第五章工業(yè)用鋼

第五章工業(yè)用鋼以鐵為主要元素，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在2%以下，并含有其他元素的材料稱為鋼.按照化學(xué)成分分為：碳鋼和合金鋼兩大類。碳鋼：指碳含量Wc<2.11%的鐵碳合金。合金鋼：指為改善鋼的組織、性能，在冶煉時(shí)特意加入合金元素的鋼。一、碳鋼中的長(zhǎng)存雜質(zhì)元素及其作用碳鋼中除鐵以外的主要元素是碳，其它長(zhǎng)存的雜質(zhì)元素有硅、錳、硫、磷等，還有熔煉中夾雜進(jìn)入的氧、氫、氮等氣體元素。第一節(jié)碳鋼1、有益元素錳——能溶于F，使F強(qiáng)化，也能溶于滲碳體，提高其硬度；能增加并細(xì)化P，從而提高鋼的強(qiáng)度和硬度；可與S形成MnS，以消除硫的有害作用。硅——能溶于F使之強(qiáng)化，從而使鋼的強(qiáng)度、硬度、彈性都得到提高。2.有害元素:硫——形成低熔點(diǎn)的FeS，使鋼產(chǎn)生熱脆。熱脆：

FeS與Fe形成的熔點(diǎn)（985℃）共晶體分布在晶界上當(dāng)鋼加熱到1000-1200℃進(jìn)行鍛壓或軋制時(shí)，由于晶界上的共晶體已經(jīng)熔化，使鋼在晶界開裂。這種現(xiàn)象稱熱脆。磷——部分溶于F形成固溶體，部分在結(jié)晶時(shí)形成脆性很大的Fe3P，使鋼在室溫下的塑、韌性急劇下降。冷脆：低溫時(shí)由磷導(dǎo)致鋼嚴(yán)重變形的現(xiàn)象稱鋼的冷脆通常鋼材的質(zhì)量等級(jí)以硫磷含量的控制來劃分3.氣體元素（鋼中有害元素）:N：鋼中過飽和N在常溫放置過程中會(huì)發(fā)生時(shí)效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除時(shí)效傾向。O：鋼中的氧化物易成為疲勞裂紋源。H：原子態(tài)的過飽和氫時(shí)將降低韌性,

引起氫脆。當(dāng)氫在缺陷處以分子態(tài)析出時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高內(nèi)壓，形成微裂紋，其內(nèi)壁為白色，稱白點(diǎn)或發(fā)裂。鋼中白點(diǎn)O、H、N三種氣體元素在高溫時(shí)融入鋼液，而在固態(tài)鋼中溶解度極小，冷卻時(shí)來不及溢出而積聚在組織中形成高壓細(xì)微氣孔，使鋼的塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度急劇降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成裂紋、脆斷，是必須嚴(yán)格控制的有害元素。二、碳鋼的分類、牌號(hào)和用途（一）碳鋼的分類

1、按碳的含量分類：

（1）低碳鋼Wc=0.08%～0.25%，

塑性好，多用作沖壓、焊接和滲碳工件。

（2）中碳鋼Wc=0.25%～0.6%，

強(qiáng)度和韌度均較高，熱處理后有良好的綜合力

學(xué)性能，多用作要求良好強(qiáng)韌度的各種重要結(jié)

構(gòu)零件。

（3）高碳鋼Wc=0.60%～1.4%，

硬度較高，多用作工具、模具和量具等工件。2、按質(zhì)量分類：

（1）普通鋼鋼中S≤0.050%，P≤0.045%

（2）優(yōu)質(zhì)鋼鋼中S≤0.035%，P≤0.035%

（3）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼S≤0.030%，P≤0.030%

3、按用途分類

（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于建筑、橋梁等工程結(jié)構(gòu)和各種機(jī)械零件（如齒輪、軸、螺柱、彈簧等）

（2）碳素工具鋼主要用于各類刀具、量具和模具，如絲錐、扳牙、刮刀、鋸條、沖模等。

（3）專用鋼包括鍋爐鋼、船用鋼、易切鋼等。

4、按鋼液脫氧程度分類

（1）沸騰鋼（F）沸騰鋼脫氧不完全，組織不致密，成分不均勻，性能較差。

（2）鎮(zhèn)靜鋼（Z）鎮(zhèn)靜鋼脫氧完全，組織致密，成分較均勻，性能較好。優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼多為鎮(zhèn)靜鋼，通常不再標(biāo)注鎮(zhèn)靜鋼代號(hào)。

（3）半鎮(zhèn)靜鋼（b）半鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間。二、 碳鋼的牌號(hào)性能及主要用途1、碳素結(jié)構(gòu)鋼：用途：薄板，鐵絲，釘，小軸，螺栓等?；瘜W(xué)成分：Wc=0.09%--0.33%WMn=0.37%--0.65%Wsi=0.30%

Ws≤0.035--0.05%Wp≤0.035%--0.045%牌號(hào)：Q+屈服點(diǎn)數(shù)值+質(zhì)量等級(jí)符號(hào)+脫氧方法符號(hào)質(zhì)量等級(jí)：用A、B、C、D、E表示硫磷含量不同例：Q235AF代表屈服點(diǎn)σS=235MPa，質(zhì)量為A級(jí)的沸騰碳素結(jié)構(gòu)鋼組織：較多的F+較少的P性能：因?yàn)樘嫉停附有阅芎?、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：化學(xué)成分：Wc=0.08%--0.85%Wsi=0.17%--0.37%Wsp≤0.035%

牌號(hào)：兩位數(shù)字+符號(hào)表示數(shù)字表示含碳量萬分之幾，40表示鋼中平均含碳量為0.40%。若鋼中錳的含量較高時(shí)，在數(shù)字后面附化學(xué)元素符號(hào)Mn60Mn表示鋼中平均含碳量為0.60%，Mn的含量為0.70%～1.00%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。符號(hào)如果是F則表示是沸騰鋼。例：08F15F1)低碳鋼化學(xué)成分：Wc≤0.15%組織：退火狀態(tài)下，組織為較多的F和較少P性能：σ和HBS低，而δ.ak好，焊接性好。用途：08F、10F、15F冷變形加工成型件機(jī)殼、容器。

10~25鋼各種標(biāo)準(zhǔn)件、軸套、容器等。2)中碳鋼化學(xué)成分：Wc=0.30%～0.6%組織：F+P，性能：σ、HBS比低碳鋼略高，而δ、ak略低。具有良好的綜合力學(xué)性能，切削加工性好，但焊接性一般。用途：用于制作主軸及連桿等重要的機(jī)械零件。3)高碳鋼化學(xué)成分：WC>0.60%組織：T回（淬火+中溫回火）性能：在淬火+中溫回火后，具有較高的σ和良好彈性也叫彈簧鋼。具有較好的耐磨性和中等硬度。用途：主要用于制作彈簧和易磨損的零件?；瘜W(xué)成分：Wc=0.65%--1.35%

牌號(hào)：用“T”加數(shù)字表示，該數(shù)字表示鋼中平均含碳量的千倍。T8：表示碳的平均含碳量為0.8%的碳素工具鋼。3、碳素工具鋼組織：M回（淬火+低溫回火處理）性能：具有很高的硬度和耐磨性，但淬透性差，熱硬性差。用途：用于制作手動(dòng)和低速切削的工具和要求不高的量具和模具等第三節(jié)合金鋼合金鋼是為了改善鋼的某些性能，在碳素鋼的基礎(chǔ)上加入某些合金元素所煉成的鋼。如Mn、Cr、Si、Ni、W、V、Ti等合金含量低于3%，含碳量的也較低的稱低合金鋼鋼中的合金元素超過低合金鋼的限度時(shí)，稱為合金鋼低合金鋼與含碳量相同的碳素鋼相比，具有較高的強(qiáng)度、塑性、韌性和耐腐蝕性，具有良好的焊接性能，廣泛應(yīng)用于橋梁、汽車、鐵道、鍋爐等設(shè)備。按主要性能和使用特性分類

分為可焊接的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、低合金耐候鋼、低合金鋼筋鋼、鐵道用低合金鋼、礦用低合金鋼、其他低合金鋼等。

一、低合金鋼和合金鋼的分類及牌號(hào)低合金鋼的牌號(hào)

表示方法與碳素結(jié)構(gòu)鋼相同，以字母Q，后三數(shù)字表示其最低屈服強(qiáng)度，最后以符號(hào)表示質(zhì)量等級(jí)例：Q345A。表示屈服強(qiáng)度不低于345MPa的A級(jí)低合金高強(qiáng)鋼。1、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低碳（0.10%～0.25%），wMe<3%。主加元素為Mn和硅其強(qiáng)化了鐵素體，提高了強(qiáng)度；V、Ti和Ni等元素使晶粒細(xì)化，使韌性提高。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼大多數(shù)是在熱軋退火或正火狀態(tài)下使用，一般不再進(jìn)行熱處理。在橋梁、船舶、車輛、鍋爐、壓力容器、起重機(jī)械等鋼結(jié)構(gòu)件中應(yīng)用廣泛。例如Q345。船舶橋梁2、低合金耐候鋼耐候鋼即大氣腐蝕鋼，實(shí)在低碳鋼的基礎(chǔ)上加入少量的合金元素，如Cu、Gr、Ni、Mo、Ti、V等，使其在金屬表面形成保護(hù)層，以提高鋼材的耐腐蝕性。耐候鋼又分為焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼和高耐候性結(jié)構(gòu)鋼焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼（12MnCuCr）具有良好的焊接性能，適用于橋梁建筑及其他要求耐候性的結(jié)構(gòu)件；高耐候性結(jié)構(gòu)鋼的耐候性比較好，適用于車輛、建筑、塔架和其他要求高耐候性的鋼結(jié)構(gòu)。3、低合金專業(yè)用鋼在低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展了一些專門用途的低合金專業(yè)用鋼，如低合金鋼筋鋼、鐵道用低合金鋼、礦用低合金鋼、汽車用低合金鋼等，根據(jù)使用性能的要求可對(duì)各類鋼的化學(xué)成分作相應(yīng)的調(diào)整。2、合金鋼的分類及牌號(hào)

（2）按主要性能和使用特性分類

分為工程結(jié)構(gòu)用合金鋼、機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼、軸承鋼、工具鋼、不銹鋼、耐蝕和耐熱鋼、特殊物理性能鋼等。我國合金鋼的編號(hào)是按照合金鋼中的含碳量+所含合金元素的種類（元素符號(hào)）+含量一般牌號(hào)的首部是表示碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)字，對(duì)于結(jié)構(gòu)鋼，以萬分?jǐn)?shù)計(jì)；對(duì)于工具鋼以千分?jǐn)?shù)計(jì)。1、合金結(jié)構(gòu)鋼60Si2Mn09Mn22、合金工具鋼9Mn2V平均含碳量<1.0%時(shí)，牌號(hào)前以千分之幾表示CrWMn平均含碳量≥1.0%時(shí)，牌號(hào)前不標(biāo)數(shù)字高速工具鋼牌號(hào)中不標(biāo)出含碳量W18Cr4