金属材料碳钢与合金钢

金属材料碳钢与合金钢1第1页，共95页，2023年，2月20日，星期三⑵用C曲线定性说明连续冷却转变产物

根据与C曲线交点位置判断转变产物

P均匀A细AA1MSMf时间等温退火PP退火(炉冷)正火(空冷)S淬火(油冷)T+M+A’等温淬火B下M+A’分级淬火M+A’淬火(水冷)M回150-250℃T回350-500℃S回500-650℃????PT+S回ST+B下+M+A’2第2页，共95页，2023年，2月20日，星期三第三章金属材料3.1碳钢3.2合金钢3.3铸钢与铸铁3.4有色金属及其合金黑色金属有色金属3第3页，共95页，2023年，2月20日，星期三3.1碳钢3.1.1碳钢的成分和分类1、碳钢的成分（＜2.11%C）主要元素：Fe、C杂质元素：Mn、Si、S、P、H、O、N2、碳钢的分类（1）按碳质量分数中碳钢0.25~0.6%C高碳钢

0.6%C低碳钢

0.25%C碳素钢4第4页，共95页，2023年，2月20日，星期三（2）按质量碳素钢PS普通碳素钢≤0.045≤0.055优质碳素钢≤0.040≤0.040高级优质碳素钢≤0.035≤0.030工程用钢

建筑、桥梁、船舶、车辆等机器零件

齿轮、轴、连杆等结构钢刃具、模具、量具等工具钢（3）按用途5第5页，共95页，2023年，2月20日，星期三（4）按冶炼方法平炉钢

按炉别沸腾钢镇静钢半镇静钢按脱氧程度特殊镇静钢转炉钢电炉钢碱性转炉钢酸性转炉钢顶吹转炉钢6第6页，共95页，2023年，2月20日，星期三牌号：用“Q+数字”表示，Q275、Q235AF、Q235C“Q”为屈服点，数字表示屈服强度的数值。质量等级符号为A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，质量提高。脱氧方法符号:沸腾钢—F；镇静钢—Z；半镇静钢—b；特殊镇静钢—TZ。3.1.2碳钢的牌号和用途1．碳素结构钢螺纹钢热轧状态使用，不进行热处理；可焊性、塑性好；用于制造各种工程构件（如桥梁、船舶、建筑构件等）7第7页，共95页，2023年，2月20日，星期三钢号：用平均碳质量分数的万分数的数字表示，例如：20

钢表示碳质量分数为0.2％(万分之二十)若钢中锰含量较高，则在这类钢号后附加符号“Mn”，如15Mn、45Mn等。优质碳素结构钢使用前一般都要经过热处理。主要用来制造各种机器零件（齿轮、轴、连杆等）。2、优质碳素结构钢08F

：冷冲压零件；10、20钢：冷冲压性与焊接性能良好，可用作冲压件及焊接件，经过热处理（如渗碳）也可以制造轴、销等零件；8第8页，共95页，2023年，2月20日，星期三曲轴螺栓35、40、45、50钢，良好的综合机械性能，用来制造齿轮、轴类、套筒等60、65钢主要用来制造弹簧第9页，共95页，2023年，2月20日，星期三碳质量分数在0.65%～1.35%之间

钢号：用“T+数字”表示。“T”(“碳”的汉语拼音字头)；数字表示平均碳质量分数的千分数。例如，T9表示碳质量分数为0.9％(即千分之九)

的碳素工具钢。碳素工具钢均为优质钢，若含硫、磷更低，则为高级优质钢，则在钢号后标注“A”字。例如，T12A表示碳质量分数为1.2%的高级优质碳素工具钢。制造各种工具（刃具、量具、模具等）。3．碳素工具钢10第10页，共95页，2023年，2月20日，星期三量规钻头锉刀

T7、T8硬度较高、韧性较高，可制造承受冲击的工具如冲头、凿子、锤子等。

T9、T10、T11硬度高，韧性适中，可制造钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具等。T12、T13硬度很高，韧性较低，可制作耐磨工具如锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。木工凿手锤11第11页，共95页，2023年，2月20日，星期三3.2合金钢3.2.1概论合金钢?碳钢的不足：①淬透性低15mm~20mm②强度和屈强度比较低Q235与16Mn③回火稳定性差④不能满足特殊性能的要求

为了提高钢的性能，在铁碳合金中特意加入合金元素所获得的钢，称为合金钢。

12第12页，共95页，2023年，2月20日，星期三1.改善钢的热处理工艺性能1)细化奥氏体晶粒加入Ti、V、Nb、Zr、Al等，形成细小的碳化物颗粒2)提高钢的淬透性除Co以外，其他合金元素都能使钢”C”

曲线向右移动3)提高钢的回火抗力，产生二次硬化合金元素固溶于马氏体中，使马氏体回火时分解的难度增大，延缓硬度下降

W、Cr、V、Mo等，回火时会形成特殊碳化物，使硬度重新升高—二次硬化4)防止第二类回火脆性(W、Mo)合金元素在钢中的有益作用13第13页，共95页，2023年，2月20日，星期三2.提高钢的力学性能1)产生固溶强化

Cr,Ni,Mn,Si等合金元素固溶于铁素体中，形成合金铁素体，提高钢的强度2)产生第二相强化

Mn,Cr,Mo,W,V等合金元素形成合金渗碳体或特殊碳化物,提高钢的强度3)产生细晶强化

Ti,V,Nb,Zr,Al等合金元素形成C化物、N化物，阻止奥氏体晶粒长大，从而细化热处理后的组织，提高钢的强度、韧性14第14页，共95页，2023年，2月20日，星期三3.使钢具有特殊性能

提高钢的抗腐蚀性能提高钢的抗高温氧化性能提高钢的高温强度提高钢的抗冲击磨损性能提高钢的耐低温性能15第15页，共95页，2023年，2月20日，星期三按合金元素质量分数多少：低合金钢(<5％)

中合金钢(5％～10％)

高合金钢(>10％)按所含的主要合金元素：铬钢、铬镍钢、锰钢、硅锰钢按显微组织：珠光体、马氏体、铁素体、奥氏体、莱氏体钢按用途：结构钢、工具钢和特殊性能钢1．合金钢的分类16第16页，共95页，2023年，2月20日，星期三结构钢工具钢特殊性能钢低合金高强度结构钢合金渗碳钢合金调质钢合金弹簧钢滚珠轴承钢合金钢合金刃具钢合金模具钢量具钢不锈钢耐热钢耐磨钢17第17页，共95页，2023年，2月20日，星期三编号原则：数字+元素符号+数字2．合金钢的编号例：16Mn40Cr60Si2Mn9SiCr碳质量分数：结构钢以万分之一为单位的两位数子；工具钢和特殊性能钢以千分之一为单位的一位数子；工具钢的碳含量大于1％时不标出。钢中主要合金元素

合金元素的质量分数，百分之几；＜1.5％，只标出元素，不标出含量；

1.5％≤含量＜2.49%，标2；

2.5％≤含量＜3.49，标3；

3.5%≤含量＜4.49，标4；……18第18页，共95页，2023年，2月20日，星期三滚珠轴承钢在钢号前标以“G”，如GCr15，>1％C，1.5％Cr(注意：铬含量以千分之一为单位)

易切削钢(Y),Y40Mn专用钢，以用途的汉语拼音字首来标明

高级优质钢，钢的末尾加“A”字表明：如20Cr2Ni4A等。19第19页，共95页，2023年，2月20日，星期三3.2.2合金结构钢

制造重要工程结构和机器零件，是合金钢中用途最广，用量最大的一类钢。结构钢低合金高强度结构钢合金渗碳钢合金调质钢合金弹簧钢滚珠轴承钢20第20页，共95页，2023年，2月20日，星期三汽车桥梁储气罐1．低合金高强度结构钢（HSLA）

HighStrengthLowAlloyed(1)用途容器船舶21第21页，共95页，2023年，2月20日，星期三

①高强度

σs>300MPa②高韧性

δ=15%~20%,αkv>600~800kJ/m2，高的断裂韧性

③良好的焊接性能和冷成型性能④低的冷脆转变温度⑤良好的耐蚀性(2)性能要求比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性于1938年冬发生断裂坠入河中22第22页，共95页，2023年，2月20日，星期三①低碳

＜0.20％，韧性、焊接性和冷成形要求②加入以Mn为主的合金元素

Mn：固溶强化，细化晶粒③加入铌、钛或钒等辅加元素

细晶强化及第二相强化少量铜和磷等，可提高抗腐蚀性少量稀土元素，脱硫、去气，净化，韧性和工艺性能(3)成分特点23第23页，共95页，2023年，2月20日，星期三较低强度：16Mn（Q345）中等强度：15MnVN（Q420）高等级管线钢，X70、X80

热轧空冷正火F+S(5)热处理及组织(4)代表性钢种九江长江大桥南京长江大桥24第24页，共95页，2023年，2月20日，星期三芜湖长江大桥14MnNb武汉长江大桥

25第25页，共95页，2023年，2月20日，星期三2．合金渗碳钢(1)用途变速齿轮、凸轮轴、活塞销等机器零件摩擦磨损、冲击载荷变速齿轮活塞销(20Cr)增压柴油机曲轴26第26页，共95页，2023年，2月20日，星期三①表面硬度高耐磨性和接触疲劳抗力②心部高韧性和足够高的强度避免断裂和碎裂、剥落③良好的热处理工艺性能高的渗碳温度(900℃～950℃)下，奥氏体晶粒不易长大有良好的淬透性(2)性能要求27第27页，共95页，2023年，2月20日，星期三①低碳

0.10～0.25％，保证心部有足够的塑性和韧性。②加入提高淬透性的合金元素Cr、Ni、Mn、B等，提高心部的强度和韧性。③加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素Ti、V、W、Mo等，→合金碳化物。阻止渗碳时奥氏体晶粒长大，提高耐磨性。(3)成分特点28第28页，共95页，2023年，2月20日，星期三低淬透性：20Cr中淬透性：20CrMnTi中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮高淬透性：18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A飞机坦克曲轴热处理工艺：渗碳+直接淬火＋低温回火。表面组织：合金渗碳体＋M回火＋少量A’；心部组织：完全淬透时，低碳M回火

多数情况下，

T

+

M回火+少量F。(5)热处理及组织(4)代表性钢种渗碳淬火后的表层组织29第29页，共95页，2023年，2月20日，星期三例：20CrMnTi钢制汽车变速齿轮工艺路线下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火→低温回火→精磨→喷丸→成品30第30页，共95页，2023年，2月20日，星期三3．合金调质钢(1)用途重要零件：如齿轮、轴类件、连杆、螺栓等。连杆齿轮曲轴汽车万向节高的综合机械性能——高的强度和良好的塑性、韧性。很好的淬透性。(2)性能要求31第31页，共95页，2023年，2月20日，星期三②加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si

除了提高淬透性外，还能形成合金铁素体，提高钢的强度。①中碳0.25％～0.50％，以0.4％居多。③加人防止第二类回火脆性的元素Mo、W(3)成分特点32第32页，共95页，2023年，2月20日，星期三低淬透性：

40Cr，广泛用于一般尺寸的重要零件中淬透性：35CrMo，截面较大零件如曲轴、连杆高淬透性：

40CrNiMo，大截面重载荷零件如汽轮机主轴淬火+高温回火，回火后快冷(水冷或油冷)组织：S回要求耐磨性，调质后表面淬火+低温回火或进行专门的化学热处理。(5)热处理及组织(4)代表性钢种回火索氏体33第33页，共95页，2023年，2月20日，星期三40Cr钢经不同温度回火后的机械性能(直径D=12mm,油淬)34第34页，共95页，2023年，2月20日，星期三例1：40Cr钢制汽车连杆螺栓工艺路线

下料→锻造→退火→机加工→调质→精加工→成品例2：40Cr钢制内燃机曲轴工艺路线下料→锻造→退火→机加工→调质→半精加工→轴颈处感应淬火＋低温回火→精磨→成品最终组织表层：中碳M回＋A残心部：S回性能：表硬，心韧35第35页，共95页，2023年，2月20日，星期三4、合金弹簧钢(1)用途制造各种弹簧和弹性元件。弹簧蝶形弹簧离合器弹簧拉力弹簧36第36页，共95页，2023年，2月20日，星期三高的弹性极限σe，高的屈强比σs

／σb

高的疲劳强度σr，高的表面质量足够的塑性和韧性，以免受冲击时脆断较好的淬透性，不易脱碳和过热，容易绕卷成型。(2)性能要求汽车板簧弹簧丝37第37页，共95页，2023年，2月20日，星期三②加入以Si、Mn为主的提高淬透性的元素同时也提高了屈强比，其中Si作用大。但Si在加热时促进表面脱碳，Mn则使钢易于过热。因此，重要用途的合金弹簧钢须加入Cr、V、W等元素。③合金弹簧钢均为优质钢或高级优质钢①中、高碳

0.5%~0.7%(3)成分特点38第38页，共95页，2023年，2月20日，星期三以Si、Mn为主要合金元素

60Si2Mn

汽车、拖拉机上的板簧和螺旋弹簧。含Cr、V、W等元素

50CrVA350℃～400℃承受重载的较大弹簧热成型弹簧：热轧钢丝或钢板制成，淬火+中温回火(450℃～550℃)组织：回火T回(4)代表性钢种(5)加工、热处理及性能大型热卷弹簧39第39页，共95页，2023年，2月20日，星期三(1)用途制造滚动轴承的滚动体(滚珠、滚柱、滚针)、内外套圈5．滚珠轴承钢滚珠滚珠轴承40第40页，共95页，2023年，2月20日，星期三

轴承元件的工况复杂苛刻，性能要求很严，主要有：①高的接触疲劳强度②高的硬度和耐磨性62HRC~64HRC③足够的韧性和淬透性④要求在大气和润滑介质中有一定的耐蚀能力和良好的尺寸稳定性(2)性能要求圆柱滚子轴承自动调心球轴承滚针轴承41第41页，共95页，2023年，2月20日，星期三①高碳

0.95%~1.10%，保证高硬度、高耐磨性和高强度②铬为基本合金元素

0.40％～1.65％，铬提高淬透性；形成合金渗碳体，提高耐磨性和疲劳强度③加入硅、锰、钒等

Si、Mn进一步提高淬透性，便于制造大型轴承；V部分溶于奥氏体中，部分形成碳化物VC，提高钢的耐磨性并防止过热。④高的冶金质量夹杂物往往是接触疲劳破坏的发源点(3)成分特点42第42页，共95页，2023年，2月20日，星期三过共析钢，球化退火+淬火＋低温回火①球化退火目的：降低钢的硬度，以利于切削加工组织准备，获得细的球状P和细粒状碳化物GCrl5

除轴承外也常制造冷冲模、量具、丝锥等。(4)代表性钢种(5)热处理及组织43第43页，共95页，2023年，2月20日，星期三②淬火和低温回火

820℃~840℃，

150℃~160℃。组织：极细的M回+均匀分布的粒状碳化物+少量A残。稳定尺寸，淬火后可立即“冷处理”(-60℃~-50℃)，并在回火和磨削加工后，进行低温时效处理。44第44页，共95页，2023年，2月20日，星期三思考：选择制造下列零件的材料：

汽车齿轮、机床主轴、汽车板簧、滚珠。

请选择

:

20CrMnTi60Si2MnGCr1545Q390(15MnV)45第45页，共95页，2023年，2月20日，星期三3.2合金钢3.2.1概论3.2.2合金结构钢3.2.3合金工具钢3.2.4特殊性能钢及合金低合金结构钢渗碳钢调质钢弹簧钢滚珠轴承钢不锈钢耐热钢耐磨钢刃具钢模具钢量具钢16Mn（Q345）、15MnVN（Q420）20CrMnTi40Cr60Si2MnGCr1546第46页，共95页，2023年，2月20日，星期三3.2.3合金工具钢按用途分为合金刃具钢、模具钢、量具钢1.合金刃具钢(1)用途制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等铣刀47第47页，共95页，2023年，2月20日，星期三刃具的服役条件：弯曲或扭转应力;摩擦；发热;冲击震动刃具的常见失效方式：卷刃；崩刃；刀刃磨损；刀体折断对刃具的性能要求：①高硬度（＞60HRC）②高耐磨性（与硬度、硬质相的性质、数量、大小、分布）③高热硬性

热硬性是指钢在高温下保持高硬度的能力(亦称红硬性)，与回火稳定性和特殊碳化物的弥散析出有关。④足够的塑性和韧性(2)性能要求48第48页，共95页，2023年，2月20日，星期三低合金刃具钢典型钢种：9SiCr成分特点：a)高碳，0.9％～1.1％，保证高硬度和高耐磨性b)合金元素：Cr、Mn、Si、W、V。(3)典型合金刃具钢及其热处理↑淬透性↑回火稳定性强化M↑硬度、耐磨性防过热、细化组织49第49页，共95页，2023年，2月20日，星期三加工过程：球化退火、机加工，然后淬火和低温回火组织：M回+粒状碳化物+少量A残。用途：低速切削刃具，如丝锥、板牙、绞刀、刮刀、拉刀、铣刀、车刀、钻头T10、Cr、9SiCr钢的硬度与回火温度的关系丝锥板牙50第50页，共95页，2023年，2月20日，星期三典型钢种：

钨系W18Cr4V(18-4-1)

钨-钼系W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)成分特点：a)

高碳，0.7~1.5%b)合金元素：Cr、W、Mo、V。②高速钢（高碳高合金刃具钢,俗称风钢）Cr23C6↑淬透性↑抗氧化、脱碳VC↑硬度和耐磨性细化晶粒↑热硬性↑回火抗力M6C→W2C或Mo2C二次硬化高速钢冷轧钢带51第51页，共95页，2023年，2月20日，星期三①反复锻造:成型和改善碳化物莱氏体钢，铸态组织为亚共晶组织，由鱼骨状莱氏体与树枝状M+T组成，脆性大且无法热处理改善。打碎粗大M6C碳化物，并使其均匀分布高速钢的加工、热处理特点：制造工艺路线（W18Cr4V）下料→锻造→球化退火→机加工→淬火＋高温回火→精磨→成品W18Cr4V钢的铸态组织52第52页，共95页，2023年，2月20日，星期三②球化退火：降低硬度，便于机加工，为淬火做组织准备组织：S基体和细小粒状碳化物W18Cr4V钢的退火组织53第53页，共95页，2023年，2月20日，星期三淬火加热温度非常高，1220~1280℃，获得高合金元素含量的马氏体。W18Cr4V钢的淬火组织Fe77W18Cr4V1—C相图淬火组织：淬火M、碳化物和大量A’。③淬火：54第54页，共95页，2023年，2月20日，星期三④多次高温回火：常用550~570℃三次回火↓A残，消除内应力、稳定组织。二次硬化，↑红硬性高速钢硬度与回火温度关系回火时的组织变化：①M中析出W、Mo、V的碳化物，产生二次硬化。②碳及合金元素含量下降，Ms点上升，回火冷却时，A残转变为M。二次硬化每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火，A残量由30%→1%55第55页，共95页，2023年，2月20日，星期三W18Cr4V钢淬火、回火后的组织回火组织：M回+细粒状碳化物+少量A’W18Cr4V钢的热处理工艺过程示意图56第56页，共95页，2023年，2月20日，星期三不同状态下W18Cr4V的组织铸态淬火回火态淬火态退火态57第57页，共95页，2023年，2月20日，星期三58第58页，共95页，2023年，2月20日，星期三常用钢号及用途常用钢号：W18Cr4V(18-4-1)W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等。车刀铣刀高速钢铣刀59第59页，共95页，2023年，2月20日，星期三（1）冷模具钢①用途冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模等。工作温度不超过300℃。

2．合金模具钢冷模具钢和热作模具钢汽车冲压模具冷冲压件60第60页，共95页，2023年，2月20日，星期三服役条件：压力、弯曲力、冲击和摩擦。常见失效方式：磨损、崩刃、断裂和变形性能要求：

a.高硬度，58~62HRC;b．高耐磨性；

c.足够的韧性和疲劳抗力；

d.热处理变形小。②性能要求61第61页，共95页，2023年，2月20日，星期三a）高碳

>1.0%,个别达2.0%b）合金元素：高Cr(11.5~13%Cr)

、Mo、W、V③成分特点④钢种和牌号Crl2型钢热处理变形很小，适合于制造重载和形状复杂的大型模具Crl2MoV用于制造冷冲模、冷镦模、冷挤压模等。↑淬透性↑回火稳定性VC↑硬度和耐磨性细化晶粒↑淬透性M7C3↑耐磨性62第62页，共95页，2023年，2月20日，星期三b．二次硬化法较高温度(1l00一1150℃)淬火，510～520℃回火三次，产生二次硬化红硬性和耐磨性都较高。但韧性较差适用于在400℃~450℃温度下工作的模具。a.一次硬化法较高温度(950—1000℃)淬火，低温(150～180℃)回火适用于重载模具。Crl2型钢热处理后组织：M回+碳化物+A残。⑤热处理特点63第63页，共95页，2023年，2月20日，星期三

①用途

热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等（2）热作模具钢曲轴模具热模锻曲轴毛坯64第64页，共95页，2023年，2月20日，星期三

②性能要求

服役条件挤压；摩擦；交变温度；冲击；震动等常见失效方式磨损；断裂；热疲劳（龟裂）等性能要求

a.高的热硬性和高温耐磨性；

b．高的抗氧化性能；

c．高的热强性和足够的韧性；

d．高的热疲劳抗力，以防止龟裂破坏

e.高的淬透性和导热性。65第65页，共95页，2023年，2月20日，星期三a．中碳，0.3~0.6%，保证高强度和较高的热疲劳抗力b．较多的提高淬透性的元素Cr、Ni、Mn、Si等，Cr又和Ni一起提高钢的回火稳定性。Ni在强化铁素体的同时还增加钢的韧性，并与Cr、Mo一起提高钢的淬透性和耐热疲劳性能。

c．产生二次硬化的Mo、W、V等元素，Mo还能防止第二类回火脆性，提高高温强度和回火稳定性。③成分特点66第66页，共95页，2023年，2月20日，星期三热锻模钢5CrMnMo、5CrNiMo热处理：淬火+高温回火，组织：回火索氏体或回火屈氏体。④典型钢种热处理特点同调质钢67第67页，共95页，2023年，2月20日，星期三3．合金量具钢各种量测工具

性能要求高硬度、高尺寸稳定性成分特点高C，淬透Cr、W、Mn等量具用钢

CrWMn（低变形钢）热处理特点减少变形和提高尺寸稳定性卡尺千分尺68第68页，共95页，2023年，2月20日，星期三分类：化学腐蚀，化学反应而破坏，不产生电流。电化学腐蚀，在电解质溶液中发生原电池作用而破坏的过程，腐蚀过程中有电流产生。物理溶解腐蚀3.2.4特殊性能钢及合金不锈钢、耐热钢、耐磨钢1．不锈钢（1）金属材料腐蚀的概念69第69页，共95页，2023年，2月20日，星期三提高金属材料的耐蚀能力，三种方法：①均匀的单相组织，减少原电池形成的可能性②减小两极之间的电极电位差，并提高阳极电极电位。③使金属“钝化”，减小甚至阻断腐蚀电流，ZnZnZn-Cu原电池示意图珠光体腐蚀示意图电解液70第70页，共95页，2023年，2月20日，星期三用途：制造在各种腐蚀介质中工作的零件或结构性能要求：耐蚀性；工具→高硬度、高耐磨性；重要结构零件→高强度。（2）用途及性能要求（3）成分特点：低C高Cr①碳含量耐蚀性要求愈高，碳质量分数应愈低；0.1％~0.2％；↑C，↑Cr71第71页，共95页，2023年，2月20日，星期三②加入最主要的合金元素铬铬能提高电极电位，＞12％，电极电位急剧升高铬是F形成元素，＞12.7％时，可使钢形成单一的F组织铬在氧化性介质中极易钝化，生成致密的氧化膜72第72页，共95页，2023年，2月20日，星期三③加入钛、铌等

Ti、Nb能优先同碳形成稳定碳化物，使Cr保留在基体中，避免晶界贫铬，从而减轻钢的晶界腐蚀倾向。奥氏体不锈钢晶界的Cr23C6析出晶间腐蚀304不锈钢73第73页，共95页，2023年，2月20日，星期三④加入镍可获得单相A组织，显著提高耐蚀性。⑤加入钼、铜等可提高钢在非氧化性酸中的耐蚀能力。⑥加入锰、氮等部分代镍获得A，并提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性74第74页，共95页，2023年，2月20日，星期三（4）常用不锈钢按空冷状态的组织分：马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体和铁素体双相不锈钢①马氏体不锈钢（热轧空冷后基本上是M）1Crl3、2Crl3、3Crl3、4Crl3随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降.性能特点：满意的力学性能，中等耐蚀性75第75页，共95页，2023年，2月20日，星期三1Cr13、2Cr13热处理:淬火+高温回火（调质）使用状态下的组织:

S回耐蚀性较好，且有较好的综合力学性能。用途：叶片、水压机阀、结构架、螺栓、螺帽等

汽轮机叶片透平转轮76第76页，共95页，2023年，2月20日，星期三3Cr13、4Cr13热处理：淬火+低温回火。使用状态下的组织：M回具有较高强度、硬度。用途：制作耐蚀及具有较高硬度和耐磨性的医疗工具、量具、滚珠轴承等。医疗器械77第77页，共95页，2023年，2月20日，星期三②铁素体不锈钢(正火后基本上是F)

1Cr17、1Cr17Ti，成分特点：高铬17~30%，低碳＜0.15%组织：F，耐蚀性＞Cr13型热处理：退火或正火态下使用可形变强化性能特点：满意的耐蚀性,较低的力学性能用途：硝酸、磷酸工业用零构件硝酸生产装置合成氨厂1Cr1778第78页，共95页，2023年，2月20日，星期三③奥氏体不锈钢

(奥氏体状态下使用)1Cr18Ni9,1Crl8Ni9Ti，（18-8）成分：C<0.1%，耐蚀性很好，加入Ti或Nb防止晶间腐蚀形变强化能力＞F型性能特点：耐蚀性、塑性和韧性均较Cr13型好，无磁性热处理：固溶处理：即加热到1100℃使碳化物溶解后水冷→A。稳定化处理（含Ti或Nb）：防止晶间腐蚀消除应力退火组织：单相奥氏体。79第79页，共95页，2023年，2月20日，星期三应用最为广泛，如制作化工设备零件、输送管道、抗磁仪表、医疗器械等反应釜(316L)大型化工储罐(304)热交换器(316L)80第80页，共95页，2023年，2月20日，星期三比较1Cr13、1Cr17、1Cr18Ni9三种钢耐蚀性和强度的高低。最高较高较低耐蚀性：强度：1Cr18Ni91Cr171Cr131Cr18Ni91Cr171Cr1381第81页，共95页，2023年，2月20日，星期三（1）用途及性能要求高温装置：加热炉、锅炉、燃气轮机等①抗氧化性金属氧化膜的结构与性能②热强性

热强性是指钢在高温下的强度。在高温下钢的强度较低，当受一定的应力作用时，发生变形量随时间而逐渐增大的过程，这种过程叫蠕变。原因：扩散加快和晶界强度下降2．耐热钢高温下具有高的热化学稳定性和热强性的特殊钢82第82页，共95页，2023年，2月20日，星期三在不锈钢的基础上，加入提高强度、形成致密氧化膜的元素Cr、Si

或A1，特别是Cr。它们的加入，提高钢的抗氧化性，Cr还有利于热强性。

Mo、W、V、Ti，能形成细小弥散的碳化物，起弥散强化的作用，提高室温和高温强度。碳质量分数一般都不高。（2）成分特点83第83页，共95页，2023年，2月20日，星期三a．铁素体耐热钢

0Cr13Al、1Cr17；强度不高，耐高温氧化；用于油喷嘴，炉用部件，燃烧室等b．马氏体耐热钢

Crl2型(1CrllMoV)和Crl3型(1Crl3、2Crl3)钢c．奥氏体耐热钢

1Crl8Ni9Ti

不锈钢又可作耐热钢使用。比较重要的零件，如燃气轮机轮盘和叶片等固溶处理或固溶加时效处理。（3）钢种及加工、热处理特点84第84页，共95页，2023年，2月20日，星期三1Cr18Ni9Ti气轮机叶片过热器管排过热器集箱85第85页，共95页，2023年，2月20日，星期三3．耐磨钢（1）用途及性能要求车辆履带、挖掘机铲斗、破碎机颚板和铁轨分道叉等，承受严重磨损和强烈冲击。性能要求：很高的耐磨性和韧性高锰钢履带铁轨分道叉86第86页，共95页，2023年，2月20日，星期三①高碳保证钢的耐磨性和强度。但碳过高时，淬火后韧性下降，且易在高温时析出碳化物；≤1.4％。②高锰11~14%

锰是扩大A相区的元素，它和碳配合，保证完全获得奥氏体组织，提高钢的加工硬化率及良好的韧性。③一定量的硅0.3~0.8%

硅可改善钢水的流动性，并起固溶强化的作用。(2)成分特点87第87页，共95页，2023年，2月20日，星期三（3）典型钢种：ZGMnl3（4）热处理特点铸态组织为奥氏体+碳化物,性能硬而脆.高锰钢水韧处理组织浇铸高锰钢件水韧处理，1000℃～1100℃，保温，使碳化物全部溶入奥氏体中，然后在水中快冷，使高温奥氏体固定到室温。硬度很低，韧性很高。室温组织为过饱和单相奥氏体88第88页，共95页，2023年，2月20日，星期三（5）耐磨机理水韧处理后，韧性高，硬度低.使用时必须伴随着压力和冲击作用。在压力及冲击作用下，表面奥氏体迅速加工硬化，形成马氏体并析出碳化物，使表面硬度提高到HB500~550，获得高耐磨性。而心部仍为奥氏体组织,具有高耐冲击能力。颚式破碎机挖掘机89第89页，共95页，2023年，2月20日，星期三钢号钢种合金元素的主要作用热处理特点使用状态下组织Q345低合金高强度结构钢Mn:强化F，增加P量，降低冷脆转变温度热轧空冷F+P65Mn弹簧钢Mn:提高淬透性，强化F淬火+中温回火T回ZGMn13耐磨钢Mn:获得单相A组织水韧处理表:M+碳化物心:A20Cr渗碳钢Cr:提高淬透性，强化F渗碳+淬火+低温回火表:M回+颗粒状碳化物+A’心:M回+F40Cr调质钢Cr:提高淬透性，强化F调质处理S回9SiCr低合金工具钢Cr:提高淬透性淬火+低温回火M回+颗粒状碳化物+A’(少量)GCr15滚动轴承钢Cr:提高淬透性，耐磨性、耐蚀性