第二节 工程用钢及其应用[章节讲课]

1、第二节第二节 工程用钢及其应用工程用钢及其应用 n概述概述 n工程结构用钢工程结构用钢 n机械结构用钢机械结构用钢 n滚动轴承钢滚动轴承钢 n工具钢工具钢 n特殊性能钢特殊性能钢 1章节课件 一、一、 概述概述 碳钢碳钢：价格低，但力学性能低，淬透性低，回火抗力：价格低，但力学性能低，淬透性低，回火抗力 差，耐热、耐低温、耐蚀等性能差。差，耐热、耐低温、耐蚀等性能差。 合金钢合金钢 ：在：在C C钢中加入某些合金元素而成钢中加入某些合金元素而成 1 1、钢的分类、钢的分类 按按化学成分化学成分分：分： 低低C C wC 0.25% 中中C C wC = 0.250.6% 高高C C wC 0.

2、6% 低合金低合金 wMe 5% 中合金中合金 wMe =510% 高合金高合金 wMe 10% 碳素钢碳素钢 合金钢合金钢 2章节课件 按按质量质量分：分： 普通质量、优质、特殊质量钢。普通质量、优质、特殊质量钢。S，P含量低则质量高。含量低则质量高。 按按用途用途分：分： 结构钢、工具钢、特殊性能钢等。结构钢、工具钢、特殊性能钢等。 汽车曲轴汽车曲轴 医疗器械医疗器械3 章节课件 2 2、钢的牌号（编号）、钢的牌号（编号） 2 2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢 如如, ,45 钢，钢，wC = 0.45% 1 1）碳素结构钢和低合金高强度钢碳素结构钢和低合金高强度钢 例：例：Q235AF表

3、示表示: : s235 MPa （碳素钢：（碳素钢：Q235Q235275275） 质量等级：质量等级：A（分（分AE，A级最差，级最差，P P、S S含量最高）含量最高） 脱氧方法：沸腾钢脱氧方法：沸腾钢 3 3）非合金易切钢非合金易切钢 如如 Y20，wC =0.2%，易切削结构钢。，易切削结构钢。 4章节课件 4 4、碳素工具钢碳素工具钢 如如, , T12A ，wC =1.2 % ，A表示高级优质。表示高级优质。 5 5、合金钢合金钢 结构钢结构钢 如如 60Si2Mn （ wC =0.6% ， wSi =2% ，wMn 1.5%） 工具钢、特殊性能钢工具钢、特殊性能钢如如 9SiCr

4、（wC =0.9%，wSi、wCr 均均1.5%）；）；CrWMn（wC1.0%） 专用钢专用钢 如滚动轴承钢如滚动轴承钢 GCr15（wC =1.0%，wCr =1.5% ）。）。 5章节课件 3 3、钢中的杂质元素及合金元素、钢中的杂质元素及合金元素 1 1）杂质元素对钢的性能的影响）杂质元素对钢的性能的影响 锰锰（0.25-0.80%）：有益）：有益 脱氧剂；降低脱氧剂；降低FeO脆性；脆性； Mn+SMnS（降低（降低S的有害作用）的有害作用）热加工性能；热加工性能；固溶强化固溶强化 磷磷：有害：有害 Fe3P 在在 100时脆性大时脆性大冷脆冷脆 硫硫：有害：有害 985 时形成（时

5、形成（Fe+FeS）热脆热脆 硅硅：有益：有益 脱氧脱氧脆性；脆性；固溶强化固溶强化 氧、氮、氢氧、氮、氢： 有害有害 强度、塑性、韧性强度、塑性、韧性 6章节课件 2 2）合金元素在钢中的作用）合金元素在钢中的作用 存在形式存在形式 形成形成固溶体固溶体在在和和中无限固溶中无限固溶 形成形成碳化物碳化物间隙相间隙相MC与间隙与间隙MC 形成形成非金属夹杂物非金属夹杂物Al2O3、SiO2、AlN等等 形成形成金属间化合物金属间化合物FeSi、FeCr、Fe2W 以以游离态游离态形式存在形式存在Cu、Ni 7章节课件 对钢中基本相的影响对钢中基本相的影响 强化铁素体强化铁素体 形成合金形成合金

6、F，产生固溶强化。，产生固溶强化。 8章节课件 形成碳化物形成碳化物稳定性，熔点、硬度比稳定性，熔点、硬度比Fe3C高得多。高得多。 类类 型型特特 征征举举 例例特特 点点 特殊碳化物特殊碳化物rC/rM0.59 (Fe, Mn)3C 熔点较低，稳定性较熔点较低，稳定性较 差，对相变影响较大差，对相变影响较大 9章节课件 对对Fe-C相图的影响相图的影响 研究合金元素对研究合金元素对奥氏体奥氏体的影响的影响 10章节课件 二、工程结构用钢二、工程结构用钢 1 1、概述、概述 特点特点：低：低C C，塑性好，热轧或正火态使用。，塑性好，热轧或正火态使用。 用途用途：建筑、桥梁、车船等构件。：建

7、筑、桥梁、车船等构件。 建筑构件建筑构件钢桥梁钢桥梁 11章节课件 2 2、碳素结构钢、碳素结构钢 碳素结构钢的牌号和化学成分碳素结构钢的牌号和化学成分(GB/T700-1988)(GB/T700-1988) 牌号牌号等级等级 化学成分化学成分 脱氧方脱氧方 法法 w(C) % w( Mn) % w( Si) % w(S ) % w( P) % 不大于不大于 Q1950.06-0.120.25-0.500.300.0500.045F,b,Z Q215A / B0.09-0.150.25-0.550.300.050 / 0.0450.045F,b,Z Q235 A0.14-0.220.30-0.

8、650.300.0500.045F,b,Z B0.12-0.200.30-0.700.300.0450.045F,b,Z C 0.180.35-0.800.300.0400.040Z D 0.170.35-0.800.300.0350.035TZ Q255A / B0.18-0.280.40-0.700.300.050 / 0.0450.045Z Q2750.28-0.380.50-0.800.350.0500.045Z wC = 0.060.38% ，S、P含量较高，力学性能一般。含量较高，力学性能一般。 12章节课件 碳素结构钢的机械性能碳素结构钢的机械性能(GB/T700-1988)(G

9、B/T700-1988) 牌牌 号号 等等 级级 拉拉 伸伸 试试 验验冲击试验冲击试验 屈服点屈服点 s ，MPaMPa 抗拉抗拉 强度强度 b b / / MPa 伸长率伸长率 s , , % 温度温度 V V型冲型冲 击功击功 ( (纵向纵向) ) J 钢材厚度钢材厚度( (直径直径) )，mmmm钢材厚度钢材厚度( (直径直径), mm), mm 16 40 60 100 150 150 16 40 60 100 150 150 不小于不小于不小于不小于不小于不小于 Q195 195 315-39033 Q215 A/B215195175165335-41031292726 /20/2

10、7 Q235 A/B C/D 235215195185375-46026242221 /20 0/-20 /27 Q255 A/B255235215205410-51024222019 /20/27 Q275 275255235225490-61020181615 13章节课件 GB/T700-1988 GB/T700-1988 标准标准 GB700-79 GB700-79 标准标准 化学成分和力学性能均须保证化学成分和力学性能均须保证 A A 类钢类钢 保证力学性能，保证力学性能， B B 类钢类钢 保证化学成分，保证化学成分， C C 类钢类钢 保证化学成分及力学性能。保证化学成分及力学性

11、能。 Q195 Q195 A1A1；B1B1 Q215 Q215 A2A2；C2C2 Q235 Q235 A3A3；C3C3 Q255 Q255 A4A4；C4C4 Q275 Q275 C5C5 碳素结构钢碳素结构钢 新、老标准钢号对照新、老标准钢号对照 14章节课件 用途用途 钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。 角钢角钢 螺钉、铆钉螺钉、铆钉钢筋、螺纹钢钢筋、螺纹钢 15章节课件 3 3、低合金高强度结构钢、低合金高强度结构钢 牌号牌号旧钢号旧钢号 主主 要要 化化 学学 成成 分分，% %机械性能机械性能 CMnSi， s ，MPa b ，MP

12、a 5 ，% Q295 09MnNb 12Mn 0.16 0.80 1.50 0.5529557023 Q345 16Mn 16MnRe 0.18 0.20 1.00 1.60 0.553456302122 Q390 16MnNb 15MnTi 0.20 1.00 1.60 0.553906501920 Q420 14MnVTiRe 15MnVN 0.20 1.00 1.70 0.554206801819 Q460 14MnMoV 18MnMoNb 0.20 1.00 1.70 0.5546072017 低合金高强度结构钢的牌号、成分、性能低合金高强度结构钢的牌号、成分、性能 成分成分 wC0

13、.2% ，wMe 5% ，主加元素，主加元素Mn，附加，附加V、Ti、Nb。 性能性能 强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。 ( (摘自摘自GB/T1591-1994)GB/T1591-1994) 16章节课件 应用应用 高压容器高压容器 桥梁桥梁 船舶船舶 车辆车辆 17章节课件 4 4、工程用铸造碳钢、工程用铸造碳钢 力学性能优于铸铁力学性能优于铸铁 ，但铸造流动性差，收缩率大。，但铸造流动性差，收缩率大。 牌牌号号 主主 要要 化化 学学 成成 分分，% %机械性能机械性能 C Mn Si s ，MPa b ，MPa ，% ZG200-4000.20 0.

14、800.5020040025 ZG230-450 0.30 0.90 0.5023045022 ZG270-5000.400.90 0.5027050018 ZG310-5700.500.90 0.6031057015 ZG340-6400.600.90 0.6034064010 工程用铸造碳钢的牌号、成分、性能工程用铸造碳钢的牌号、成分、性能( (摘自摘自GB/T11352-1989)GB/T11352-1989) 18章节课件 用途用途 轧辊轧辊外壳外壳 形状复杂，需一定强度、塑韧性的零件。形状复杂，需一定强度、塑韧性的零件。 19章节课件 三、机械结构用钢三、机械结构用钢 1 1、概述、

15、概述 特点特点：S S、P P含量较低，强韧性好，热处理后使用。含量较低，强韧性好，热处理后使用。 用途用途：机械零件、构件。：机械零件、构件。 柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴 20章节课件 2 2、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢 成分成分 ：w wC C = 0.05= 0.050.90%0.90%，w wMn Mn = 0.25= 0.251.2%1.2% 。 优质碳素钢的化学成分和性能优质碳素钢的化学成分和性能 牌号牌号 化学成分，化学成分，% s ，MPa CMnSiSP 08F 10 20 35 40 45 50 60 85 0.05-0.11 0.07-0.13 0.17-0.23 0.

16、32-0.39 0.37-0.44 0.42-0.50 0.47-0.55 0.57-0.65 0.62-0.70 0.25-0.50 0.35-0.65 0.35-0.65 0.50-0.80 0.50-0.80 0.50-0.80 0.50-0.80 0.50-0.80 0.50-0.80 0.03 0.17-0.37 0.17-0.37 0.17-0.37 0.17-0.37 0.17-0.37 0.17-0.37 0.17-0.37 0.17-0.37 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0

17、.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 175 205 245 315 335 355 375 400 420 ( (摘自摘自GB/T699-1999)GB/T699-1999) 21章节课件 用途用途 较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。 汽车曲轴汽车曲轴 热处理：渗碳、淬火、回火等。热处理：渗碳、淬火、回火等。 22章节课件 3 3渗碳钢渗碳钢 成分成分 wC = 0.10.25%，合金元素提高淬透性，细化晶粒。，合金元素提高淬透性，细化晶粒。 性能性能 渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。

18、渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。 渗渗C钢钢的牌号（摘自的牌号（摘自GB/T3077-1999）（）（渗渗C C: 930，回火：，回火：200 ） 主主 要要 化化 学学 成成 分分, , % 预备处理预备处理 淬火淬火, , CMn Cr，Ni 0.170.24 0.170.24 0.500.80 1.301.60 0.701.00 880800 水水, , 油油 880水水, , 油油 0.170.23 0.170.23 0.901.20 0.801.10 0.901.20 1.001.30 850 油油 880 870油油 钢号钢号 20Cr 20MnV 20CrMn

19、 20CrMnTi 淬淬 透透 性性 低低 中中 高高 18Cr2Ni4WA 20Cr2Ni4A 0.130.19 0.170.23 W0.81.2 0.300.60 1.351.65 4.04.5 1.251.65 3.253.75 950 850 空空 880780油油 机械性能机械性能 b MPa s MPa 83535 785 540 0 590 930 1080 735 835 1180 1180 835 1080 aKU2 J 47 55 47 55 78 63 23章节课件 最终热处理最终热处理 应用应用 耐磨件耐磨件 渗碳渗碳淬火淬火低温回火低温回火 汽车变速箱齿轮汽车变速箱齿

20、轮20CrMnTi 柴油机曲轴柴油机曲轴18Cr2Ni4WA 24章节课件 4 4调质钢调质钢 成分成分：wC = 0.250.50%，提高淬透性，细化晶粒，强化，提高淬透性，细化晶粒，强化F 性能：性能：综合力学性能高综合力学性能高 调质钢调质钢的牌号（摘自的牌号（摘自GB/T30771999） 淬淬 透透 性性 钢号钢号 主主 要要 成成 分分, , % 淬火淬火 回火回火 CMn Si Cr 低低 45 0.42 0.50 0.50 0.80 0.17 0.37 830 840水水 580 640空空 40Cr 0.37 0.45 0.50 0.80 Cr 0.8 1.10 850油油

21、500 水，油水，油 中中 高高 35CrMo 0.32 0.40 0.40 0.70 Cr 0.8 1.10 850油油 550 水，油水，油 38CrMoAlA 0.35 0.42 Al 0.7 1.1 Cr 1.35 1.65 940 水，油水，油 640 水，油水，油 40CrMnMo 0.37 0.45 0.90 1.20 Cr 0.9 1.20 850油油 600 水，油水，油 机械性能机械性能 b MPa s MPa aKU2 J 600 35535539 40MnB 0.37 0.44 1.10 1.40 0.20 0.40 850油油 500 水，油水，油 98078547

22、98078547 98083563 98083571 98078563 25章节课件 热处理热处理 组织组织 回火回火S S 应用应用 40Cr40Cr：齿轮、主轴。：齿轮、主轴。 35CrMo35CrMo：曲轴、连杆。：曲轴、连杆。 调质，可附加表面淬火。调质，可附加表面淬火。 汽车曲轴汽车曲轴 连杆连杆 26章节课件 5 5弹簧钢弹簧钢 成分成分 wC = 0.450.90 %，主加，主加Si，Mn等，提高等，提高e 性能性能 e 、s 、屈强比和疲劳强度高。、屈强比和疲劳强度高。 钢号钢号 主主 要要 成成 分分, , % 淬火淬火 油油 回火回火 机械性能机械性能 CMn Si, Cr

23、 b MPa s MPa 10 % ak kJ/m2 65 0.62 0.70 0.50 0.80 0.17 0.37 840 油油 50010008009 450 85 0.82 0.90 0.50 0.80 0.17 0.37 820 油油 480115010006 600 65Mn 0.62 0.70 0.90 1.20 0.17 0.37 830 油油 54010008008 800 60Si2Mn 0.56 0.64 0.60 0.90 1.50 2.00 870 油油 480130012005 800 50CrVA 0.46 0.54 0.50 0.80 Cr 0.8 1.10 8

24、50 油油 500 13001150 5 9800 （摘自（摘自GB/T12221985） 27章节课件 汽车板簧汽车板簧火车螺旋弹簧火车螺旋弹簧 组织组织 ：回火：回火T 应用：应用：65Mn、60Si2Mn：汽车、机车的板簧，螺旋弹簧。：汽车、机车的板簧，螺旋弹簧。 热处理热处理 热轧弹簧：热成型热轧弹簧：热成型 淬火淬火 + 中温回火中温回火 冷轧弹簧：淬火冷轧弹簧：淬火 + 中温回火中温回火 冷成型冷成型 去应力退火去应力退火 28章节课件 四、滚动轴承钢四、滚动轴承钢 成分：成分： w wC C= 0.95= 0.951.10%1.10%，主加，主加CrCr，形成细小的碳化物。，形成

25、细小的碳化物。 性能：高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。性能：高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。 热处理：热处理： 球化退火球化退火 + + 淬火淬火 + + 低温回火低温回火 应用：应用：GCr15GCr15 中小型轴承，冷冲模，中小型轴承，冷冲模， 量具，丝锥。量具，丝锥。 29章节课件 五、工具钢五、工具钢 刃具、模具、量具钢刃具、模具、量具钢 30章节课件 1 1、刃具钢、刃具钢 性能要求：硬度、耐磨性、热硬性高，塑、韧性较好。性能要求：硬度、耐磨性、热硬性高，塑、韧性较好。 1）碳素工具钢）碳素工具钢（淬火（淬火 + 低温回火）低温回火） 钢号钢号C, %

26、Mn, %Si, % S, % P, % 退火后退火后 HBS, 水冷淬火水冷淬火 温度，温度， T7 T8 T8Mn T9 T10Mn T10 T12 T13 0.65-0.74 0.75-0.84 0.80-0.90 0.85-0.94 0.95-1.04 0.95-1.04 1.15-1.24 1.25-1.35 0.40 0.40 0.40-0.60 0.40 0.40-0.60 0.40 0.40 0.40 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0

27、.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 187 187 187 192 19 207 207 217 800-820 780-800 780-800 760-780 760-780 760-780 760-780 760-780 化学成分、热处理、性能（淬火后化学成分、热处理、性能（淬火后HRC62) )( (摘自摘自GB/T1298-1986)GB/T1298-1986) 31章节课件 用途用途 冲头、凿子、锉刀、量规等。冲头、凿子、锉刀、量规等。 螺纹量规螺纹量规 32章节课件 2）合金量具刃具钢）合金量具刃具钢 wC = 0.75 1

28、.5 % ，wMe 5 % ，工作温度工作温度 300 。 钢号钢号 主要化学成分，主要化学成分，w / % 热处理及性能热处理及性能 CMnSiCr淬火淬火回火回火回火后回火后HRCHRC 9SiCr 0.85 0.95 0.30 0.60 1.20 1.60 0.95 1.25 860 880油油 180 200 6062 CrWMn 0.90 1.05 0.80 1.10 W1.2 1.60 0.90 1.20 820 840油油 140 160 6265 （摘自（摘自GB/T12992000）化学成分、热处理、性能（淬火后化学成分、热处理、性能（淬火后HRC62) ) 33章节课件 板

29、牙板牙 丝锥丝锥 应用应用 电子卡尺电子卡尺 34章节课件 3）高速钢）高速钢 wC = 0.75 1.65 % ， wMe10 % ，工作温度工作温度 600 。 钢号钢号 主要化学成分，主要化学成分，w，%热处理及性能热处理及性能 CWVCrMo淬火淬火回火回火 回火后回火后 HRC W18Cr4V 0.70 0.80 17.5 19.0 1.00 1.40 3.80 4.40 1270 1285 油油 550570 三次三次 63 W6Mo5Cr4V2 0.80 0.90 5.50 6.75 1.75 2.20 3.80 4.40 4.75 5.50 1210 1230 油油 54056

30、0 三次三次 63 35章节课件 应用应用 高速车刀、钻头、铣刀等。高速车刀、钻头、铣刀等。 36章节课件 2 2、模具钢、模具钢 冷、热作模具，塑料模具钢等。冷、热作模具，塑料模具钢等。 1 1）冷模具钢）冷模具钢 冷冲压、冷镦、冷挤压模等。冷冲压、冷镦、冷挤压模等。 汽车冲压模具汽车冲压模具 性能性能 高硬度高硬度 耐磨性耐磨性 足够的韧性足够的韧性 疲劳抗力。疲劳抗力。 最终热处理最终热处理 淬火淬火+ + 低温回火低温回火 37章节课件 . . 热模具钢热模具钢 热锻、热挤压、压铸模等。热锻、热挤压、压铸模等。 热模锻曲轴毛坯热模锻曲轴毛坯 性能性能: : 耐热性、热疲劳抗力高。耐热性

31、、热疲劳抗力高。 最终热处理最终热处理: : 淬火淬火+ +高温回火高温回火 38章节课件 六、特殊性能钢六、特殊性能钢 不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。 1 1、不锈钢、不锈钢 抗腐蚀途径抗腐蚀途径： 加加 CrCr、NiNi，形成单相组织。，形成单相组织。 加加 CrCr，降低两相的电极电位差。，降低两相的电极电位差。 加加 CrCr、AlAl、SiSi，生成致密的表面氧化膜，生成致密的表面氧化膜 。 39章节课件 不锈钢的成分、热处理、性能不锈钢的成分、热处理、性能 钢号钢号 主主 要要 化化 学学 成成 分分, , % 淬火淬火 回火回火 CCrNiTi 类类 别别

32、 机械性能机械性能 b b MPa s s MPa 5 5 % HRC HB 1Cr13 0.15 12 14 950 1000水水, ,油油 700 750 4Cr13 0.36 0.45 12 14 1050 1100 油油 200 300 M型型 540345 680400 25 4 159 50 1Cr17 0.12 16 18 780 850 正火正火 0Cr18Ni9 0.07 17 19 8 12 1010 1150 水水 F型型 A型型 A-F 型型 450205 520205 22 40 183 187 1Cr18Ni9Ti 0.12 17 19 9 12 0.5 0.8 9

33、20 1150 水水 52020540187 1Cr21Ni5Ti 0.09 0.14 20 22 4.8 5.8 0.35 0.8 950 1100水水, ,空空 60035020 40章节课件 用途用途 M M不锈钢不锈钢 船用螺旋桨船用螺旋桨 1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti A A不锈钢表带不锈钢表带 F F不锈钢容器不锈钢容器 41章节课件 2 2、耐热钢、耐热钢 抗氧化性抗氧化性：金属在高温下的抗氧化能力：金属在高温下的抗氧化能力 热强性热强性：热强性是指钢在高温下的强度：热强性是指钢在高温下的强度 用途用途：锅炉、燃气轮机等：锅炉、燃气轮机等 类类 别别 钢号钢号 主主

34、要要 化化 学学 成成 分分, , % 淬火淬火 回火回火 CCrNiTi M型型 1Cr13 0.15 12 14 950 1000油油 700 750 1Cr11MoV 0.11 0.18 10 11.5 Mo 0.5 0.7 1050 1100空空 720 740 A型型1Cr18Ni9Ti 0.12 17 19 8 11 0.5 0.8 920 1150 水水 机械性能机械性能 b b MPa s s MPa 540345 490685 520205 5 5 % 20 40 HB 159 159 187 42章节课件 3 3、耐磨钢、耐磨钢ZGMn13ZGMn13 成分成分： w wC C = 0.9= 0.91.5%1.5%， w wMn Mn = 11= 1114% 14% 。 热处理热处理：1000100011001100，保温，水冷，保温，水冷A A，硬度低，韧性高。，硬度低，韧性高。 性能性能：工件工作时受冲击变形，表层产生加工硬化，及：工件工作时受冲击变形，表层产生加工硬化，及M M相变相变 硬化，心部