第五章 工业用钢及铸铁

1、工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 第五章第五章 工业用钢及铸铁工业用钢及铸铁 第一节第一节 钢中常存元素与合金元素钢中常存元素与合金元素 第二节第二节 钢的分类与编号钢的分类与编号 第三节第三节 结构钢结构钢 第四节第四节 工具钢工具钢 第五节第五节 不锈钢、耐热钢及耐磨钢不锈钢、耐热钢及耐磨钢 第六节第六节 铸铸 铁铁 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 第一节第一节 钢中常存元素与合金元

2、钢中常存元素与合金元 素素 一、钢中常存元素对钢性能的一、钢中常存元素对钢性能的 影响影响 二、钢中合金元素的作用二、钢中合金元素的作用 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 一、钢中常存元素对钢性能的影响：一、钢中常存元素对钢性能的影响： 1.1.有益元素：有益元素： SiSi 有很强的固溶强化作用有很强的固溶强化作用, ,能脱氧。能脱氧。 MnMn脱氧、去硫脱氧、去硫, ,提高钢的强度和硬度。提高钢的强度和硬度。 2.2.有害元素有害元素: : P有很强的固溶强化作用有很强的固溶强化作用,低温韧性差低温韧性差 ( 冷冷 脆脆 )。 S

3、能引起钢在热加工时或高温工作下开裂能引起钢在热加工时或高温工作下开裂 ( 热裂热裂 )。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 气体元素：气体元素： N：钢中过饱和钢中过饱和N在常温放置过程中会发在常温放置过程中会发 生时生时 效脆化。加效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除等元素可消除 时效时效 倾向。倾向。 O：钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。 H：原子态的过饱和氢时将降低韧性原子态的过饱和氢时将降低韧性, 引引 起氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时，起氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时， 会产生很高内压，形成微裂

4、纹，其内壁为会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为 白色，白色， 称白点或发裂。称白点或发裂。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 二、钢中合金元素的作用二、钢中合金元素的作用 一）一）合金元素与铁和碳的作用合金元素与铁和碳的作用 二）二）合金元素对合金元素对Fe-Fe3CFe-Fe3C相图的影响相图的影响 三）三）合金元素对钢的热处理的影响合金元素对钢的热处理的影响 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 一一) )合金元素与铁和碳的作用合金元素与铁和碳的作用 1.1.溶于基体中溶于基体

5、中形成合金形成合金: : F F 或或合金合金 A A 2.2.与碳作用形成与碳作用形成合金碳化物合金碳化物 (Fe,Cr)3C(Fe,Cr)3C 3.3.单独形成单独形成特殊碳化物特殊碳化物: : TiCTiC、VCVC等等 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 与碳作用形成合金碳化物与碳作用形成合金碳化物 Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr 弱弱强强 v 弱碳化物元素弱碳化物元素: : Fe、Mn。 v 中强碳化物元素中强碳化物元素: : Cr、Mo、W。 v 强碳化物元素强碳化物元素: : V、Ti、Nb、Zr。 工工

6、程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 单独形成特殊碳化物单独形成特殊碳化物 熔点、硬度、耐磨性最高。熔点、硬度、耐磨性最高。 稳定性最高。稳定性最高。 TiC、NbC、VC。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 二二) )合金元素对合金元素对Fe-Fe3CFe-Fe3C相图的影响相图的影响 1. 1.扩大奥氏体区扩大奥氏体区: : MnMn、NiNi、CoCo、CuCu、 ZnZn、N N等元素，扩大奥氏体区。等元素，扩大奥氏体区。 2.2.缩小奥氏体区：缩小奥氏体区： Cr、Mo、W、V、

7、 Ti、Si 、Al、B等元素，缩小奥氏体区。等元素，缩小奥氏体区。 3.3.改变共晶点和共析点的参数：改变共晶点和共析点的参数：几乎几乎 所有的合金元素。使所有的合金元素。使S点和点和E点的点的成分向成分向 左移左移， 使使A1线的线的温度变化温度变化。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 三三) )合金元素对钢的热处理的影响合金元素对钢的热处理的影响 加热时对加热时对奥氏体形成奥氏体形成的影响的影响 对对过冷奥氏体转变过冷奥氏体转变的影响的影响 对对回火转变回火转变的影响的影响 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基

8、基 础础 河南工业大学河南工业大学 1.1.合金元素对加热时奥氏体形成的影合金元素对加热时奥氏体形成的影 响响 除除Mn 元素外元素外, ,所有合金元素的加所有合金元素的加 入入, ,均使奥氏体的形成速度减慢。均使奥氏体的形成速度减慢。 强碳化物形成元素能强烈的阻止奥强碳化物形成元素能强烈的阻止奥 氏体晶粒长大氏体晶粒长大( Ti、V、Zr、Nb 等等)。 非碳化物形成元素能轻微的阻止奥非碳化物形成元素能轻微的阻止奥 氏体晶粒长大氏体晶粒长大( Si、Ni、Cu、Co 等等)。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 2.2.合金元素对过冷奥

9、氏体转变的影响合金元素对过冷奥氏体转变的影响 v 除除 Co 元素外元素外, 所有的合金元素均使所有的合金元素均使 钢的钢的 TTT 曲线向右移。曲线向右移。 v 除除 Co、Al 元素外元素外, 所有的合金元素所有的合金元素 都使都使马氏体转变温度马氏体转变温度下降。下降。 v 提高钢的淬透性提高钢的淬透性, 常用的元素有常用的元素有: Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。等。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 3.3.合金元素对回火转变的影响合金元素对回火转变的影响 回火抗力回火抗力的增加的增加 二次硬化二次硬化的产生的产生 产生产

10、生回火脆性回火脆性 进入第二节进入第二节 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 第二节第二节 钢的分类与编号钢的分类与编号 一、钢的分类一、钢的分类 二、钢的编号方法二、钢的编号方法 一）国标（一）国标（GB）钢产品牌号表示）钢产品牌号表示 方法方法 二）钢铁及合金牌号统一数字代号二）钢铁及合金牌号统一数字代号 体系体系 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 一、钢的分类一、钢的分类 1.1.按用途分类；按用途分类； 2.2.按化学成分分类；按化学成分分类； 3.3.按质量等级分类；按质

11、量等级分类； 4.4.按冶炼方法分类；按冶炼方法分类； 5.5.按金相组织分类；按金相组织分类； 6.6.按工艺方法（脱氧程度）分类按工艺方法（脱氧程度）分类 ； 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 1.1.按用途分类按用途分类 （1 1）结构钢）结构钢 可分为工程构件用钢可分为工程构件用钢 （如建筑工程用钢、桥梁工程用钢、船（如建筑工程用钢、桥梁工程用钢、船 舶工程用钢、车辆工程用钢）和机器零舶工程用钢、车辆工程用钢）和机器零 件用钢（如调质钢、渗碳钢、弹簧钢、件用钢（如调质钢、渗碳钢、弹簧钢、 轴承钢等）。轴承钢等）。 （2 2）工具

12、钢）工具钢 根据用途不同可分为刃根据用途不同可分为刃 具钢、模具钢、量具钢等。具钢、模具钢、量具钢等。 （3 3）特殊性能钢）特殊性能钢 可分为不锈钢、可分为不锈钢、 耐热钢、耐磨钢等。耐热钢、耐磨钢等。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 2.2.按化学成分分类按化学成分分类 按化学成分分为非合金钢、低合金钢按化学成分分为非合金钢、低合金钢 和合金钢。和合金钢。 非合金钢非合金钢是指是指WCWC2.11% 2.11% ，并含有少量，并含有少量 Si Si 、Mn Mn 、S S 、P P等杂质元素的铁碳合金，在等杂质元素的铁碳合金，在

13、施行新的钢分类标准以前称为碳素钢施行新的钢分类标准以前称为碳素钢( (简称碳简称碳 钢钢) )。按其含碳量又分为低碳钢。按其含碳量又分为低碳钢(0.0218%(0.0218%WCWC 0.25%)0.25%)、中碳钢、中碳钢(0.25%WC(0.25%WC0.60%)0.60%)和高和高 碳钢碳钢(WC (WC 0.60%)0.60%)。 低合金钢与合金钢低合金钢与合金钢是指在非合金钢基础上是指在非合金钢基础上 有目的的加入了某些元素所形成的钢种有目的的加入了某些元素所形成的钢种, ,加入加入 钢中的元素称为合金元素。钢中的元素称为合金元素。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺

14、艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 3.3.按质量分类按质量分类 主要按钢中的有害杂质磷、硫含量来主要按钢中的有害杂质磷、硫含量来 分类。可分为分类。可分为 普通钢普通钢(WS(WS、 WP0.045%)WP0.045%)； 优质钢优质钢(WS(WS、 WP0.035%)WP0.035%)； 高级优质钢高级优质钢(WS0.020%(WS0.020%、 WP0.030%)WP0.030%)； 特级优质钢特级优质钢(WS0.015% (WS0.015% 、 WP0.025%)WP0.025%)等。等。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学

15、 4.4.按冶炼方法分类按冶炼方法分类 可按炉别分为平炉钢、转炉钢、电炉钢。可按炉别分为平炉钢、转炉钢、电炉钢。 平炉钢是靠燃料（煤气或重油）的燃烧来平炉钢是靠燃料（煤气或重油）的燃烧来 熔化炉料和提高钢水温度，靠炉气中的氧气熔化炉料和提高钢水温度，靠炉气中的氧气 和加入铁矿石进行氧化反应，由于平炉钢消和加入铁矿石进行氧化反应，由于平炉钢消 耗大量燃料在我国已被淘汰。耗大量燃料在我国已被淘汰。 转炉钢是把空气或氧气吹入铁水中，使铁转炉钢是把空气或氧气吹入铁水中，使铁 水中的水中的C C、MnMn、SiSi、 P P、S S等迅速氧化、靠氧等迅速氧化、靠氧 化时放出的热量来升温，而不靠燃料供热的

16、化时放出的热量来升温，而不靠燃料供热的 炼钢方法。转炉钢由于节省燃料是目前主要炼钢方法。转炉钢由于节省燃料是目前主要 炼钢设备。炼钢设备。 电炉钢是利用电能作为热源的炼钢方法。电炉钢是利用电能作为热源的炼钢方法。 电炉钢主要生产高质量和高合金钢。电炉钢主要生产高质量和高合金钢。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 5.5.按金相组织分类按金相组织分类 钢的金相组织随处理方法不同而已。钢的金相组织随处理方法不同而已。 按退火组织分：按退火组织分： 亚共析钢、共析钢、过共析钢。亚共析钢、共析钢、过共析钢。 按正火组织分：按正火组织分： 珠光体

17、钢、贝氏体钢、马氏体钢及珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢及 奥氏体钢等。奥氏体钢等。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 6.6.按工艺方法（脱氧程度）分类按工艺方法（脱氧程度）分类 按脱氧程度不同分为沸腾钢、镇静钢和半按脱氧程度不同分为沸腾钢、镇静钢和半 镇静钢。镇静钢。 沸腾钢是指只用沸腾钢是指只用MnMn铁（价格低、脱氧效果差）脱铁（价格低、脱氧效果差）脱 氧，所以钢中含氧较多，浇注时，钢中氧与碳发生作氧，所以钢中含氧较多，浇注时，钢中氧与碳发生作 用析出大量用析出大量COCO，因此钢水在钢模内呈沸腾现象，称沸，因此钢水在钢模内呈沸腾现

18、象，称沸 腾钢。沸腾钢成材率高，成本低，但化学成份不均匀、腾钢。沸腾钢成材率高，成本低，但化学成份不均匀、 偏析、杂质多。沸腾钢钢号最后用偏析、杂质多。沸腾钢钢号最后用“F”F”表示。表示。 镇静钢是指除用镇静钢是指除用MnMn铁，还用铁，还用SiSi铁（有时用铁（有时用AlAl）脱）脱 氧，钢中氧已很少，浇注时没有沸腾现象。镇静钢化氧，钢中氧已很少，浇注时没有沸腾现象。镇静钢化 学成分均匀，机械性能较好，但有缩孔，成本高。镇学成分均匀，机械性能较好，但有缩孔，成本高。镇 静钢钢号后加静钢钢号后加“Z”Z”。 半镇静钢的脱氧程度在镇静钢与沸腾之间，性能半镇静钢的脱氧程度在镇静钢与沸腾之间，性能

19、 也介于之间，钢号后加也介于之间，钢号后加“b”b”。半镇静钢应用较少。半镇静钢应用较少。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 一）国标钢产品牌号表示一）国标钢产品牌号表示 方法方法 1.1.非合金钢的编号方法非合金钢的编号方法 2.2.合金钢的编号方法合金钢的编号方法 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 1.非合金钢的编号方法非合金钢的编号方法 （1 1）普通碳素结构钢）普通碳素结构钢 （2 2）优质碳素结构钢）优质碳素结构钢 （3 3）碳素工具钢）碳素工具钢 （4 4）铸造碳钢）

20、铸造碳钢 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 （1 1）普通碳素结构钢）普通碳素结构钢 该类钢牌号表示方法由代表屈服点该类钢牌号表示方法由代表屈服点“屈屈” 字的汉语拼音字首（字的汉语拼音字首（Q Q）、屈服点数值、质量）、屈服点数值、质量 等级符号等级符号(A (A 、B B 、C C 、D D 、E)E)及脱氧方法符及脱氧方法符 号号(F(F、b b、Z Z 、TZ)TZ)等四个部分按顺序组成。等四个部分按顺序组成。 例如例如Q235-AFQ235-AF，即表示屈服点为，即表示屈服点为 S235MPa S235MPa 、A A等级质量

21、的沸腾钢。等级质量的沸腾钢。 F F 、b b、Z Z 、TZ TZ 依次表示沸腾钢、半镇依次表示沸腾钢、半镇 静钢、镇静钢、特殊镇静钢，一般情况下符静钢、镇静钢、特殊镇静钢，一般情况下符 号号Z Z与与TZTZ在牌号表示中可省略。在牌号表示中可省略。 质量等级符号反映碳素结构钢中磷、硫含质量等级符号反映碳素结构钢中磷、硫含 量的多少，量的多少，A A、B B、C C、D D质量等级依次增加。质量等级依次增加。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 （2 2）优质碳素结构钢）优质碳素结构钢 其牌号用两位数字表示，两位数字表示其牌号用两位数字

22、表示，两位数字表示 钢中平均碳的质量分数的万倍。例如钢中平均碳的质量分数的万倍。例如 4545钢钢, , 表示平均表示平均WCWC0.45%0.45%；0808钢表示平均钢表示平均WCWC 0.08%0.08%。 优质碳素结构钢按锰的质量分数不同优质碳素结构钢按锰的质量分数不同, ,分分 为普通锰为普通锰(WMn(WMn0.25%0.25%0.80%)0.80%)与较高锰与较高锰(WMn(WMn 0.70%0.70%1.2%)1.2%)两组。较高锰的优质碳素结两组。较高锰的优质碳素结 构钢牌号数字后加构钢牌号数字后加“Mn”,Mn”,如如 65Mn65Mn。 沸腾钢、半镇静钢以及专门用途的优质

23、沸腾钢、半镇静钢以及专门用途的优质 碳素结构钢，应在牌号后特别标出，如碳素结构钢，应在牌号后特别标出，如08F08F即即 指平均含碳量为指平均含碳量为0.08%0.08%的沸的沸腾钢；腾钢；15g15g即指平即指平 均碳质量分数为均碳质量分数为0.15%0.15%的锅炉钢。的锅炉钢。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 （3 3）碳素工具钢）碳素工具钢 其牌号冠以其牌号冠以“T”(“T”T”(“T”为为“碳碳”字的汉字的汉 语拼音字首语拼音字首) )，后面的数字表示平均碳的质量，后面的数字表示平均碳的质量 分数的千倍。碳素工具钢分优质和高

24、级优质分数的千倍。碳素工具钢分优质和高级优质 两类。若为高级优质钢，则在数字后面加两类。若为高级优质钢，则在数字后面加 “”字。字。 例如例如T8AT8A钢，表示平均钢，表示平均W W0.8% 0.8% 高级优高级优 质碳素工具钢。质碳素工具钢。 对含较高锰对含较高锰(WMn(WMn0.40%0.40%0.60%)0.60%)的碳素的碳素 工具钢，则在数字后加工具钢，则在数字后加“Mn”Mn”。如。如T8Mn T8Mn 、 T8MnA T8MnA 等。等。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 （4 4）铸造碳钢）铸造碳钢 其牌号用其牌号用

25、“ZG”ZG”代表铸钢二字代表铸钢二字 汉语拼音字首，后面第一组数字为汉语拼音字首，后面第一组数字为 屈服点数值屈服点数值( (单位单位MPa)MPa)，第二组数，第二组数 字为抗拉强度字为抗拉强度( (单位单位MPa )MPa )。 例如例如ZG200ZG200400 400 ，表示屈服，表示屈服 点点( (或或0.2 )200MPa0.2 )200MPa，抗拉，抗拉 强度强度b400MPa b400MPa 的铸造碳钢件。的铸造碳钢件。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 2.2.合金钢的编号方法合金钢的编号方法 （1 1）低合金高强度

26、结构钢）低合金高强度结构钢 （2 2）合金结构钢）合金结构钢 （3 3）滚动轴承钢）滚动轴承钢 （4 4）易切削钢）易切削钢 （5 5）合金工具钢）合金工具钢 （6 6）不锈钢与耐热钢）不锈钢与耐热钢 （7 7）铸造合金钢）铸造合金钢 （8 8）塑料模具钢）塑料模具钢 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 （1 1）低合金高强度结构钢）低合金高强度结构钢 通用结构钢采用代表屈服点的拼音字母通用结构钢采用代表屈服点的拼音字母“Q”Q”。屈。屈 服点数值服点数值( (单位为单位为MPa)MPa)和表和表5.25.2中规定的质量等级、脱中规定的质

27、量等级、脱 氧方法等符号，按顺序组成牌号。例如：氧方法等符号，按顺序组成牌号。例如： Q345CQ345C， Q345DQ345D。低合金高强度结构钢有镇静钢和特殊镇静钢，。低合金高强度结构钢有镇静钢和特殊镇静钢， 但牌号尾部不加写表示脱氧方法的符号。但牌号尾部不加写表示脱氧方法的符号。 专用结构钢一般采用代表钢屈服点的符号专用结构钢一般采用代表钢屈服点的符号“Q”Q”、 屈服点数值和教材中表屈服点数值和教材中表5.25.2规定的代表产品用途的符号规定的代表产品用途的符号 等表示，例如：压力容器用钢牌号表示为等表示，例如：压力容器用钢牌号表示为“Q345R”Q345R”； 耐候钢其牌号表示为：

28、耐候钢其牌号表示为：Q340NHQ340NH。 根据需要，通用低合金高强度结构钢的牌号也可根据需要，通用低合金高强度结构钢的牌号也可 以采用两位阿拉伯数字以采用两位阿拉伯数字( (以万分之几计平均含碳量以万分之几计平均含碳量) )和和 标准的元素符号组成，如标准的元素符号组成，如16Mn16Mn。专用低合金高强度结。专用低合金高强度结 构钢的牌号，除一般组成外，尚应加写表构钢的牌号，除一般组成外，尚应加写表5.25.2中规定代中规定代 表产品用途的符号，如表产品用途的符号，如16MnL16MnL。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 （2

29、 2）合金结构钢）合金结构钢 牌号为牌号为“两位数字十元素符号十数字两位数字十元素符号十数字” ” ，前面两位，前面两位 数字代表钢中平均碳的质量分数的万倍，元素符号表示数字代表钢中平均碳的质量分数的万倍，元素符号表示 钢中所含的合金元素，元素符号后面数字表示该元素的钢中所含的合金元素，元素符号后面数字表示该元素的 平均质量分数的百倍。合金元素的平均质量分数平均质量分数的百倍。合金元素的平均质量分数WMeWMe 1.5%1.5%时，一般只标明元素而不标明数值；平均质量分数时，一般只标明元素而不标明数值；平均质量分数 1.5%1.5%、2.5%2.5%、3.5%,3.5%,时，则在合金元素后面时

30、，则在合金元素后面 相应地标出相应地标出2 2 、3 3 、4 4 。例如。例如40Cr 40Cr ，其平均碳的，其平均碳的 质量分数质量分数WCWC0.40%0.40%，平均铬的质量分数，平均铬的质量分数WCrWCr1.5 %1.5 %。 如果是高级优质钢，则在牌号的末尾加如果是高级优质钢，则在牌号的末尾加“A”A”，例如，例如 38CrMoAIA38CrMoAIA钢。如果是特级优质钢钢。如果是特级优质钢(S0.015%(S0.015%、 P0.025%)P0.025%)，在牌号尾部加符号，在牌号尾部加符号“E”E”，例如：，例如： “30CrMnSiE”30CrMnSiE”。 专用合金结构

31、钢牌号尚应在牌号头部专用合金结构钢牌号尚应在牌号头部( (或尾部或尾部) )加教加教 材中表材中表5.25.2规定代表产品用途的符号。规定代表产品用途的符号。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 （3）滚动轴承钢）滚动轴承钢 高碳铬轴承钢，在牌号头部加符号高碳铬轴承钢，在牌号头部加符号“G”G”，但不，但不 标明含碳量。铬含量以千分之几计，其他合金元素按标明含碳量。铬含量以千分之几计，其他合金元素按 合金结构钢的合金含量表示。例如：平均含铬量为合金结构钢的合金含量表示。例如：平均含铬量为 1.5%1.5%的轴承钢，其牌号表示的轴承钢，其牌

32、号表示 为为“GCr15”GCr15”。 渗碳轴承钢，采用合金结构钢的牌号表示方法，渗碳轴承钢，采用合金结构钢的牌号表示方法， 另在牌号头部加符号另在牌号头部加符号“G”G”。例如：。例如：“G20 CrNiMo”G20 CrNiMo”。 高级优质渗碳轴承钢，在牌号尾部加高级优质渗碳轴承钢，在牌号尾部加“A”A”。例。例 如：如：“G20CrNiMoA”G20CrNiMoA”。 高碳铬不锈轴承钢和高温轴承钢，采用不锈钢和高碳铬不锈轴承钢和高温轴承钢，采用不锈钢和 耐热钢的牌号表示方法，牌号头部不加符号耐热钢的牌号表示方法，牌号头部不加符号“G”G”。 例如：高碳铬不锈轴承钢例如：高碳铬不锈轴承

33、钢“9Cr18”9Cr18”和高温轴承钢和高温轴承钢 “10Cr14Mo”10Cr14Mo”。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 （4 4）易切削钢）易切削钢 加硫易切削钢和加硫、磷易切削钢，在加硫易切削钢和加硫、磷易切削钢，在 符号符号“Y”Y”和阿拉伯数字后不加易切削元素符和阿拉伯数字后不加易切削元素符 号。例如：平均含碳量为号。例如：平均含碳量为0.15%0.15%的易切削钢，的易切削钢， 其牌号表示为其牌号表示为“Y15”Y15”。 较高含锰量的加硫或加硫、磷易切削钢，较高含锰量的加硫或加硫、磷易切削钢， 在符号在符号“Y”Y”

34、和阿拉伯数字后加锰元素符号。和阿拉伯数字后加锰元素符号。 例如：平均含碳量为例如：平均含碳量为0.40%0.40%，含锰量为，含锰量为 1.20%1.20%1.55%1.55%的易切削钢，其牌号表示为的易切削钢，其牌号表示为 “Y40Mn”Y40Mn”。 含钙、铅等易切削元素的易切削钢，在含钙、铅等易切削元素的易切削钢，在 符号符号“Y”Y”和阿拉伯数字后加易切削元素符号。和阿拉伯数字后加易切削元素符号。 例例 如：如：“Y15Pb”Y15Pb”、“Y45Ca”Y45Ca”。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 （5 5）合金工具钢）合金

35、工具钢 牌号为牌号为“数字十元素符号十数字数字十元素符号十数字”，当当WCWC1%1%时，时， 用一位数字表示碳的质量分数的千倍；当碳的质量分用一位数字表示碳的质量分数的千倍；当碳的质量分 数数l%l%时，则不予标出。时，则不予标出。合金元素含量表示方法同合合金元素含量表示方法同合 金结构钢，金结构钢，例如例如Crl2MoV Crl2MoV 钢，、钢，、9SiCr 9SiCr 钢钢, , 在含铬量在含铬量( (以千分之几计以千分之几计) )前加数字前加数字“0”0”。例如：。例如： 平均含铬量为平均含铬量为0.60%0.60%的合金工具钢，其牌号表示为的合金工具钢，其牌号表示为 “Cr06”C

36、r06”。 高速工具钢例外，其平均碳的质量分数无论多少高速工具钢例外，其平均碳的质量分数无论多少 均不标出，牌号前冠以均不标出，牌号前冠以“C”C”时，表示其平均碳含量时，表示其平均碳含量 高于通用牌号的平均碳含量。高于通用牌号的平均碳含量。 因合金工具钢及高速工具钢都是高级优质钢，所因合金工具钢及高速工具钢都是高级优质钢，所 以它的牌号后面也不必再标以它的牌号后面也不必再标“A”A”。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 （6 6）不锈钢与耐热钢）不锈钢与耐热钢 其牌号常采用标准规定的合金元素符号和阿拉伯数字表示，其牌号常采用标准规定的

37、合金元素符号和阿拉伯数字表示， 若为易切削不锈钢和易切削耐热钢，则在牌号头部加若为易切削不锈钢和易切削耐热钢，则在牌号头部加“Y”Y”。一。一 般用一位阿拉伯数字表示平均含碳量般用一位阿拉伯数字表示平均含碳量( (以千分之几计以千分之几计) )；当平均含；当平均含 碳量碳量1.00%1.00%时，用两位阿拉伯数字表示；当含碳量上限时，用两位阿拉伯数字表示；当含碳量上限0.10%0.10% 时，以时，以“0”0”表示含碳量；当含碳量上限表示含碳量；当含碳量上限0.03%0.03%，0.01%0.01%时时( (超超 低碳低碳) )，以，以“03”03”表示含碳量；当含碳量上限表示含碳量；当含碳量

38、上限0.01%0.01%时时( (极低碳极低碳) )， 以以“01”01”表示含碳量。含碳量没有规定下限时，采用阿拉伯数字表示含碳量。含碳量没有规定下限时，采用阿拉伯数字 表示含碳量的上限数字。合金元素含量表示方法同合金结构钢。表示含碳量的上限数字。合金元素含量表示方法同合金结构钢。 例如：平均含碳量为例如：平均含碳量为0.20%0.20%，含铬量为，含铬量为13%13%的不锈钢，其牌号表示的不锈钢，其牌号表示 为为“2Cr13”2Cr13”；含碳量上限为；含碳量上限为0.08%0.08%，平均含铬量为，平均含铬量为18%18%，含镍量，含镍量 为为9%9%的铬镍不锈钢，其牌号表示为的铬镍不锈

39、钢，其牌号表示为“0Cr18Ni9”0Cr18Ni9”；含碳量上限为；含碳量上限为 0.12%0.12%，平均含铬量为，平均含铬量为17%17%的加硫易切削铬不锈钢，其牌号表示为的加硫易切削铬不锈钢，其牌号表示为 “Y1Cr17”Y1Cr17”；平均含碳量为；平均含碳量为1.10%1.10%，含铬量为，含铬量为17%17%的高碳铬不锈钢，的高碳铬不锈钢， 其牌号表示为其牌号表示为“11Cr7”11Cr7”；含碳量上限为；含碳量上限为0.03%0.03%，平均含铬量为，平均含铬量为 19%19%，含镍量为，含镍量为10%10%的超低碳不锈钢，其牌号表示为的超低碳不锈钢，其牌号表示为 “03Cr1

40、9Ni10”03Cr19Ni10”；含碳量上限为；含碳量上限为0.01%0.01%，平均含铬量为，平均含铬量为19%19%，含镍，含镍 量为量为11%11%的极低碳不锈钢，其牌号表示为的极低碳不锈钢，其牌号表示为“01Cr19Ni11”01Cr19Ni11”。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 （7 7）铸造合金钢）铸造合金钢 其牌号由其牌号由“ZGZG（“铸铸”“”“钢钢”的汉的汉 语拼音字首）语拼音字首）+ +数字数字+ +元素符号元素符号+ +数字数字” 构成，第一组数字表示钢中平均碳含构成，第一组数字表示钢中平均碳含 量的万分之

41、几，符号表示钢中的合金量的万分之几，符号表示钢中的合金 元素，符号后的数字表示其平均百分元素，符号后的数字表示其平均百分 含量。含量。 如如ZG20Cr13ZG20Cr13等，等，CrCr为铬元素符号，为铬元素符号， 2020为平均碳含量为为平均碳含量为0.2%0.2%，1313为铬平均为铬平均 含量为含量为1313。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 （8 8）塑料模具钢）塑料模具钢 其牌号表示为除在头部加符号其牌号表示为除在头部加符号“SM”SM” 外，其余表示方法与优质碳素结构钢和外，其余表示方法与优质碳素结构钢和 合金工具钢牌号

42、表示方法相同。例如：合金工具钢牌号表示方法相同。例如： 平均含碳量为平均含碳量为0.45%0.45%的碳素塑料模具钢，的碳素塑料模具钢， 其牌号表示为其牌号表示为“SM45”SM45”；平均含碳量为；平均含碳量为 0.34%0.34%，含铬量为，含铬量为1.70%1.70%，含钼量为，含钼量为 0.42%0.42%的合金塑料模具钢，其牌号表示的合金塑料模具钢，其牌号表示 为为“SM3Cr2Mo”SM3Cr2Mo”。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 二）钢铁及合金牌号统一数字代号二）钢铁及合金牌号统一数字代号 体系体系 1.1.统一数字

43、代号的结构形式统一数字代号的结构形式 统一数字代号的结构形式如下：统一数字代号的结构形式如下： 统一数字代号由固定的统一数字代号由固定的6 6个符号组成，左边第一位用个符号组成，左边第一位用 大写拉丁字母作前缀，后接大写拉丁字母作前缀，后接5 5个阿拉伯数字。个阿拉伯数字。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 2.2.钢铁及合金的类型与统一数字代钢铁及合金的类型与统一数字代 号号 钢铁及合金的类型与统一数字钢铁及合金的类型与统一数字 代号见教材表代号见教材表5.35.3。 进入第三节进入第三节 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工

44、工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 第三节第三节 结构钢结构钢 一、一般工程结构用钢一、一般工程结构用钢 1.1.普通碳素结构钢普通碳素结构钢 2.2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢 3.3.低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢 二、机械零件用钢二、机械零件用钢 一）碳素铸钢一）碳素铸钢 二）渗碳钢二）渗碳钢 三）调质钢三）调质钢 四）弹簧钢四）弹簧钢 五）滚动轴承钢五）滚动轴承钢 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 1.1.普通碳素结构钢普通碳素结构钢 （1 1）主要用途）主要用途 适用于一般工程用各种热轧钢板、钢适用于一般工

45、程用各种热轧钢板、钢 带、型钢等，可供焊接、铆接、连接构带、型钢等，可供焊接、铆接、连接构 件使用。件使用。 （2 2）性能要求）性能要求 具有一定的强度和良好的塑性与韧具有一定的强度和良好的塑性与韧 性，同时具有良好的工艺性能（如焊接性，同时具有良好的工艺性能（如焊接 性和冷变形成形性），以及较小的冷脆性和冷变形成形性），以及较小的冷脆 倾向和一定的耐大气腐蚀性。倾向和一定的耐大气腐蚀性。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 （3 3）成分和热处理特点）成分和热处理特点 普通碳素结构钢的普通碳素结构钢的S S、P P含量较高，平均含含量

46、较高，平均含 碳量为碳量为0.060.060.380.38。该类钢一般在供应状。该类钢一般在供应状 态（热轧）下使用，不再进行热处理，但也可态（热轧）下使用，不再进行热处理，但也可 根据需要在使用前对其进行热加工或热处理，根据需要在使用前对其进行热加工或热处理， 以调整其力学性能。以调整其力学性能。 （4 4）常用钢种）常用钢种 常用普通碳素结构钢的牌号、成分、力学常用普通碳素结构钢的牌号、成分、力学 性能及其应用如表性能及其应用如表5-45-4所示。所示。 Q195Q195钢碳含量较低，塑性好，常作铁钉、钢碳含量较低，塑性好，常作铁钉、 铁丝及各种薄板等，铁丝及各种薄板等，Q275Q275钢

47、属于中碳钢，强度钢属于中碳钢，强度 较高，能代替较高，能代替3030、4040钢制造零件，钢制造零件，Q235-CQ235-C， Q235-DQ235-D质量较好，可用于制作一些较重要的焊质量较好，可用于制作一些较重要的焊 接构件及机件。接构件及机件。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 2.2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢 常用的有常用的有05F05F、08F08F、1010、1515、 2020和和2525钢。一般碳素工程构件钢钢。一般碳素工程构件钢 强度低，其屈服强度较低，因此强度低，其屈服强度较低，因此 用于力学性能要求不高的工程

48、构用于力学性能要求不高的工程构 件。件。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 3.3.低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢 (1)(1)主要用途：主要用途： 主要用于制造各种要求强度较高的工主要用于制造各种要求强度较高的工 程结构，如桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输程结构，如桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输 油输气管道、大型钢结构等。油输气管道、大型钢结构等。 （2 2）性能要求：）性能要求： 1) 1) 高强度：一般屈服强度在高强度：一般屈服强度在300 MPa300 MPa以上；以上； 2) 2) 足够的塑性和韧性；足够的塑性

49、和韧性； 3) 3) 良好的焊接性能和冷成型性能；良好的焊接性能和冷成型性能； 4) 4) 良好的耐蚀性；良好的耐蚀性； （3 3）成分特点：）成分特点： 1 1）含碳量：一般不超过）含碳量：一般不超过0.20.2； 2 2）合金元素：主加元素：）合金元素：主加元素：MnMn；附加元素：；附加元素：NbNb、TiTi、 V V、CuCu等。等。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 （4 4）热处理特点：）热处理特点： 一般在热轧空冷状态下使用，不需要进行一般在热轧空冷状态下使用，不需要进行 专门的热处理。若为改善焊接区性能，可进专门的热处

50、理。若为改善焊接区性能，可进 行正火。行正火。 （5 5）常用钢种：）常用钢种： Q345 Q345 （16Mn16Mn） 是我国低合金高强钢中用是我国低合金高强钢中用 量最多、产量最大的钢种。强度比普通碳素量最多、产量最大的钢种。强度比普通碳素 结构钢结构钢Q235Q235高约高约20%20%30%30%，耐大气腐蚀性能，耐大气腐蚀性能 高高20%20%38%38%。 Q420 Q420 （15MnVN15MnVN） 中等级别强度钢中使用中等级别强度钢中使用 最多的钢种。强度较高，且韧性、焊接性及最多的钢种。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、锅低温韧性也较好，被

51、广泛用于制造桥梁、锅 炉、船舶等大型结构。炉、船舶等大型结构。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 一）碳素铸钢一）碳素铸钢 1.1.主要用途：主要用途：适用于形状复杂且韧性、强适用于形状复杂且韧性、强 度要求较高的零件，包括韧性、强度要求度要求较高的零件，包括韧性、强度要求 较高的大型零件。较高的大型零件。 2.2.成分特点：成分特点：含碳量一般在含碳量一般在0.150.150.60.6 之间。之间。 3.3.热处理特点：热处理特点：退火、正火回火或淬火退火、正火回火或淬火 回火。回火。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工

52、艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 二）渗碳钢二）渗碳钢 1.1.主要用途：主要用途：渗碳钢主要用于制造要求高耐磨，并渗碳钢主要用于制造要求高耐磨，并 承受动载荷的零件，如承受动载荷的零件，如汽车、拖拉机上的变速齿轮、汽车、拖拉机上的变速齿轮、 内燃机上的凸轮、活塞销等，通常尺寸小的、受力小内燃机上的凸轮、活塞销等，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的，采用低碳钢，而尺寸大的、受力大的则采用低碳 合金钢。合金钢。 2.2.性能要求：性能要求： 1) 1) 表面渗碳层硬度高；表面渗碳层硬度高； 2) 2) 心部具有高的韧性和足够高的强度；心部具有高的韧性

53、和足够高的强度； 3) 3) 有良好的热处理工艺性能有良好的热处理工艺性能 ； 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 3.3.成分特点：成分特点： 1) 1) 低碳：碳质量分数一般为低碳：碳质量分数一般为0.10%0.10%0.25%0.25%，使零，使零 件心部有足够的塑性和韧性。件心部有足够的塑性和韧性。 2) 2) 加入提高淬透性的合金元素：常加入加入提高淬透性的合金元素：常加入CrCr、NiNi、 MnMn、B B等。等。 3) 3) 加入细化晶粒的元素：主要加入加入细化晶粒的元素：主要加入TiTi、V V、W W、MoMo 等，等

54、， 4.4.热处理特点：热处理特点： （1 1）预备热处理：一般采用正火处理，对高淬透性）预备热处理：一般采用正火处理，对高淬透性 的渗碳钢，则采用空冷淬火的渗碳钢，则采用空冷淬火+ +高温回火，以获得回火索高温回火，以获得回火索 氏体组织，改善切削加工性能。氏体组织，改善切削加工性能。 （2 2）最终热处理：一般采用渗碳后直接淬火或渗碳）最终热处理：一般采用渗碳后直接淬火或渗碳 后二次淬火加低温回火的热处理。后二次淬火加低温回火的热处理。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 5.5.常用钢种：常用钢种： （1 1）碳素渗碳钢：）碳素渗碳

55、钢：如如1515、2020钢，主要用于制造承钢，主要用于制造承 受载荷较低、形状简单、不太重要但要求耐磨的小型零受载荷较低、形状简单、不太重要但要求耐磨的小型零 件。件。 （2 2）合金渗碳钢：）合金渗碳钢：按照渗碳钢的淬透性大小，可按照渗碳钢的淬透性大小，可 分为三类：分为三类： 1 1）低淬透性渗碳钢）低淬透性渗碳钢。典型钢种为。典型钢种为20Cr20Cr，这类钢水淬临界，这类钢水淬临界 直径直径25mm100mm100mm，主要用于制造大截面、高载荷的重要耐磨，主要用于制造大截面、高载荷的重要耐磨 件，如飞机、坦克中的曲轴、大模数齿轮等。件，如飞机、坦克中的曲轴、大模数齿轮等。 工工 程

56、程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 6.6.典型零件加工工艺路线举例典型零件加工工艺路线举例 零件名称：载重汽车变速箱中间轴的三挡齿零件名称：载重汽车变速箱中间轴的三挡齿 轮。轮。 材材 料：料：20CrMnTi20CrMnTi钢。钢。 技术要求：要求渗碳层深度为技术要求：要求渗碳层深度为1.21.61.21.6，表，表 面硬度为面硬度为5662HRC5662HRC。 工艺路线：工艺路线： 下料下料锻造锻造正火正火车削加工车削加工加工齿形加工齿形渗碳渗碳 （930930）预冷淬火（预冷淬火（830830）低温回火（低温回火（200200） 磨削加

57、工磨削加工磨齿磨齿成品。成品。 工工 程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 三）调质钢三）调质钢 1.1.主要用途：主要用途： 广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上 的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆、螺栓等。的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆、螺栓等。 2.2.性能要求：性能要求：要求要求具有具有高的综合机械性能高的综合机械性能 。 3.3.成分特点：成分特点： 1) 1) 中碳：碳质量分数一般在中碳：碳质量分数一般在0.25%0.25%0.50%0.50%之间；之间； 2) 2) 加入提高淬

58、透性的元素加入提高淬透性的元素CrCr、MnMn、NiNi、SiSi等：等： 3) 3) 加入防止第二类回火脆性的元素：在钢中加入加入防止第二类回火脆性的元素：在钢中加入 MoMo、W W可以防止第二类回火脆性，可以防止第二类回火脆性， 4.4.热处理特点：热处理特点： 1 1）预备热处理：一般采用正火处理，对高淬透性的）预备热处理：一般采用正火处理，对高淬透性的 调质钢，则采用空冷淬火调质钢，则采用空冷淬火+ +高温回火，以获得回火索氏高温回火，以获得回火索氏 体组织，改善切削加工性能。体组织，改善切削加工性能。 2 2）最终热处理：一般采用调质处理。）最终热处理：一般采用调质处理。 工工

59、程程 材材 料料 及及 成成 形形 工工 艺艺 基基 础础 河南工业大学河南工业大学 5.5.常用钢种：常用钢种： （1 1）碳素调质钢：一般为中碳优质碳素结构钢，如）碳素调质钢：一般为中碳优质碳素结构钢，如3535、 4545、4040钢，适宜制造载荷较低，小而简单的调质工件。钢，适宜制造载荷较低，小而简单的调质工件。 （2 2）合金调质钢：）合金调质钢： 按淬透性的高低，调质钢大致可以分为三类：按淬透性的高低，调质钢大致可以分为三类： 1 1）低淬透性调质钢。典型钢种是）低淬透性调质钢。典型钢种是40Cr40Cr，广泛用于制，广泛用于制 造一般尺寸的重要零件，如轴、齿轮、连杆螺栓等。造一般

60、尺寸的重要零件，如轴、齿轮、连杆螺栓等。 35SiMn35SiMn、40MnB40MnB是为节约铬而发展的代用钢种。是为节约铬而发展的代用钢种。 2 2）中淬透性调质钢。典型钢种为）中淬透性调质钢。典型钢种为40CrNi40CrNi，用于制造，用于制造 截面较大、承受较重载荷的零件，如曲轴、连杆等。截面较大、承受较重载荷的零件，如曲轴、连杆等。 3 3）高淬透性调质钢。典型钢种为）高淬透性调质钢。典型钢种为40CrNiMoA40CrNiMoA，用于，用于 制造大截面、承受重负荷的重要零件，如汽轮机主轴、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。压力机曲轴、