《金属材料与热处理》课件-第四章 非合金钢

第四章非合金钢§4-1杂质元素对非合金钢性能的影响§4-2非合金钢的分类§4-3非合金钢的牌号与用途§4-4低碳钢与高碳钢的冲击试验§4-1杂质元素对非合金钢性能的影响钢按化学成分分为非合金钢、低合金钢、合金钢三大类。以铁为主要元素，0.0218%＜Wc≤2.11%，且在冶炼没有加入其他合金元素的铁碳合金称为碳素钢，简称非合金钢。其冶炼容易，价格低廉，性能可满足一般工程构件、普通机械零件和工具的使用要求，在工业中广泛应用，产量和用量占钢总产量的80%以上。课堂讨论想一想：你在日常生活、生产中见到哪些用非合金钢做的构件和工具？一、炼钢过程概述1.采用不同的热源将原料(生铁、废钢等)熔化。

2.采用不同的方法(如加入氧化铁，使接触氧化性炉气，或通入空气、富氧空气甚至纯氧等)使钢液中的碳、硅、锰、磷、硫等杂质元素氧化。3.加入造渣材料使杂质元素的氧化生成物进入炉渣而被排除或生成气体而逸出。4.氧化终了时，钢液中不可避免地溶解了过多的氧，以及生成部分氧化铁。为此，必须加脱氧剂进行脱氧，并使脱氧生成物进入炉渣而与钢液分离。5.根据所炼钢种的要求加入合金元素，调整成分，调整钢液温度，然后出钢。二、炼钢方法对钢的质量和性能的影响钢的质量及其性能与钢的纯净程度(即钢中固体及气体夹杂物的含量)密切相关，而其纯净程度又与炼钢方法密切相关。

普通转炉钢的纯净程度最差，因而其力学性能特别是韧性最差。电炉钢的纯净度最高，因而其力学性能也最好。平炉钢的纯净程度则介于普通转炉钢和电炉钢之间，其力学性能也是如此。三、脱氧方法对钢的质量和性能的影响

炼钢用的脱氧剂，一般有锰、硅及铝等。在这三种脱氧剂中以锰的脱氧能力最弱，但锰脱氧的生成物MnO容易进入炉渣而被除去，因而钢液不受沾污。硅的脱氧能力比锰强十倍左右，但其脱氧生成物SiO2不易全部进入炉渣，而部分地成夹杂物残留在钢中。铝的脱氧能力更强，然而铝的脱氧生成物Al2O3不易聚成颗粒进入渣中，因而当脱氧用铝量较大时，就会使钢中含有大量Al2O3的非金属夹杂物。通常在钢液脱氧时先加入锰铁、硅铁，待钢液含氧量降低到一定程度时，再加铝进行进一步脱氧。残留在钢中的脱氧产物，对钢的组织和性能有明显影响。四、杂质元素对钢的质量和性能的影响1.锰有益元素，有很好的脱氧能力，还可以与硫形成MnS，从而消除硫的有害作用。锰作为杂质，含量一般应不超过0.8%。想一想：碳素钢中存在哪些杂质元素？它们对钢的性能有哪些影响？2.硅有益元素，脱氧能力比锰还强，能提高钢的强度及质量。硅作为杂质，含量一般应不超过0.4%。3.硫有害元素，常以FeS的形式存在。易使钢材变脆（热脆性）。钢中含硫量必须严格控制，通常应小于0.05%。4.磷有害元素，它使钢在低温时变脆（冷脆性）。钢中含磷量也要严格控制，通常应小于0.045%。5.氧氧通常以FeO形式或非金属夹杂物(如A12O3、SiO2等)形式存在于钢中。氧有使钢呈热脆性的作用。6.氮氮在高温下能溶于γ-Fe或α-Fe中，急速冷却后并不立即析出，而将在长期搁置时以细小分散的氮化物析出，从而使钢的韧性显著下降，导致工件易于脆性破坏，这种现象称为时效。7.氢有害元素，能造成氢脆、白点等缺陷§4-2非合金钢的分类1.低碳钢含碳量≤0.25%。2.中碳钢含碳量为0.25%~0.6%。3.高碳钢含碳量≥0.60%。想一想：低碳钢、中碳钢和高碳钢是如何划分的？一、按非合金钢的含碳量分类三、按非合金钢的用途分类1.碳素结构钢主要用于制造各种机械零件和工程结构件，其含碳量一般都小于0.70%。2.碳素工具钢主要用于制造各种刃具、量具和模具等，其含碳量一般均大于0.70%。二、按非合金钢的质量等级分类1.普通碳素钢2.特殊质量碳素钢3.优质碳素钢四、按非合金钢冶炼时脱氧程度分类1.沸腾钢是指脱氧程度不完全的钢。2.镇静钢是指脱氧程度不完全的钢。3.特殊镇静钢是指比镇静钢脱氧程度更充分、彻底的钢。

五、其他分类方法非合金钢还可以从其他角度进行分类。例如，按专业领域分为锅炉用钢、桥梁钢、矿用钢等;按冶炼方法分为转炉钢、电炉钢等。§4-3非合金钢的牌号与用途钢的牌号简称钢号，是对每一种具体钢产品所取的名称，是人们了解钢的一种共同语言。我国钢号的表示方法：采用汉语拼音、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的原则。一、非合金钢的牌号表示方法二、常用非合金钢的性能和用途1.碳素结构钢【例】

Q235AF表示屈服强度为235MPa的Ａ级沸腾碳素结构钢,，如图所示。

（1）屈服强度字母Q

（2）屈服强度数值（3）质量等级符号：A、B、C、D级，从A到D依次提高。（4）脱氧方法符号：

F－沸腾钢

b－半镇静钢

Z－镇静钢

TZ－特殊镇静钢（Z与TZ符号在钢号组成表示方法中予以省略）碳素结构钢的牌号共有4种：碳素结构钢的特性和用途见下表，其中以Q235钢最为常用：强调：随着牌号数值的增大，钢中含碳量增加，强度提高，塑性和韧性降低，冷弯性能逐渐变差。2.优质碳素结构钢

牌号用两位数字表示，这两位数字表示该钢的平均含碳量的万分数。45表示平均含碳量为0.45％的优质碳素结构钢

08表示平均含碳量为0.08％的优质碳素结构钢08～25钢的含碳量低，属低碳钢。这类钢的强度、硬度低，塑性、韧性及焊接性能良好。用于制造小轴、销、螺钉和垫圈等。30～55钢属中碳钢。这类钢具有较高的强度和硬度，其塑性和韧性随含碳量的增加而逐步降低，切削性能良好。用于制造连杆、曲轴、齿轮和联轴器等。60钢以上的牌号属高碳钢。这类钢具有较高的强度、硬度和弹性，但焊接性能不好，切削性能稍差，冷变形塑性差。用于制造弹簧垫圈、板簧和螺旋弹簧等弹性零件及耐磨零件。3.碳素工具钢注：碳素工具钢是指主要用于制造刀具和模具的钢。

牌号以汉字“碳”的汉语拼音字母字头“T”及后面的阿拉伯数字表示，其数字表示钢中平均含碳量的千分数。

【例】T12表示平均含碳量为1.2％的优质碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则在牌号后面标以字母A。想一想：碳素结构钢、优质碳素结构钢和碳素工具钢在牌号表示方法上有何不同？4.铸造碳钢铸造碳钢一般用于制造形状复杂、力学性能要求较高的机械零件。如轧钢机机架、水压机横梁、锻锤等。提问：铸钢一般应用于什么场合？其牌号由哪几部分构成？

牌号由“铸钢”两汉字的汉语拼音字母字头“ZG”后面加两组数字组成：第一组数字代表屈服强度，第二组数字代表抗拉强度值。【例】：ZG270—500表示屈服强度