： 锻造 正火 加工齿形 局部镀 铜（防渗碳） 渗碳 防渗碳） 预冷淬火+ 预冷淬火+ 低温回火 喷丸 磨齿 20crMnTi汽车变速齿轮热处理工 20crMnTi汽车变速齿轮热处理工 艺曲线及显微组织与力学性能。 艺曲线及显微组织与力学性能。
7.5-特殊性能钢
1Cr28, 1Cr25Ti, 1Cr17Mo2Ti等
❖ 主要用于对力学性 能要求不高、但耐 蚀性要求高的环境 下,如化工生产结 构件
试说明如何提高铁素体型不锈钢的力学性能？
2021/2/6
6
4）奥氏体型不锈钢(18-8型)
➢ 奥氏体型不锈钢的成分特点
❖ 含碳小于0.1% ❖ 含铬18%, 含镍8~11% ❖ 其它元素Mo、Nb、Ti等
– 一定温度下，一定时间内在恒定应力下产生 的最大蠕变量（变形设计）
• 持久强度：一定温度下，经过一定时间引
起材料断裂的应力，σTτ ---短(瞬)时性能
2021/2/6
11
2.常用耐热钢
• 分类:按组织分类
➢ 珠光体型耐热钢：16Mo, 15CrMo, 12CrMoV
❖ 使用温度：250~550 °C ❖ 主要应用：锅炉、压力容器、热交换器和气阀等耐热件
涡轮，叶片材料和高温紧固件 202❖1/2/6金属间化合物强化耐热钢：0Cr15Ni26MoTi2AlVB(G12H132)
7.5.3 其他特殊钢
1. 耐磨钢:专指在强烈冲击载荷或高压条件下发生表面硬化 而具有高耐磨性的高锰钢。
➢ 材料：ZGMn13。含碳0.8~1.4%，含Mn11~14% ❖铸态组织：A+碳化物(Fe,Mn)3C
❖ 1Cr13, 2Cr13优良的抗大气、蒸汽介质腐蚀，耐蚀结构 钢。用于制作汽轮机叶片、热烈设备配件、锅炉附件等
✓ 热处理：淬火+高温回火(S回)，注意回火脆
❖ 3Cr13, 4Cr13耐蚀性下降，但力学性能好。用于制作不 锈钢工具，如医疗器械、刃具、热油泵轴等
2021/2/6 ✓ 热处理：淬火+低温回火(M回)(HRC50)
❖ 主要用于对力学性 能要求不高、但耐 蚀性要求高的环境 下,如化工生产结 构件
试说明如何提高铁素体型不锈钢的力学性能？
2021/2/6
6
4）奥氏体型不锈钢(18-8型)
➢ 奥氏体型不锈钢的成分特点
❖ 含碳小于0.1% ❖ 含铬18%, 含镍8~11% ❖ 其它元素Mo、Nb、Ti等
– 一定温度下，一定时间内在恒定应力下产生 的最大蠕变量（变形设计）
• 持久强度：一定温度下，经过一定时间引
起材料断裂的应力，σTτ ---短(瞬)时性能
2021/2/6
11
2.常用耐热钢
• 分类:按组织分类
➢ 珠光体型耐热钢：16Mo, 15CrMo, 12CrMoV
❖ 使用温度：250~550 °C ❖ 主要应用：锅炉、压力容器、热交换器和气阀等耐热件
涡轮，叶片材料和高温紧固件 202❖1/2/6金属间化合物强化耐热钢：0Cr15Ni26MoTi2AlVB(G12H132)
7.5.3 其他特殊钢
1. 耐磨钢:专指在强烈冲击载荷或高压条件下发生表面硬化 而具有高耐磨性的高锰钢。
➢ 材料：ZGMn13。含碳0.8~1.4%，含Mn11~14% ❖铸态组织：A+碳化物(Fe,Mn)3C
❖ 1Cr13, 2Cr13优良的抗大气、蒸汽介质腐蚀，耐蚀结构 钢。用于制作汽轮机叶片、热烈设备配件、锅炉附件等
✓ 热处理：淬火+高温回火(S回)，注意回火脆
❖ 3Cr13, 4Cr13耐蚀性下降，但力学性能好。用于制作不 锈钢工具，如医疗器械、刃具、热油泵轴等
2021/2/6 ✓ 热处理：淬火+低温回火(M回)(HRC50)
第七章钢铁材料ppt课件
3、硫的影响
硫是在炼钢时由矿石和燃料带进的, 在一般钢中是 有害杂质, 必须严格控制。
有害原因：
它不溶于铁, 以FeS的形式存在。并且与 Fe 形成低 熔点(985℃)的共晶体, 分布在晶界上;
当钢材在1000~1200℃进行热加工时, 它会熔化, 使 钢材变脆, 称为热脆现象。
有利：硫与锰形成的MnS在高温时塑性好, 利于钢的
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
钢中的合金元素按与碳的结合力大小可分为两类： 1、非碳化物形成元素：
Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B 等 2、碳化物形成元素：
Zr、Cr、Ti、V、W、Mo、Mn、Nb 等 它们对钢的相变、组织和性能的影响，主要取决于 与钢中的铁和碳的相互作用的情况。
一、合金元素在钢中的主要作用
• 1、合金元素在钢中的存在形式： (1) 固溶体：合金元素溶入铁素体、奥氏体
和马氏体中，以固溶体的溶质形式存在。 • 作用：固溶强化 • (2) 化合物：主要是和碳之间形成的碳化物。 • 如：(Fe、Mn)3C, VC, TiC, WC, MoC等。 • 作用：弥散强化
如: 生产高热硬性的高速钢。
另外, 回火后在冷却过程中有部分残余 A 再转变为 M, 使硬度升高。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
硫是在炼钢时由矿石和燃料带进的, 在一般钢中是 有害杂质, 必须严格控制。
有害原因：
它不溶于铁, 以FeS的形式存在。并且与 Fe 形成低 熔点(985℃)的共晶体, 分布在晶界上;
当钢材在1000~1200℃进行热加工时, 它会熔化, 使 钢材变脆, 称为热脆现象。
有利：硫与锰形成的MnS在高温时塑性好, 利于钢的
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
钢中的合金元素按与碳的结合力大小可分为两类： 1、非碳化物形成元素：
Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B 等 2、碳化物形成元素：
Zr、Cr、Ti、V、W、Mo、Mn、Nb 等 它们对钢的相变、组织和性能的影响，主要取决于 与钢中的铁和碳的相互作用的情况。
一、合金元素在钢中的主要作用
• 1、合金元素在钢中的存在形式： (1) 固溶体：合金元素溶入铁素体、奥氏体
和马氏体中，以固溶体的溶质形式存在。 • 作用：固溶强化 • (2) 化合物：主要是和碳之间形成的碳化物。 • 如：(Fe、Mn)3C, VC, TiC, WC, MoC等。 • 作用：弥散强化
如: 生产高热硬性的高速钢。
另外, 回火后在冷却过程中有部分残余 A 再转变为 M, 使硬度升高。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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钢铁是怎样炼成的第七章批注
钢铁是怎样炼成的第七章批注钢铁是怎样炼成的 - 第七章批注一、熔炼1. 熔炼原料：主要原料是铁矿石、锰矿石和煤炭，可以因需要添加其他的元素，如硅、磷、硫等。
2. 熔炼方法：通常分为室内熔炼和野外熔炼。
室内熔炼由高炉回转，进行熔炼；野外熔炼通过特制型熔炉，达到熔炼温度。
3. 熔炼操作：主要包括重熔钢渣和冶炼钢铁渣，并可以根据原料来添加元素。
二、炼钢1. 炼钢原料：主要原料是冗余渣，磷铁硫等元素。
2. 炼钢方法：多种炼钢方式，如高炉内炼钢、电炉、气体炉等；并使用不同的添加剂如铝、钒、硅等，以达到需要的组成和性能。
3. 炼钢操作：根据所需性能和特殊用途，进行合金添加，然后经过冷却工序，最后再经过调节手段，形成所需要的性能；并进行表面处理等。
三、最终制品1. 具备良好力学性能：最终生产出来的产品，具备良好的力学性能，如强度、韧性、延展性等特性。
2. 表面处理：根据不同表面要求，进行表面处理和抛光，以达到合理美观标准。
3. 工艺制作：将钢铁经过各种工艺处理，制作成各种形式的产品，如结构件、工具器具、机械零件等。
四、钢铁的耐久性1. 耐高温：具备良好的耐高温性能，能够抵抗各种温度变化不发生变形、或容易发生裂纹等缺陷。
2. 耐腐蚀：抗腐蚀性非常好，可以有效防止化学或环境因素对钢材的侵蚀。
3. 耐磨：具备良好的耐磨性能，可以抵抗日久的磨损，耐磨性极高，能够维持钢铁的强度，使其寿命更长久。
总结：本章内容主要讲述了钢铁的熔炼和炼钢过程，以及最终的产品的力学性能、表面处理和耐久性等方面的问题。
从中不难看出，只有正确使用正确的原料，准确控制熔炼和炼钢工艺，以及进行精确表面处理，才能生产出具有优良性能和高质量的钢铁产品。
合金钢特殊性能钢的性质PPT课件
•
化学性质较活泼的区域为阳极（如晶界、塑性变形区、温度较
高的区域）；而晶内、未塑性变形区、温度较低的区域等则为阴极区。
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•
钢的组织和化学成分不均匀会产生原电池，（如钢中碳化物、
硫化物、夹杂物等第二相和基体，晶内和晶界）。变形和应力的不
均匀分布也会造成各部分之间产生电极电位差。
•
电位差越大，阳极电流密度越大，钢的腐蚀速度越大。
第5页/共71页
（二）不锈钢的合金化原理
方法: 如表面镀金属、涂非金属层、电化学保护和改变腐蚀环境、介 质等。利用合金化提高材料本身的耐蚀性是最有效的控制腐蚀的措施。
•
1. 合金元素Cr、Ni、Si等提高基体金属的电极电位，减少微电池数
目，可有效地提高钢的耐蚀性。
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•
Cr能提高铁的电极电位。当Cr加入铁中形成固溶体时，其电极电位随
因有三：
• （1）晶粒粗大: 铁素体不锈钢在加热和冷却时不发生相变，粗大的 铸态组织只能通过压力加工碎化，而不能通过热处理改变。若高温加热、 焊接或压力加工不当，例如温度超过850～900℃，晶粒即显著粗化。 粗大晶粒导致钢的冷脆倾向增大，室温冲击韧性很低。
•
采用降低停轧温度、真空冶炼、加入少量合金元素Ti等办法可防止
•
1Cr17Ti或 1Cr17Nb是在 1Cr17钢基础上发展起来的铁素体不锈
钢。向钢中添加Ti或Nb形成稳定的TiC或NbC，使Cr基本上溶于固溶体中，
避免出现贫Cr区，可以阻止晶间腐蚀发生。
•
1Cr25Ti、1Cr28钢的含Cr量高，在氧化性酸介质中耐蚀性更高。
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•
3. 铁素体不锈钢的主要缺点是韧性低，脆性大。引起脆性的原
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二、硬质合金的分类：
金属陶瓷硬质合金 和钢结硬质合金 1. 金属陶瓷硬质合金
将难熔的金属碳化物粉末（如WC、TiC等)与粘 结剂Co混合后加压成型，再经烧结而成。
（1）钨钴类 ：YG3、 YG6、YG8等 （2）钨钴钛类 ：YT5、YT15、YT30等 应用：目前金属陶瓷硬质合金被广泛用作切削刀 具，此外可用来制造量具、模具等耐磨零件，还 用来制造凿岩机钎头和钻头等。
(d)工业纯铁
3．长期在700℃温度下使用的构件，承受一定的应力 作用，可选用的材料是（ ） (a)45 (b)5CrMnMo (c)1Cr18Ni9Ti (d)42CrMo
4．拖拉机履带板可以选用（ ） (a)45 (b)ZGMn13 (c)ZG45
(d)CrWMn
5．用W6Mo5Cr4V2高速钢制刀具加工不锈钢时寿命 比较短，换用材料（ ）能提高刀具的寿命 (a)42CrMo (b)W18Cr4V (c)40Cr (d)YG6X 6．要求强度高，同时要求耐腐蚀的零件可以选用（ ） （a）Cr12MoV （b）42CrMo （c）4Cr13 （d）40Cr
制造各种形状复杂的刀具、较高温度下工 作的模具和耐磨零件。
应用
随堂思考题
1．蒸汽阀门的阀杆对力学性能要求较高，同时要求具 有一定的耐腐蚀性，其合适的材料和热处理工艺是（ ） (a)1Cr18Ni9Ti固溶处理 (b)2Cr13淬火+高温回火 (c)45钢调质 (d)20CrMnTi渗碳 2．加工餐具用的钢板可以选用（ ） (a)1Cr18Ni9Ti (b)1Cr13 (c)20钢
常用于600以下承受较大载荷的汽轮机叶片、增压器叶片等
2. 奥氏体型耐热钢 高温抗蚀性能、抗氧化性能比马氏体型耐热钢好； 还具有良好的塑性变形性能和焊接性能，但切削加工 性能不好。 1Cr18Ni9Ti 4Cr14Ni14W2Mo等钢常用作内燃机 排气阀、燃气轮机轮盘和叶片等。 3. 珠光体型耐热钢 含碳量较低，合金元素总量<3~5％。如12CRMoV 、 15CrMo等钢，常用于600以下的高、中压蒸汽锅炉的 锅炉管、过滤器等。 根据工作温度选材的原则： < 300℃选普通结构钢；300~600℃ 选马氏体型耐热钢； 600~800℃ 选奥氏体型耐热钢；800~1000℃ 选镍基合金 1000℃以上选用钼基合金和金属陶瓷。
1．不锈钢中都含有较高含量的Cr元素，这是因为 Cr与O2反应生成Cr2O3具有很高的耐磨性而防止 了氧化磨损（ ）
2．因为耐磨钢（高锰钢）不经过淬火处理在室温 就可以得到马氏体组织，所以具有很高的耐磨 性（ ）
3．奥氏体具有大的加工硬化能力，所以在室温是 奥氏体的钢切削加工困难（ ）
4．拔丝模用Cr12制造寿命比较短，改用硬质合金
应用 高锰钢广泛应用于既要求耐磨又要求耐冲击的一些 零件：铁路道岔、挖掘机铲斗、拖拉机和坦克的履 带板、碎石机的颚板、衬板等。
第四节
硬质合金
（P172）
硬质合金是将一些难熔的化合物粉末和粘结剂混合， 加压成型，再经烧结而成的一种粉末冶金材料。
一、硬质合金的特点：
硬度高、热硬性好、耐磨性优良。切削速度可比高 速钢提高4~7倍，刀具寿命可提高5~80倍。
温 度
1000~1100℃
油
淬
500~790 ℃
200~300 ℃
时间
2.铁素体不锈钢 成分及性能：含Cr较高(12~32% ) 含C较低(<0.15%) 耐蚀、抗高温氧化能力优于M不锈钢 常用的钢号： 1Cr17、1Cr25、1Cr28、 0Cr17Ti、 1Cr25Ti
用途：强度要求不高，耐蚀性较高的场合，如硝酸、 氮肥工业设备、容器、管道和食品工厂设备等。 3.奥氏体不锈钢
二、不锈钢的种类与特点
按室温组织分为：M不锈钢、F不锈钢、 A不锈钢等 1.马氏体不锈钢
成分：含较高的Cr、较高的C WCr12%~18%， WC0.1%~0.45%
性能：具有较高的强度、硬度、耐磨性。应用于 要求力学性能要求较高，抗蚀性能一般的 零件。如弹簧、轴、水压机阀、汽轮机叶 片、轴承、刃具等。 常用的马氏体不锈钢：1Cr13、 2Cr13、3Cr13、 4Cr13、9Cr18
能提高其寿命（ ）
5．在固溶体基体上均匀分布一定量的第二相硬质 点不仅能提高其强度和耐磨性，而且也能提高 其耐蚀性（ ）
6．奥氏体不锈钢的价格比马氏体和铁素体的价格
低（ ）
第五节
一、非晶态合金
其它新型合金
非晶态合金也称“金属玻璃”，它是由熔融态的合 金以极高速度冷却，使其凝固后仍保持液态结构而 得到的。 性能：非晶态合金与金属相比，具有高的强度、硬 度和断裂韧性，良好的软磁性及耐蚀性等。 类型：根据非晶态合金的原子排列模型可分为不连 续型和连续无规则网络型两种。 制取方法：1.由气相直接凝聚成非晶态固体 2.由液态快速冷却获得非晶固体 3.由结晶材料通过辐射、离子注入、 冲击波等方法制得非晶体材料。
补充资料 1
补充资料 2
a) b)
c)
不锈钢的原始组织
1Cr18Ni9Ti
304
316L
1Cr18Ni9Ti
316L
在10%硫酸溶液中 宏观腐蚀照片
在30%硫酸溶液中 宏观腐蚀照片
a)
b)
1Cr18Ni9Ti
304
c)
在含5% FeCl3的10%硫酸溶液中宏观腐蚀照片
a)
b)
c)
在30%硫酸溶液中微观腐蚀形貌
热处理：1Cr13、2Cr13 淬火+高温回火 →S回 3Cr13、4Cr13 淬火+低温回火 →M回 用途：1Cr13、2Cr13等钢 在力学性能上与调质钢 相似，主要用作在腐蚀介质中受冲击载荷的汽轮机 叶片、锅炉管附件、水压机阀等。 3Cr13、4Cr13 等钢 常用于弱腐蚀条件下 工作且要求高硬度的 医疗器械、弹簧、刃 具、热油泵轴等。
金属的高温强度是指金属材料在高温下对机械载 荷作用的抗力，即高温下金属材料抵抗塑性变形和破 坏的能力。当工作温度高于再结晶温度，金属在外力 作用下产生塑变和加工硬化，同时还发生动态再结晶 和软化的过程，故工件就难以满足高温下力学性能的 要求。 金属在高温下的力学性能与温度、时间、组织变 化等因素有关。金属在高温下会发生“蠕变”现象。 t 金属对蠕变的抗力越大，其高温强度也越高。 t 金属材料在高温下晶界强度低于晶内，故加入合 金元素W、 Mo、 V、Ti、Nb等提高再结晶温度，形 成稳定的特殊碳化物，能有效提高钢的高温强度。
第三节
耐磨钢
（P171）
主要指在冲击载荷作用下发生加工硬化的高锰 钢，主要应用于使用过程中经受强烈冲击和严重磨 损的零件。
一、化学成分
WC1.0~1.3% WMn11.0%~14.0% 这种钢机加工比较困难，基本上都是铸造成型 的，牌号为ZGMn13
二、热处理 ——水韧处理
在1290~1350℃直接浇注，随后冷却过程中， 大量的碳化物沿奥氏体晶界析出，使钢变脆。 水韧处理：将铸造后的高锰钢加热到1000~1100 ℃， 并保持一定时间，使碳化物完全溶入奥氏体中，然 后水中冷却。 由于冷速很快，碳化物来不及析出，得到单相 奥氏体组织，此时钢的硬度很低(180~220HBS)，而 塑性、韧性很高。当受到强烈冲击载荷和较大压力 时，表面产生加工硬化并伴随有相变A' →M+K，使 钢的硬度升高到500~550HBS，故耐磨性增加。 高锰钢水韧处理后不再回火（否则碳化物会重 新沿晶界析出）。
成分： WCr17 ~19%、WNi8 ~ 11%
性能：具有良好的韧性、塑性、焊接性、抗腐 蚀性能
奥氏体不锈钢的晶间腐蚀及其防止
晶间腐蚀：奥氏体不锈钢500-700℃保温时，晶界 处析出碳化物(Cr23C6)使晶界附近Cr含量降低，使 晶界容易引起腐蚀。 防止晶间腐蚀的方法： （1） 降低C 含量 WC0.06%以下，使钢不易形成 Cr23C6，但其强度较低。0Cr18Ni9 （2） 加入强碳化物形成元素Ti或Nb ，使形成 TiC或NbC ，而不形成Cr23C6。1Cr18Ni9Ti （3）热处理消除晶间腐蚀倾向：850~900℃保温 2~3小时，空冷 常用不锈钢的成分、牌号、热处理及性能特点 见表6-18（P168-169）
制备方法 惰性气体淀积法、还原法、化学气相沉 积法。
三、梯度材料
梯度材料是依据使用要求，选择两种不同性能的材 料，采用先进的材料复合技术，使中间部分的组成和 结构连续的呈梯度变化，内部不存在明显的界面，从 而使材料的性质和功能，沿厚度方向也呈梯度变化的 一种新型复合材料。
二、纳米材料
纳米材料是指尺寸在1~100nm之间的超细微粒。
纳米材料三个效应 1.小尺寸效应 当超微粒子尺寸与光波波长相当或 更小时，材料的声、光、电磁、热力学等特性均呈 现尺寸效应。 2.表面与界面效应 随粒子直径减小，表面积急剧 增大，增加了纳米粒子的活性。
3.量子尺寸效应 该效应将导致纳米颗粒的磁、光、 声、热、电及超导电性与宏观物体显著不同。
二、常用耐热钢
根据成分、性能和用途耐热钢分为抗氧化钢和热强钢 （一）抗氧化钢 在Cr钢、Ni钢、CrMnN钢基础上添 加Si、Al、稀土元素等形成的钢。如3Cr18Mn12SiN、 2Cr20MN9Ni2Si2N、3Cr18Ni25Si2等。常用于工作温 度达1000℃的零件，如加热炉受热零件、锅炉吊钩等 （二）热强钢 1. 马氏体型耐热钢 主要含Cr、Mo、Si等元素。 Cr13 + W、 Mo(强化基体的合金元素） + V、Ti、Nb(强碳化物形成元素） 牌号：4Cr9Si2 4Cr10SiMo 1Cr13 1Cr11MoV 热处理：淬火＋回火，组织为：M回或S回
2.钢结硬质合金
钢结硬质合金是性能介于高速钢和硬质合金之 间的新型工具材料，它是以一种或几种碳化物（如 TiC、WC等）为硬质相，以合金钢（如高速钢，铬 钼钢等）粉末为粘结剂，经配料，混料，压制，和 烧结而成的粉末冶金材料。 特点 •退火后可进行一般的切削加工 •淬火回火后有高的硬度和耐磨性 •可进行焊接后锻造 •有耐热、耐蚀、抗氧化等性能