广石化工程材料七工业用钢

第四节常见工业用钢的性能及用途一、结构钢二、工具钢三、特殊性能钢一、结构钢1.工程构件用钢（1）普通碳素工程构件用钢

（2）低合金高强度钢2.机器零件用钢（1）渗碳钢（2）调质钢（3）弹簧钢（4）滚动轴承钢一、结构钢1.工程构件用钢

工程构件用钢是应用较广泛的钢种之一，用于国防、化工、石油、电站、车辆、造船、桥梁、建筑等国民经济部门，制造各种重要构件。

建筑构件钢桥梁（1）普通碳素工程构件用钢

（2）低合金高强度钢

高的弹性极限、刚度、可焊性和冷变形性，好的耐大气、水腐蚀性，低的屈强比бs/бb以防脆断。

成分要求：C%＜0.25%加入微量的V、Ti、Nb、Zr、Ca、RE性能要求:（1）普通碳素工程构件用钢

普碳钢易于冶炼、价格低廉，性能也基本满足了一般工程构件的要求，所以在工程上用量很大。产量约占钢总产量的70%

普碳钢含碳量较低；通常以热轧状态供应，一般不经热处理强化，只保证机械性能及工艺性能便可。Q235，既有较高的塑性又有适中的强度，是应用最广泛的一种普碳钢，即可用做较重要的建筑构件、车辆及桥梁等的各种型材，又可用于制做一般的机器零件，也可进行热处理。

★Q195、Q215，有较高的延伸率，易于加工，常用作螺钉、农业机械等。★Q235～Q275具有较高的强度和硬度，延伸率也较大，大量用做建筑结构，轧制成各种型材。多边型角钢钢筋螺纹钢螺钉（2）低合金高强度钢

低合金高强度钢含有少量合金元素，具有较高强度，1吨低合金高强度钢可顶1.2~2.0吨普碳钢使用，从而可减轻构件重量，提高使用的可靠性并节约钢材。这类钢主要用来制造各种要求强度较高的工程结构，例如船舶、车辆、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。它在建筑、石油、化工、铁道、造船、机车车辆、锅炉容器、农机农具等许多部门得到广泛的应用。

万吨远洋轮压力容器南京长江大桥16Mn最具有代表性。16Mn是二十世纪三十年代发展起来的世界上第一种低合金高强度钢，它属于350MPa级别，它是目前我国用量最多，产量最大的一种低合金高强度钢。

热处理：高压容器—调质处理；S回；一般工件—热轧状态下使用(或正火)，F＋P；发展趋势：1）微合金化与轧制合理结合，达到更高的强度；2）通过合金化改变基体组织；3）超低碳化。

指用于制造各种机器零件、如轴类、齿轮、弹簧和轴承等所用的钢种。

★机械性能要求——具有高的强度、塑性和韧性，具有良好的疲劳强度和耐磨性。一般都经过热处理后使用。★工艺性能——具有良好的切削加工性能和热处理工艺性能。机器零件用钢包括：优质碳素结构钢和合金结构钢。2.机器零件用钢（1）渗渗碳碳钢钢（2）调调质质钢钢（3）弹弹簧簧钢钢（4）滚滚动动轴轴承承钢钢（1）渗渗碳碳钢钢渗碳碳钢钢常常用用在在受受冲冲击击和和磨磨损损条条件件下下工工作作的的一一些些机机械械零零件件，，如如汽汽车车、、拖拖拉拉机机上上的的变变速速齿齿轮轮、、内内燃燃机机上上的的凸凸轮轮、、活活塞塞销销等等，，要要求求表表面面硬硬、、耐耐磨磨，，而而零零件件心心部部则则要要求求有有较较高高的的韧韧性性和和强强度度以以承承受受冲冲击击。。通通常常尺尺寸寸小小的的、、受受力力小小的的，，采采用用低低碳碳钢钢，，而而尺尺寸寸大大的的、、受受力力大大的的则则采采用用低低碳碳合合金金钢钢。。a.渗碳碳钢钢的的工工作作条条件件及及对对性性能能的的要要求求为了了满满足足““外外硬硬内内韧韧””的的要要求求，，这这类类钢钢一一般般都都采采用用低低碳碳钢钢(WC0.1~0.25%)，经经过过滲滲碳碳后后，，零零件件的的表表面面变变为为高高碳碳的的，，而而心心部部仍仍是是低低碳碳的的，，通通过过淬淬火火+低温温回回火火后后使使用用。。零零件件表面面组组织织为回回火火M+碳化化物物+少量量残残余余A，硬硬度度达达HRC58~62，满满足足耐耐磨磨的的要要求求，，而而心部部组组织织是低低碳碳M，保保持持较较高高的的韧韧性性，，满满足足承承受受冲冲击击载载荷荷的的要要求求。。对对于于大大尺尺寸寸的的零零件件，，由由于于淬淬透透性性不不足足，，零零件件的的心心部部淬淬不不透透，，仍仍保保持持原原来来的的珠珠光光体体+铁素素体体组组织织；；这这时时由由于于是是低低碳碳的的，，组组织织中中铁铁素素体体占占比比例例很很大大，，因因而而韧韧性性指指标标比比较较高高，，能能满满足足““外外硬硬内内韧韧””的的要要求求。。b.渗碳碳钢钢的的成成分分和和钢钢种种★低淬淬透透性性渗渗碳碳钢钢：：WMe＜2%，D水=20～～25，如20Cr、20Mn2等，，用用于于小小尺尺寸寸、、小载载荷荷的的小小齿齿轮轮、、凸凸轮轮、、活活塞塞销销等等；；★中淬淬透透性性渗渗碳碳钢钢：：WMe≤4%，D油=25～～60，如20CrMnTi、20CrMn等，，用用于于制制造造承承受受中中等等载载荷荷、、有有足足够够冲冲击击韧韧性性和和耐耐磨磨性性的的汽汽车车、、拖拖拉拉机机齿齿轮轮等等零零件件；；★高淬淬透透性性渗渗碳碳钢钢：：WMe≤7.5%，D油＞100，如18Cr2Ni4WA,用于于制制造造高高载载荷荷、、高高摩摩擦擦的的飞飞机机、、坦坦克克的的主主轴轴和和主主动动齿齿轮轮；；活塞塞销销(20Cr)c.渗碳碳钢钢的的热热处处理理渗碳碳+淬火火+低温温（（180~200℃℃）回回火火下料料→锻造造→正火火→加工工齿齿形形→渗碳碳→预冷冷淬淬火火＋＋低低回回→磨齿齿20CrMnTi钢制制造造齿齿轮轮的的热热处处理理工工艺艺分分析析制造造工工艺艺路路线线热处处理理工工艺艺曲曲线线表层层：：高M回＋＋A′′＋碳碳化化物物；；58～64HRC;心部部：：F＋低低M回；；35～45HRC;1)正火火：：使组组织织均均匀匀化化、、细细化化、、改改善善切切削削加加工工性性能能；；2)渗碳碳：：在930℃℃渗碳碳7小时时，，渗渗层层厚厚δ＝1.2～1.6mm；3)预冷冷至至870℃℃，油油淬淬＋＋低低回回：：提高高齿齿轮轮表表面面的的含含碳碳量量，，为为淬淬火火作作准准备备；；预冷冷的的目目的的在在于于减减少少淬淬火火变变形形，，滲滲层层中中可可以以析析出出二二次次滲滲碳碳体体，，减减少少残残余余A量。。经经淬淬火火和和低低温温回回火火后后获获得得高高齿齿面面硬硬度度、、耐耐磨磨性性和和疲疲劳劳强强度度，，并并保保持持心心部部的的强强度度和和韧韧性性；；20CrMnTi钢经经上上述述处处理理后后可可获获得得高高耐耐磨磨性性滲滲层层，，心心部部有有较较高高的的强强度度和和良良好好的的韧韧性性，，适适宜宜制制造造承承受受高高速速中中载载并并且且抗抗冲冲击击和和耐耐磨磨损损的的零零件件。。如如汽汽车车、、拖拖拉拉机机的的后后桥桥和和变变速速箱箱齿齿轮轮、、离离合合器器轴轴、、伞伞齿齿轮轮和和一一些些重重要要的的轴轴类类零零件件。。（2）调调质质钢钢a.调质质钢钢的的工工作作条条件件及及对对性性能能的的要要求求淬火火后后组组织织：：马氏氏体体+残余余奥奥氏氏体体+碳化化物物。。高温温回回火火后后：：回火火索索氏氏体体（（M分解解，，碳碳化化物物弥弥散析析出出，，残残余余A转变变)综合合力力学学性性能能好好，，用用于于受受力力较较复复杂杂的的重重要要结结构构零零件件。。如如汽汽车车后后桥桥半半轴轴、、连连杆杆、、螺螺栓栓以以及及各各种种轴轴类类零零件件。。调质质钢钢即即淬淬火火+高温温回回火火后后使使用用的的优优质质碳碳素素钢钢和和合合金金结结构构钢钢。。汽轮轮机机主主轴轴b.调质质钢钢的的成成分分特特点点和和钢钢种种调质质钢钢的的C%=0.30~0.50%，属属中中碳碳钢钢，，含含碳碳量量在在这这一一范范围围内内可可保保证证钢钢的的综综合合性性能能，，过过低低则则影影响响钢钢的的强强度度指指标标，，过过高高则则韧韧性性显显得得不不足足。。一般般碳碳素素调调质质钢钢的的含含碳碳量量偏偏上上限限，，对对于于合合金金调调质质钢钢，，随随合合金金元元素素的的增增加加，，含含碳碳量量趋趋于于下下限限。。★高淬淬透透性性调调质质钢钢：：典型型钢钢种种为为40CrNiMoA，WMe为4%～10%，D油=60～100mm，多多半半为为铬铬镍镍钢钢。。铬、、镍镍的的适适当当配配合合，，可可大大大大提提高高淬淬透透性性，，并并能能获获得得比较较优优良良的的综综合合机机械械性性能能。。用用于于制制造造大大截截面面、、承承受受重负负荷荷的的重重要要零零件件，，如如汽汽轮轮机机主主轴轴、、压压力力机机曲曲轴轴、、航空空发发动动机机曲曲轴轴等等。。★低淬透透性调调质钢钢：典型钢钢种是是40Cr，WMe＜2.5%，D油=30～40mm，广泛泛用于于制造造一般般尺寸寸的重要零零件，，如轴轴、齿齿轮、、连杆杆螺栓栓等。。35SiMn、40MnB是为节节约铬铬而发发展的的代用用钢种种。★中淬淬透透性性调调质质钢钢：：典型型钢钢种种为为40CrNi，D油=40～60mm，WMe≈4%，用用于于制制造造截截面面较较大大、、承承受受较较重载载荷荷的的零零件件，，如如曲曲轴轴、、连连杆杆等等。。c.调质质钢钢的的热热处处理理预备备热热处处理理———正火火或或退退火火最终终热热处处理理———★淬火火+高温温回回火火（（调调质质））S回要求求具具有有良良好好综综合合机机械械性性能能★表面面淬淬火火+低温温回回火火（（中中碳碳M体））要求求零零件件具具有有特特别别高高的的强强度度调质质：：830℃℃加热热、、油油淬淬、、得得到到M，然然后后在在525℃℃回火火，，为为防防止止第第二二类类回回火火脆脆性性，，在在回回火火的的冷冷却却过过程程中中采采用用水水冷冷，，最最终终使使用用状状态态下下的的组组织织为为S回，，综综合合力力学学性性能能好好，，耐耐冲冲击击。。下料料→锻造造→退火火→粗机机加加工工→调质质→精加加工工→装配配40Cr钢制制造造拖拖拉拉机机上上的的连连杆杆、、螺螺栓栓工工艺艺路路线线：：退火火（（或或正正火火））：：预备备热热处处理理改改善善锻锻造造组组织织，，消消除除缺缺陷陷，，细细化化晶晶粒粒；；调调整整硬硬度度、、便便于于切切削削加加工工；；为为淬淬火火做做好好组组织织准准备备。。（3）弹弹簧簧钢钢弹簧簧是是各各种种机机器器和和仪仪表表中中的的重重要要零零件件。。它它是是利利用用弹弹性性变变形形吸收收能能量量以缓缓和和振振动动和和冲冲击击，，或或依依靠靠弹弹性性储存存能能量量来起起驱驱动动作作用用。。故故要要求制制造造弹弹簧簧的的材材料料具具有有高高的的弹弹性性极极（即即具具有有高高的的屈屈服服点点或或屈屈强强比比）），，高的的疲疲劳劳极极限限与与足足够够的的塑塑性性和和韧韧性性。。a.弹簧簧钢钢的的工工作作条条件件及及对对性性能能的的要要求求大型型热热卷卷弹弹簧簧簧弹弹丝丝汽车车板板簧簧火车车螺螺旋旋弹弹簧簧b.弹簧簧钢钢的的成成分分特特点点和和钢钢种种C＝0.45～0.7%加入入Si、Mn：提高高淬淬透透性性和和屈屈强强比比。。但但Si会促促使使钢钢材材表表面面在在加加热热时时脱脱碳碳，，Mn则使使钢钢易易于于过过热热。。重要要的的弹弹簧簧加加入入Cr、V和W：更高高的的淬淬透透性性，，不不易易脱脱碳碳和和过过热热，，而而且且有有更更高高的的高高温温强强度度和和韧韧性性。。c.弹簧簧钢钢的的热热处处理理热成成形形弹弹簧簧热卷卷成成形形→淬火火＋＋中中回回→喷丸丸→成品品回火火：：得到到T回组组织织，，具具有有很很高高的的屈屈服服强强度度和和弹性性极极限限，，并并有有一一定定的的塑塑性性和和韧韧性性。。喷丸：使表面强强化并在在表面产产生残余余压应力力，以提高疲疲劳强度度。冷成形弹弹簧冷拔（或或冷拉））后冷卷卷成型→去应力退退火是消除内内应力和和稳定尺尺寸的定定型处理理，即加加热到250～300℃℃，保温一一段时间间，从炉炉内取出出空冷即即可使用用。（4）滚动轴轴承钢a.滚动轴承承钢的工工作条件件及对性性能的要要求工作时承承受很高高、很集集中的周周期性交交变载荷荷，所以以常常是是接触疲疲劳破