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1、 工业用钢及选用 工业用钢工业用钢钢的基础学问钢的基础学问结构钢结构钢工具钢工具钢特殊性能钢特殊性能钢碳素钢具有价格低的优点,但淬透性比较差,碳素钢具有价格低的优点,但淬透性比较差,强度、屈强比、回火稳定性、抗氧化、耐蚀、耐强度、屈强比、回火稳定性、抗氧化、耐蚀、耐热、耐低温、耐磨损以及特殊电磁性等方面往往热、耐低温、耐磨损以及特殊电磁性等方面往往较差,不能满足特殊运用性能的需求。较差,不能满足特殊运用性能的需求。在铁碳合金中特意加入锰、铬、硅、镍、钨、在铁碳合金中特意加入锰、铬、硅、镍、钨、钒、钼、钛、硼、铝、铜和稀土等合金元素,钒、钼、钛、硼、铝、铜和稀土等合金元素,形成合金钢。合金钢有较
2、好的性能,但由于合形成合金钢。合金钢有较好的性能,但由于合金元素的加入,其生产和加工工艺性能比碳钢金元素的加入,其生产和加工工艺性能比碳钢差,也较困难,价格昂贵。差,也较困难,价格昂贵。一、钢中的常存杂质一、钢中的常存杂质 Mn、Si,S、P;钢的基础学问钢的基础学问1、有害元素、有害元素 S、P 压力加工时熔化压力加工时熔化导致钢沿导致钢沿晶界开裂晶界开裂“热脆热脆”。钢中要限硫含量:钢中要限硫含量:0.05%。Mn与与S形成形成MnS(1620),粒粒状分布在晶内。状分布在晶内。合金晶界的低熔点硫化物共晶合金晶界的低熔点硫化物共晶S:炼钢时由生铁和燃料带入。在:炼钢时由生铁和燃料带入。在F
3、中的溶解度微中的溶解度微小,在钢的晶界处形成低熔点(小,在钢的晶界处形成低熔点(989)共晶体)共晶体 FeSP:由生铁带入。全部溶于:由生铁带入。全部溶于F中,使钢的强度硬中,使钢的强度硬度上升,而塑性、韧性显著下降。特殊是使钢在度上升,而塑性、韧性显著下降。特殊是使钢在比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性于性于1938年冬发生断裂坠入河中年冬发生断裂坠入河中 低温时脆性急剧增低温时脆性急剧增加,称为加,称为冷脆性。冷脆性。因此钢中要限制磷因此钢中要限制磷的含量:的含量:0.045%P多,脆性大,可制多,脆性大,可制造炮弹、改善切削造炮弹、改善切削加工性
4、能。加工性能。Mn:随脱氧剂加入。大部分溶于铁素体随脱氧剂加入。大部分溶于铁素体中,具有固溶强化效果,少部分形成合金中,具有固溶强化效果,少部分形成合金渗碳体;锰与硫化合成渗碳体;锰与硫化合成MnS,减轻了硫的减轻了硫的有害作用。有害作用。0.8%Si:随脱氧剂加入随脱氧剂加入,有较强的固溶强化有较强的固溶强化作用;可增加钢液流淌性。作用;可增加钢液流淌性。0.4%2、有益元素、有益元素 Mn、Si3、气体元素、气体元素 N:室温下:室温下N在铁素体中溶在铁素体中溶解度很低,钢中过饱和解度很低,钢中过饱和N在常在常温放置过程中以温放置过程中以FeN、Fe4N形形式析出访钢变脆式析出访钢变脆,称
5、时效脆化称时效脆化.加加Ti、V、Al等元素可使等元素可使N固固定,消退时效倾向。定,消退时效倾向。O:氧在钢中以氧化物的形:氧在钢中以氧化物的形式存在,其与基体结合力弱,式存在,其与基体结合力弱,不易变形,易成为疲惫裂纹源不易变形,易成为疲惫裂纹源.钢中钢中TiN夹杂夹杂钢中氧化物夹杂钢中氧化物夹杂 H:常温下氢在钢中的溶解度也很低。当氢在钢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,引起中以原子态溶解时,降低韧性,引起氢脆氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时,会产生很高内压,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。形成微裂纹,其
6、内壁为白色,称白点或发裂。钢中白点钢中白点钢中白点钢中白点钢的氢脆断口钢的氢脆断口钢的氢脆断口钢的氢脆断口二、合金元素与在钢中的作用二、合金元素与在钢中的作用常用:常用:常用:常用:Mn,Si,Cr,Ni,W,Mo,V,Ti,Nb,Zr,B,XtMn,Si,Cr,Ni,W,Mo,V,Ti,Nb,Zr,B,Xt按与碳亲和实力分为按与碳亲和实力分为按与碳亲和实力分为按与碳亲和实力分为 :非碳化物形成元素非碳化物形成元素非碳化物形成元素非碳化物形成元素 :NiNi、SiSi、CoCo、CuCu、Al Al、B B;碳化物形成元素:由弱碳化物形成元素:由弱碳化物形成元素:由弱碳化物形成元素:由弱强依次
7、为强依次为强依次为强依次为 :MnMn、CrCr、W W、Mo Mo、V V、Nb Nb、TiTi、ZrZr:即:即:即:即MnMn最弱,最弱,最弱,最弱,Zr Zr最强。最强。最强。最强。u钢合金化的目的是利用合金元素与铁、碳的相钢合金化的目的是利用合金元素与铁、碳的相互作用,对铁碳相图及钢热处理时的影响来改善互作用,对铁碳相图及钢热处理时的影响来改善钢的组织和性能的。钢的组织和性能的。1、合金元素对钢中基体相的影响、合金元素对钢中基体相的影响:(1)(1)合金元素溶于铁素体内,形成合金铁素体,(形合金元素溶于铁素体内,形成合金铁素体,(形合金元素溶于铁素体内,形成合金铁素体,(形合金元素溶
8、于铁素体内,形成合金铁素体,(形成置换固溶体或间隙固溶体),起固溶强化作用。成置换固溶体或间隙固溶体),起固溶强化作用。成置换固溶体或间隙固溶体),起固溶强化作用。成置换固溶体或间隙固溶体),起固溶强化作用。合金元素对铁素体性能的影响合金元素对铁素体性能的影响合金元素对铁素体性能的影响合金元素对铁素体性能的影响合金元素对硬度的影响合金元素对硬度的影响合金元素对硬度的影响合金元素对硬度的影响合金元素对韧性的影响合金元素对韧性的影响合金元素对韧性的影响合金元素对韧性的影响(2)合金元素溶于渗碳体或形成特殊碳化物)合金元素溶于渗碳体或形成特殊碳化物 Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱
9、弱强强v 弱碳化物元素弱碳化物元素:Fe、Mn。(FeMe)3Cv 中强碳化物元素中强碳化物元素:Cr、Mo、W。(FeCr)3C、Cr7C3v 强碳化物元素强碳化物元素:V、Ti、Nb、Zr。VC、ZrCu均会产生强化作用均会产生强化作用比比Fe3C有更高的熔点和有更高的熔点和稳定性,难溶于稳定性,难溶于A,阻碍阻碍A长大,难聚集长大,长大,难聚集长大,硬度高,合理分布,硬度高,合理分布,b 和耐磨性,起和耐磨性,起弥散强化弥散强化作用作用。2、合金元素对、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响相图的影响1)对奥氏体相区的)对奥氏体相区的影响影响a)Ni、Mn、Co、N等是等是扩大奥氏体相区扩大
10、奥氏体相区的元素的元素,使,使A1、A3线线下降。下降。l当当Mn 13%或或Ni 9%时,时,S点降到点降到0以下,室温下为单相奥以下,室温下为单相奥氏体组织,称奥氏体钢。如氏体组织,称奥氏体钢。如 1Cr18Ni9,ZGMn13。Mn 元素对奥氏体区的影响元素对奥氏体区的影响b)Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等是等是缩缩小奥氏体相区的元小奥氏体相区的元素素,使,使A1、A3线上线上升。升。当当Cr 13%时,奥时,奥氏体相区很小,室氏体相区很小,室温下为单相铁素体温下为单相铁素体组织,称铁素体钢组织,称铁素体钢.如如1Cr17铬不锈钢铬不锈钢Cr 元素对奥氏体区的影响元素对奥氏体区的影响
11、2)、对)、对E点和点和S点位置的影响点位置的影响全部合金元素均使全部合金元素均使E点和点和S点左移,即这两点的含点左移,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碳量下降,使碳含量比较低的钢出现过共析组织(如(如4Cr13)或共晶组织(如)或共晶组织(如W18Cr4V)。)。3、合金元素对钢相变过程的影响(对热处理)、合金元素对钢相变过程的影响(对热处理)u1)合金元素对奥氏体形成的影响)合金元素对奥氏体形成的影响 主要表现在变更主要表现在变更A的形成速度和阻挡的形成速度和阻挡A晶粒长大晶粒长大a)大多数合金元素()大多数合金元素(除镍、钴以外)都减缓钢除镍、钴以外)都减缓钢的奥
12、氏体化过程。(碳化物对的奥氏体化过程。(碳化物对C扩散速度的影响)扩散速度的影响)b)几乎全部的合金元素(除锰、磷以外)都能)几乎全部的合金元素(除锰、磷以外)都能阻挡奥氏体晶粒的长大,细化晶粒。(碳化物阻挡奥氏体晶粒的长大,细化晶粒。(碳化物的影响)的影响)v因此,因此,A化须要更高的加热温度和更长的保温化须要更高的加热温度和更长的保温时间,但不使时间,但不使A晶粒长大。除晶粒长大。除Mn钢外。钢外。u2)合金元素对过冷奥氏体转变的影响)合金元素对过冷奥氏体转变的影响A、对对C曲线和淬透性的影响:曲线和淬透性的影响:除除Co外,凡溶入奥外,凡溶入奥氏体的合金元素均使氏体的合金元素均使C曲线右
13、移,淬透性提高。曲线右移,淬透性提高。lB、对、对Ms、Mf点的影响:除点的影响:除Co,Al外,全部元素外,全部元素使使Ms、Mf点下降,使淬火后钢中点下降,使淬火后钢中A含量增加。含量增加。合金元素对C曲线的影响(a)非碳化物形成元素及弱碳化物形成元素(b)强碳化物形成元素淬火碳钢淬火碳钢 回火回火 时的时的 硬度变化硬度变化u3)对回火转变的影响)对回火转变的影响u 提高回火稳定性:提高回火稳定性:淬火钢在回火过程中淬火钢在回火过程中反抗硬度下降的实力反抗硬度下降的实力称回火稳定性。称回火稳定性。u合金元素能阻碍马氏合金元素能阻碍马氏体分解及碳化物的析体分解及碳化物的析出与聚集。出与聚集
14、。当回火硬度相同时,合金钢比同含碳量碳钢回火温当回火硬度相同时,合金钢比同含碳量碳钢回火温度高。假犹如温度回火,合金钢硬度比碳钢高。度高。假犹如温度回火,合金钢硬度比碳钢高。(2 2)产生)产生)产生)产生二次硬化二次硬化缘由:回火过程中特缘由:回火过程中特殊碳化物析出、残余殊碳化物析出、残余A转变为转变为M回或回或B所致,所致,起弥散强化作用。起弥散强化作用。定义:一些定义:一些Mo、W、V 含量较高的高合金钢回火时含量较高的高合金钢回火时,硬度不是随回火温度上升而单调降低硬度不是随回火温度上升而单调降低,而是到某一而是到某一温度温度(约约400)后反而起先增大,并在另一更高温度后反而起先增
15、大,并在另一更高温度(一般为一般为550左右左右)达到峰值。达到峰值。产生回火脆性产生回火脆性产生回火脆性产生回火脆性缘由缘由:合金元素促进了锑、锡、磷等杂质元素在合金元素促进了锑、锡、磷等杂质元素在原奥氏体晶界上的偏聚和析出,减弱了晶界联系,原奥氏体晶界上的偏聚和析出,减弱了晶界联系,降低了晶界强度而造成的。降低了晶界强度而造成的。v在在500600 快速冷快速冷却,适用于小型零件;却,适用于小型零件;v大型零件接受加入大型零件接受加入W、Mo元素的合金钢制造。元素的合金钢制造。防止措施防止措施:三、三、钢的分类和编号原则钢的分类和编号原则1、钢的分类、钢的分类u按化学成分分按化学成分分按化
16、学成分分按化学成分分:碳素钢碳素钢合金钢合金钢低碳钢低碳钢 0.25%C中碳钢中碳钢 0.250.60%C高碳钢高碳钢 0.60%C高合金钢高合金钢 合金元素合金元素10%低合金钢低合金钢 合金元素合金元素5%中合金钢中合金钢 合金元素合金元素510%u按用途分按用途分:工程用钢工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆建筑、桥梁、船舶、车辆渗渗 碳碳 钢调钢调 质质 钢弹钢弹 簧簧 钢滚动轴承钢滚动轴承钢耐钢耐 磨磨 钢钢机器用钢机器用钢结结 构构 钢钢刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢工工 具具 钢钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢特特 殊殊 性性能能 钢钢挤压模具挤压模具钢钢 类类碳碳 素素 钢钢合合
17、金金 钢钢PSPS普通质量钢普通质量钢0.0450.0450.0450.045优优 质质 钢钢0.0350.0350.0350.035高级优质钢高级优质钢0.0300.0300.0250.025特级优质钢特级优质钢0.0250.0200.0250.015u按冶金质量分按冶金质量分:u钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。u分为一般质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质分为一般质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢钢.u依据现行标准,各质量等级钢的磷、硫含量如下:依据现行标准,各质量等级钢的磷、硫含量如下:2、钢编号原则、钢编号原则 GB22179 字母字母+数字数字
18、+化学元素符号化学元素符号+数字数字+字母字母 (1)(2)(3)(4)(5)1)特地用途钢类型)特地用途钢类型 “G”“滚动滚动”,“Y”易切易切削,削,一般不用第一项字母一般不用第一项字母 2)含碳量:结构钢)含碳量:结构钢 两位数,两位数,1/10000,工具钢工具钢 一或两位数,一或两位数,1/1000为单位为单位 3)合金元素符号)合金元素符号 4)合金元素含量)合金元素含量 名义百分数名义百分数 1.5%不标不标 5)质量级别)质量级别:“A”高级优质;高级优质;“E”特级优质特级优质 1、碳素结构钢、碳素结构钢Q+最低屈服强度值最低屈服强度值+质量等级符号质量等级符号+脱氧方法符
19、号脱氧方法符号Q表示表示“屈服强度屈服强度”;屈服强度值单位是;屈服强度值单位是MPa;质量等级符号为质量等级符号为A、B、C、D、E。由。由A到到E,其,其P、S含量依次下降,质量提高。含量依次下降,质量提高。l脱氧方法符号脱氧方法符号:沸腾钢沸腾钢F;冷静钢冷静钢Z;半冷静钢;半冷静钢b;特殊冷静钢特殊冷静钢TZ。l如碳素结构钢牌号表示为如碳素结构钢牌号表示为Q235AF、Q235BZ。钢钢钢钢板板板板A 碳素钢的编号方法碳素钢的编号方法齿齿轮轮加加工工方钢方钢2、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢牌号用两位数字表示牌号用两位数字表示。这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。这两位数字表示钢平均
20、含碳量的万分之几。如如45钢钢平均含碳量为万分之四十五(即平均含碳量为万分之四十五(即0.45%)的优质碳素结构钢。的优质碳素结构钢。3、碳素工具钢、碳素工具钢T+数字数字T表示表示“碳素工具钢碳素工具钢”;数字表示平均含碳量千分之几数字表示平均含碳量千分之几.如如T8其平均含碳量为千分之其平均含碳量为千分之八八(0.8%C)。*说明:说明:碳素工具钢都是优质以碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在钢号上质量的。高级优质钢在钢号后加后加“A”,如,如T8A。丝丝锥锥锉刀锉刀铸钢件铸钢件5吨吨大大齿齿轮轮铸铸件件4、铸造碳钢、铸造碳钢 例:例:ZG200-400第一组数字为屈服强度第一组数字
21、为屈服强度200 MPa,第二组数字为,第二组数字为抗拉强度抗拉强度400MPa。ZG+两组数字两组数字1、低合金高强度结构钢、低合金高强度结构钢 由代表屈服点的汉语拼音首位字母由代表屈服点的汉语拼音首位字母“Q”、屈服点数、屈服点数值、质量等级符号(值、质量等级符号(A、B、C、D、E)三部分按依)三部分按依次依次排列。如次依次排列。如Q345C。l*说明:通常状况下,说明:通常状况下,屈服强度值小屈服强度值小300MPa时为碳素结构钢,大时为碳素结构钢,大于于300MPa时为低合金时为低合金高强度钢。高强度钢。热连轧钢板热连轧钢板热连轧钢板热连轧钢板B 合金钢的编号方法合金钢的编号方法1、
22、低合金高强度结构钢、低合金高强度结构钢也可以接受两位阿拉伯数字(表示平均含碳量的万也可以接受两位阿拉伯数字(表示平均含碳量的万分之几)分之几)+化学元素符号(钢种所含的合金元素)化学元素符号(钢种所含的合金元素)+数字(合金元素含量的百分数,含量小于或等于数字(合金元素含量的百分数,含量小于或等于1.5%时一般不标明,若为高级优质钢,在钢的牌号时一般不标明,若为高级优质钢,在钢的牌号后面加字母后面加字母“A”,易切削钢在钢牌号前加,易切削钢在钢牌号前加“Y”,滚动轴承钢在钢牌号前加滚动轴承钢在钢牌号前加“G”,铬含量以千分数,铬含量以千分数表示)按依次表示,如表示)按依次表示,如16Mn、60
23、Si2Mn、Y40Mn、GCr15。2、合金工具钢、合金工具钢接受两位阿拉伯数字(表示平均含碳量的千分之几,接受两位阿拉伯数字(表示平均含碳量的千分之几,碳含量小于碳含量小于1.0%)+化学元素符号(钢种所含的合化学元素符号(钢种所含的合金元素)金元素)+数字(合金元素含量的百分数,含量小数字(合金元素含量的百分数,含量小于或等于于或等于1.5%时一般不标明,若为高级优质钢,在时一般不标明,若为高级优质钢,在钢的牌号后面加字母钢的牌号后面加字母“A”,)按依次表示,如,)按依次表示,如9CrSi。碳含量大于碳含量大于1.0%时含碳量不标出,如时含碳量不标出,如CrWMn2、合金工具钢、合金工具钢 高速钢一般不标出含碳量,只标出合金元素含量的高速钢一般不标出含碳量,只标出合金元素含量的百分数,如百分数,如W18Cr4V。3、特殊性能钢、特殊性能钢平均含碳量以千分数表示,但平均含碳量不大于平均含碳量以千分数表示,但平均含碳量不大于0.03%及及0.08%时,钢牌号前分别冠以时,钢牌号前分别冠以00及及0表示,表示,合金元素以含量的百分数表示,如合金元素以含量的百分数表示,如4Cr13,0Cr18Ni9Ti,00Cr18Ni9。
限制150内