第5章碳素钢与合金钢

1、机机 械械 制制 造造 基基 础础第第5 5章章 碳素钢与合金钢碳素钢与合金钢 钢按化学成分可分为碳素钢钢按化学成分可分为碳素钢( (简称碳钢简称碳钢) )和合金钢。碳钢以和合金钢。碳钢以铁、碳为其主要成分，含有少量锰、硅、硫、磷等常存杂铁、碳为其主要成分，含有少量锰、硅、硫、磷等常存杂质元素。由于碳素钢的品种齐全、生产简单、价格低廉，质元素。由于碳素钢的品种齐全、生产简单、价格低廉，通过不同的热处理后，可获得不同的力学性能，能满足某通过不同的热处理后，可获得不同的力学性能，能满足某些工业生产的要求，但碳素钢的强度及淬透性低、红硬性些工业生产的要求，但碳素钢的强度及淬透性低、红硬性差，因而使用

2、领域受到限制。为了改善碳钢的使用性能和差，因而使用领域受到限制。为了改善碳钢的使用性能和工艺性能，在冶炼时，有目的地加入一些合金之素，这类工艺性能，在冶炼时，有目的地加入一些合金之素，这类钢称为合金钢。满足一般工程机械、普通机械零件、工具钢称为合金钢。满足一般工程机械、普通机械零件、工具的使用要求，因此在工业生产中得到广泛的应用。的使用要求，因此在工业生产中得到广泛的应用。5.1钢的分类与编号钢的分类与编号 为了便于生产、使用和管理，对品种繁多的钢必须进行分为了便于生产、使用和管理，对品种繁多的钢必须进行分类与编号。钢的分类方法很多，根据类与编号。钢的分类方法很多，根据GB/T13304-9l

3、GB/T13304-9l（钢分（钢分类）国家标准，同时又考虑常用钢产品分类和编号方法加类）国家标准，同时又考虑常用钢产品分类和编号方法加以阐述。以阐述。 5.1.15.1.1钢的分类钢的分类 1 1）按化学成分分类）按化学成分分类 碳素钢碳素钢( (新国标称为非合金钢新国标称为非合金钢) ) 按碳的质量分数又可分为：按碳的质量分数又可分为： 低碳钢低碳钢( ( c c0.25%0.25% 中碳钢中碳钢( ( c c0.250.250.600.60) ) 高碳钢高碳钢( ( c c0.600.60) ) 合金钢合金钢按钢中主要合金元素种类不同，又可分为锰钢、铬钢、硼钢、按钢中主要合金元素种类不同

4、，又可分为锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、铬锰钢等。铬镍钢、铬锰钢等。2 2）按钢的冶金质量和钢中有害杂质元素硫、磷的含量分类）按钢的冶金质量和钢中有害杂质元素硫、磷的含量分类 普通质量钢普通质量钢 ( ( s=0.035%s=0.035%0.0500.050， p=0.035p=0.0350.0450.045) ) 优质钢优质钢 ( ( s s、 p p均均0.0350.035) ) 高级优质钢高级优质钢 ( ( s =0.020s =0.0200.0300.030， p p0.0250.0250.0300.030) ) 特级优质钢特级优质钢 ( ( s0.015s0.015， p0.025p0.

5、025) ) 3 3）按用途分类）按用途分类 结构钢结构钢 工程结构用钢。它包括桥梁工程、船舶工程、车辆工程、建筑工工程结构用钢。它包括桥梁工程、船舶工程、车辆工程、建筑工程用钢。属于这类钢的有碳素结构钢，低合金高强度结构钢。程用钢。属于这类钢的有碳素结构钢，低合金高强度结构钢。 机器零件用钢。它包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。机器零件用钢。它包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。 工具钢工具钢 根据用途不同，可分为刃具钢、模具钢和量具钢。根据用途不同，可分为刃具钢、模具钢和量具钢。 特殊性能钢特殊性能钢 指具有某种特殊的物理或化学性能的钢种，用于有特殊要指具有某种特殊的物理或化

6、学性能的钢种，用于有特殊要求的零件或结构，如不锈钢、耐热钢，耐磨钢等。求的零件或结构，如不锈钢、耐热钢，耐磨钢等。 5.1.25.1.2钢的编号钢的编号（1 1）碳钢的编号方法）碳钢的编号方法1 1）碳素结构钢）碳素结构钢 屈服点屈字的拼音字母屈服点屈字的拼音字母Q Q屈服极限数值质量等级符号脱氧方法符号屈服极限数值质量等级符号脱氧方法符号A A、B B、C C、D D表示质量等级，它反映了碳素钢结构中有害杂质（表示质量等级，它反映了碳素钢结构中有害杂质（S S、P P）含）含量的多少；量的多少；F F、b b、Z Z、TZTZ依次表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢，一般情依次表示沸腾钢

7、、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢，一般情况下符号况下符号Z Z与与TZTZ在牌号表示中可省略。在牌号表示中可省略。 例如例如Q235AFQ235AF，即表示屈服点为，即表示屈服点为235N235Nmm2mm2、A A等级质量的沸腾钢。等级质量的沸腾钢。 碳素结构钢牌号表示方法由四个部分按顺序组成：碳素结构钢牌号表示方法由四个部分按顺序组成：2 2）优质碳素结构钢的编号方法）优质碳素结构钢的编号方法其牌号用两位数字表示，两位数字表示钢中平均碳质量分数的万倍。其牌号用两位数字表示，两位数字表示钢中平均碳质量分数的万倍。 例如例如4545钢，表示平均钢，表示平均 c =0.45%c =0.45%；08

8、08钢表示平均钢表示平均 c =0.08%c =0.08%。 优质碳素结构钢按锰的质量分数不同，分为两组：优质碳素结构钢按锰的质量分数不同，分为两组：普通锰普通锰( ( MnMn0.25%0.25%0.80%)0.80%)较高锰的较高锰的( ( Mn=0.70%Mn=0.70%1.20%)1.20%)钢。钢。 较高锰的优质碳素结构钢牌号数字后加较高锰的优质碳素结构钢牌号数字后加“Mn”Mn”，如，如45Mn45Mn。3 3）碳素工具钢）碳素工具钢 其牌号以其牌号以“T”T”开头，后面的数字表示平均碳的质量分数的千倍开头，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级优质两类。若为

9、高级优质钢，则在数字后碳素工具钢分优质和高级优质两类。若为高级优质钢，则在数字后面加面加“A”A”字。字。例如例如T8AT8A钢，表示平均钢，表示平均 c =0.8%c =0.8%的高级优质碳素工具钢。的高级优质碳素工具钢。 对含较高锰的对含较高锰的( ( MnMn0.400.400.60%)0.60%)的碳素工具钢，则在数字后加的碳素工具钢，则在数字后加“Mn”Mn”，如，如T8MnT8Mn、T8MnAT8MnA等。等。4 4）铸造碳钢）铸造碳钢 其牌号用其牌号用“ZG”ZG”代表铸钢二字汉语拼音首位字母，后面第一组数字为代表铸钢二字汉语拼音首位字母，后面第一组数字为屈服强度屈服强度( (单

10、位单位N/mmN/mm2 2) )，第二组数字为抗拉强度，第二组数字为抗拉强度( (单位单位N/mmN/mm2 2) )。 例如例如ZG200-400ZG200-400，表示屈服强度，表示屈服强度s(s(或或0.2)200N/mm0.2)200N/mm2 2，抗拉强度，抗拉强度b400N/mmb400N/mm2 2的铸造碳钢件。的铸造碳钢件。 （2 2）合金钢的编号方法）合金钢的编号方法1 1）低合金高强度结构钢）低合金高强度结构钢其牌号由代表屈服点的字母其牌号由代表屈服点的字母Q Q屈服极限数值质量等级符号屈服极限数值质量等级符号 质量等级符号（质量等级符号（A A、B B，C C、D D、

11、E E） 例如例如Q390AQ390A，表示屈服强度，表示屈服强度ss390N/mm2390N/mm2、质量等级、质量等级A A的低合金高强度结的低合金高强度结构钢构钢 2 2）合金结构钢）合金结构钢 其牌号由其牌号由“两位数字十元素符号两位数字十元素符号+ +数字数字”三部分组成。三部分组成。 前面两位数字代表钢中平均碳质量分数的万倍；前面两位数字代表钢中平均碳质量分数的万倍；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平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平均质量分数的百倍。均质量分数的百倍。合金元素的平均质量分数合金元素的平均质量分数 MeMe1.

12、5%1.5%时，一般只标明元素而不标明数值；时，一般只标明元素而不标明数值；当平均质量分数当平均质量分数1.51.5、2.52.5、3.5%3.5%，时，则在合金元素后面时，则在合金元素后面相应地标出相应地标出2 2， 3 3，4 4，。 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：40Cr40Cr，其平均碳的质量分数，其平均碳的质量分数 c=0.4c=0.4，平均铬的质量分数，平均铬的质量分数 CrCr1.51.5。又如：。又如：38CrMoAlA38CrMoAlA钢，则属于高级优质合金结构钢。钢，则属于高级优质合金结构钢。 3 3）滚动轴承

13、钢）滚动轴承钢 在牌号前面加在牌号前面加“G”G”，后面数字表示铬的质量分数的千倍，后面数字表示铬的质量分数的千倍，其碳的质量分数不标出。其碳的质量分数不标出。 例如例如GCr15GCr15钢，就是平均铬的质量分数钢，就是平均铬的质量分数 CrCr1.51.5的滚动轴承钢。的滚动轴承钢。 铬轴承钢中若含有除铬外的其它合金元素时，这些元素的表示方法铬轴承钢中若含有除铬外的其它合金元素时，这些元素的表示方法同一般的合金结构钢。滚动轴承钢都是高级优质钢，但牌号后不加同一般的合金结构钢。滚动轴承钢都是高级优质钢，但牌号后不加“A”A”。 4 4）合金工具钢）合金工具钢 当当 c c1 1时，用一位数字

14、表示碳的质量分数的千倍时，用一位数字表示碳的质量分数的千倍 当碳的质量分数当碳的质量分数1%1%时，则不予标出时，则不予标出 合金元素的标注与合金结构钢相同合金元素的标注与合金结构钢相同例如例如Cr12MoVCr12MoV钢，其平均碳的质量分数为钢，其平均碳的质量分数为 c=1.45c=1.451.70%1.70%，所以不，所以不标出；标出；CrCr的平均质量分数为的平均质量分数为1212，MoMo和和V V的质量分数都是小于的质量分数都是小于1.5%1.5%。又如又如9SiCr9SiCr钢，其平均钢，其平均 c=0.9c=0.9，平均，平均 CrCr均均1.51.5。 高速工具钢例外，其平均

15、碳的质量分数无论多少均不标出。因合金工高速工具钢例外，其平均碳的质量分数无论多少均不标出。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“A”A”。5 5）不锈钢与耐热钢）不锈钢与耐热钢 钢牌号前面数字表示碳质量分数的千倍，其它元素标注与合金结构钢相同钢牌号前面数字表示碳质量分数的千倍，其它元素标注与合金结构钢相同 例如例如3Crl33Crl3钢，表示平均钢，表示平均 c c0.30.3，平均，平均 CrCr1313。 5.25.2钢中常存杂质元素的影响钢中常存杂质元素的影响 1 1、硅的影响、硅的影响 硅能溶于铁素

16、体，使铁素体强化，从而提高钢的强度。作硅能溶于铁素体，使铁素体强化，从而提高钢的强度。作为杂质元素时，其硅的质量分数一般不超过为杂质元素时，其硅的质量分数一般不超过0.5%0.5%，一般为，一般为 SiSi0.4%0.4%。硅在钢中是有益之素，但当含量不多作为杂。硅在钢中是有益之素，但当含量不多作为杂质存在，对钢的性能影响不大。质存在，对钢的性能影响不大。2 2、锰的影响、锰的影响 在室温下，锰溶于铁素体，使铁素体强化，也能溶于渗碳在室温下，锰溶于铁素体，使铁素体强化，也能溶于渗碳体，提高渗碳体硬度，对钢有一定强化作用。锰在钢中作体，提高渗碳体硬度，对钢有一定强化作用。锰在钢中作为杂质元素时，

17、为杂质元素时， MnMn0.8%0.8%，它是一种有益元素。，它是一种有益元素。3 3、硫的影响、硫的影响 硫在钢中是有害杂质。会引起钢的热脆，因此，钢中硫的硫在钢中是有害杂质。会引起钢的热脆，因此，钢中硫的质量分数必须严格控制。质量分数必须严格控制。 为了消除硫所形成的热脆，在炼钢时必须增加锰。为了消除硫所形成的热脆，在炼钢时必须增加锰。 硫虽然产生热脆，但对改善钢材的切削加工性能却有利。硫虽然产生热脆，但对改善钢材的切削加工性能却有利。 4 4、磷的影响、磷的影响 磷是由生铁带入钢中的杂质。磷能全部溶于铁素体，提高磷是由生铁带入钢中的杂质。磷能全部溶于铁素体，提高了铁素体的强度，硬度，但在

18、室温下钢的塑性、韧性急剧了铁素体的强度，硬度，但在室温下钢的塑性、韧性急剧下降，变脆，这种现象称为冷脆。所以，磷是一种有害杂下降，变脆，这种现象称为冷脆。所以，磷是一种有害杂质元素，因此要严格控制磷在钢中的含量。质元素，因此要严格控制磷在钢中的含量。 磷的有害作用在一定条件下也可以转化，例如易切削钢，磷的有害作用在一定条件下也可以转化，例如易切削钢，把磷的含量提高到把磷的含量提高到 p p0.05%0.05%0.15%0.15%，使铁素体脆化，使铁素体脆化，从而改善钢的切削加工性能。从而改善钢的切削加工性能。5.35.3合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用 在冶炼钢的过程中有目的地加入一些

19、元素，这些元素称为在冶炼钢的过程中有目的地加入一些元素，这些元素称为合金元素。常用的合金元素有：锰合金元素。常用的合金元素有：锰( ( MnMn1 1) )、硅、硅( ( SiSi0.50.5) )、铬、镍、钼、钨、钒、钛、锆、铝、钴、硼、铬、镍、钼、钨、钒、钛、锆、铝、钴、硼、稀土（稀土（RERE）等。钢中加入合金元素改变钢的组织结构和力）等。钢中加入合金元素改变钢的组织结构和力学性能，同时也改变钢的相变点和合金状态图。学性能，同时也改变钢的相变点和合金状态图。5.3.15.3.1合金元素在钢中存在形式合金元素在钢中存在形式（1 1）强化铁素体）强化铁素体 绝大多数合金元素都可或多或少地溶于

20、铁素体中，形成合绝大多数合金元素都可或多或少地溶于铁素体中，形成合金铁素体。金铁素体。合金元素溶入铁素体后，引起铁素体晶格畸变，另外合金元素还合金元素溶入铁素体后，引起铁素体晶格畸变，另外合金元素还易分布在晶体缺陷处，使位错移动困难。从而提高了钢的塑性变易分布在晶体缺陷处，使位错移动困难。从而提高了钢的塑性变形抗力，产生固溶强化，使铁素体的强度、硬度提高，但塑性、形抗力，产生固溶强化，使铁素体的强度、硬度提高，但塑性、韧性都有下降趋势。韧性都有下降趋势。硅、锰能显著提高铁素体强度、硬度，但当硅、锰能显著提高铁素体强度、硬度，但当 sisi0.6%0.6%、 MnMn1.5%1.5%时，时，将降

21、低其韧性。将降低其韧性。 铬、镍这两个元素，在适量范围内铬、镍这两个元素，在适量范围内( ( Cr2%Cr2%， Ni5%)Ni5%)，不但可提高，不但可提高铁素体的硬度，而且能提高其韧性。铁素体的硬度，而且能提高其韧性。 （2 2）形成合金碳化物）形成合金碳化物 钢中形成的合金碳化物的类型主要有：合金渗碳体和特殊钢中形成的合金碳化物的类型主要有：合金渗碳体和特殊碳化物。碳化物。 合金碳化物的种类、性能和在钢中分布状态会直接影响到钢的性能。合金碳化物的种类、性能和在钢中分布状态会直接影响到钢的性能。合金碳化物显著增加了钢的强度、硬度与耐磨性。合金碳化物显著增加了钢的强度、硬度与耐磨性。 通常钒

22、、铌，锆，钛为强碳化物形成元素；铬、钼、钨为中强碳化物通常钒、铌，锆，钛为强碳化物形成元素；铬、钼、钨为中强碳化物形成元素；锰为弱碳化物形成元素。形成元素；锰为弱碳化物形成元素。5.3.2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）改变了奥氏体区的范围）改变了奥氏体区的范围铜、锰、镍等这类合金元素使铜、锰、镍等这类合金元素使A3A3、A1A1温度下降，温度下降，GSGS线向左下方移动，线向左下方移动，这类元素大都具有面心立方晶格，这类元素大都具有面心立方晶格，随着锰、镍含量的增大，会使相随着锰、镍含量的增大，会使相图中奥氏体区一直延展到室温下。图中奥氏体区一直

23、延展到室温下。因此，它在室温的平衡组织是稳因此，它在室温的平衡组织是稳定的单相奥氏体，这种钢称奥氏定的单相奥氏体，这种钢称奥氏体钢，如右图所示。体钢，如右图所示。铝、铬、钼、钨、钒、硅、钛等，铝、铬、钼、钨、钒、硅、钛等，这类合金元素使这类合金元素使A3A3和和A1A1温度升高，温度升高， GSGS线向左上方移动，如右图所示。线向左上方移动，如右图所示。随着钢中这类元素含量的增大，随着钢中这类元素含量的增大，可使相图中奥氏体区消失，此时，可使相图中奥氏体区消失，此时，钢在室温下的平衡组织是单相的钢在室温下的平衡组织是单相的铁素体，这种钢称为铁素体钢。铁素体，这种钢称为铁素体钢。2 2）改变）改

24、变Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图S S、E E点位置点位置 大多数合金元素均能使大多数合金元素均能使S S点、点、E E点左移。共析钢中碳的质量分数就不是点左移。共析钢中碳的质量分数就不是 c c =0.77%=0.77%，而是，而是 c c0.77%0.77%。出现共晶组织的最低碳的质量分数不再是。出现共晶组织的最低碳的质量分数不再是 c c =2.11=2.11，而是，而是 c c2.112.11。例如，含例如，含 c=0.4%c=0.4%的碳钢原属亚共析钢，当加入的碳钢原属亚共析钢，当加入 Cr=12%Cr=12%后就成了共析钢。后就成了共析钢。又如含又如含 c c0.70.7

25、0.80.8的高速钢，由于大量合金元素的加入，在铸态组的高速钢，由于大量合金元素的加入，在铸态组织中却出现合金莱氏体，这种钢称为莱氏体钢。织中却出现合金莱氏体，这种钢称为莱氏体钢。5.3.35.3.3合金元素对钢的热处理影响合金元素对钢的热处理影响 （1 1）合金元素对钢加热时转变影响）合金元素对钢加热时转变影响 大多数合金元素（除钴，镍外），减缓了碳原子向奥氏体大多数合金元素（除钴，镍外），减缓了碳原子向奥氏体中的溶入与扩散速度，所以大大减缓奥氏体的形成过程。中的溶入与扩散速度，所以大大减缓奥氏体的形成过程。 由于合金元素的扩散速度很缓慢，因此对于合金钢应采取较高的加热由于合金元素的扩散速度

26、很缓慢，因此对于合金钢应采取较高的加热温度和较长的保温时间，以保证合金元素溶入奥氏体并使之均匀化，从温度和较长的保温时间，以保证合金元素溶入奥氏体并使之均匀化，从而充分发挥合金元素的作用。而充分发挥合金元素的作用。当合金元素形成碳化物，这些特殊碳化物在高温下比较稳定，不易溶当合金元素形成碳化物，这些特殊碳化物在高温下比较稳定，不易溶于奥氏体，并以细小质点的形式弥散地分布在奥氏体晶界上，机械地阻于奥氏体，并以细小质点的形式弥散地分布在奥氏体晶界上，机械地阻碍奥氏体晶粒长大。因此，使得钢在高温下较长时间的加热仍能保持细碍奥氏体晶粒长大。因此，使得钢在高温下较长时间的加热仍能保持细晶粒组织，这是合金

27、钢的一个重要特点。晶粒组织，这是合金钢的一个重要特点。 （2 2）合金元素对钢冷却转变的影响）合金元素对钢冷却转变的影响1 1）合金元素对过冷奥氏体等温转变的影响）合金元素对过冷奥氏体等温转变的影响 除钴外，大多数合金元素溶入奥氏除钴外，大多数合金元素溶入奥氏体后降低原子扩散速度，使奥氏体体后降低原子扩散速度，使奥氏体稳定性增加，从而使稳定性增加，从而使C C曲线右移。含曲线右移。含有这类元素的低合金钢，其有这类元素的低合金钢，其C C曲线形曲线形状与碳钢相似，只有一个鼻尖，如状与碳钢相似，只有一个鼻尖，如图图a a所示。当碳化物形成元素溶入奥所示。当碳化物形成元素溶入奥氏体后，由于它们对推迟

28、珠光体转氏体后，由于它们对推迟珠光体转变与贝氏体转变的作用不同，使变与贝氏体转变的作用不同，使C C曲曲线出现两个鼻尖，曲线分解成珠光线出现两个鼻尖，曲线分解成珠光体和贝氏体两个转变区，而两区之体和贝氏体两个转变区，而两区之间，过冷奥氏体有很大的稳定性，间，过冷奥氏体有很大的稳定性，如图如图b b所示。所示。2 2）合金元素对过冷奥氏体向马氏体转变的影响）合金元素对过冷奥氏体向马氏体转变的影响 除钴、铝外，大多数合金元素溶入奥氏体后，使马氏体转除钴、铝外，大多数合金元素溶入奥氏体后，使马氏体转变温度变温度MsMs和和MfMf降低，其中铬、镍、锰作用较强。降低，其中铬、镍、锰作用较强。（3 3）

29、合金元素对淬火钢回火转变的影响）合金元素对淬火钢回火转变的影响 钢在回火时抵抗硬度下降的能力，称回火稳定性。钢在回火时抵抗硬度下降的能力，称回火稳定性。 合金元素提高了钢的回火稳定性。当回火温度相同时，合合金元素提高了钢的回火稳定性。当回火温度相同时，合金钢的强度、硬度都比碳钢高。金钢的强度、硬度都比碳钢高。 一些含有钨、钼、钒的合金钢，经高温奥氏体充分均匀化一些含有钨、钼、钒的合金钢，经高温奥氏体充分均匀化并淬火后，在并淬火后，在500500600600回火时会产生二次硬化现象。回火时会产生二次硬化现象。 5.4结构钢结构钢5.4.15.4.1工程结构用结构钢工程结构用结构钢（1 1）碳素结

30、构钢）碳素结构钢 Q195Q195钢的碳的质量分数很低，塑性好。常用作螺钉、螺母及各种薄板，也钢的碳的质量分数很低，塑性好。常用作螺钉、螺母及各种薄板，也可用来代替优质碳素结构钢可用来代替优质碳素结构钢0808或或1010钢，制造冲压件、焊接结构件。钢，制造冲压件、焊接结构件。Q275Q275钢强度较高，可代替钢强度较高，可代替3030钢、钢、4040钢用于制造较重要的某些零件，以降低钢用于制造较重要的某些零件，以降低原材料成本。原材料成本。碳素结构钢的硫、磷含量较多，但由于冶炼容易，工艺性好，碳素结构钢的硫、磷含量较多，但由于冶炼容易，工艺性好，价格便宜，在力学性能上一般能满足普通机械零件及

31、工程结价格便宜，在力学性能上一般能满足普通机械零件及工程结构件的要求，因此用量很大。构件的要求，因此用量很大。（2 2）低合金高强度结构钢）低合金高强度结构钢 低合金高强度结构钢可按屈服极限分低合金高强度结构钢可按屈服极限分295295、345345、390390、420420、460N/mm460N/mm2 2五个五个强度等级，其中强度等级，其中295295390N/mm390N/mm2 2级的应用最广。级的应用最广。 Q345Q345钢的应用最广泛。我国的南京长江大桥、内燃机车车体、万吨巨钢的应用最广泛。我国的南京长江大桥、内燃机车车体、万吨巨轮及压力容器、载重汽车大梁等都采用轮及压力容器

32、、载重汽车大梁等都采用Q345Q345钢制造。钢制造。 低合金高强度结构钢有较高强度，足够的塑性、韧性，良好的低合金高强度结构钢有较高强度，足够的塑性、韧性，良好的焊接工艺性能，较好的耐腐蚀性和低的冷脆转变温度。锰为主焊接工艺性能，较好的耐腐蚀性和低的冷脆转变温度。锰为主加元素，并辅加钒、钛、铌、硅、铝、铬、镍等。加元素，并辅加钒、钛、铌、硅、铝、铬、镍等。 低碳，合金含量小于低碳，合金含量小于3%3%。主加元素为。主加元素为MnMn其强化了铁素体，其强化了铁素体，提高了强度；提高了强度；V V，TiTi等元素使晶粒细化，使韧性提高。等元素使晶粒细化，使韧性提高。 在在建筑、桥梁、车辆、船舶建

33、筑、桥梁、车辆、船舶中应用广泛。以中应用广泛。以16Mn16Mn为最广。为最广。船舶船舶桥梁桥梁5.4.25.4.2机器零件用结构钢机器零件用结构钢（1 1）优质碳素结构钢）优质碳素结构钢 优质碳素结构钢优质碳素结构钢S S、P P含量较低，非金属夹杂物也较少，因此机械含量较低，非金属夹杂物也较少，因此机械性能比碳素结构钢优良，被广泛用于制造机械产品中较重要的结性能比碳素结构钢优良，被广泛用于制造机械产品中较重要的结构钢零件。构钢零件。 08F08F、10F10F钢的碳的质量分数低，塑性好，焊接性能好，主要用于制造冲钢的碳的质量分数低，塑性好，焊接性能好，主要用于制造冲压件和焊接件。压件和焊接

34、件。1515、2020、2525钢属于渗碳钢钢属于渗碳钢 ，经渗碳、淬火十低温回火后，表面硬度可，经渗碳、淬火十低温回火后，表面硬度可达达60HRC60HRC以上，耐磨性好，而心部具有一定的强度和韧性，可用来制作要以上，耐磨性好，而心部具有一定的强度和韧性，可用来制作要求表面耐磨并能承受冲击载荷的零件。求表面耐磨并能承受冲击载荷的零件。3030、3535、4040、4545、5050、5555钢属于调质钢，经淬火十高温回火后，具有良钢属于调质钢，经淬火十高温回火后，具有良好的综合力学性能，主要用于要求强度、塑性和韧性都较高的机械零件，好的综合力学性能，主要用于要求强度、塑性和韧性都较高的机械零

35、件，如轴类零件。如轴类零件。 6060、6565、7070钢属于弹簧钢，经淬火十中温回火后可获得高的规定非比例钢属于弹簧钢，经淬火十中温回火后可获得高的规定非比例伸长应力，主要用于制造弹簧等弹性零件及耐磨零件。伸长应力，主要用于制造弹簧等弹性零件及耐磨零件。 （2 2）合金结构钢）合金结构钢1 1）合金渗碳钢）合金渗碳钢 合金渗碳钢主要用来制造工作中承受较强烈的冲击作用和磨损条件合金渗碳钢主要用来制造工作中承受较强烈的冲击作用和磨损条件下的渗碳零件。制作承受动载荷和重载荷的汽车变速箱齿轮、汽车下的渗碳零件。制作承受动载荷和重载荷的汽车变速箱齿轮、汽车后桥齿轮和内燃机里的凸轮轴、活塞销等。后桥齿

36、轮和内燃机里的凸轮轴、活塞销等。 合金渗碳钢经渗碳、淬火和低温回火后表面具有高的硬度和耐磨性，心部具合金渗碳钢经渗碳、淬火和低温回火后表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有较高的强度和足够韧性的零件。有较高的强度和足够韧性的零件。20Cr20Cr、20Mn220Mn2，这类钢淬透性低，只适于制造承受载荷不大的小型耐磨零，这类钢淬透性低，只适于制造承受载荷不大的小型耐磨零件，如活塞销、凸轮轴、滑块等。件，如活塞销、凸轮轴、滑块等。20CrMnTi20CrMnTi、20SiMnVB20SiMnVB等，这类钢淬透性好，力学性能较高，可用来制造等，这类钢淬透性好，力学性能较高，可用来制造承受中等载荷的受磨

37、零件，如汽车变速齿轮、花键轴套、气门座等。承受中等载荷的受磨零件，如汽车变速齿轮、花键轴套、气门座等。20Cr2Ni420Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA等，这类钢淬透性高，主要用来制造承受重载荷等，这类钢淬透性高，主要用来制造承受重载荷及强烈磨损的重要大型零件，如内燃机车的主要索引齿轮，柴油机的曲轴及强烈磨损的重要大型零件，如内燃机车的主要索引齿轮，柴油机的曲轴和连杆等。和连杆等。变速齿轮变速齿轮拨叉拨叉2 2）合金调质钢）合金调质钢合金调质钢指调质处理后使用的合金结构钢，其基本性能是具有合金调质钢指调质处理后使用的合金结构钢，其基本性能是具有良好的综合力学性能。合金调

38、质钢广泛用于制造一些重要零件，良好的综合力学性能。合金调质钢广泛用于制造一些重要零件，如机床的主轴、汽车底盘的半轴、柴油机连杆螺栓等。如机床的主轴、汽车底盘的半轴、柴油机连杆螺栓等。合金调质钢在锻造后为了改善切削加工性能应采用完全退火作为预先热处合金调质钢在锻造后为了改善切削加工性能应采用完全退火作为预先热处理。最终热处理采用淬火后进行理。最终热处理采用淬火后进行500500650650的高温回火，以获得回火索氏的高温回火，以获得回火索氏体，使钢件具有高的综合力学性能。体，使钢件具有高的综合力学性能。40Cr40Cr、40MnB40MnB、40MnVB40MnVB，这类钢油淬临界淬透直径为，这

39、类钢油淬临界淬透直径为202040mm40mm，调质后，调质后强度比碳钢高，常用作中等截面、要求力学性能比碳钢高的工件。强度比碳钢高，常用作中等截面、要求力学性能比碳钢高的工件。 42CrMo42CrMo、40CrMn40CrMn、30CrMnSi30CrMnSi、38CrMoAlA38CrMoAlA，这类钢油淬临界淬透直径为，这类钢油淬临界淬透直径为404060mm60mm，调质后强度很高，韧性也较好，可作截面积大、承受较重载，调质后强度很高，韧性也较好，可作截面积大、承受较重载荷的工件。如内燃机曲轴、连杆变速箱主动的轴等。荷的工件。如内燃机曲轴、连杆变速箱主动的轴等。40CrNiMoA40

40、CrNiMoA、40CrMnMo40CrMnMo、25Cr2Ni4WA25Cr2Ni4WA，这类钢油淬临界淬透直径为，这类钢油淬临界淬透直径为6060100mm100mm，调质后强度最高，韧性也很好，可用作大截面、承受更大载荷的，调质后强度最高，韧性也很好，可用作大截面、承受更大载荷的重要调质件。如汽轮机主轴、叶轮等。重要调质件。如汽轮机主轴、叶轮等。 曲轴曲轴 连杆连杆 （3 3）合金弹簧钢）合金弹簧钢合金弹簧钢的碳的质量分数一般为合金弹簧钢的碳的质量分数一般为 c c0.50.50.70.7，碳的质量分数，碳的质量分数过高时，塑性和韧性差，疲劳强度下降。常加入以硅、锰为主的提高过高时，塑性

41、和韧性差，疲劳强度下降。常加入以硅、锰为主的提高淬透性的元素。硅、锰合金元素溶入铁素体中，使铁素体得到强化。淬透性的元素。硅、锰合金元素溶入铁素体中，使铁素体得到强化。常用合金弹簧钢牌号有常用合金弹簧钢牌号有60Si2Mn60Si2Mn、60Si2CrVA60Si2CrVA和和50CrVA50CrVA。合金弹簧钢主要。合金弹簧钢主要用于制造各种弹性元件，如在汽车、拖拉机、坦克、机车车辆上制作减震用于制造各种弹性元件，如在汽车、拖拉机、坦克、机车车辆上制作减震板簧和螺旋弹簧，大炮的缓冲弹簧，钟表的发条等。板簧和螺旋弹簧，大炮的缓冲弹簧，钟表的发条等。 合金弹簧钢是一种专合金弹簧钢是一种专用结构钢

42、，主要用于制用结构钢，主要用于制造各种弹簧和弹性元件。造各种弹簧和弹性元件。 拉力弹簧拉力弹簧 离合器弹簧离合器弹簧 （4 4）滚动轴承钢）滚动轴承钢滚动轴承钢是制造各种滚动轴承的滚珠、滚柱、滚针的专用钢。也可滚动轴承钢是制造各种滚动轴承的滚珠、滚柱、滚针的专用钢。也可做其它用途，如形状复杂的工具、冷冲模具、精密量具以及要求硬度做其它用途，如形状复杂的工具、冷冲模具、精密量具以及要求硬度高、耐磨性高的结构零件。高、耐磨性高的结构零件。一般的轴承用钢是高碳低铬钢，其碳的质量分数为一般的轴承用钢是高碳低铬钢，其碳的质量分数为 c c0.950.951.151.15，属过共析钢。铬的含量为属过共析钢

43、。铬的含量为 CrCr0.40.41.651.65 。滚动轴承钢的热处理包括预先热处理滚动轴承钢的热处理包括预先热处理( (球化退火球化退火) )和最终热处理和最终热处理( (淬火与淬火与低温回火低温回火) ) 常用滚动轴承钢牌号有常用滚动轴承钢牌号有GCr9GGCr9G、Cr15Cr15、GCr15-SiMnGCr15-SiMn。（5 5）铸造碳钢）铸造碳钢铸造碳钢一般用于制造形状复杂、机械性能要求比铸铁高的零件，铸造碳钢一般用于制造形状复杂、机械性能要求比铸铁高的零件，例如水压机横梁、轧钢机机架、重载大齿轮等。例如水压机横梁、轧钢机机架、重载大齿轮等。 铸造碳钢中碳的质量分数一般为铸造碳钢

44、中碳的质量分数一般为 c c0.150.150.600.60。 ZG200-400 ZG200-400 有良好的塑性、韧性和焊接性能。用于制作承受载荷不大，有良好的塑性、韧性和焊接性能。用于制作承受载荷不大，要求韧性的各种机械零件，如机座、变速箱壳等。要求韧性的各种机械零件，如机座、变速箱壳等。ZG230-450 ZG230-450 有一定的强度和较好的塑性、韧性，焊接性能良好，切削有一定的强度和较好的塑性、韧性，焊接性能良好，切削加工性尚可。用于制作承受载荷不大，要求韧性的各种机械零件，如砧加工性尚可。用于制作承受载荷不大，要求韧性的各种机械零件，如砧座、外壳、轴承盖、底板、阀体、犁柱等。座

45、、外壳、轴承盖、底板、阀体、犁柱等。ZG270-500 ZG270-500 有较高的强度和较好的塑性，铸造性能良好，焊接性能尚有较高的强度和较好的塑性，铸造性能良好，焊接性能尚好，切削加工性佳，用途广泛，用于制作轧钢机机架、轴承座、连杆、好，切削加工性佳，用途广泛，用于制作轧钢机机架、轴承座、连杆、箱体、缸体等。箱体、缸体等。 ZG310-570 ZG310-570 强度和切削加工性良好，塑性和韧性较低，用于制作承受强度和切削加工性良好，塑性和韧性较低，用于制作承受载荷较高的各种机械零件，如大齿轮、缸体、制动轮、辊子等。载荷较高的各种机械零件，如大齿轮、缸体、制动轮、辊子等。 ZG340-64

46、0 ZG340-640 有高的强度、硬度和耐磨性，切削加工性中等，焊接性能有高的强度、硬度和耐磨性，切削加工性中等，焊接性能较差，流动性好，裂纹敏感性较大，可用制作齿轮、棘轮等。较差，流动性好，裂纹敏感性较大，可用制作齿轮、棘轮等。5.55.5工具钢工具钢5.5.15.5.1刃具钢刃具钢 刃具钢是用来制造各种切削刀具的钢，如车刀、铣刀、钻头等。刃具钢是用来制造各种切削刀具的钢，如车刀、铣刀、钻头等。 按刃具钢的工作条件，提出如下的性能要求：按刃具钢的工作条件，提出如下的性能要求：高的硬度，一般要求硬度大于高的硬度，一般要求硬度大于60HRC60HRC；高耐磨性；高耐磨性；高的红硬性，要求刃具在

47、高温下仍能保持足够的硬度；高的红硬性，要求刃具在高温下仍能保持足够的硬度；一定的韧性和塑性。一定的韧性和塑性。（1 1）碳素工具钢）碳素工具钢这类钢的碳的质量分数为这类钢的碳的质量分数为 c c0.650.651.351.35，分优质碳素工具钢，分优质碳素工具钢与高级优质碳素工具钢两类。与高级优质碳素工具钢两类。牌号后加牌号后加“A”A”的属高级优质的属高级优质( ( s0.020s0.020， p0.030p0.030） 此类钢在机械加工前一般进行球化退火，作为刃具，最终热处理为淬火此类钢在机械加工前一般进行球化退火，作为刃具，最终热处理为淬火( (加热温度一般为加热温度一般为7607607

48、80)780)十低温回火十低温回火(180)(180)，组织为回火马氏体十，组织为回火马氏体十粒状渗碳体十少量残余奥氏体。其硬度可达粒状渗碳体十少量残余奥氏体。其硬度可达606065HRC65HRC；碳素工具钢的缺点是红硬性差，当刃部温度高于碳素工具钢的缺点是红硬性差，当刃部温度高于250250时，其硬度和耐时，其硬度和耐磨性会显著降低。钢的淬透性也低，并容易产生淬火变形和开裂。磨性会显著降低。钢的淬透性也低，并容易产生淬火变形和开裂。碳素工具钢大多用于制造刃部受热程度较低的手用工具和低速、小进给碳素工具钢大多用于制造刃部受热程度较低的手用工具和低速、小进给量的机用工具，亦可制作尺寸较小的模具

49、和量具。量的机用工具，亦可制作尺寸较小的模具和量具。常用碳素工具钢牌号有：常用碳素工具钢牌号有：T7T7、T7AT7A、T8T8、T8AT8A、T8MnT8Mn、T10T10、T10AT10A等。等。（2 2）低合金刃具钢）低合金刃具钢为了保证高硬度和耐磨性，低合金刃具钢的碳的质量分数为：为了保证高硬度和耐磨性，低合金刃具钢的碳的质量分数为： c c0.750.751.451.45，加入的合金元素主要有铬、硅、锰、钨等。，加入的合金元素主要有铬、硅、锰、钨等。 低合金刃具钢的热处理与碳素工具钢基本相同。刃具毛坯经锻造后的预低合金刃具钢的热处理与碳素工具钢基本相同。刃具毛坯经锻造后的预先热处理为

50、球化退火先热处理为球化退火, ,最终热处理采用淬火最终热处理采用淬火+ +低温回火，组织为细回火马氏低温回火，组织为细回火马氏体十粒状合金碳化物十少量残余奥氏体，硬度一般为体十粒状合金碳化物十少量残余奥氏体，硬度一般为60HRC60HRC。常用的低合金刃具钢牌号有：常用的低合金刃具钢牌号有：Cr06Cr06、Cr2Cr2、9SiCr9SiCr、8MnSi8MnSi、9Cr29Cr2、W W。（3 3）高速钢）高速钢高速钢是一个红硬性、耐磨性较高的高合金工具钢，它的红硬性高速钢是一个红硬性、耐磨性较高的高合金工具钢，它的红硬性高达高达600600，可以进行高速切削，故称之高速钢。高速钢具有高，可

51、以进行高速切削，故称之高速钢。高速钢具有高的强度、硬度、耐磨性及淬透性。的强度、硬度、耐磨性及淬透性。 高速钢的成分特点是含有较高的碳和大量形成碳化物的元素钨、钼、高速钢的成分特点是含有较高的碳和大量形成碳化物的元素钨、钼、铬、钒、钴、铝等，碳的质量分数为铬、钒、钴、铝等，碳的质量分数为 c c0.700.701.601.60，合金元素总，合金元素总量量 MeMe1010。我国常用的高速工具钢有三类：我国常用的高速工具钢有三类：钨系高速工具钢，适用于制造一般的高速切削刃具，但不适合作钨系高速工具钢，适用于制造一般的高速切削刃具，但不适合作薄刃的刃具。如薄刃的刃具。如W18Cr4VW18Cr4V

52、。钨钼系高速工具钢，适合制造耐磨性与韧性需较好配合的刃具，钨钼系高速工具钢，适合制造耐磨性与韧性需较好配合的刃具，如齿轮铣刀、插齿刀等。如如齿轮铣刀、插齿刀等。如W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2。超硬系高速工具钢，适用于制造有特殊要求的高速切削刃具。如超硬系高速工具钢，适用于制造有特殊要求的高速切削刃具。如W18Cr4V2Co8W18Cr4V2Co8、W6Mo5Cr4V2Al W6Mo5Cr4V2Al 。 5.5.25.5.2模具钢模具钢（1 1）冷作模具钢）冷作模具钢冷作模具钢用于制造在室温下使金属变形的模具，如冷冲模、冷镦、冷作模具钢用于制造在室温下使金属变形的模具，如冷冲模、冷镦

53、、拉丝、冷挤压模等。拉丝、冷挤压模等。 它们在工作时承受高的压力、摩擦与冲击，因此冷作模具要求具有：它们在工作时承受高的压力、摩擦与冲击，因此冷作模具要求具有： 高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性 较高强度和足够韧性较高强度和足够韧性良好的工艺性良好的工艺性常用来制作冷作模具的合金工具钢中有一部分为低合金工具钢。如常用来制作冷作模具的合金工具钢中有一部分为低合金工具钢。如CrWMnCrWMn、9CrWMn9CrWMn、9Mn2V9Mn2V以及以及9SiCr9SiCr、Cr2Cr2、9Cr29Cr2等。对于要求热处理等。对于要求热处理变形小的大型冷作模具采用高碳高铬模具钢变形小的大型冷作模具采用高

54、碳高铬模具钢(Crl2,Crl2MoV)(Crl2,Crl2MoV)。 制作制作形状复杂、受冲击载荷较大或尺寸较大的冷作模具，可采用形状复杂、受冲击载荷较大或尺寸较大的冷作模具，可采用6Cr4W3Mo2VNb6Cr4W3Mo2VNb。 （2 2）热作模具钢）热作模具钢热作模具钢是用来制作加热的固态金属或液态金属在压力下成形的热作模具钢是用来制作加热的固态金属或液态金属在压力下成形的模具。前者称为热锻模或热挤压模，后者称为压铸模。模具。前者称为热锻模或热挤压模，后者称为压铸模。 由于模具承受载荷很大，要求强度高。模具在工作时往往还承受很大冲由于模具承受载荷很大，要求强度高。模具在工作时往往还承受

55、很大冲击，所以要求韧性也好，即要求综合力学性能好。同时又要求有良好的击，所以要求韧性也好，即要求综合力学性能好。同时又要求有良好的淬透性和抗热疲劳性。淬透性和抗热疲劳性。常用的热锻模具钢牌号是常用的热锻模具钢牌号是5CrNiMo5CrNiMo、5CrMnMo5CrMnMo、4CrMnSiMoV 4Cr5MoSiV4CrMnSiMoV 4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1 4Cr5MoSiV1 等。等。常用压铸模钢是常用压铸模钢是3Cr2W8V3Cr2W8V、4Cr5MoSiV4Cr5MoSiV及及4Cr5MoSiVl 4Cr5MoSiVl 等。等。 5.5.35.5.3量具钢量具钢 量具钢

56、是用于制造游标卡尺、千分尺、量块、塞规等测量工件尺寸量具钢是用于制造游标卡尺、千分尺、量块、塞规等测量工件尺寸的工具用钢。的工具用钢。量具在使用过程中与工件接触，受到磨损与碰撞，因此要求工作部分应有量具在使用过程中与工件接触，受到磨损与碰撞，因此要求工作部分应有高硬度高硬度(58(5864HRC)64HRC)和高耐磨性，高的尺寸稳定性及足够的韧性。和高耐磨性，高的尺寸稳定性及足够的韧性。量具的最终热处理主要是淬火、低温回火，为保证尺寸稳定，在淬火与回量具的最终热处理主要是淬火、低温回火，为保证尺寸稳定，在淬火与回火之间进行一次冷处理火之间进行一次冷处理(-70(-70-80)-80)。对精度要

57、求特别高的量具，在淬火、。对精度要求特别高的量具，在淬火、回火后还需进行时效处理。回火后还需进行时效处理。 普通量具可用碳素工具钢普通量具可用碳素工具钢T10AT10A和和T12AT12A；高精度和形状复杂的量具，常用合；高精度和形状复杂的量具，常用合金工具钢制造，如合金工具钢金工具钢制造，如合金工具钢9Mn2V9Mn2V、CrWMnCrWMn以及以及GCrl5GCrl5钢。钢。5.6特殊性能钢特殊性能钢5.6.1不锈钢不锈钢 1 1）马氏体不锈钢）马氏体不锈钢 常用马氏体不锈钢碳的质量分数为常用马氏体不锈钢碳的质量分数为 c=0.1c=0.10.40.4，铬的含量为，铬的含量为 CrCr11

58、.5011.5014.0014.00，属铬不锈钢，通常指，属铬不锈钢，通常指Crl3Crl3型不锈钢。型不锈钢。淬火后能得到马氏体，故称为马氏体不锈钢淬火后能得到马氏体，故称为马氏体不锈钢 碳的质量分数较低的碳的质量分数较低的lCrl3lCrl3和和2Crl32Crl3钢，具有良好的抗大气、海水、蒸汽钢，具有良好的抗大气、海水、蒸汽等介质腐蚀的能力，塑性、韧性很好。适用于制造在腐蚀条件下工作、受等介质腐蚀的能力，塑性、韧性很好。适用于制造在腐蚀条件下工作、受冲击载荷的结构零件，如汽轮机叶片、各种阀、机泵等。冲击载荷的结构零件，如汽轮机叶片、各种阀、机泵等。碳的质量分数较高的碳的质量分数较高的3

59、Crl33Crl3、7Crl77Crl7钢，经淬火后低温回火，得到回火马钢，经淬火后低温回火，得到回火马氏体和少量碳化物，硬度可达氏体和少量碳化物，硬度可达50HRC50HRC左右。用于制造医疗手术工具、量具、左右。用于制造医疗手术工具、量具、弹簧、轴承及弱腐蚀条件下工作而要求高硬度的耐蚀零件。弹簧、轴承及弱腐蚀条件下工作而要求高硬度的耐蚀零件。 不锈钢船用螺旋桨不锈钢船用螺旋桨不锈钢剪刀不锈钢剪刀2 2）铁素体不锈钢）铁素体不锈钢 常用铁素体不锈钢中，常用铁素体不锈钢中， c0.12c0.12， CrCr12121313，这类钢从，这类钢从高温到室温，其组织均为单相铁素体组织。高温到室温，其

60、组织均为单相铁素体组织。 典型牌号有典型牌号有1Crl71Crl7、lCrl7MolCrl7Mo等。其耐蚀性、塑性、焊接性均优于马氏体不等。其耐蚀性、塑性、焊接性均优于马氏体不锈钢，但强度比马氏体不锈钢低，主要用于制造耐蚀零件，广泛用于硝酸锈钢，但强度比马氏体不锈钢低，主要用于制造耐蚀零件，广泛用于硝酸和氮肥工业中。和氮肥工业中。3 3）奥氏体不锈钢）奥氏体不锈钢 这类钢一般铬的含量为这类钢一般铬的含量为 CrCr17171919， NiNi8 81111，故简称，故简称18-818-8型不锈钢。钢中镍的作用是在室温获得单一奥氏体组织，所以也型不锈钢。钢中镍的作用是在室温获得单一奥氏体组织，所