常見工業(yè)用鋼的性能及用途培訓(xùn)講義

第四節(jié)常見工業(yè)用鋼的性能及用途一、結(jié)構(gòu)鋼二、工具鋼三、特殊性能鋼一、結(jié)構(gòu)鋼1.工程構(gòu)件用鋼（1）普通碳素工程構(gòu)件用鋼

（2）低合金高強度鋼2.機器零件用鋼（1）滲碳鋼（2）調(diào)質(zhì)鋼（3）彈簧鋼（4）滾動軸承鋼一、結(jié)構(gòu)鋼1.工程構(gòu)件用鋼

工程構(gòu)件用鋼是應(yīng)用較廣泛的鋼種之一，用于國防、化工、石油、電站、車輛、造船、橋梁、建筑等國民經(jīng)濟部門，制造各種重要構(gòu)件。

建筑構(gòu)件鋼橋梁（1）普通碳素工程構(gòu)件用鋼

（2）低合金高強度鋼

高的彈性極限、剛度、可焊性和冷變形性，好的耐大氣、水腐蝕性，低的屈強比бs/бb以防脆斷。

成分要求：C%＜0.25%加入微量的V、Ti、Nb、Zr、Ca、RE性能要求:（1）普通碳素工程構(gòu)件用鋼

普碳鋼易于冶煉、價格低廉，性能也基本滿足了一般工程構(gòu)件的要求，所以在工程上用量很大。產(chǎn)量約占鋼總產(chǎn)量的70%

普碳鋼含碳量較低；通常以熱軋狀態(tài)供應(yīng)，一般不經(jīng)熱處理強化，只保證機械性能及工藝性能便可。Q235，既有較高的塑性又有適中的強度，是應(yīng)用最廣泛的一種普碳鋼，即可用做較重要的建筑構(gòu)件、車輛及橋梁等的各種型材，又可用于制做一般的機器零件，也可進行熱處理。

★Q195、Q215，有較高的延伸率，易于加工，常用作螺釘、農(nóng)業(yè)機械等?！颭235～Q275具有較高的強度和硬度，延伸率也較大，大量用做建筑結(jié)構(gòu)，軋制成各種型材。多邊型角鋼鋼筋螺紋鋼螺釘（2）低合金高強度鋼

低合金高強度鋼含有少量合金元素，具有較高強度，1噸低合金高強度鋼可頂1.2~2.0噸普碳鋼使用，從而可減輕構(gòu)件重量，提高使用的可靠性并節(jié)約鋼材。這類鋼主要用來制造各種要求強度較高的工程結(jié)構(gòu)，例如船舶、車輛、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結(jié)構(gòu)等。它在建筑、石油、化工、鐵道、造船、機車車輛、鍋爐容器、農(nóng)機農(nóng)具等許多部門得到廣泛的應(yīng)用。

萬噸遠洋輪壓力容器南京長江大橋16Mn最具有代表性。16Mn是二十世紀(jì)三十年代發(fā)展起來的世界上第一種低合金高強度鋼，它屬于350MPa級別，它是目前我國用量最多，產(chǎn)量最大的一種低合金高強度鋼。

熱處理：高壓容器—調(diào)質(zhì)處理；S回；一般工件—熱軋狀態(tài)下使用(或正火)，F(xiàn)＋P；發(fā)展趨勢：1）微合金化與軋制合理結(jié)合，達到更高的強度；2）通過合金化改變基體組織；3）超低碳化。

指用于制造各種機器零件、如軸類、齒輪、彈簧和軸承等所用的鋼種。

★機械性能要求——具有高的強度、塑性和韌性，具有良好的疲勞強度和耐磨性。一般都經(jīng)過熱處理后使用。★工藝性能——具有良好的切削加工性能和熱處理工藝性能。機器零件用鋼包括：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。2.機器零件用鋼（1）滲碳鋼（2）調(diào)質(zhì)鋼（3）彈簧鋼（4）滾動軸承鋼（1）滲碳鋼

滲碳鋼常用在受沖擊和磨損條件下工作的一些機械零件，如汽車、拖拉機上的變速齒輪、內(nèi)燃機上的凸輪、活塞銷等，要求表面硬、耐磨，而零件心部則要求有較高的韌性和強度以承受沖擊。通常尺寸小的、受力小的，采用低碳鋼，而尺寸大的、受力大的則采用低碳合金鋼。a.滲碳鋼的工作條件及對性能的要求

為了滿足“外硬內(nèi)韌”的要求，這類鋼一般都采用低碳鋼(WC0.1~0.25%)，經(jīng)過滲碳后，零件的表面變?yōu)楦咛嫉?，而心部仍是低碳的，通過淬火+低溫回火后使用。零件表面組織為回火M+碳化物+少量殘余A，硬度達HRC58~62，滿足耐磨的要求，而心部組織是低碳M，保持較高的韌性，滿足承受沖擊載荷的要求。對于大尺寸的零件，由于淬透性不足，零件的心部淬不透，仍保持原來的珠光體+鐵素體組織；這時由于是低碳的，組織中鐵素體占比例很大，因而韌性指標(biāo)比較高，能滿足“外硬內(nèi)韌”的要求。

b.滲碳鋼的成分和鋼種★低淬透性滲碳鋼：

WMe＜2%，D水=20～25，如20Cr、20Mn2等，用于小尺寸、小載荷的小齒輪、凸輪、活塞銷等；★中淬透性滲碳鋼：

WMe≤4%，D油=25～60，如20CrMnTi、20CrMn等，用于制造承受中等載荷、有足夠沖擊韌性和耐磨性的汽車、拖拉機齒輪等零件；★高淬透性滲碳鋼：

WMe≤7.5%，D油＞100，如18Cr2Ni4WA,用于制造高載荷、高摩擦的飛機、坦克的主軸和主動齒輪；活塞銷(20Cr)c.滲碳鋼的熱處理滲碳+淬火+低溫（180~200℃）回火下料→鍛造→正火→加工齒形→滲碳→預(yù)冷淬火＋低回→磨齒20CrMnTi鋼制造齒輪的熱處理工藝分析制造工藝路線熱處理工藝曲線表層：高M回＋A′＋碳化物；58～64HRC;心部：F＋低M回；35～45HRC;1)正火：使組織均勻化、細化、改善切削加工性能；2)滲碳：在930℃滲碳7小時，滲層厚δ＝1.2～1.6mm；3)預(yù)冷至870℃，油淬＋低回：提高齒輪表面的含碳量，為淬火作準(zhǔn)備；預(yù)冷的目的在于減少淬火變形，滲層中可以析出二次滲碳體，減少殘余A量。經(jīng)淬火和低溫回火后獲得高齒面硬度、耐磨性和疲勞強度，并保持心部的強度和韌性；20CrMnTi鋼經(jīng)上述處理后可獲得高耐磨性滲層，心部有較高的強度和良好的韌性，適宜制造承受高速中載并且抗沖擊和耐磨損的零件。如汽車、拖拉機的后橋和變速箱齒輪、離合器軸、傘齒輪和一些重要的軸類零件。（2）調(diào)質(zhì)鋼a.調(diào)質(zhì)鋼的工作條件及對性能的要求淬火后組織：馬氏體+殘余奧氏體+碳化物。高溫回火后：回火索氏體（M分解，碳化物彌散析出，殘余A轉(zhuǎn)變)

綜合力學(xué)性能好，用于受力較復(fù)雜的重要結(jié)構(gòu)零件。如汽車后橋半軸、連桿、螺栓以及各種軸類零件。

調(diào)質(zhì)鋼即淬火+高溫回火后使用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。汽輪機主軸b.調(diào)質(zhì)鋼的成分特點和鋼種

調(diào)質(zhì)鋼的C%=0.30~0.50%，屬中碳鋼，含碳量在這一范圍內(nèi)可保證鋼的綜合性能，過低則影響鋼的強度指標(biāo)，過高則韌性顯得不足。一般碳素調(diào)質(zhì)鋼的含碳量偏上限，對于合金調(diào)質(zhì)鋼，隨合金元素的增加，含碳量趨于下限。

★高淬透性調(diào)質(zhì)鋼：典型鋼種為40CrNiMoA，WMe

為4%～10%，D油=60～100mm，多半為鉻鎳鋼。鉻、鎳的適當(dāng)配合，可大大提高淬透性，并能獲得比較優(yōu)良的綜合機械性能。用于制造大截面、承受重負荷的重要零件，如汽輪機主軸、壓力機曲軸、航空發(fā)動機曲軸等。

★低淬透性調(diào)質(zhì)鋼：典型鋼種是40Cr，WMe＜2.5

%

，

D油=30～40

mm，廣泛用于制造一般尺寸的重要零件，如軸、齒輪、連桿螺栓等。35SiMn、

40MnB是為節(jié)約鉻而發(fā)展的代用鋼種?！镏写阃感哉{(diào)質(zhì)鋼：典型鋼種為40CrNi，D油=40～

60mm，WMe≈4%，用于制造截面較大、承受較重載荷的零件，如曲軸、連桿等。c.調(diào)質(zhì)鋼的熱處理預(yù)備熱處理——正火或退火最終熱處理——★淬火+高溫回火（調(diào)質(zhì)）S回要求具有良好綜合機械性能

★表面淬火+低溫回火（中碳M體）要求零件具有特別高的強度

調(diào)質(zhì)：830℃加熱、油淬、得到M，然后在525℃回火，為防止第二類回火脆性，在回火的冷卻過程中采用水冷，最終使用狀態(tài)下的組織為S回，綜合力學(xué)性能好，耐沖擊。下料→鍛造→退火→粗機加工→調(diào)質(zhì)→精加工→裝配40Cr鋼制造拖拉機上的連桿、螺栓工藝路線：退火（或正火）：預(yù)備熱處理改善鍛造組織，消除缺陷，細化晶粒；調(diào)整硬度、便于切削加工；為淬火做好組織準(zhǔn)備。（3）彈簧鋼

彈簧是各種機器和儀表中的重要零件。它是利用彈性變形吸收能量以緩和振動和沖擊，或依靠彈性儲存能量來起驅(qū)動作用。故要求制造彈簧的材料具有高的彈性極（即具有高的屈服點或屈強比），高的疲勞極限與足夠的塑性和韌性。a.彈簧鋼的工作條件及對性能的要求大型熱卷彈簧簧彈絲

汽車板簧火車螺旋彈簧b.彈簧鋼的成分特點和鋼種C＝0.45～0.7%加入Si、Mn：提高淬透性和屈強比。但Si會促使鋼材表面在加熱時脫碳，Mn則使鋼易于過熱。

重要的彈簧加入Cr、V和W：

更高的淬透性，不易脫碳和過熱，而且有更高的高溫強度和韌性。

c.彈簧鋼的熱處理熱成形彈簧

熱卷成形→淬火＋中回→噴丸→成品回火：得到T回組織，具有很高的屈服強度和彈性極限，并有一定的塑性和韌性。噴丸：使表面強化并在表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以提高疲勞強度。

冷成形彈簧

冷拔（或冷拉）后冷卷成型→去應(yīng)力退火是消除內(nèi)應(yīng)力和穩(wěn)定尺寸的定型處理，即加熱到250～300℃，保溫一段時間，從爐內(nèi)取出空冷即可使用。（4）滾動軸承鋼a.滾動軸承鋼的工作條件及對性能的要求

工作時承受很高、很集中的周期性交變載荷，所以常常是接觸疲勞破壞。因此要求滾動軸承鋼具有高而均勻的硬度，高的彈性極限和接觸疲勞強度，足夠的韌性和淬透性，一定的抗腐蝕能力。

用于制造滾動軸承的鋼。

滾珠軸承滾針軸承滾柱軸承b.滾動軸承鋼的成分特點及鋼種★高碳：C＝0.95～1.05%，使硬度高，耐磨性好；★主加元素Cr：0.40～1.65%，提高淬透性和韌性；★輔加元素Si、Mn：能提高淬透性、彈性極限和強度極限。

從化學(xué)成分看，滾動軸承鋼屬于工具鋼范疇，所以這類鋼也經(jīng)常用于制造各種精密量具、冷沖模具、絲杠、冷軋輥和高精度的軸類等耐磨零件。

G

Cr9

Si

Mn

含Mn量WMn≤1.5

%

含Si量WSi≤1.5%

含Cr量WCr

≈0.9%

滾動軸承鋼滾動軸承鋼的牌號c.滾動軸承鋼的熱處理棒材→球化退火→冷鐓成形→淬火＋低回→磨削→成品（冷處理）（時效）（時效）★球化退火：為機械加工和淬火作組織準(zhǔn)備；★淬火＋低回：獲得M回和粒狀Fe3C，提高硬度降低內(nèi)應(yīng)力★冷處理(-60～-80℃)：使A′進一步轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

M體★時效：消除內(nèi)應(yīng)力,穩(wěn)定組織，穩(wěn)定尺寸。滾動軸承鋼合金結(jié)構(gòu)鋼小結(jié)0.250.50.91.1典型鋼種20CrMnTi40Cr60Si2MnGCr15性能要求表硬里韌好的綜合機性高彈性、屈強比高HRC耐磨正火正火完全退火球化退火F+SF+SF+PP球滲碳、淬火+低回M回+A’+KM回+FS回T回M回+A’+K最終HT預(yù)備HT淬火+高回淬火+中回淬火+低回滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼C%→《化妝品術(shù)語》起草情況匯報中國疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全所一、標(biāo)準(zhǔn)的立項和下達時間2006年衛(wèi)生部政法司要求各標(biāo)委會都要建立自己的術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)。1ONE二、標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)費標(biāo)準(zhǔn)研制經(jīng)費：3.8萬三、標(biāo)準(zhǔn)的立項意義術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)有利于行業(yè)間技術(shù)交流、提高標(biāo)準(zhǔn)一致性、消除貿(mào)易誤差，作為標(biāo)準(zhǔn)體系中的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)在各個領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)體系中均起著重要的作用。隨著我國化妝品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)逐步加快，所涉及的術(shù)語和定義的數(shù)量也在迅速增長，在此情形下，化妝品術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)的制定就顯得尤為重要。四、標(biāo)準(zhǔn)的制訂原則1.合法性遵守《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實施細則》中關(guān)于化妝品的定義。2.協(xié)調(diào)性直接引用或修改采用的方式，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的術(shù)語和定義相協(xié)調(diào)。3.科學(xué)性對于沒有國標(biāo)或定義不統(tǒng)一的術(shù)語，在定義時體現(xiàn)科學(xué)性的原則。4.實用性在標(biāo)準(zhǔn)體系中出現(xiàn)頻率較高，與行業(yè)聯(lián)系較緊密的術(shù)語優(yōu)先選用。五、標(biāo)準(zhǔn)的起草經(jīng)過

第一階段：資料搜集

搜集國內(nèi)外相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、文獻并對國外文獻如美國21CFR進行翻譯。第二階段：2007年末形成初稿

初稿內(nèi)容包括一般術(shù)語、衛(wèi)生化學(xué)術(shù)語、毒理學(xué)術(shù)語、微生物術(shù)語、產(chǎn)品術(shù)語、人體安全和功效評價術(shù)語，常用英文成份術(shù)語等７部分。第三階段：專家統(tǒng)稿1.2007年12月第一次專家統(tǒng)稿會（修訂情況：1.在結(jié)構(gòu)上增加原料功能術(shù)語、相關(guān)國際組織和科研機構(gòu)等內(nèi)容；2.在內(nèi)容上增加一般術(shù)語、產(chǎn)品術(shù)語的種類，將化妝品行業(yè)的新產(chǎn)品類別納入本標(biāo)準(zhǔn)；3.對于毒理學(xué)、衛(wèi)生化學(xué)、微生物學(xué)術(shù)語進行修改；4.刪除與化妝品聯(lián)系不緊密、無存在必要的常用英文成分術(shù)語。2.2009年1月第二次專家統(tǒng)稿會會議意見：1.修改能引用國家標(biāo)準(zhǔn)的盡量引用國家標(biāo)準(zhǔn)；對存在歧義的個別用詞進行修改。2.刪除由于本標(biāo)準(zhǔn)中的“產(chǎn)品術(shù)語”一章和香化協(xié)會所制定的某個標(biāo)準(zhǔn)存在重復(fù)，因此刪除“產(chǎn)品術(shù)語”一章的內(nèi)容；對“原料功能術(shù)語”的內(nèi)容進行梳理，刪除了20余條內(nèi)容。3.增加專家建議增加“化妝品限用物質(zhì)”等若干項術(shù)語。第四階段：征求意見2009年2月面向全國公開征求意見。第五階段：征求意見的處理與形成送審稿。在征求意見的處理階段再次征求了相關(guān)專家的意見。六、標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容依據(jù)1.《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實施細則》;2.《化妝品衛(wèi)生規(guī)范》;3.美國21CFR；4.相關(guān)領(lǐng)域國家標(biāo)準(zhǔn)如：GB5296.3-2008消費品使用說明化妝品通用標(biāo)簽，GB/T14666-2003分析化學(xué)術(shù)語等；5.國內(nèi)外化妝品的相關(guān)文獻，如《化妝品監(jiān)督管理及安全性評價》等。七、標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容（一）結(jié)構(gòu)：1.范圍2.一般術(shù)語3.毒理學(xué)試驗方法術(shù)語4.衛(wèi)生化學(xué)檢驗方法術(shù)語5.微生物檢驗方法術(shù)語6.人體安全性和功效性評價術(shù)語7.常用原料術(shù)語8.縮寫9.中英文索引（二）主要內(nèi)容：1).一般術(shù)語39條涉及化妝品的基本定義、化妝品生產(chǎn)和監(jiān)督管理中出現(xiàn)頻率較高的術(shù)語。2).毒理學(xué)試驗方法術(shù)語40條收錄了