《金属材料与热处理》项目5钢

主讲人：金属材料与热处理金属材料的基本性能1金属的晶体结构与结晶2铁碳合金相图3钢的热处理4目录contents钢5铸铁6非铁金属及其合金7钢05钢是指以铁为主要元素、含碳量一般在2%以下，并包含其他元素的铁碳合金。根据化学成分的不同，钢可分为非合金钢、低合金钢和合金钢。本项目主要介绍了非合金钢、低合金钢和合金钢的类型、成分特点、性能特点、牌号及应用，以及合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢的牌号及性能。通过本项目的学习，学生应能根据牌号识别钢的种类，为后续工业生产中钢的选择奠定基础。项目导读项目目标【知识目标】掌握钢的分类方法。了解杂质元素对钢性能的影响。

了解合金元素在钢中的作用。掌握非合金钢的分类、牌号。掌握低合金钢的分类、牌号。掌握合金钢的分类。掌握合金结构钢的牌号及分类。掌握合金工具钢的牌号及分类。掌握特殊性能钢的牌号及分类。【技能目标】能通过火花鉴别区分常用钢。能区分不同低合金钢的牌号及性能。能区分不同合金钢的牌号及性能。项目目标【素质目标】养成脚踏实地、认真负责、开拓进取的工作作风。弘扬执着专注、精益求精、追求卓越的工匠精神。践行服务集体、服从纪律、团结协作的团队精神。

项目导航认识非合金钢认识低合金钢和合金钢一二点击添加相关标题文字CLICKONADDRELATEDTITLEWORDS任务一：认识非合金钢任务引入

那么火花鉴别法是如何鉴定常用钢的呢？任务引入知识与技能要求任务内容认识非合金钢学习程度识记理解应用学习任务钢的分类方法●

杂质对钢性能的影响●

非合金钢的牌号及应用●实训任务用火花鉴别法鉴定常用钢

●自我勉励

一、钢的分类方法钢是使用最广、用量最大的金属材料，在国民经济生产中占据着重要的地位。钢的种类很多，根据不同的需要，可采用不同的方法分类。1．按用途分类一、钢的分类方法钢结构钢工具钢特殊性能钢根据用途的不同1．按用途分类一、钢的分类方法1）结构钢结构钢是用于制造各种工程结构和各种机械零件的钢种，主要用来制造建筑工程结构、桥梁、船舶、各种连接件等。结构钢一般要求具有较高的强度和韧性。结构钢碳素结构钢合金结构钢根据成分特点的不同1．按用途分类一、钢的分类方法2）工具钢工具钢是用于制造各种加工工具的钢种，主要用来制造刀具、刃具、模具等。工具钢一般要求具有较高的强度、硬度及耐磨性。工具钢碳素工具钢合金工具钢根据成分特点的不同1．按用途分类一、钢的分类方法3）特殊性能钢特殊性能钢是具有某种特殊物理或化学性能的钢种，主要用来制造除要求具有一定的机械性能外，还要求具有特殊性能的零件。2．按化学成分分类一、钢的分类方法钢非合金钢低合金钢合金钢《GB/T13304.1—2008》规定，根据化学成分的不同2．按化学成分分类一、钢的分类方法1）非合金钢非合金钢是指含碳量为0.02%～2.11%的铁碳合金，俗称碳素钢，简称碳钢。非合金钢易于冶炼，价格低廉，其性能可满足大多数工业的需求，因此得到了广泛应用。非合金钢

根据含碳量的不同2．按化学成分分类一、钢的分类方法1）非合金钢非合金钢

根据硫、磷含量的不同2．按化学成分分类一、钢的分类方法2）低合金钢低合金钢是指合金元素总量小于5%的合金钢。低合金钢是相对于非合金钢而言的，是在非合金钢的基础上，为了改善钢的性能，而有意向钢中加入一种或多种合金元素而构成的钢。2．按化学成分分类一、钢的分类方法3）合金钢合金钢是指在普通碳素钢的基础上加入一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。合金钢具有较好的强度、韧性、淬透性、焊接性能等特点。二、杂质对钢性能的影响钢中除含有大量的Fe、C元素外，还含有少量的Mn、Si、S、P、H、O、N等杂质元素。这些杂质元素不是为提高钢的性能而加入的，而是在冶炼过程中无法去除的杂质元素。除此之外，非金属夹杂物也会对钢的性能产生影响。这些杂质对钢的性能影响很大，必须严格控制其含量。1．锰的影响二、杂质对钢性能的影响锰是由炼铁原料铁矿石及炼钢时加入的脱氧剂（锰铁）带入钢中的，其含量一般小于0.8%。锰的脱氧能力较好，能清除钢中的FeO，降低钢的脆性锰锰与硫化合成MnS，可减轻硫的有害作用锰还能溶于铁素体中，形成置换固溶体，产生固溶强化，提高钢的强度和硬度因此，锰在钢中是一种有益元素。2．硅的影响二、杂质对钢性能的影响硅是由炼铁原料铁矿石及炼钢时加入的脱氧剂（硅铁）带入钢中的，其含量一般小于0.4%。硅的脱氧能力比锰好，能与钢中的FeO生成炉渣，清除FeO对钢的有害作用硅硅还能溶于铁素体中，产生固溶强化，提高钢的强度和硬度因此，硅在钢中也是一种有益元素。影响钢性能的杂质元素3．硫的影响二、杂质对钢性能的影响硫是由生铁及燃料带入钢中的，固态时在钢中的溶解度较小，主要以FeS的形态存在。FeS与Fe形成了低熔点的共晶体FeS-Fe（熔点为985℃），分布在奥氏体的晶界上。当钢在1000～1250℃进行热加工时，晶界处的共晶体熔化，导致钢变脆开裂，这种现象称为热脆。因此，硫在钢中是一种有害元素。4．磷的影响二、杂质对钢性能的影响磷是由生铁带入钢中的，它能全部溶于铁素体中，产生固溶强化，提高钢的强度和硬度，但会使其塑性、韧性降低。尤其在低温下，磷会使钢的塑性、韧性急剧下降，韧脆转变温度升高，这种现象称为冷脆。此外，磷产生的晶内偏析，会使钢在热轧后形成带状组织。因此，磷在非合金钢中是一种有害元素。

小贴士5．非金属夹杂物的影响二、杂质对钢性能的影响非金属夹杂物是由炉料、炉渣及耐火材料带入钢中的，如氧化物、硫化物、硅酸盐、氮化物等。非金属夹杂物会降低钢的塑性、韧性及疲劳强度，甚至会使钢在热加工和热处理时产生裂纹，在使用时发生断裂。非金属夹杂物也会使钢形成热加工纤维和带状组织，使钢具有各向异性。5．非金属夹杂物的影响二、杂质对钢性能的影响炼钢时，钢液会吸收空气中的N、O、H等元素，这些元素都会对钢的质量产生有害作用。过饱和的N在常温放置的过程中，会以Fe2N、Fe4N的形式析出而使钢变脆，这种现象称为时效脆化；O主要以氧化夹杂物的形式存在，使钢内部组织的结合力变弱；H会使钢变脆，容易发生断裂，这种现象称为氢脆。知识链接三、非合金钢的牌号及应用非合金钢碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢铸钢等根据用途的不同1．碳素结构钢

碳素结构钢可用于工程结构中，如屋架、桥梁、高压电线塔、钻井架、车辆构架、起重机械构架、焊接结构、低碳钢丝等工程结构。三、非合金钢的牌号及应用1．碳素结构钢我国的番禺大桥、虎门大桥等桥梁结构中都采用了碳素结构钢。三、非合金钢的牌号及应用（a）番禺大桥（b）虎门大桥碳素结构钢的应用1．碳素结构钢碳素结构钢的牌号用“Q+数字+质量等级符号+脱氧方法”表示。三、非合金钢的牌号及应用“Q”“屈”字汉语拼音首字母数字屈服强度值质量等级符号用A、B、C、D表示，从左至右，质量依次提高脱氧方法主要用F、b、Z、TZ表示，依次为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢例如，Q235AF表示屈服强度为235MPa、质量为A级的沸腾钢。1．碳素结构钢三、非合金钢的牌号及应用常用碳素结构钢的牌号、性能及应用牌号性能应用Q195、Q215塑性、韧性和焊接性能较好，有一定的强度和硬度通常用于制造受力较小的零件，如铁钉、铁丝、白铁皮、黑铁皮、轻负荷的冲压件和焊接件等Q235中等强度，具有良好的塑性和韧性，易于成形和焊接，是应用最广的碳素结构钢通常用于制造钢筋和钢结构件，另外还用于制造铆钉、铁路道钉和各种机械零件，如螺钉、螺母、拉杆、连杆等Q275强度高，塑性差通常用于制造建筑、桥梁等结构件，各种机械零件，如摩擦离合器、主轴、芯轴制动钢带等1．碳素结构钢三、非合金钢的牌号及应用碳素结构钢一般在热轧空冷状态下使用，不再进行热处理，常采用焊接等工艺成形。但对某些零件，必要时可进行锻造等热加工工艺，也可通过正火、调质、渗碳等处理，提高其使用性能。2．优质碳素结构钢优质碳素结构钢的硫、磷含量均在0.035%以下，且含碳量小于0.8%。优质碳素结构钢的塑性、韧性较好，力学性能较均匀，产量较高，价格低廉。优质碳素结构钢常用于制造齿轮、螺栓等机械零件。三、非合金钢的牌号及应用（a）齿轮（b）螺栓优质碳素结构钢的应用优质碳素结构钢的牌号用“数字+元素符号+质量等级符号+脱氧方法”表示。三、非合金钢的牌号及应用数字表示含碳量，用万分之几表示质量等级符号用A、B、C、D表示，从左至右，质量依次提高脱氧方法主要用F、b、Z表示，依次为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢例如，20钢表示含碳量为0.2%的优质碳素结构钢；45钢表示含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。2．优质碳素结构钢若优质碳素结构钢中的含锰量较高，则需要在其牌号数字后加元素符号Mn，如68Mn。提示三、非合金钢的牌号及应用常用优质碳素结构钢的牌号、性能及应用牌号性能应用08、10塑性好、强度低，一般由钢厂轧成薄板或钢带供应通常用于制造深冷冲压件和焊接件，如汽车壳体、油箱、压力容器等15、20、25塑性好，有一定的强度，经渗碳处理后，可实现“皮硬心软”的性能通常用于制造尺寸不大、载荷较小的渗碳件，如摩托车链条、小齿轮、活塞销、小轴、垫圈等；也用于制造不需要热处理的冲压件和焊接件，如风扇叶片、法兰盘等45具有较高的强度、硬度、塑性及韧性，在机械制造中应用非常广泛通常用于制造尺寸较大的零件，如机床主轴、连杆、曲轴、齿轮、联轴器等65Mn具有较高的强度、硬度和弹性，但塑性较差，焊接性能较差通常用于制造弹性零件和耐磨件，如钢丝绳、弹簧、板簧、弹簧垫圈、弹簧片、钢轨等2．优质碳素结构钢三、非合金钢的牌号及应用2．优质碳素结构钢优质碳素结构钢大多属于亚共析钢和共析钢的范畴，其牌号数值越大，含碳量越高，组织中的珠光体就越多，强度也就越高，但塑性、韧性越差。三、非合金钢的牌号及应用2．优质碳素结构钢1957年10月15日，“万里长江第一桥”——武汉长江大桥建成通车，中华儿女终于用自己的勤劳和智慧，实现了千百年来在长江上“一桥飞架南北，天堑变通途”的梦想。武汉长江大桥位于湖北省武汉市武昌区蛇山和汉阳区龟山之间，全长1670米，是长江上的第一座大桥，也是我国第一座公铁两用大桥，更是我国桥梁建设的第一座里程碑。武汉长江大桥拉开了我国现代化桥梁建设的序幕。知识链接3．碳素工具钢碳素工具钢的含碳量为0.65%～1.35%，随着含碳量的增大，其硬度和耐磨性逐渐增大，但韧性逐渐下降。碳素工具钢的耐磨性较好，淬透性较差，硬度较高，成本较低。碳素工具钢常用于制造尺寸不大、形状简单的低速刃具，以及对热处理变形要求较高的一般模具和低精度量具等。三、非合金钢的牌号及应用（a）手工锯（b）搓刀碳素工具钢的应用碳素工具钢的牌号用“T+数字+元素符号+质量等级符号”表示。三、非合金钢的牌号及应用“T”“碳”字汉语拼音首字母数字表示钢的含碳量，以千分之几表示质量等级符号用A、B、C、D表示若碳素工具钢中的含锰量较高，则需要在牌号数字后加元素符号Mn，如T8MnA。提示3．碳素工具钢三、非合金钢的牌号及应用常用碳素工具钢的牌号、性能及应用牌号性能应用T7、T7A能承受冲击、韧性较好、硬度适当通常用于制造能承受冲击、韧性较好、硬度适当的工具，如扁铲、手钳、大锤、旋具、木工工具等T8、T8A能承受冲击、硬度较高通常用于制造能承受一定冲击、要求具有较高硬度与耐磨性的工具，如冲头、压缩空气工具、木工工具等T11、T11A不能承受剧烈冲击、硬度高、耐磨性好通常用于制造不受剧烈冲击、要求具有高硬度与耐磨性的工具，如车刀、刨刀、冲头、丝锥、钻头、手锯条等T12、T12A不能承受冲击、硬度极高、耐磨性好通常用于制造不受冲击、要求具有极高硬度的工具，如锉刀、刮刀、精车刀、丝锥、量具等3．碳素工具钢三、非合金钢的牌号及应用3．碳素工具钢碳素工具钢在使用前要进行预备热处理一般为球化退火，其目的是降低硬度，便于切削加工，并为淬火做组织准备最终热处理一般为淬火加低温回火，使用状态下的组织为回火马氏体、颗粒状碳化物及少量残余奥氏体4．铸钢铸钢是冶炼后直接铸造成形的非合金钢。铸钢常用于制造结构复杂且要求有较高强度、塑性、韧性，以及特殊性能的结构件，如要求承受冲击载荷的大齿轮、减速带等。三、非合金钢的牌号及应用（a）大齿轮（b）减速带铸钢的应用铸钢的牌号用“ZG+数字-数字”表示。三、非合金钢的牌号及应用“ZG”“铸钢”二字汉语拼音首字母两组数字分别表示屈服强度的最低值（MPa）和抗拉强度的最低值（MPa）4．铸钢例如，ZG200-400表示屈服强度最低值为200MPa、抗拉强度最低值为400MPa的铸钢。三、非合金钢的牌号及应用常用铸钢的牌号、性能及应用牌号性能应用ZG200-400良好的韧性、塑性和焊接性能，但强度和硬度较低，低温冲击韧性较大，铸造性能较差通常用于制造受力不大、韧性好的机械零件，如机座、变速器壳、减速器壳体等ZG230-450较高的强度和较好的塑性、韧性和焊接性能，铸造性能比低碳钢好通常用于制造受力不大、韧性好的机械零件，如砧座、外壳、轴承座、底板、阀体等ZG270-500较高的强度和较好的塑性，铸造性能、焊接性能、切削加工性能好通常用于制造轴承座、连杆、箱体、曲轴、缸体、飞轮等4．铸钢三、非合金钢的牌号及应用4．铸钢截止2022年，我国钢铁产量已达134034万吨，占全世界总产量的50%以上，是名副其实的钢铁大国。改革开放以来，我国的钢铁工业超越了日本和美国，成为了世界第一产钢大国。我国的钢铁工业既满足了国计民生的需求，更支撑了我国高科技的发展。知识链接随着铸造技术的进步，铸钢件在组织、性能、精度、表面粗糙度等方面都已经接近锻钢件，可在不需要切削加工或只需要少量切削加工后使用。课堂小结非合金钢钢的分类方法按用途分类结构钢工具钢特殊性能钢按化学成分分类非合金钢低合金钢合金钢杂质对钢性能的影响锰的影响硅的影响硫的影响磷的影响非金属夹杂物的影响非合金钢的牌号及应用碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢铸钢课堂检测1.根据硫、磷含量的不同，非合金钢可以分为哪几种？2.与非合金钢相比，合金钢具有哪些优点？点击添加相关标题文字CLICKONADDRELATEDTITLEWORDS任务二：认识低合金钢和合金钢任务引入在众多新车发布会上，厂商在宣传新车时，都会将高强度钢作为亮点进行强调。例如，某越野车的高强度钢占比50%，而另一小型SUV（运动型多用途汽车）的高强度钢占比达70%，甚至某车型还宣称其车身的高强度钢占比达100%。任务引入为何一辆越野车的高强度钢占比还不如一辆小型SUV？为何不同车型的高强度钢占比差别如此之大？任务引入这是因为高强度钢的标准不同。多数厂商只公布了高强度钢的占比，却不公布车身各个部位的具体强度，这导致了消费者易受广告语的误导，产生误解。消费者了解汽车选用材料的牌号及其性能后，就不会被这些噱头迷惑了。请学生们分析汽车相关零件所需要材料的牌号及其性能。任务引入知识与技能要求任务内容认识低合金钢和合金钢学习程度识记理解应用学习任务低合金钢和合金钢概述●

合金元素在钢中的作用●低合金钢和合金钢的牌号与分类●合金结构钢●合金工具钢●特殊性能钢●实训任务区分不同低合金钢的牌号及性能

●自我勉励

一、低合金钢和合金钢概述随着高新技术的不断发展，工业生产对钢的要求也越来越高。钢不仅需要具有更高的强度、硬度、耐腐蚀性等，还需要具有特殊的物理性能和化学性能。为满足工业生产的需要，提高或改善钢的性能，在冶炼过程中有意加入某些合金元素得到的钢称为低合金钢和合金钢。常用的合金元素有硅（Si）、锰（Mn）、铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）、钨（W）、钒（V）、钛（Ti）、铌（Nb）、锆（Zr）、钴（Co）、铝（Al）、铜（Cu）、硼（B）和稀土（RE）等。一、低合金钢和合金钢概述稀土是化学元素周期表中原子序数为57～71的镧系元素，以及与镧系元素密切相关的钪、钇等17种元素。稀土在钢中能净化钢液、使杂物变形和微合金化，在钢中少量加入稀土就能大大改善钢的性能。因此，稀土常被称为“工业味精”“新材料之母”。知识链接一、低合金钢和合金钢概述低合金钢和合金钢的种类繁多，为了便于生产和使用，常按照合金元素的种类、钢的用途和金相组织等对其分类。低合金钢和合金钢锰钢铬钢硼钢铬镍钢硅锰钢等根据合金元素的种类不同一、低合金钢和合金钢概述低合金钢和合金钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢根据钢的用途不同一、低合金钢和合金钢概述低合金钢和合金钢亚共析钢共析钢过共析钢根据钢的金相组织不同一、低合金钢和合金钢概述低合金钢和合金钢珠光体钢贝氏体钢马氏体钢奥氏体钢根据钢正火态的金相组织不同二、合金元素在钢中的作用在钢中加入合金元素，可改变钢的使用性能和工艺性能。在使用性能方面，合金元素可提高钢的强度、韧性、抗氧化性和耐腐蚀性在工艺性能方面，合金元素可提高钢的切削加工性能和焊接性能等这主要是因为合金元素会与钢中的铁、碳相互作用，改变钢中各相的稳定性，并产生许多新相，改变原有的内部组织或形成新的组织，从而改变钢的性能。影响钢性能的合金元素1．合金元素对钢中基本相的影响在钢中加入合金元素后，会形成固溶体或碳化物。钢在平衡状态下的基本组成相是铁素体和渗碳体，合金元素的加入将使这两种基本相发生变化。二、合金元素在钢中的作用1．合金元素对钢中基本相的影响大多数合金元素都能不同程度地溶于铁中，形成合金铁素体。由于合金元素的原子直径和铁元素的原子直径不同，因此合金元素溶于铁中，会使铁素体发生晶格畸变，产生固溶强化，进而使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性下降。二、合金元素在钢中的作用1）强化铁素体几种合金元素对铁素体硬度的影响几种合金元素对铁素体韧性的影响1．合金元素对钢中基本相的影响二、合金元素在钢中的作用1）强化铁素体几种合金元素对铁素体硬度的影响具有与铁不同晶格类型的合金元素（Cr、Mo、W、V等）强化铁素体硬度的性能较弱具有与铁相同晶格类型的合金元素（Si、Mn等）强化铁素体硬度的性能较强。1．合金元素对钢中基本相的影响二、合金元素在钢中的作用2）形成合金碳合物合金元素碳化物形成元素包括Ti、Nb、Zr、V、W、Mo、Cr、Mn等，它们与碳的结合能力较强，会形成合金渗碳体或碳化物，如TiC、VC、WC等非碳化物形成元素包括Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等，它们与碳的结合能力较弱，除在极少数高合金钢中形成金属间化合物外，这些元素几乎都可溶于铁素体、奥氏体或马氏体中根据合金元素与碳之间相互作用的不同碳化物是钢中的重要相之一，其类型、数量、大小、形状及分布对钢的性能有很大的影响。碳化物提高了钢的强度、硬度和耐磨性，其晶粒越细小，强化效果就越明显。1．合金元素对钢中基本相的影响二、合金元素在钢中的作用2）形成合金碳合物在碳化物形成元素中，有些元素（如Mn）与碳的结合能力较弱，属于弱碳化物形成元素。这些元素除少量溶于渗碳体中形成合金渗碳体外，大部分溶于铁素体或奥氏体中。有些元素（如Cr、Mo、W）与碳的结合能力较强，属于中强碳化物形成元素。这些元素在钢中既能形成合金渗碳体，又能形成特殊碳化物。有些元素（如V、Ti、Nb、Zr）与碳的结合能力很强，属于强碳化物形成元素。这些元素几乎总是与碳形成特殊化合物，具有较高的熔点、硬度和耐磨性。知识链接2．合金元素对热处理的影响合金元素在钢的热处理中具有重要的作用，加入适量的合金元素可有效改善钢的力学性能和化学性能等。二、合金元素在钢中的作用2．合金元素对热处理的影响大多数合金元素（除Mn、P外）都能不同程度地抑制钢在加热时奥氏体晶粒的长大，从而细化晶粒。二、合金元素在钢中的作用1）细化晶粒其中，以强碳化物形成元素V、Ti、Nb、Zr的影响最为显著。它们在钢中形成的碳化物非常稳定，如VC、TiC、NbC等，这些碳化物熔点高、硬度高，且不易分解，在加热时很难溶于奥氏体中，能强烈阻碍奥氏体晶粒的长大。

因此，适当提高加热温度或加入合金元素，可提高钢的力学性能。提示2．合金元素对热处理的影响大多数合金元素（除Co外）溶于奥氏体后都能不同程度地增加过冷奥氏体的稳定性，推迟其向珠光体转变的进度，使C曲线右移。C曲线移动后会降低马氏体转变的临界冷却速度，从而提高钢的淬透性。二、合金元素在钢中的作用2）提高淬透性2．合金元素对热处理的影响二、合金元素在钢中的作用2）提高淬透性对于非碳化物形成元素和弱碳化物形成元素，如Ni、Mn、Si等，仅会使C曲线右移。而对于中强碳化物形成元素或强碳化物形成元素，如Cr、Mo、W等，不但会使C曲线右移，而且还会使C曲线分离成两个鼻尖。其中，上部为珠光体转变区，下部为贝氏体转变区，两区之间的过冷奥氏体有较大的稳定性。（a）一个鼻尖的C曲线（b）两个鼻尖的C曲线合金元素对C曲线的影响2．合金元素对热处理的影响二、合金元素在钢中的作用2）提高淬透性用合金钢制造大截面零件时，由于加入了合金元素，淬透性得到了提高，经热处理后的整个截面具有比较均匀的组织和性能。而对于形状复杂的合金钢零件，可采用冷却能力较弱的淬火介质（如油等），以及分级淬火、等温淬火等工艺，从而减缓变形和开裂的趋势。知识链接2．合金元素对热处理的影响

二、合金元素在钢中的作用3）增加残余奥氏体的含量因此，对于硬度及尺寸精度要求较高的刃具、模具、量具等，在淬火后一般要进行多次回火处理，以促使残余奥氏体的转变。2．合金元素对热处理的影响合金元素溶于马氏体后，在回火时能延缓马氏体的分解，并使碳化物的形成、析出和聚集长大的速度减慢，进而提高钢的回火稳定性。二、合金元素在钢中的作用4）提高回火稳定性因此在相同的回火温度下，合金钢的硬度比碳钢高。2．合金元素对热处理的影响二、合金元素在钢中的作用5）产生二次硬化一些Mo、W、V含量较大的合金钢，经淬火并在500～600℃回火时，硬度不但不降低反而上升的现象称为二次硬化。合金钢的二次硬化2．合金元素对热处理的影响二、合金元素在钢中的作用5）产生二次硬化二次硬化与合金钢回火时析出物的性质有关。当回火温度低于450℃时，钢中析出渗碳体

另外，残余奥氏体转变为马氏体的回火冷却过程，也可产生二次硬化。二、合金元素在钢中的作用由此可见，合金元素在钢中能提高淬透性、回火稳定性，并能细化晶粒，但这些影响需要经过适当的热处理才能实现。如果热处理工艺使用不当，反而会产生二次硬化，特别是对于成分较复杂的合金钢，应严格控制其热处理工艺，这样才能充分发挥金属材料的优越性。低合金钢的牌号一般用“Q+数字+质量等级符号”表示。“Q”“屈”字汉语拼音首字母数字表示屈服强度值质量等级符号用A、B、C、D、E表示

1．低合金钢的牌号与分类三、低合金钢和合金钢的牌号及分类1．低合金钢的牌号与分类三、低合金钢和合金钢的牌号及分类为了与普通的低合金钢加以区分，一些专用钢常在牌号后附加表示专门用途的字母。工业生产中，锅炉和压力容器用钢板用大写字母“R”在牌号后加以标记，牌号用屈服强度，或含碳量和所含合金元素表示，如Q345R、12Cr2MoR等；焊接气瓶用钢板用大写字母“HP”在牌号后加以标记，牌号用屈服强度表示，如Q345HP；桥梁用钢板用“桥”字汉语拼音首字母“q”加以标记，如Q420q、Q345q等；焊接结构用耐候钢用“耐候”二字汉语拼音首字母“NH”加以标记，并在牌号后加入质量等级符号C、D、E，如Q345NHC、Q460NHD等；滚珠轴承钢用“滚”字汉语拼音首字母“G”在牌号前加以标记，如GCr15。知识链接1．低合金钢的牌号与分类三、低合金钢和合金钢的牌号及分类低合金钢的种类很多，根据不同的需要，可采用不同的方法分类。1．低合金钢的牌号与分类三、低合金钢和合金钢的牌号及分类低合金钢普通质量低合金钢指不规定生产过程中需要特别控制质量要求的，供作一般用途的低合金钢，如矿用低合金钢、低合金轻轨钢优质低合金钢指在生产过程中需要特别控制质量，以达到比普通低合金钢质量要求高的钢。优质低合金钢要求具有良好的抗脆断性和冷成形性，这种钢在生产过程中需要特别控制硫、磷含量不大于0.040%特殊质量低合金钢指在生产过程中需要特别控制质量和性能，尤其是严格控制硫、磷等杂质含量和纯洁度的低合金钢。特殊质量低合金钢主要包括核能用低合金钢、低温用低合金钢等根据主要质量等级的不同（1）按主要质量等级分类1．低合金钢的牌号与分类三、低合金钢和合金钢的牌号及分类低合金钢可焊接的低合金高强度结构钢低合金耐候钢低合金混凝土用钢及预应力用钢铁道用低合金钢矿用低合金钢以及其他低合金钢等根据主要性能和使用特性的不同（2）按主要性能和使用特性分类1．低合金钢的牌号与分类三、低合金钢和合金钢的牌号及分类低合金高强度结构钢是应用较多的一种低合金钢，它是在碳素结构钢的基础上加入少量合金元素而形成的工程结构钢。在低合金高强度结构钢中，含碳量为0.12%～0.20%，磷、硫的含量不大于0.45%，合金元素的总量不大于3%。低合金高强度结构钢添加的主要元素为Si、Mn及少量的V、Ti、Nb、Cu、RE等。其中，V、Ti、Nb的作用是在钢中形成细小的碳化物和氮化物，这些化合物在金属相变时沿着奥氏体晶界析出，形成弥散相，细化晶粒。因此，低合金高强度结构钢具有较好的塑性、韧性、耐腐蚀性和良好的焊接性能，广泛用于桥梁、车辆、船舶等的制造中。知识链接1．低合金钢的牌号与分类三、低合金钢和合金钢的牌号及分类牌号用途Q345船舶、铁路车辆、桥梁、管道、锅炉、低温压力容器、石油储罐等Q390中高压锅炉汽包、中高压石油化工容器、大型船舶、桥梁、车辆等Q420矿山机械、大型船舶、桥梁、电站设备、起重机械、机车车辆、中压或高压锅炉，以及容器的大型焊接结构件等Q460大型工程结构件和工程机械；经淬火加回火后，可用于大型挖掘机、起重机、起重机运输机械、钻井平台等知识链接部分低合金高强度结构钢的牌号及用途合金钢的牌号一般用“数字（或没有数字）+元素符号+数字+质量等级符号”表示，具体细则需要根据不同用途的钢来确定。2．合金钢的牌号与分类三、低合金钢和合金钢的牌号及分类合金钢的种类很多，根据不同的需要，可采用不同的方法分类。2．合金钢的牌号与分类三、低合金钢和合金钢的牌号及分类（1）按主要质量等级分类合金钢优质合金钢指在生产过程中需要特别控制质量和性能的钢，如铁道用合金钢30CuCr特殊质量合金钢指需要严格控制化学成分及工艺条件，以改善综合性能，并使性能严格控制在极限范围内的钢根据主要质量等级的不同2．合金钢的牌号与分类三、低合金钢和合金钢的牌号及分类合金钢工程结构用合金钢机械结构用合金钢不锈钢耐热钢工具钢轴承钢特殊物理性能钢以及其他合金钢等根据主要性能和使用特性的不同（2）按主要性能和使用特性分类四、合金结构钢合金结构钢主要用于制造各种工程结构和机械零件，如轴类零件、齿轮、弹簧、轴承等。合金结构钢具有较高的强度、塑性、韧性和淬透性，一般经热处理后使用。此外，合金结构钢还有一定的疲劳强度和耐磨性。四、合金结构钢1．合金结构钢的牌号合金结构钢的牌号用“两个数字（或没有数字）+元素符号+数字+质量等级符号”表示。元素符号前的数字表示含碳量，以万分之几表示元素符号后的数字表示合金元素的含量，以百分之几表示合金元素的含量小于1.5%时，只标元素符号，不标含量合金元素的含量为1.5%～2.5%、2.5%～3.5%时，则相应的标以2、3四、合金结构钢1．合金结构钢的牌号钢中的V、Ti、Al、B等合金元素的含量虽然很小，但在钢中仍有很大的作用，需要在牌号中表示出来。合金结构钢若为高级优质钢，则需要在钢的牌号后加“A”，如12Cr2Ni4A若为特级优质钢，则需要在钢的牌号后加“E”，如SOE例如，60Si2Mn表示含碳量为0.6%、含硅量为2%、含锰量不大于1.5%的合金弹簧钢。四、合金结构钢2．合金结构钢的分类合金结构钢合金渗碳钢合金调质钢合金弹簧钢滚动轴承钢等根据用途的不同四、合金结构钢2．合金结构钢的分类1）合金渗碳钢指经渗碳处理后使用的低碳合金结构钢合金渗碳钢主要用于制造高耐磨性、承受高接触应力和冲击载荷的重要零件，如汽车、拖拉机的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活塞销等。这些零件表面要求具有较高的硬度、耐磨性及疲劳强度，心部要求具有足够的韧性和强度由于淬透性较差，仅能在表面获得较高的硬度，心部硬度较低，只适用于制造受力较小的渗碳件四、合金结构钢2．合金结构钢的分类1）合金渗碳钢含碳量为0.10%～0.25%合金渗碳钢加入的主要合金元素有Mn、Cr、Ni等，可提高钢的淬透性，以及心部的强度和韧性加入的少量合金元素有Mo、Ti、V、W等，这些元素在钢中可形成稳定的合金碳化物，以细化奥氏体晶粒，同时还能提高渗碳层的耐磨性四、合金结构钢2．合金结构钢的分类1）合金渗碳钢合金渗碳钢低淬透性合金渗碳钢中淬透性合金渗碳钢高淬透性合金渗碳钢根据淬透性大小的不同四、合金结构钢2．合金结构钢的分类1）合金渗碳钢（1）低淬透性合金渗碳钢低淬透性合金渗碳钢的淬透性和心部强度都很低，合金元素的含量小于3%，水淬临界直径为20～35mm，典型的钢种为20Cr、20Mn2等。这类钢通常只用于制造受冲击载荷较小的，且对于心部要求不高的小型渗碳件，如小齿轮、活塞销、套筒、链条等。四、合金结构钢2．合金结构钢的分类1）合金渗碳钢（2）中淬透性合金渗碳钢中淬透性合金渗碳钢的淬透性较高，合金元素的含量在4%左右，油淬临界直径为25～60mm，典型的钢种为20CrMnTi、20Mn2TiB、20MnVB等。这类钢通常用于制造承受高速中载、抗冲击和耐磨损的零件，如汽车、拖拉机的变速齿轮、离合器轴等。四、合金结构钢2．合金结构钢的分类1）合金渗碳钢（3）高淬透性合金渗碳钢高淬透性合金渗碳钢的淬透性很高，合金元素的含量为4%～6%，油淬临界直径大于100mm，典型的钢种为12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA、15CrMn2SiMo、20Cr2Ni4A等。这类钢通常用于制造大截面、高载荷的重要耐磨件，如飞机、坦克的曲轴、齿轮等。四、合金结构钢2．合金结构钢的分类2）合金调质钢指经调质处理（淬火+高温回火）后使用的中碳合金结构钢合金调质钢常用于制造承受重载荷、冲击载荷的零件，如汽车、拖拉机、机床等的齿轮、半轴、连杆、转向节等。这些零件受力复杂，要求具有良好的综合力学性能半轴四、合金结构钢2．合金结构钢的分类2）合金调质钢含碳量为0.25%～0.50%合金调质钢加入的主要合金元素有Mn、Cr、Ni、Si、B等，可提高钢的淬透性加入的少量合金元素有Mo、Ti、V、W等，这些元素可在钢中形成稳定的合金碳化物，以细化奥氏体晶粒四、合金结构钢2．合金结构钢的分类合金调质钢低淬透性合金调质钢中淬透性合金调质钢高淬透性合金调质钢根据淬透性大小的不同2）合金调质钢四、合金结构钢2．合金结构钢的分类（1）低淬透性合金调质钢淬透性合金调质钢的淬透性较低，合金元素的含量小于3%，油淬临界直径为30～40mm，典型的钢种为40Cr、40MnB、35SiMn、40Mn2等。这类钢主要用于制造一般尺寸的重要零件，如轴、齿轮、连杆等。2）合金调质钢四、合金结构钢2．合金结构钢的分类（2）中淬透性合金调质钢中淬透性合金调质钢的淬透性较高，合金元素的含量在4%左右，油淬临界直径为40～60mm，典型的钢种为40CrNi、35CrMo、40CrMn等。这类钢主要用于制造截面较大、承受载荷较大的零件，如曲轴、连杆等。2）合金调质钢四、合金结构钢2．合金结构钢的分类（3）高淬透性合金调质钢高淬透性合金调质钢的淬透性极高，合金元素的含量为4%～10%，油淬临界直径为30～100mm，多半为铬镍钢，典型的钢种为40CrNiMoA、37CrNi3、25Cr2Ni4WA等。这类钢主要用于制造大截面且承受重负荷的重要零件，如汽车机主轴、压力机曲轴、航空发动机曲轴等。2）合金调质钢四、合金结构钢2．合金结构钢的分类3）合金弹簧钢用于制造弹簧或其他弹性零件的钢种，其含碳量为0.5%～0.7%合金弹簧钢常用于制造汽车板簧、机动车螺旋板簧等，这些零件具有较高的弹性极限和疲劳强度，以及较好的淬透性、弹性变形能力和承载能力。一些特殊的合金弹簧钢还要求具有耐热性和耐腐蚀性等四、合金结构钢2．合金结构钢的分类3）合金弹簧钢合金弹簧钢加入的主要合金元素有Si、Mn、Cr、V、Mo、W等。其中，Si、Mn可强化铁素体、提高淬透性和耐回火性，但加入过多的Si容易造成钢在加热时表面脱碳，加入过多的Mn容易使晶粒长大加入少量的V和Mo可细化晶粒，从而提高钢的强度、淬透性和耐回火性四、合金结构钢2．合金结构钢的分类4）滚动轴承钢滚动轴承在工作中需要承受很高的摩擦力和交变载荷，滚动体与内外圈之间的接触应力也较大因此，滚动轴承钢需要具有较高的抗压强度和抗疲劳强度，还需要具有一定的韧性、塑性、耐磨性和耐腐蚀性。用于制造各种滚动轴承的滚动体和内外套圈的钢种，是一种专业结构钢滚动轴承钢四、合金结构钢2．合金结构钢的分类4）滚动轴承钢滚动轴承钢含碳量为0.95%～1.10%，是一种高碳低铬钢Cr是其基本的合金元素，其含量为0.40%～1.65%，可提高钢的淬透性和耐腐蚀性

五、合金工具钢合金工具钢是用于制造刀具、模具和量具的钢种。合金工具钢的淬透性、耐磨性和韧性较高。1．合金工具钢的牌号合金工具钢的牌号用“一位数字（或没有数字）+元素符号+数字+质量等级”表示。与合金结构钢不同的是，当含碳量小于1.0%时，合金工具钢元素符号前以千分之几表示含碳量；合金工具钢当含碳量大于1.0%时，为了避免与合金结构钢相混淆，合金工具钢元素符号前不标出含碳量。例如，9SiCr表示含碳量为0.9%，主要合金元素为Si和Cr，且含量均小于1.5%的合金工具钢。2．合金工具钢的分类合金工具钢合金刃具钢合金模具钢合金量具钢根据用途的不同五、合金工具钢2．合金工具钢的分类五、合金工具钢含碳量高的合金工具钢多用于制造刃具、量具和冷作模具，这类钢淬火后的硬度在60HRC以上，且具有足够的耐磨性。合金工具钢含碳量中等的合金工具钢多用于制造热作模具，这类钢淬火后的硬度稍低，为50～55HRC，但韧性良好。2．合金工具钢的分类五、合金工具钢1）合金刃具钢合金刃具钢是用于制造各种金属切削加工工具的合金钢，如车刀、铣刀、钻头等。常用的合金刃具钢有低合金刃具钢和高速工具钢两种。2．合金工具钢的分类五、合金工具钢1）合金刃具钢（1）低合金刃具钢是在碳素刃具钢的基础上加入某些合金元素形成的，其目的是克服碳素刃具钢的淬透性低、热硬性差、耐磨性不够高等缺点低合金刃具钢含碳量为0.75%～1.50%，合金元素的含量一般不超过3%～5%2．合金工具钢的分类五、合金工具钢1）合金刃具钢（1）低合金刃具钢钢中加入的合金元素通常为Cr、Mn、Si、Mo、W、V等。其中，Cr、Mn、Si、Mo主要提高钢的淬透性，同时还可强化马氏体，提高回火稳定性低合金刃具钢W、V可细化晶粒，还可提高钢的硬度和耐磨性低合金刃具钢主要用于制造截面尺寸较大，形状复杂且精密，同时切削速度较大的刃具。常用的低合金刃具钢有9SiCr、9Mn2V、CrWMn、Cr06等。2．合金工具钢的分类五、合金工具钢1）合金刃具钢（2）高速工具钢是一种含碳量较高且含有大量合金元素的合金刃具钢高速工具钢含碳量为0.7%～1.65%，合金元素的含量高达10%～25%，其目的是既能保证淬火后的钢具有较高的硬度和耐磨性，又能保持良好的塑性和韧性2．合金工具钢的分类五、合金工具钢1）合金刃具钢（2）高速工具钢钢中加入的合金元素通常为Cr、V、W、Mo等。其中，Cr既可提高钢的淬透性和抗腐蚀性，还可形成各种碳化物，提高硬度、耐磨性和热硬性高速工具钢W、Mo等可提高钢的热硬性和塑性，便于热加工；V在钢中可形成硬度极高的碳化物，这种碳化物很难溶于奥氏体中，可显著提高钢的耐磨性高速工具钢主要用于制造尺寸较大、切削速度较快、载荷重及温度高的各种机械加工工具。常用的高速工具钢有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W6Mo5Cr4V3等。2．合金工具钢的分类五、合金工具钢2）合金模具钢合金模具钢冷作模具钢热作模具钢根据工作条件的不同2．合金工具钢的分类五、合金工具钢2）合金模具钢（1）冷作模具钢冷作模具钢主要用于制造金属在冷态下成形的模具，如冲模、弯曲模、冷锻模等。冷作模具在工作时需要承受很大的压力、弯曲力、冲击载荷、摩擦等。因此，冷作模具钢需要具有较高的硬度、淬透性、耐磨性，以及足够的强度和韧性。常用的冷作模具钢有Cr12、Cr12MoV、9CrWMn、9Mn2V等。2．合金工具钢的分类五、合金工具钢2）合金模具钢（2）热作模具钢热作模具钢主要用于制造金属在热态下成形的模具，如热锻模、压铸模、热挤压模等。热作模具在工作时受到比较高的冲击载荷和摩擦，局部温度达500℃以上，且不断受热与冷却。因此，热作模具钢需要具有较高的热硬性、耐磨性、耐氧化性和韧性。常用的热作模具钢有5CrNiMo、5CrMnMo、4Cr5MoSiV、3Cr2W8V等。头脑风暴：孔子曰：“工欲善其事，必先利其器。”生活中我们常用到的工具有哪些是钢制造的呢？分别由什么钢制造？这些钢材具备什么样的成分和性能特点，才能满足使用要求呢？2．合金工具钢的分类五、合金工具钢3）合金量具钢合金量具钢是用于制造各种量具，如游标卡尺、块规、卡规、千分尺、样板等的合金钢。游标卡尺2．合金工具钢的分类五、合金工具钢3）合金量具钢量具在使用过程中常因与被测量的量件直接接触而受到磨损。因此，量具的使用部分应具有较高的硬度和耐磨性，防止使用过程中因磨损而失效。此外，量具本身需要具有较高的尺寸精度，组织性能稳定，形状复杂的量具还要求淬火变形小。合金量具钢的含碳量通常高达0.90%～1.50%，并含有Cr、W、Mn等构成的碳化物。合金量具钢可通过淬火得到马氏体，进而使钢的淬透性、硬度及耐磨性提高。六、特殊性能钢特殊性能钢是指具有特殊的化学成分、采用特殊的工艺生产、具备特殊的组织和性能、能满足特殊需要的钢种。1．特殊性能钢的牌号特殊性能钢的牌号用“数字+元素符号+数字”表示。元素符号前的数字表示含碳量，以千分之几表示元素符号后的数字表示合金元素的含量，以百分之几表示六、特殊性能钢1．特殊性能钢的牌号与合金结构钢不同的是，当含碳量大于1%时，不需要标明数字特殊性能钢当含碳量高于0.04%时，推荐取2位数字，如07Cr15Ni7Mo2Al当含碳量不高于0.03%时，推荐取3位数字，如022Cr18Ni10当合金元素含量小于1.5%时，只标明元素符号，不标明数字，如32Cr13Mo表示含碳量为0.28%，含铬量为13%的不锈钢六、特殊性能钢2．特殊性能钢的分类特殊性能钢不锈钢耐热钢耐磨钢等根据成分特点的不同六、特殊性能钢2．特殊性能钢的分类1）不锈钢生产中，将耐大气腐蚀的钢称为不锈钢；而将耐酸、碱、盐等化学腐蚀的钢称为耐酸钢。习惯上将这两种钢合称为不锈钢，其耐腐蚀性取决于钢中所含的合金元素。常用的不锈钢马氏体不锈钢铁素体不锈钢奥氏体不锈钢根据其特点六、特殊性能钢2．特殊性能钢的分类1）不锈钢（1）马氏体不锈钢马氏体不锈钢一般指Cr13型不锈钢，其含碳量为0.1%～0.45%，含铬量为12%～14%，属于铬不锈钢，典型的钢种为30Cr13、40Cr13等。这类钢多用于制造机械性能要求较高，而耐腐蚀性要求较低的零件，如汽轮机叶片、各种泵的零件、弹簧及滚动轴承等。六、特殊性能钢2．特殊性能钢的分类1）不锈钢（2）铁素体不锈钢铁素体不锈钢的含碳量低于0.15%，含铬量为12%～30%，属于铬不锈钢，典型的钢种为06Cr13Al、10Cr17、10Cr17Mo、008Cr27Mo等。这类钢多用于制造耐腐蚀性要求较高而硬度要求较低的零件，广泛用于接触硝酸、氮肥、磷酸等的化学工业中，也可用于制造家用餐具和建筑装饰件等。六、特殊性能钢2．特殊性能钢的分类1）不锈钢（2）