广石化工程材料七工业用钢2

第四节常见工业用钢的性能及用途,一、结构钢,二、工具钢,三、特殊性能钢,一、结构钢,1.工程构件用钢,（1）普通碳素工程构件用钢,（2）低合金高强度钢,2.机器零件用钢,（1）渗碳钢,（2）调质钢,（3）弹簧钢,（4）滚动轴承钢,一、结构钢,1.工程构件用钢,工程构件用钢是应用较广泛的钢种之一，用于国防、化工、石油、电站、车辆、造船、桥梁、建筑等国民经济部门，制造各种重要构件。,建筑构件,钢桥梁,（1）普通碳素工程构件用钢,（2）低合金高强度钢,高的弹性极限、刚度、可焊性和冷变形性，好的耐大气、水腐蚀性，低的屈强比s/b以防脆断。,成分要求：,C%0.25%加入微量的V、Ti、Nb、Zr、Ca、RE,性能要求:,（1）普通碳素工程构件用钢,普碳钢易于冶炼、价格低廉，性能也基本满足了一般工程构件的要求，所以在工程上用量很大。产量约占钢总产量的70%,普碳钢含碳量较低；通常以热轧状态供应，一般不经热处理强化，只保证机械性能及工艺性能便可。,Q235，既有较高的塑性又有适中的强度，是应用最广泛的一种普碳钢，即可用做较重要的建筑构件、车辆及桥梁等的各种型材，又可用于制做一般的机器零件，也可进行热处理。,Q195、Q215，有较高的延伸率，易于加工，常用作螺钉、农业机械等。,Q235Q275具有较高的强度和硬度，延伸率也较大，大量用做建筑结构，轧制成各种型材。,多边型角钢,钢筋,螺纹钢,螺钉,（2）低合金高强度钢,低合金高强度钢含有少量合金元素，具有较高强度，1吨低合金高强度钢可顶1.22.0吨普碳钢使用，从而可减轻构件重量，提高使用的可靠性并节约钢材。这类钢主要用来制造各种要求强度较高的工程结构，例如船舶、车辆、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。它在建筑、石油、化工、铁道、造船、机车车辆、锅炉容器、农机农具等许多部门得到广泛的应用。,压力容器,南京长江大桥,16Mn最具有代表性。16Mn是二十世纪三十年代发展起来的世界上第一种低合金高强度钢，它属于350MPa级别，它是目前我国用量最多，产量最大的一种低合金高强度钢。,热处理：,高压容器调质处理；S回；,一般工件热轧状态下使用(或正火)，FP；,发展趋势：1）微合金化与轧制合理结合，达到更高的强度；2）通过合金化改变基体组织；3）超低碳化。,指用于制造各种机器零件、如轴类、齿轮、弹簧和轴承等所用的钢种。机械性能要求具有高的强度、塑性和韧性，具有良好的疲劳强度和耐磨性。一般都经过热处理后使用。工艺性能具有良好的切削加工性能和热处理工艺性能。机器零件用钢包括：优质碳素结构钢和合金结构钢。,2.机器零件用钢,（1）渗碳钢,（2）调质钢,（3）弹簧钢,（4）滚动轴承钢,（1）渗碳钢,渗碳钢常用在受冲击和磨损条件下工作的一些机械零件，如汽车、拖拉机上的变速齿轮、内燃机上的凸轮、活塞销等，要求表面硬、耐磨，而零件心部则要求有较高的韧性和强度以承受冲击。通常尺寸小的、受力小的，采用低碳钢，而尺寸大的、受力大的则采用低碳合金钢。,a.渗碳钢的工作条件及对性能的要求,为了满足“外硬内韧”的要求，这类钢一般都采用低碳钢(WC0.10.25%)，经过滲碳后，零件的表面变为高碳的，而心部仍是低碳的，通过淬火+低温回火后使用。零件表面组织为回火M+碳化物+少量残余A，硬度达HRC5862，满足耐磨的要求，而心部组织是低碳M，保持较高的韧性，满足承受冲击载荷的要求。对于大尺寸的零件，由于淬透性不足，零件的心部淬不透，仍保持原来的珠光体+铁素体组织；这时由于是低碳的，组织中铁素体占比例很大，因而韧性指标比较高，能满足“外硬内韧”的要求。,b.渗碳钢的成分和钢种,低淬透性渗碳钢：WMe2%，D水=2025，如20Cr、20Mn2等，用于小尺寸、小载荷的小齿轮、凸轮、活塞销等；中淬透性渗碳钢：WMe4%，D油=2560，如20CrMnTi、20CrMn等，用于制造承受中等载荷、有足够冲击韧性和耐磨性的汽车、拖拉机齿轮等零件；高淬透性渗碳钢：WMe7.5%，D油100，如18Cr2Ni4WA,用于制造高载荷、高摩擦的飞机、坦克的主轴和主动齿轮；,活塞销(20Cr),c.渗碳钢的热处理,渗碳+淬火+低温（180200）回火,下料锻造正火加工齿形渗碳预冷淬火低回磨齿,20CrMnTi钢制造齿轮的热处理工艺分析,制造工艺路线,热处理工艺曲线,表层：高M回A碳化物；5864HRC;心部：F低M回；3545HRC;,1)正火：,使组织均匀化、细化、改善切削加工性能；,2)渗碳：,在930渗碳7小时，渗层厚1.21.6mm；,3)预冷至870，油淬低回：,提高齿轮表面的含碳量，为淬火作准备；,预冷的目的在于减少淬火变形，滲层中可以析出二次滲碳体，减少残余A量。经淬火和低温回火后获得高齿面硬度、耐磨性和疲劳强度，并保持心部的强度和韧性；,20CrMnTi钢经上述处理后可获得高耐磨性滲层，心部有较高的强度和良好的韧性，适宜制造承受高速中载并且抗冲击和耐磨损的零件。如汽车、拖拉机的后桥和变速箱齿轮、离合器轴、伞齿轮和一些重要的轴类零件。,（2）调质钢,a.调质钢的工作条件及对性能的要求,淬火后组织：马氏体+残余奥氏体+碳化物。高温回火后：回火索氏体（M分解，碳化物弥散析出，残余A转变)综合力学性能好，用于受力较复杂的重要结构零件。如汽车后桥半轴、连杆、螺栓以及各种轴类零件。,调质钢即淬火+高温回火后使用的优质碳素钢和合金结构钢。,汽轮机主轴,b.调质钢的成分特点和钢种,调质钢的C%=0.300.50%，属中碳钢，含碳量在这一范围内可保证钢的综合性能，过低则影响钢的强度指标，过高则韧性显得不足。一般碳素调质钢的含碳量偏上限，对于合金调质钢，随合金元素的增加，含碳量趋于下限。,高淬透性调质钢：典型钢种为40CrNiMoA，WMe为4%10%，D油=60100mm，多半为铬镍钢。铬、镍的适当配合，可大大提高淬透性，并能获得比较优良的综合机械性能。用于制造大截面、承受重负荷的重要零件，如汽轮机主轴、压力机曲轴、航空发动机曲轴等。,低淬透性调质钢：典型钢种是40Cr，WMe2.5%，D油=3040mm，广泛用于制造一般尺寸的重要零件，如轴、齿轮、连杆螺栓等。35SiMn、40MnB是为节约铬而发展的代用钢种。,中淬透性调质钢：典型钢种为40CrNi，D油=4060mm，WMe4%，用于制造截面较大、承受较重载荷的零件，如曲轴、连杆等。,c.调质钢的热处理,预备热处理正火或退火,最终热处理,淬火+高温回火（调质）S回要求具有良好综合机械性能,表面淬火+低温回火（中碳M体）要求零件具有特别高的强度,调质：830加热、油淬、得到M，然后在525回火，为防止第二类回火脆性，在回火的冷却过程中采用水冷，最终使用状态下的组织为S回，综合力学性能好，耐冲击。,下料锻造退火粗机加工调质精加工装配,40Cr钢制造拖拉机上的连杆、螺栓工艺路线：,退火（或正火）：预备热处理改善锻造组织，消除缺陷，细化晶粒；调整硬度、便于切削加工；为淬火做好组织准备。,（3）弹簧钢,弹簧是各种机器和仪表中的重要零件。它是利用弹性变形吸收能量以缓和振动和冲击，或依靠弹性储存能量来起驱动作用。故要求制造弹簧的材料具有高的弹性极（即具有高的屈服点或屈强比），高的疲劳极限与足够的塑性和韧性。,a.弹簧钢的工作条件及对性能的要求,大型热卷弹簧,簧弹丝,汽车板簧,火车螺旋弹簧,b.弹簧钢的成分特点和钢种,C0.450.7%,加入Si、Mn：提高淬透性和屈强比。但Si会促使钢材表面在加热时脱碳，Mn则使钢易于过热。重要的弹簧加入Cr、V和W：更高的淬透性，不易脱碳和过热，而且有更高的高温强度和韧性。,c.弹簧钢的热处理,热成形弹簧,热卷成形淬火中回喷丸成品回火：得到T回组织，具有很高的屈服强度和弹性极限，并有一定的塑性和韧性。喷丸：使表面强化并在表面产生残余压应力，以提高疲劳强度。,冷成形弹簧,冷拔（或冷拉）后冷卷成型去应力退火是消除内应力和稳定尺寸的定型处理，即加热到250300，保温一段时间，从炉内取出空冷即可使用。,（4）滚动轴承钢,a.滚动轴承钢的工作条件及对性能的要求,工作时承受很高、很集中的周期性交变载荷，所以常常是接触疲劳破坏。因此要求滚动轴承钢具有高而均匀的硬度，高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的韧性和淬透性，一定的抗腐蚀能力。,用于制造滚动轴承的钢。,b.滚动轴承钢的成分特点及钢种,高碳：C0.951.05%，使硬度高，耐磨性好；主加元素Cr：0.401.65%，提高淬透性和韧性；辅加元素Si、Mn：能提高淬透性、弹性极限和强度极限。,从化学成分看，滚动轴承钢属于工具钢范畴，所以这类钢也经常用于制造各种精密量具、冷冲模具、丝杠、冷轧辊和高精度的轴类等耐磨零件。,GCr9SiMn,滚动轴承钢的牌号,c.滚动轴承钢的热处理,棒材球化