第四章 工业用钢

1、第四章第四章 工业用钢工业用钢概述工业用钢按化学成分分为工业用钢按化学成分分为碳素钢碳素钢和和合金钢合金钢两大类。两大类。碳素钢碳素钢是指含碳量低于是指含碳量低于2.11%2.11%的铁碳合金。的铁碳合金。合金钢合金钢是指为了提高钢是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。素所获得的铁基合金。 1 1、按化学成分、按化学成分 中碳钢中碳钢 0.250.6%C0.250.6%C高碳钢高碳钢 0.6%C0.6%C低碳钢低碳钢 0.25%C0.25%C低合金钢低合金钢 合金元素总量合金元素总量 5%5%中合金钢中合金钢 合金元素

2、总量合金元素总量 510%510%高合金钢高合金钢 合金元素总量合金元素总量 10%10%碳素钢碳素钢合金钢合金钢钢的分类和牌号钢的分类和牌号一、钢的分类一、钢的分类Q460EQ460E低合金高强钢低合金高强钢钢钢 类类碳碳 素素 钢钢合合 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0.0250.0200.0250.0152 2、按质量分、按质量分钢的质量是以钢的质量是以磷、硫磷、硫的含量来划分的。的含量来划分的。分为分为普

3、通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢. .根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下： 3 3、按冶炼方法分、按冶炼方法分转炉炼钢转炉炼钢平炉炼钢平炉炼钢平炉钢平炉钢转炉钢转炉钢电炉钢电炉钢 按按 炉炉 别别 分分沸腾钢：沸腾钢：镇静钢：镇静钢：脱氧充分，组织致密，成材率低。脱氧充分，组织致密，成材率低。半镇静钢：半镇静钢：介于前两者之间。介于前两者之间。按脱氧程度分按脱氧程度分特殊镇静钢特殊镇静钢脱氧不充分，浇注时脱氧不充分，浇注时C C与与OO反应发反应发 生沸生沸腾。这种钢成材率高，但不致密。腾。这

4、种钢成材率高，但不致密。4 4、按金相组织分、按金相组织分珠光体钢珠光体钢贝氏体钢贝氏体钢马氏体钢马氏体钢铁素体钢铁素体钢奥氏体钢奥氏体钢莱氏体钢莱氏体钢 按正火组织分按正火组织分亚共析钢亚共析钢共共 析析 钢钢过共析钢过共析钢 按退火组织分按退火组织分贝氏体钢板贝氏体钢板5 5、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 钢钢调调 质质 钢钢弹弹 簧簧 钢钢滚动轴承钢滚动轴承钢耐耐 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 钢钢弹弹 簧簧 钢钢我

5、国钢材的编号是采用我国钢材的编号是采用汉语拼音字母、化学元素符号汉语拼音字母、化学元素符号和和阿拉伯数阿拉伯数字字相结合的方法。相结合的方法。采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时，采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母。一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母。为了管理和使用的方便，每一种合金钢都应该有一个简明的为了管理和使用的方便，每一种合金钢都应该有一个简明的编号。世界各国钢的编号方法不一样。钢编号的原则主要有编号。世界各国钢的编号方法不一样。钢编号的原则主要有两条：两条：（1 1）根据

6、编号可以大致看出该钢的成分。）根据编号可以大致看出该钢的成分。（2 2）根据编号可大致看出该钢的用途。）根据编号可大致看出该钢的用途。钢的编号钢的编号常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号表示符号（GB/T 2212000）名称名称符号符号位置位置名称名称符号符号位置位置碳素结构钢碳素结构钢Q头头桥梁用钢桥梁用钢q尾尾低合金高强度钢低合金高强度钢Q头头锅炉用钢锅炉用钢g尾尾易切削钢易切削钢Y头头焊接气瓶用钢焊接气瓶用钢HP尾尾碳素工具钢碳素工具钢T头头车辆车轴用钢车辆车轴用钢LZ头头(滚珠滚珠)轴承钢轴承钢G头头机车车轴用钢机车车轴用钢JZ头头焊接

7、用钢焊接用钢H头头沸腾钢沸腾钢F尾尾铆螺钢铆螺钢ML头头半镇静钢半镇静钢b尾尾船用钢船用钢国际符号国际符号镇静钢镇静钢Z尾尾汽车大梁用钢汽车大梁用钢L尾尾特殊镇静钢特殊镇静钢TZ尾尾压力容器用钢压力容器用钢R尾尾质量等级质量等级A.B.C.D.E尾尾第一节第一节 碳素钢碳素钢一、一、 化学成分对碳钢性能的影响化学成分对碳钢性能的影响 （1 1）含碳量的影响）含碳量的影响n亚共析钢随含碳量增加，亚共析钢随含碳量增加，P P 量增加，钢量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。n0.77%C0.77%C时，组织为时，组织为100% P,100% P,钢的性能钢的

8、性能即即P P的性能。的性能。n0.9%C0.9%C，FeFe3 3C C为晶界连续网状，强为晶界连续网状，强度下降度下降, , 但硬度仍上升。但硬度仍上升。n2.11%C2.11%C，组织中有以，组织中有以FeFe3 3C C为基的为基的Le,Le,合金太脆合金太脆. .（2 2）杂志元素的影响）杂志元素的影响钢中的杂质一般是指钢中的杂质一般是指Mn、Si、P、S，是由原料带入或脱氧残留的元素。，是由原料带入或脱氧残留的元素。1 1、Mn: Mn: 0.8%0.8%时为杂质时为杂质, , 是有益元素是有益元素。作用为：作用为： 强化铁素体；强化铁素体； 消除硫的有害作用。消除硫的有害作用。2

9、 2、 Si Si： 0.5%0.5%时为杂质，是有益元素时为杂质，是有益元素。作用为：作用为： 强化铁素体；强化铁素体； 增加钢液流动性增加钢液流动性3 3、 S S为为有害元素，含量应有害元素，含量应控制在控制在0.045%0.045%以下。以下。常以常以FeSFeS形式存在。易与形式存在。易与FeFe在晶界上形成在晶界上形成低熔点共晶低熔点共晶(985)(985)，热加，热加工时工时(11501200)(11501200)，由于其熔化而导致开裂，称，由于其熔化而导致开裂，称热脆性。热脆性。MnMn可以消除硫的有害作用，通过反应生成高熔点的可以消除硫的有害作用，通过反应生成高熔点的MnS

10、(1600)MnS (1600)FeS + Mn Fe + MnSFeS + Mn Fe + MnS4 4、P P：也是有害元素，：也是有害元素， P P一般控制在一般控制在0.045%0.045%以下。以下。能全部溶入铁素体中，使钢在常温下硬度提高，能全部溶入铁素体中，使钢在常温下硬度提高，塑性、韧性塑性、韧性急剧下降，称冷脆性急剧下降，称冷脆性。比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性于冷脆性于1938年冬发生断裂坠入河中年冬发生断裂坠入河中 n NN：室温下室温下NN在铁素体中溶解度在铁素体中溶解度很低，钢中过饱和很低，钢中过饱和NN在常温放置过在常温放置过

11、程中以程中以FeNFeN、FeFe4 4NN形式析出使钢变形式析出使钢变脆脆, , 称称时效脆化。时效脆化。n加加TiTi、V V、AlAl等元素可使等元素可使NN固定，消固定，消除时效倾向。除时效倾向。n OO：氧在钢中以氧化物的形式存氧在钢中以氧化物的形式存在，其与基体结合力弱，不易变形，在，其与基体结合力弱，不易变形，易成为疲劳裂纹源易成为疲劳裂纹源。钢中钢中TiN夹杂夹杂钢中氧化物夹杂钢中氧化物夹杂5 5、气体元素、气体元素 H H：常温下氢在钢中的溶解度也很低，当氢在钢中以原子态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，引起溶解时，降低韧性，引起氢脆氢脆。n当

12、氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂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，纹，其内壁为白色，称称白点或发裂白点或发裂。二、碳素钢的牌号和用途二、碳素钢的牌号和用途 1 1、碳素结构钢、碳素结构钢（1 1）成分：）成分：0.4%C, P0.4%C, P、S S量及非金属量及非金属夹杂较多。夹杂较多。（2 2）性能：可焊性、塑性好。）性能：可焊性、塑性好。（3 3）热处理：不进行专门热处理，热轧空冷态下使用。）热处理：不进行专门热处理，热轧空冷态下使用。（4 4）使用状态下组织：）使用状态下组织：F+PF+P（5 5）用途）用途常以热轧板、带、棒及型钢

13、使用，用量约占钢材总量的常以热轧板、带、棒及型钢使用，用量约占钢材总量的70%70%。用于建筑结构，适合焊接、铆接、栓接等。用于建筑结构，适合焊接、铆接、栓接等。Q235Q235QQ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MPaMPa；质量等级符号为质量等级符号为A A、B B、C C、D D、E E。由。由A A到到E E，其，其P P、S S含量依次含量依次下降，质量提高。下降，质量提高。脱氧方法符号脱氧方法符号: : 沸腾钢沸腾钢FF；镇静钢；镇静钢ZZ；半镇静钢；半镇静钢bb；特殊；特殊镇静钢镇静钢TZTZ。如碳素结构钢牌号表示为如碳素结构钢牌号表示为Q235A

14、FQ235AF、Q235BZQ235BZQ+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+ +脱氧方法符号脱氧方法符号（6 6）牌号）牌号如如4545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%0.45%）的优质碳素）的优质碳素结构钢。结构钢。2 2、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢含含MnMn量为量为0.71.0%0.71.0%时，在两位数字后加元素符号时，在两位数字后加元素符号“Mn”Mn”，如，如40Mn40Mn。对于沸腾钢和半镇静钢对于沸腾钢和半镇静钢, , 在钢号后分别加字母在钢号后分别加字母F F和和b b，如，如08F08F、10b10b

15、。高级优质钢在钢号后加字母高级优质钢在钢号后加字母A A，如，如20A20A。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这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几的万分之几。l含碳量含碳量 0.05%-0.80% 0.05%-0.80%，钢的有害杂质较少，强度、塑性和，钢的有害杂质较少，强度、塑性和韧性均比普通碳素结构钢，用于制造较重要的机械零件。韧性均比普通碳素结构钢，用于制造较重要的机械零件。3 3、碳素工具钢、碳素工具钢 平均平均含碳量较高（含碳量较高（0.65-1.35%0.65-1.35%），），S S、P P含量低。含量低。 硬度高，耐磨性好，塑性低。随含碳量提高

16、，碳化物量增加，耐硬度高，耐磨性好，塑性低。随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韧性下降。磨性提高，但韧性下降。 用于制造各种低速切削的刀具、量具和模具。用于制造各种低速切削的刀具、量具和模具。（一）成分与性能要求（一）成分与性能要求（二）热处理及组织（二）热处理及组织 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 球化退火目的：球化退火目的： 降低硬度降低硬度, , 便于加工便于加工; ; 为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。 使用状态下的组织：使用状态下的组织： MM回回+ +颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(+A(少量少量) ) T12T12钢正常淬火组织钢正常

17、淬火组织T + T + 数字数字T T表示表示“碳素工具钢碳素工具钢” ” ，数字表示平均含碳量的千分，数字表示平均含碳量的千分之几，如之几，如T8T8、T12T12。注：碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在注：碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在钢号后加钢号后加“A”A”，如，如T8AT8A。 由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸制造小尺寸的手工工具和低速刃具的手工工具和低速刃具。 （三）牌号（三）牌号丝锥丝锥锉刀锉刀手锯条手锯条钻头钻头T7T9T7T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、

18、锤子等子、锤子等。T10T11T10T11：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车刀等。制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车刀等。T12T13T12T13：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。牌号牌号化学成分（质量分数，化学成分（质量分数，%）硬度硬度用途用途C CMnMnSi Si退火后退火后（HBWHBW）淬火后淬火后（HRCHRC）T70.65-0.740.20-0.400.15-0.3518762用作受冲击的工用作受冲击的工具，如锤子、螺具，如锤子、螺钉等钉等T80.75-0.840.20-0.400.15-0.3518762用作低速切削刀用作低速切削刀具，如锯条、木具

19、，如锯条、木工刀具、虎钳钳工刀具、虎钳钳口等口等T100.95-1.040.20-0.400.15-0.3519762低速切削刀具、低速切削刀具、小型冷冲模具、小型冷冲模具、形状简单的量具形状简单的量具T121.15-1.240.20-0.400.15-0.3520762用作不受冲击，用作不受冲击，但硬度高、耐磨但硬度高、耐磨性好的工具，如性好的工具，如锉刀、丝锥等锉刀、丝锥等碳素工具钢的牌号、成分、性能与用途碳素工具钢的牌号、成分、性能与用途第二节第二节 低合金钢低合金钢1 1、性能要求、性能要求高强度及足够韧性；良好的焊接性能；良好的耐蚀性及低的高强度及足够韧性；良好的焊接性能；良好的耐蚀

20、性及低的韧脆转变温度。韧脆转变温度。2 2、成分特点、成分特点 低碳：低碳：0.2%C0.2%C； 合金元素：主要是合金元素：主要是MnMn，还有少量，还有少量V V、TiTi、NbNb等。等。3 3、热处理、热处理大多数热轧空冷后使用，少数可用大多数热轧空冷后使用，少数可用正火正火+ +高温回火高温回火处理处理4 4、使用状态下组织、使用状态下组织：F+PF+PQ+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+ +脱氧方法符号脱氧方法符号低合金钢是指低合金钢是指合金总量较低（合金总量较低（3%3%）、含碳量也较低）、含碳量也较低的合金结构钢。的合金结构钢。通常在通常在退火或

21、正火退火或正火状态下使用，成形后不进行热处理。状态下使用，成形后不进行热处理。与碳素钢相比，具有与碳素钢相比，具有较高的强度、塑性、韧性和耐蚀较高的强度、塑性、韧性和耐蚀性性，且具有良好的焊接性，广泛用于制造桥梁、汽车、，且具有良好的焊接性，广泛用于制造桥梁、汽车、铁道、船舶、锅炉、高压容器、矿用设备等。铁道、船舶、锅炉、高压容器、矿用设备等。牌号同碳素钢一致：牌号同碳素钢一致：5 5、牌号、牌号低合金高强度结构钢都是低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢镇静钢或特殊镇静钢，其，其牌号中没有表示脱氧方法的符号，如牌号中没有表示脱氧方法的符号，如Q345CQ345C。根据需要，低合金高强度结构

22、钢的牌号也可以采用根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几表示平均含碳量的万分之几）和）和化学元素符号，按顺序表示，如化学元素符号，按顺序表示，如16Mn16Mn。l* *说明：通常情况下，说明：通常情况下，屈服强度值小屈服强度值小300MPa300MPa时为碳素结构钢，大时为碳素结构钢，大于于300MPa300MPa时为低合金时为低合金高强度钢。高强度钢。Q460E低合金高强钢低合金高强钢6 6、用途：、用途：nQ345Q345钢钢(16Mn)(16Mn)综合性能好，综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构

23、。型钢结构。nQ390Q390钢含钢含V V、TiTi、NbNb，强度强度高，用于中等压力的压力容高，用于中等压力的压力容器。器。nQ460Q460钢含钢含MoMo、B B，正火组正火组织为贝氏体，织为贝氏体，强度高强度高, ,用于石用于石化中温高压容器。化中温高压容器。南京长江大桥南京长江大桥第三节第三节 合金钢合金钢一、合金结构钢一、合金结构钢两位数字（表示平均含碳量的万分之几）两位数字（表示平均含碳量的万分之几）+ +合金元素符号合金元素符号+ +该元素百分含量数字该元素百分含量数字+ 当合金元素的平均含量小于当合金元素的平均含量小于1.50%1.50%时，只标元素符号，不标含量；时，只

24、标元素符号，不标含量； 当合金元素的平均含量为当合金元素的平均含量为1.502.49%1.502.49%、2.50 3.49%2.50 3.49%、3.504.49%3.504.49%、4.505.49%4.505.49%、时，在相应的合金元素符号后标时，在相应的合金元素符号后标2 2、3 3、4 4、5 5 等等数字。如数字。如20CrNi320CrNi3，16MnNb16MnNb（Mn1.0-1.4%Mn1.0-1.4%，Nb0.015-0.05%Nb0.015-0.05%）。）。 高级优质钢在牌号后加字母高级优质钢在牌号后加字母A A，如，如60Si2MnA60Si2MnA。特级优质钢在

25、牌号后加字特级优质钢在牌号后加字母母E E，如，如30CrMnSiE30CrMnSiE。 所有合金钢的合金元素量标法相同所有合金钢的合金元素量标法相同含碳量含碳量+ +合金元素符号合金元素符号+ +该元素百分含量该元素百分含量+ 当含碳量当含碳量小于小于1.00%1.00%时，含碳量用一位数字标明，这一位时，含碳量用一位数字标明，这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如数字表示平均含碳量的千分之几，如8MnSi8MnSi；当含碳量；当含碳量大大于于1.00%1.00%时，不标含碳量。时，不标含碳量。 高速钢不标含碳量，如高速钢不标含碳量，如W6Mo5Cr4V2(W6Mo5Cr4V2(含含0.85

26、%C)0.85%C)。 含铬量小于含铬量小于1%1%时，在含铬量时，在含铬量( (以以千分之一为单位千分之一为单位) )前加数字前加数字“0”0”，如，如Cr06Cr06。二、合金工具钢二、合金工具钢1 1、高硬度、高硬度 (HRC60),(HRC60),主要取主要取决于含碳量。决于含碳量。 2 2、高耐磨性、高耐磨性 靠高硬度和析出靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。细小均匀硬碳化物来达到。3 3、高热硬性、高热硬性 即高温下保持高即高温下保持高硬度的能力。硬度的能力。4 4、足够的韧性、足够的韧性 以防止脆断和以防止脆断和崩刃。崩刃。车刀工作时主要是承受压应力车刀工作时主要是承受压应力和

27、弯曲应力，受到很大的机械磨和弯曲应力，受到很大的机械磨损。机床的震动，要求刀具有一损。机床的震动，要求刀具有一定的定的耐冲击性能耐冲击性能。连续低速切削。连续低速切削时，要求车刀有时，要求车刀有高的硬度、耐磨高的硬度、耐磨性和适当的弯曲强度性和适当的弯曲强度，防止刃部，防止刃部磨钝。连续高速切削时，由于车磨钝。连续高速切削时，由于车刀与工件接触，刃部温度会迅速刀与工件接触，刃部温度会迅速升高，这就要求车刀有较高的热升高，这就要求车刀有较高的热稳定性（又称稳定性（又称热硬性或红硬性热硬性或红硬性）。合金刃具钢合金刃具钢用来制造各种切削刀具的钢种用来制造各种切削刀具的钢种三、特殊性能钢三、特殊性能钢耐热钢耐热钢是指具有特殊物理、化学