第四章 工業(yè)用鋼

第四章工業(yè)用鋼概述工業(yè)用鋼按化學(xué)成分分為碳素鋼和合金鋼兩大類(lèi)。碳素鋼是指含碳量低于2.11%的鐵碳合金。合金鋼是指為了提高鋼的性能，在碳鋼基礎(chǔ)上有意加入一定量合金元素所獲得的鐵基合金。

1、按化學(xué)成分

中碳鋼

0.25~0.6%C高碳鋼0.6%C低碳鋼

0.25%C低合金鋼合金元素總量5%中合金鋼合金元素總量5~10%高合金鋼合金元素總量10%碳素鋼合金鋼鋼的分類(lèi)和牌號(hào)一、鋼的分類(lèi)Q460E低合金高強(qiáng)鋼鋼類(lèi)碳素鋼合金鋼P(yáng)SPS普通質(zhì)量鋼≤0.045≤0.045≤0.045≤0.045優(yōu)質(zhì)鋼≤0.035≤0.035≤0.035≤0.035高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼≤0.030≤0.030≤0.025≤0.025特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼≤0.025≤0.020≤0.025≤0.0152、按質(zhì)量分鋼的質(zhì)量是以磷、硫的含量來(lái)劃分的。分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼.根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，各質(zhì)量等級(jí)鋼的磷、硫含量如下：3、按冶煉方法分轉(zhuǎn)爐煉鋼平爐煉鋼平爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼

按爐別分沸騰鋼：鎮(zhèn)靜鋼：脫氧充分，組織致密，成材率低。半鎮(zhèn)靜鋼：介于前兩者之間。按脫氧程度分特殊鎮(zhèn)靜鋼脫氧不充分，澆注時(shí)C與O反應(yīng)發(fā)生沸騰。這種鋼成材率高，但不致密。4、按金相組織分珠光體鋼貝氏體鋼馬氏體鋼鐵素體鋼奧氏體鋼萊氏體鋼按正火組織分亞共析鋼共析鋼過(guò)共析鋼按退火組織分貝氏體鋼板5、按用途分

工程用鋼建筑、橋梁、船舶、車(chē)輛滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼耐磨鋼機(jī)器用鋼結(jié)構(gòu)鋼刃具鋼模具鋼量具鋼工具鋼不銹鋼耐熱鋼特殊性能鋼彈簧鋼我國(guó)鋼材的編號(hào)是采用漢語(yǔ)拼音字母、化學(xué)元素符號(hào)和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法。采用漢語(yǔ)拼音字母表示鋼產(chǎn)品的名稱(chēng)、用途、特性和工藝方法時(shí)，一般從代表鋼產(chǎn)品名稱(chēng)的漢字的漢語(yǔ)拼音中選取第一個(gè)字母。為了管理和使用的方便，每一種合金鋼都應(yīng)該有一個(gè)簡(jiǎn)明的編號(hào)。世界各國(guó)鋼的編號(hào)方法不一樣。鋼編號(hào)的原則主要有兩條：（1）根據(jù)編號(hào)可以大致看出該鋼的成分。（2）根據(jù)編號(hào)可大致看出該鋼的用途。鋼的編號(hào)常用鋼產(chǎn)品的名稱(chēng)、用途、特性和工藝方法表示符號(hào)（GB/T221—2000）名稱(chēng)符號(hào)位置名稱(chēng)符號(hào)位置碳素結(jié)構(gòu)鋼Q頭橋梁用鋼q尾低合金高強(qiáng)度鋼Q頭鍋爐用鋼g尾易切削鋼Y頭焊接氣瓶用鋼HP尾碳素工具鋼T頭車(chē)輛車(chē)軸用鋼LZ頭(滾珠)軸承鋼G頭機(jī)車(chē)車(chē)軸用鋼JZ頭焊接用鋼H頭沸騰鋼F尾鉚螺鋼ML頭半鎮(zhèn)靜鋼b尾船用鋼國(guó)際符號(hào)鎮(zhèn)靜鋼Z尾汽車(chē)大梁用鋼L尾特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ尾壓力容器用鋼R尾質(zhì)量等級(jí)A.B.C.D.E尾第一節(jié)碳素鋼一、

化學(xué)成分對(duì)碳鋼性能的影響

（1）含碳量的影響亞共析鋼隨含碳量增加，P量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降。0.77%C時(shí)，組織為100%P,鋼的性能即P的性能。＞0.9%C，F(xiàn)e3CⅡ?yàn)榫Ы邕B續(xù)網(wǎng)狀，強(qiáng)度下降,但硬度仍上升。＞2.11%C，組織中有以Fe3C為基的Le’,合金太脆.（2）雜志元素的影響鋼中的雜質(zhì)一般是指Mn、Si、P、S，是由原料帶入或脫氧殘留的元素。1、Mn:

0.8%時(shí)為雜質(zhì),是有益元素。作用為：①?gòu)?qiáng)化鐵素體；②消除硫的有害作用。2、

Si：0.5%時(shí)為雜質(zhì)，是有益元素。作用為：①?gòu)?qiáng)化鐵素體；②增加鋼液流動(dòng)性3、

S為有害元素，含量應(yīng)控制在0.045%以下。常以FeS形式存在。易與Fe在晶界上形成低熔點(diǎn)共晶(985℃)，熱加工時(shí)(1150~1200℃)，由于其熔化而導(dǎo)致開(kāi)裂，稱(chēng)熱脆性。Mn可以消除硫的有害作用，通過(guò)反應(yīng)生成高熔點(diǎn)的MnS(1600℃)FeS+Mn→Fe+MnS4、P：也是有害元素，P一般控制在0.045%以下。能全部溶入鐵素體中，使鋼在常溫下硬度提高，塑性、韌性急劇下降，稱(chēng)冷脆性。比利時(shí)阿爾伯特運(yùn)河鋼橋因磷高產(chǎn)生冷脆性于1938年冬發(fā)生斷裂墜入河中①N：室溫下N在鐵素體中溶解度很低，鋼中過(guò)飽和N在常溫放置過(guò)程中以FeN、Fe4N形式析出使鋼變脆,稱(chēng)時(shí)效脆化。加Ti、V、Al等元素可使N固定，消除時(shí)效傾向。②O：氧在鋼中以氧化物的形式存在，其與基體結(jié)合力弱，不易變形，易成為疲勞裂紋源。鋼中TiN夾雜鋼中氧化物夾雜5、氣體元素③H：常溫下氫在鋼中的溶解度也很低，當(dāng)氫在鋼中以原子態(tài)溶解時(shí)，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(chēng)白點(diǎn)或發(fā)裂。鋼中白點(diǎn)鋼的氫脆斷口二、碳素鋼的牌號(hào)和用途1、碳素結(jié)構(gòu)鋼（1）成分：<0.4%C,P、S量及非金屬夾雜較多。（2）性能：可焊性、塑性好。（3）熱處理：不進(jìn)行專(zhuān)門(mén)熱處理，熱軋空冷態(tài)下使用。（4）使用狀態(tài)下組織：F+P（5）用途常以熱軋板、帶、棒及型鋼使用，用量約占鋼材總量的70%。用于建筑結(jié)構(gòu)，適合焊接、鉚接、栓接等。Q235Q表示“屈服強(qiáng)度”；屈服強(qiáng)度值單位是MPa；質(zhì)量等級(jí)符號(hào)為A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，質(zhì)量提高。脫氧方法符號(hào):沸騰鋼—F；鎮(zhèn)靜鋼—Z；半鎮(zhèn)靜鋼—b；特殊鎮(zhèn)靜鋼—TZ。如碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)表示為Q235AF、Q235BZQ+最低屈服強(qiáng)度值+質(zhì)量等級(jí)符號(hào)+脫氧方法符號(hào)（6）牌號(hào)如45鋼—平均含碳量為萬(wàn)分之四十五（即0.45%）的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼含Mn量為0.7~1.0%時(shí)，在兩位數(shù)字后加元素符號(hào)“Mn”，如40Mn。對(duì)于沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼,在鋼號(hào)后分別加字母F和b，如08F、10b。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號(hào)后加字母A，如20A。牌號(hào)用兩位數(shù)字表示，這兩位數(shù)字表示鋼平均含碳量的萬(wàn)分之幾。含碳量0.05%-0.80%，鋼的有害雜質(zhì)較少，強(qiáng)度、塑性和韌性均比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，用于制造較重要的機(jī)械零件。3、碳素工具鋼平均含碳量較高（0.65-1.35%），S、P含量低。硬度高，耐磨性好，塑性低。隨含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韌性下降。用于制造各種低速切削的刀具、量具和模具。（一）成分與性能要求（二）熱處理及組織熱處理：球化退火+淬火+低溫回火球化退火目的：①降低硬度,便于加工;②為淬火作組織準(zhǔn)備。使用狀態(tài)下的組織：

M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)

T12鋼正常淬火組織T+數(shù)字T表示“碳素工具鋼”，數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾，如T8、T12。注：碳素工具鋼都是優(yōu)質(zhì)以上質(zhì)量的。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號(hào)后加“A”，如T8A。由于碳工鋼熱硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。（三）牌號(hào)絲錐銼刀手鋸條鉆頭T7~T9：制造承受沖擊的工具，如木工工具：沖子、鑿子、錘子等。T10~T11：制造低速切削工具，如鉆頭、絲錐、車(chē)刀等。T12~T13：制造耐磨工具，如銼刀、鋸條等。牌號(hào)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）硬度用途CMnSi退火后（HBW≤）淬火后（HRC≥）T70.65-0.740.20-0.400.15-0.3518762用作受沖擊的工具，如錘子、螺釘?shù)萒80.75-0.840.20-0.400.15-0.3518762用作低速切削刀具，如鋸條、木工刀具、虎鉗鉗口等T100.95-1.040.20-0.400.15-0.3519762低速切削刀具、小型冷沖模具、形狀簡(jiǎn)單的量具T121.15-1.240.20-0.400.15-0.3520762用作不受沖擊，但硬度高、耐磨性好的工具，如銼刀、絲錐等碳素工具鋼的牌號(hào)、成分、性能與用途第二節(jié)低合金鋼1、性能要求高強(qiáng)度及足夠韌性；良好的焊接性能；良好的耐蝕性及低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。2、成分特點(diǎn)⑴低碳：≤0.2%C；⑵合金元素：主要是Mn，還有少量V、Ti、Nb等。3、熱處理大多數(shù)熱軋空冷后使用，少數(shù)可用正火+高溫回火處理4、使用狀態(tài)下組織：F+PQ+最低屈服強(qiáng)度值+質(zhì)量等級(jí)符號(hào)+脫氧方法符號(hào)低合金鋼是指合金總量較低（3%）、含碳量也較低的合金結(jié)構(gòu)鋼。通常在退火或正火狀態(tài)下使用，成形后不進(jìn)行熱處理。與碳素鋼相比，具有較高的強(qiáng)度、塑性、韌性和耐蝕性，且具有良好的焊接性，廣泛用于制造橋梁、汽車(chē)、鐵道、船舶、鍋爐、高壓容器、礦用設(shè)備等。牌號(hào)同碳素鋼一致：5、牌號(hào)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼都是鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼，其牌號(hào)中沒(méi)有表示脫氧方法的符號(hào)，如Q345C。根據(jù)需要，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)也可以采用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字（表示平均含碳量的萬(wàn)分之幾）和化學(xué)元素符號(hào)，按順序表示，如16Mn。*說(shuō)明：通常情況下，屈服強(qiáng)度值小300MPa時(shí)為碳素結(jié)構(gòu)鋼，大于300MPa時(shí)為低合金高強(qiáng)度鋼。Q460E低合金高強(qiáng)鋼6、用途：Q345鋼(16Mn)綜合性能好，用于船舶、橋梁、車(chē)輛等大型鋼結(jié)構(gòu)。Q390鋼含V、Ti、Nb，強(qiáng)度高，用于中等壓力的壓力容器。Q460鋼含Mo、B，正火組織為貝氏體，強(qiáng)度高,用于石化中溫高壓容器。南京長(zhǎng)江大橋第三節(jié)合金鋼一、合金結(jié)構(gòu)鋼兩位數(shù)字（表示平均含碳量的萬(wàn)分之幾）+合金元素符號(hào)+該元素百分含量數(shù)字+……當(dāng)合金元素的平均含量小于1.50%時(shí)，只標(biāo)元素符號(hào)，不標(biāo)含量；當(dāng)合金元素的平均含量為1.50~2.49%、2.50~3.49%、3.50~4.49%、4.50~5.49%、……時(shí)，在相應(yīng)的合金元素符號(hào)后標(biāo)2、3、4、5……等數(shù)字。如20CrNi3，16MnNb（Mn1.0-1.4%，Nb0.015-0.05%）。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在牌號(hào)后加字母A，如60Si2MnA。特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在牌號(hào)后加字母E，如30CrMnSiE。所有合金鋼的合金元素量標(biāo)法相同含碳量+合金元素符號(hào)+該元素百分含量+……當(dāng)含碳量小于1.00%時(shí)，含碳量用一位數(shù)字標(biāo)明，這一位數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾，如8MnSi；當(dāng)含碳量大于1.00%時(shí)，不標(biāo)含碳量。高速鋼不標(biāo)含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C)。含鉻量小于1%時(shí)，在含鉻量(以千分之一為單位)前加數(shù)字“0”，如Cr06。二、合金工具鋼1、高硬度(≥HRC60),主要取決于含碳量。2、高耐磨性靠高硬度和析出細(xì)小均勻硬碳化物來(lái)達(dá)到。3、高熱硬性即高溫下保持高硬度的能力。4、足夠的韌性以防止脆斷和崩刃。車(chē)刀工作時(shí)主要是承受壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，受到很大的機(jī)械磨損。機(jī)床的震動(dòng)，要求刀具有一定的耐沖擊性能。連續(xù)低速切削時(shí)，要求車(chē)刀有高的硬度、耐磨性和適當(dāng)?shù)膹澢鷱?qiáng)度，防止刃部磨鈍。連續(xù)高速切削時(shí)，由于車(chē)刀與工件接觸，刃部溫度會(huì)迅速升高，這就要求車(chē)刀有較高的熱穩(wěn)定性（又稱(chēng)熱硬性或紅硬性）。合金刃具鋼用來(lái)制造各種切削刀具的鋼種三、特殊性能鋼耐熱鋼特殊性能鋼是指具有特殊物理、化學(xué)性能的鋼。不銹鋼耐磨鋼（高錳鋼）奧氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼鐵素體不銹鋼抗氧化鋼熱強(qiáng)鋼太行發(fā)動(dòng)機(jī)鋼號(hào)鋼種合金元素的主要作用熱處理特點(diǎn)使用狀態(tài)下組織Q345低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Mn:強(qiáng)化F，增加P量，降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度熱軋空冷F+P65Mn彈簧鋼Mn:提高淬透性，強(qiáng)化F淬火+中溫回火T回ZGMn13耐磨鋼Mn:獲得單相A組織水韌處理表:M+碳化物心:A20Cr滲碳鋼Cr:提高淬透性，強(qiáng)化F滲碳+淬火+低溫回火表:M回+顆粒狀碳化物+A’心:M回+F40Cr調(diào)質(zhì)鋼Cr:提高淬透性，強(qiáng)化F調(diào)質(zhì)處理S回9SiCr低合金工具鋼Cr:提高淬透性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)GCr15滾動(dòng)軸承鋼Cr:提高淬透性，耐