碳素钢与合金钢

1.2常用金属和非金属材料

金属材料分为黑色金属（铁碳合金）和有色金属两类。

铁碳合金中碳的质量分数大于2%的称为铸铁，不大于2%的称为钢。

含碳量越高，则铁碳合金的强度和硬度越高，塑性和韧性越低。

1.2.1.碳素钢的分类、编号及用途

一、碳素钢的分类1.按碳的质量分数分类:*低碳钢:Wc≤0.25%*中碳钢:0.25%≤Wc≤0.6%*高碳钢:Wc>0.6%2.按钢的质量分类:*碳素钢:Wp=(0.035%～0.045%)Ws=(0.035%～0.050%)*优质碳素钢:Wp=0.035%Ws=(0.030%～0.035%)

*高级优质碳素钢:Wp≤0.030%Ws=(0.020%～0.025%)

3.按钢的用途分类:碳素结构钢

(carbonstructuralsteel)

用于制造各种机械零件、工程构件。一般为低、中碳钢。碳素工具钢(carbontoolsteel)

用于制造各种工具。一般为高碳钢。二、碳素钢的编号及用途

1.碳素结构钢:

Q

235—A·F沸腾钢A等级235MPa屈服强度屈服强度越高，则碳素结构钢的塑性越低，焊接性和压延性越低。2.优质碳素结构钢*

45---Wc=45%00*较高锰质量分数的优质碳素结构钢

45Mn---Wc=45%00;WMn=0.7%～1.0%3.碳素工具钢T

12

A高级优质Wc=12%0碳素工具钢4.铸造碳钢ZG

200-400σb≥400MPaσs≥200MPa铸钢转炉炼钢平炉炼钢电弧炉炼钢三、钢锭的组织、质量及缺陷一)杂质元素对钢的质量和性能的影响

Mn—脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。

Si

—有很强的固溶强化作用,能脱氧。1.有益元素2.有害元素:

P

—有很强的固溶强化作用,低温韧性差(冷脆

)。

S

—能引起钢在热加工时或高温工作下开裂(热裂

)。1.镇静钢(killedsteel)钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铅进行了充分脱氧,Wo=0.01%左右,成分较均匀、组织较致密。主要用于机械性能要求较高的零件。二)不同脱氧程度的钢种

2.沸腾钢(boilingsteel)钢液在浇注仅前进行轻度假脱氧,Wo=0.03%～0.07%,成分偏析较严重、组织不致密。机械性能不均匀,冲击韧性差,常用于要求不高的零件。3.半镇静钢(balancedsteel)半镇静钢是脱氧过程介于镇静钢和沸腾钢之间的钢,是用锰铁和硅铁进行脱氧。其质量也介于二者之间,可代替部分镇静钢,一般不适于做重要零件。

1.2.2.合金钢的分类、编号及用途(AlloyedSteel)

加入合金元素会对钢的组织和性能产生影响。一.低合金高强度结构钢牌号:

Q

345

C

质量等级345MPa屈服强度Q460钢含Mo、B，正火组织为B，强度高，用于石化中温高压容器。压力容器南京长江大桥

Q345钢(16Mn)综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。

Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力的容器。万吨远洋轮20

Mn2

Ti

A（合金渗碳钢）等级:高级优质含钛量WTi≤1.5%含锰量WMn

2%含碳量WC20%00二.合金结构钢

1.典型合金渗碳钢

低淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量＜3%15Cr、20Cr、20Mn2。用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。中淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量在4%左右。20CrMn、20CrMnTi、20Mn2TiB。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。柴油机凸轮轴活塞销(20Cr)高淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量在

4%～6%。18Cr2NiWA、20Cr2Ni4A等。用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。

柴油机曲轴2.典型合金调质钢

低淬透性调质钢钢含合金元素总量＜3%。40Cr、40MnB等。

中淬透性调质钢钢含合金元素总量在4%左右。38CrSi、35CrMo等。圆锥齿轮柴油机凸轮轴常用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等零件。

高淬透性调质钢钢含合金元素总量在4%～10%。

制造大截面重载荷零件，如曲轴等用高淬透性的零件等。38CrMoAlA、40CrMnMo、25Cr2Ni4WA等。3.典型合金弹簧钢6565Mn60Si2Mn50CrVA50CrMnA55SiMnMoVNb汽车板簧大型热卷弹簧热卷大弹簧弹簧丝4.滚动轴承钢G

Cr9

Si

Mn

含Mn量WMn≤1.5%含Si量WSi≤1.5%含Cr量WCr≈0.9%滚动轴承钢性能要求:高的硬度强度和耐磨性;高的接触疲劳强度;足够的韧性和耐蚀性;高的纯净度;滚珠轴承滚针轴承滚柱轴承5.易切削钢的牌号Y

40

Mn含锰量WMn≤1.5%含碳量WC0.4%易切削钢2.性能要求:降低切削力和切削热,减少刀具磨损,延长刀具寿命,改排屑性能,提高切削速度。3.化学成分特点:1.用途:适用于高速切削和在自动加工机床上加工的材料。S:Ws=0.08～0.3%Pb:WPb=0.15～0.25%Ca:微量三.合金工具钢

(Alloytoolsteel)合金刃具钢(alloycuttingsteel)合金模具钢(alloydiesteel)合金量具钢(alloymeasuringsteel)量具刃具模具1.合金刃具钢(alloycuttingsteel)种类:低合金刃具钢;高速钢。牌号:合金元素及含量千分之几的含碳量

9

SiCrW18Cr4V性能要求:高硬度、高耐磨性、高的红硬性(600℃时,HRC63以上)、有一定的强度和韧性。高速钢---锋钢如W18Cr4V车刀铣刀钻头2.合金模具钢(alloydiesteel)热作模钢:工作温度为600℃以上。冷作模钢:工作温度为200～300℃。*热压模钢:如3Cr2W8V

汽车四缸压铸模冷作模钢(colddiesteel)如Cr12、Cr12MoV高的硬度,HRC62;高的耐磨性;足够高的韧性与疲劳抗力;热处理变形小;汽车冲压模具3.合金量具钢(alloymeasuringsteel)如CrWMn、4Cr13、GCr15、9SiCr、T12A、60等。卡尺量规千分尺四.特殊用途钢

(specialperformancesteel)不锈钢(stainlesssteel)耐热钢(heat–resistantsteel)耐磨钢(wear–resistantsteel)

1.不锈钢(stainlesssteel)1.定义:

在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢。2.概念:*在空气中的年腐蚀量为0.01mm

以内的钢,称为在空气中使用的不锈钢。

*在强酸、强碱介质中的年腐蚀量为0.1mm以内的钢,称为在强酸、强碱介质中使用的不锈钢。1)马氏体型不锈钢---Cr13型钢

Martensiticstainlesssteel化学成分特点:

Wc=0.1～0.4%

WCr=13%热处理特点:正火后的组体是马氏体。牌号:1Cr13～4Cr13用途:医疗器械医用镊子2)铁素体型不锈钢

(Ferriticstainlesssteel)化学成分特点:

Wc=0.1%左右

WCr=17%热处理特点:不能进行热处理强化。牌号:1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。用途:化工设备中要求耐蚀性高、塑性好、强度低的容器、管道等。铁素体型不锈钢的用途硝酸生产装置合成氨生产装置牌号:0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti。用途:化工容器、管道等。大型化工储罐(304)管板换热器(304)3)奥氏体型不锈钢---18–8型钢

(Austeniticstainlesssteel)2.耐热钢(heat-resistingsteel)1.定义:在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢。2.性能要求抗氧化性

(热稳定性)高温强度(热强性)蠕变强度持久强度钢种及用途

抗氧化钢

(不起皮钢):奥氏体型钢1Cr18Ni9Ti等,工作温度850℃。热强钢珠光体型

16Mo，工作温度600℃。马氏体型1Cr13，工作温度600℃。奥氏体型18-8型，工作温度850℃。耐热钢