第九章工业用钢.ppt

1、第九章 工业用钢,91 钢中的杂质元素及气体,杂质元素的种类：、等，称为常存元素。 一、 1 Mn的作用：固溶强化作用（溶入F）；可以形成合金渗碳体(Fe,Mn)3C；具有脱作用；脱氧作用等。 2 硅的作用与锰相似，它的脱O能力比锰更强；硅还可以溶入F，造成固溶强化。 结论：锰、硅是有益元素,二、 有害元素，要严格控制。 三、气体 1 氮气：兰脆。可以用铝、钛脱N（固N）。 2 氢气： 使塑性、韧性降低，造成氢脆。“白点”造成机械性能极度下降。 3 氧气： 常常以氧化物的夹杂物形式存在，使塑性、韧性、疲劳强度、耐蚀性降低。热脆性增大。,72 碳钢的分类、牌号和用途（重点）,碳素钢简称碳钢，是铁

2、和碳组成的合金。 211，一般135，少量的杂质：、等。 特点： 较好的机械性能；一般能满足要求。 良好的工艺性能；容易加工。 价格低廉，品种多，占90。,一、分类 按分类 低碳钢：025 中碳钢：（0.250.6） 高碳钢：06（1.35%） 按钢的用途分类 （1） 碳素结构钢： 工程结构：桥梁、船体等,一般为低碳钢。 机器零件：曲轴、轴、齿轮等，一般为中碳钢。 （2） 碳素工具钢：刃具、模具、量具。一般为高碳钢。,按钢的质量分（、的含量）： 普通碳素钢；0045，005； 优质碳素钢：、004； 高级优质碳素钢：0035、003。 我国国标中： 按用途和质量对钢进行分类和编号。 二、碳钢的

3、牌号和用途 碳素结构钢（Plain-carbon steel) GB70088对钢的牌号的表示方法和符号作了如下规定：,钢的牌号由四部分组成： （1）代表屈服点的符号；Q （2）屈服点数值MPa;（3） 质量等级符号（A、B、C、D）；（4）脱氧程度（F沸腾钢、Z-镇静钢、b半镇静钢、TZ特殊镇静钢，在牌号中规定：Z、TZ予以省略）。 如：Q235AF 表示：屈服强度为235MPa，A级的沸腾钢。可用于制造焊接结构的柴油机机体、机座等。 主要有：Q195（不分级）、Q215（分A、B两级）、Q235分A、B、C、D级、Q255（分A、B级）、Q275（不分级）,优质碳素结构钢（Carbon C

4、onstructional Quality Steel) 特点：、含量少（004），质量好，一般用于制造机器零件，一般都要经过锻造和热处理。 牌号 （1）普通含锰量的：锰0.350.8% 用两位数来表示（平均含碳量的万分数）。 如：45 （读作45号钢，表示平均含碳量为：045的钢，用途：曲轴、连杆、活塞杆、尾轴等。用量最大）。,如：20Mn 表示平均含碳量为：020的较高含锰量的钢。 3应用 08F：含碳量低，塑性好，成本低，用于冷冲压零件（汽车外壳等）。 低碳钢：15、20、25 等强度较低，塑性好，焊接性好。用于冷冲压制品及焊接件。也可用于渗碳。 中碳钢：3555号钢，（45钢最常用）调

5、质后等具有良好的综合机械性能，用于制造轴类零件（曲轴、连杆、活塞杆、尾轴等）。 含碳量较高的钢（06），如60、70钢等，具有很高的强度和弹性，主要用于制造弹簧、钢丝绳等。,（三）碳素工具钢（ ） 1要求: 硬度高、耐磨，一定的强度、韧性。因此含碳量较高（065135）。应严格控制、的含量。均为优质钢，有时为高级优质钢。 2牌号:“”数字（平均含碳量的千分数，注意与结构钢的区别） “碳”素工具钢 例：12 表示平均含碳量为12的高级优质碳素工具钢。,3用途: 制造工具：刃具、量具、模具等。 T7、8：虎钳、冲头、锤头等；（高的韧性） T9、10、T11：车刀、钻头、锯条等；（中等韧性） T12

6、、13：锉刀、量具等，具有高的耐磨性。（低的韧性） 4 热处理：加工前：球化处理；加工后：淬火低回。组织：M粒状Fe3C+A HRC6065。 （四）专用钢 1船体结构用钢,特点：好的冷变形性能和焊接性能，一定的强度、耐蚀性、韧性（特别是好的低温韧性）。均属低碳优质结构钢。 牌号： （1）一般强度船体结构用钢：A、B、D、E4个等级，s235MPa （2）高强度船体结构用钢：按最小s 划分强度级别，每一强度级别又按ak分为A、D、E、F 4级。如A40（s390MPa）、A32（s315MPa）、A36（s355MPa）,2锅炉与压力容器用钢 牌号：碳素结构钢牌号“锅”（或） “容”（或） 含

7、碳量：（016026） 例如：20，16MnR等。 3铸钢 成分：C：0.15%0.6%, P、S0.04% 牌号：“” “”“铸钢”;,例如：200400, 表示：200MPa，b400MPa 的铸钢,用于机座。ZG270500 可以用于生产曲柄、机架、气缸体等。 应用：铸钢件。 魏氏组织：特征是：铸件在冷却时，F不仅沿A的晶界析出，而且在A内一定的晶面析出，呈粗针状，插入到P内，使钢的塑性和韧性降低。用正火或完全退火消除。,9-3合金钢(Alloy steel),在碳钢中加一定量的合金元素 合金钢 定义：除铁、碳外，还含有为某种目的而特意加入的合金元素的钢，称为合金钢。 一、合金钢与碳钢的

8、性能比较： 1合金钢的强度、屈强比高，而碳钢的则较低。 例：16：3203502 Q235： 2352,2合金钢的淬透性高，而碳钢则较低 3合金钢具有高的高温强度和回火抗力，而碳钢的则较低 碳钢：工作温度200；合金钢：（耐热合金）600800 4合金钢具有特殊的理化性能，而碳钢则不具备超高强度，高温性能，耐蚀性等。 二、钢中的合金元素 合金元素：有目的、精确地加入碳钢中的元素。,3大多数合金元素可与钢中的、等形成非金属夹杂物 23、2、等。 4.合金元素之间相互作用，形成金属间化合物，如：FeSi 5以游离状态存在: 如：、等。 四、 合金元素在钢中的作用 （一）、合金元素对3相图的影响 （

9、1） 对相区的影响: 它们均使、点左移。 （2）对临界点的影响: 点移动，、移动（上、下）。 点左移，表示出现莱氏体的降低。,（二）、对组织转变的影响 1合金元素对加热转变的影响 对形成速度的影响：临界点改变，形成条件变化;合金元素对e、的扩散有阻碍作用 对剩余化物溶解的影响 对均匀化的影响 综上、可知：合金元素减慢了化过程。 对晶粒长大的影响,分为4种情况：强烈阻碍晶粒长大的元素：、等 中等阻碍晶粒长大的元素：、等 轻微阻碍晶粒长大的元素：、等 促使长大的晶粒长大的元素：、等（记这两个）。 一般情况下：除锰、磷外，其它元素都阻碍A的长大，但程度不同。 2合金元素对过冷分解转变的影响（对C曲线

10、的影响）,非化物形成元素（、），弱化物形成元素（）加入钢中后，曲线形状基本不变，但右移（稳定）。 o（非化物形成元素），使曲线左移。它能提高在钢中的扩散， 使A的分解加快。 化物形成元素使曲线右移，而且使曲线形状改变，如、Ti等，不但使曲线右移，提高了的稳定性，且会出现两个“鼻子”。,小结：除外，合金元素都使曲线右移，提高了的稳定性， 降低了临界冷却速度，从而提高了钢的淬透性。此外，对点和点也有影响： 大多数合金元素：降低、，其中锰最强；高合金钢有时要进行冷处理，以减少残余A的含量。 没有作用； 、使升高。 3合金元素对淬火钢回火时的组织转变的影响 提高了回火稳定性；回火后硬度的下降较少；回火

11、脆性，特别是含铬、锰的钢。,（三）、合金元素的作用 1 主加元素 一般将Cr、Mn、Si、Ni称为主加元素。对钢的影响起主导作用。主要作用是提高淬透性。主加元素的含量一般1。 2 辅加元素 Mo、W、VTi、B等元素，它们一般不单独使用，常与主加元素配合使用，其作用为：提高淬透性（钼、B）、防止A晶粒长大（V、Ti、W等）、消除回火脆性（W 、Mo，）等。其含量一般1。,五、合金钢的分类及编号（重点） （一）、分类 按用途分： 合金结构钢：普通低合金钢、合金调质钢、合金渗钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢。 合金工具钢：刃具钢（低合金工具钢、高速钢）、模具钢（冷变形模具钢、热变形模具钢、量具钢 特 殊

12、 钢： 不锈钢、耐热钢、耐磨钢。,按成分分类 低合金钢：合金元素总量：5 中合金钢： 510 高合金钢： 10 按显微组织分 正火状态下：、类合金钢，,（二）编号方法 方法：字母数字化学元素符号数字字母 1 第一项字母：表示某些专门用途钢的类型，如：“G”为“滚”字拼音的第一个字母，表示滚动轴承钢。 2 第二项数字，位于所有化学元素符号之前，表示含量。 3 第三、四项元素符号和紧接的数字，表示钢中的主要合金元素的种类和名义百分含量。 当含量15时， 只标元素符号，不标含量。 当15；25；35时，元素符号后分别标：2、3、4等。,如：602 表示06，15，15 4 最后一项字母表示钢的冶金质

13、量。高级优质钢在编号的最后加字母“A”，特级优质加字母“E”. 5 其它国家的钢号可查表。,94 船舶动力装置中所用合金结构钢,一、普通低合金钢or低合金结构钢or普低钢 一般特点 成分： 020，合金元素3 性能：塑性、韧性好，焊接性能好。比低碳钢具有更高的强度更低的冷脆转变温度。 用途和常用牌号 船舶、桥梁、大型钢结构。 汽车（推广应用：减重2030）,16： 发展最早、 使用最多、产量最大（三个第一）。 与钢相比可节材2030。用于船体（东风号万吨轮就是用此钢）、桥梁、汽车等。 15MnVN :=420MPa。用于大型焊接结构，如：桥梁、船体等。 二、合金渗钢 1、一般特点 成分：010

14、25（低钢，确保心部的韧性 ）,合金元素： 主加元素：2、45、2 作用：提高钢的淬透性、强化心部。 辅加元素：02、12、01 作用：防止晶粒长大（强化物形成元素）。 2典型钢种及用途 （1）低淬透性、低强度渗碳钢，水中淬透直径35mm,b=8001000MPa。典型钢种为： 20，用于制造冲击较小的耐磨件，如： 活塞销、齿轮。,（2）中淬透性、中强度渗碳钢，油中淬透直径2560mm,b=10001200MPa。 典型钢种为：20： 用量大，用于汽车等的重要齿轮。 （3）高淬透性、高强度渗碳钢，油中淬透直径100mm,甚至可在空冷条件下淬透，b1200MPa。 典型钢种为：1824（“王牌”

15、钢）：极高的淬透性，性能很好，冲韧性很高98，但合金元素达7。大截面的高强度渗件： 活塞销、（重型坦克、飞机、机车的）齿轮、精密偶件（著名的针阀体材料，要求进行冷处理）。,3 钢的热处理 热处理：渗后淬火低温回火，“表硬里强韧”。 例：20： “渗淬火低回”后，性能指标为： 表面: HRC5860 心部：具有一定的强度（7008002）和韧性（60802），32,三、合金调质钢 目的：获得好的综合机械性能。 一般特点 成分：0.30.5的中碳钢，0.4%C的居多，碳素调质钢接近上限，如；40、45、50钢，合金调质钢接近下限，如：30CrMnSi。 合金元素：、等，作用：提高淬透性，固溶强化F

16、。Mo、W、V、Ti、B为辅加元素。,常用牌号及用途 （1）低淬透性、低强度调质钢： 油淬直径3040，典型牌号；40，用量最大的合金钢之一，曲轴、连杆、重要的螺栓（如：连杆螺栓）等。 （2）中淬透性、中强度调质钢： 油淬直径4060，典型牌号；40（可用40代替）、35CrMo,重型载重汽车的半轴、大型尾轴、活塞头、连杆、曲轴等。 （3）高淬透性、高强度调质钢： 油淬直径60100，典型牌号； 373：具有高的综合机械性能，十分昂贵。用于大截面、心部要求高韧性、高强度零件（民用产品最好不用），如：重型机械的轴、,叶轮、齿轮等。 四、合金弹簧钢 专用结构钢，用于弹簧和弹性元件，利用弹性变形减振

17、和依靠弹性储能来驱动零件。 1一般特点 成分：04507； 合金元素：、等。 作用：提高淬透性和回火稳定性，细化晶粒。 性能：屈强比08。弹性好，疲劳强度高，足够的塑性和韧性。,2常用牌号和用途 （1）含、V、W的钢：50VA，排气阀弹簧（300），652：高温排气阀弹簧。 （2）以、为主的钢：65Mn、60Si2Mn 比碳素弹簧钢的淬透性好，可制造大弹簧25mm,（碳素弹簧钢可制造的弹簧1215mm） 3热处理 热成形弹簧（大截面）：淬火中温回火，T。 冷成形弹簧：直径8 ，用冷拔钢丝冷卷成形。,五、滚动轴承钢 1一般性能 高的抗压强度、疲劳强度和耐磨性。一定的韧性和耐蚀性，尺寸稳定。 成分

18、：095110 合金元素：0415 2常用牌号和用途 15：滚动轴承、柴油机的精密偶件、精密量具等。 3热处理,95 合金工具钢,一、成分 ：0613。合金元素、等。 、002003，优质钢。 二、热处理 球化退火淬火（冷处理）低温回火 三、常用的合金工具钢 （一）低合金刃具钢 特点：,在碳素刃具钢的基础上加入一定的合金元素： C：07515 （过共析成分） 合金元素总量5 合金元素：、（提高淬透性），、 （与形成难溶碳化物，HB 耐磨性 ，防过热 细化晶粒） 热处理： 球化退火淬火低回 常用牌号及用途： 9： 09，、15， 4050 用途：薄刃刀具，低速切削刀具如：板牙、铣刀等。, 1，、

19、15 用途：拉刀、柴油机精密偶件。 高速钢： 特点：高温硬度即红硬性、热硬性：600时，60 成分： 高、高合金工具钢：C0.71.65% 合金元素总量10； 合金元素、 。 铸态组织及锻造 与亚共晶白口铁相似：鱼骨状黑色共析组织白色,热处理： 球化退火 淬火低温回火（3次） 常用牌号： （1）W系： 184 钨系高速钢；0708，4，18， 15 用途：高速切削用的车刀、钻头等；精密偶件。 （2）W-Mo系；W6Mo5Cr4V2。形状复杂的刃具。韧性好。,96 特殊性能钢,一、不锈钢（不锈耐酸钢） 包括：抵抗大气腐蚀的不锈钢和抵抗化学介质的耐酸钢。 金属腐蚀的基本概念： 在外界介质的作用下，

20、金属逐渐受到破坏的现象，称为腐蚀。 例如：船体钢板的生锈。 种类：（1）化学腐蚀：与周围介质发生化学反应，不产生电流。 （2）电化学腐蚀（最常见）。,防止金属腐蚀的基本途径： （1）加入合金元素 钢基体的电极电位。 （2）加入合金元素，使钢在室温下呈单相状态。 （3）加入合金元素，形成钝化膜，将零件与介质隔离，非常有效。 （4）减少或消除钢中的不均匀现象（组织、化学成分等）。 （5）涂保护层：如涂漆（船体）、电镀等。 （6）阴极保护法：用电极更低的金属做阳极，被保护对象做阴极。“牺牲阳极保护法”如在船体钢板上加Zn块。,不锈钢的特点 ：00310 （对耐蚀性要求高的，采用低的C：0.10.2%

21、;而对硬度也有较高要求的，采用高的C：0.850.95%） 合金元素：10， 主要合金元素：、等。 Cr合金元素的作用：获得单相组织； 电极电位； 形成钝化膜23,常用不锈钢（按正火状态分） 型不锈钢： ：0110；1318 Cr13型不锈钢。 例：113：涡轮叶片；413：耐蚀轴承、不锈性的手术刀。 型不锈钢： ：015；1330 特点：室温下单相，抗高温氧化性好，耐酸能力强，但机械性能和工艺性能差，不能承受冲击，冶炼也困难。强度低。 117：化工容器、硝酸等。,型不锈钢：r18， 8（扩大相区）；含C量较低。 应用最广，“188”型是典型的成分配合，可获得单相。 11882、1Cr18Ni9Ti;具有高的耐蚀性、塑性、焊接性能和冷变形能力，无磁性，但强度不高，可用形变强化。用于：航空发动机零件；航海仪表中的无磁零件。 二、耐热钢 耐热性的基本概念,1耐热性： 金属材料在高温下抗氧化性和高温强度的总称。 2抗氧化性：