第6章鋼和鑄鐵鋼中常存元素的作用；鋼中合金元素的作用；鋼的分類；鋼的編號(hào)方法;碳素鋼；合金鋼。一、鋼中常存元素的作用主要元素：Fe、C有益元素：Mn、Si；有害元素：S、P、O、N、H。Mn—脫氧、去硫,提高鋼的強(qiáng)度和硬度。Si—有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用,能脫氧；1）有益元素：2）有害的非氣體元素:

P—有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用,低溫韌性差(冷脆)；

S—能引起鋼在熱加工時(shí)或高溫工作下開裂(熱裂或稱熱脆)。3）有害的氣體元素:

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)。鋼中白點(diǎn)二、鋼中合金元素的作用合金元素在鋼中的存在形式固溶體形成強(qiáng)化相非金屬夾雜單質(zhì)（一）合金元素與鐵的相互作用縮小奧氏體相區(qū)的元素：Cr、Mo、W、Ti、Si、Al、B等；擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素：Ni、Mn、Co、Cu、Zn、N等。（二）合金元素與碳的相互作用強(qiáng)碳化物形成元素：Ti、Zr、V、Nb、W、Mo、Cr、Mn、Fe非碳化物形成元素：Ni、Al、Si、Co、Cu（三）合金元素對(duì)熱處理工藝的影響合金元素對(duì)鋼在加熱時(shí)奧氏體化的影響對(duì)奧氏體化的影響；對(duì)奧氏體晶粒度的影響。合金元素對(duì)淬透性的影響大多數(shù)合金元素提高鋼的淬透性，常用的元素有Cr、Mn、Ni、W、Mo、V、Ti等。合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響大多數(shù)合金元素均提高鋼的回火穩(wěn)定性；二次硬化；回火脆性。三鋼的分類按用途分類：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼、（專用鋼）；按化學(xué)成分分類：碳素鋼—低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼

合金鋼—低合金鋼、中合金鋼、高合金鋼主要合金元素來分—錳鋼、鉻鋼、鉻鎳鋼按顯微組織分類：按退火組織—亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼按正火組織分類—珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼、鐵素體鋼。按品質(zhì)（S、P含量）分類:普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼、特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼按冶煉方法分類：根據(jù)冶煉所用煉鋼爐—平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼和電爐鋼根據(jù)冶煉時(shí)脫氧程度—沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼四鋼的編號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q235-A·F；優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：45、45Mn；碳素工具鋼：T8、T8A；碳素鑄鋼：ZG200-400。（一）碳鋼的編號(hào)方法（二）合金鋼的編號(hào)方法合金結(jié)構(gòu)鋼：二位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字，例：60Si2Mn；合金工具鋼：一位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字，例：9SiCr；專用鋼：GCr15。五碳素鋼牌號(hào)——如Q215B，表示

s

≥215MPa（直徑≤16mm），B級(jí)質(zhì)量。碳素結(jié)構(gòu)鋼的機(jī)械性能(GB/T700-1988)牌號(hào)等級(jí)拉伸試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)屈服點(diǎn)

s

，MPa抗拉

強(qiáng)度

b/MPa伸長率

s

,%溫度℃V型沖擊功(縱向)J鋼材厚度(直徑)，mm鋼材厚度(直徑),mm

16>40~60>100~150>150

16>40~60>100~150>150不小于不小于不小于Q195－195－－－315-39033－－－－－Q215A/B215195175165335-41031292726－/20－/27Q235A/BC/D235215195185375-46026242221－/200/-20－/27Q255A/B255235215205410-51024222019－/20－/27Q275－275255235225490-61020181615－－1.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼用途鋼板、鋼筋、型鋼等，作橋梁、建筑等構(gòu)件。熱處理：熱軋空冷組織：S＋F多邊型角鋼螺釘、鉚釘鋼筋、螺紋鋼建筑構(gòu)件鋼橋梁2．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)——如45鋼，含C量為45/10000=0.45%。優(yōu)質(zhì)碳素鋼的化學(xué)成分和性能鋼號(hào)化學(xué)成分，%

s

，MPa≥CMnSiSP08F10203540455060650.05-0.110.07-0.130.17-0.230.32-0.390.37-0.440.42-0.500.47-0.550.57-0.650.62-0.700.25-0.500.35-0.650.35-0.650.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.80

0.030.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.37<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035175205245315335355375400420(摘自GB/T699-1999)用途較重要的零件，如齒輪、軸、連桿、彈簧等。汽車曲軸熱處理：

滲碳、淬火、回火等。3．碳素工具鋼牌號(hào)——如T12A鋼，含C量為12/1000=1.2%，A表示高級(jí)優(yōu)質(zhì)，w(S)

0.020%，w(P)

0.030%。鋼號(hào)C,%Mn,%Si,%S,%

P,%

退火后HBS,

水冷淬火溫度，℃T7T8T8MnT9T10MnT10T12T130.65-0.740.75-0.840.80-0.900.85-0.940.95-1.040.95-1.041.15-1.241.25-1.35

0.40

0.400.40-0.60

0.400.40-0.60

0.40

0.40

0.40

0.35

0.35

0.35

0.35

0.35

0.35

0.35

0.350.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.03518718718719219207207217800-820780-800780-800760-780760-780760-780760-780760-780碳素工具鋼的化學(xué)成分和性能（淬火后HRC≥62)(摘自GB/T1298-1986)用途沖頭、鑿子、鉆頭、銼刀、量規(guī)等。螺紋量規(guī)熱處理：淬火+低溫回火組織：回火M＋粒狀Fe3C

+A'六合金鋼基本概念合金化和合金鋼：在碳鋼中加入一定量的一種或幾種元素，以提高鋼的某些性能的過程稱為合金化，這種鋼稱為合金鋼。

合金元素：在合金鋼中所加入的元素；

按用途分類（：合金結(jié)構(gòu)鋼——低合金結(jié)構(gòu)鋼、滲C鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、軸承鋼等。合金工具鋼——刃具、模具、量具鋼。特殊性能鋼——不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼。合金鋼的編號(hào)

結(jié)構(gòu)鋼——如60Si2Mn，w(C)=0.6%，w(Si)=2%，w(Mn)＜1.5%

工具鋼、特殊性能鋼——如9SiCr，w(C)=0.9%，w(Si)、w(Cr)均＜1.5%，而CrWMn中，w(C)＞1.0%

專用鋼——如，滾動(dòng)軸承鋼GCr15，w(C)=1.0%，w(Cr)=1.5%

高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼——如，20Cr2Ni4A合金元素對(duì)鋼力學(xué)性能的影響1.固溶強(qiáng)化2第二相強(qiáng)化Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱強(qiáng)

弱碳化物元素:Fe、Mn。

中強(qiáng)碳化物元素:Cr、Mo、W。

強(qiáng)碳化物元素:V、Ti、Nb、Zr。3.細(xì)化組織強(qiáng)化

強(qiáng)碳化物形成元素和強(qiáng)氮化合物形成元素可形成穩(wěn)定性高的碳化物和氮化物粒子，阻礙奧氏體晶粒長大，從而間接細(xì)化鐵素體晶粒。4.提高位錯(cuò)密度強(qiáng)化思考題：如何理解淬火是上述4種強(qiáng)化機(jī)制的綜合作用結(jié)果？（一）合金結(jié)構(gòu)鋼

1.普通低合金鋼(commonlow–alloyedsteel)化學(xué)成分:碳素結(jié)構(gòu)鋼+

合金元素主加合金元素:Mn1.8%以內(nèi)。輔加合金元素:V、Ti、Nb、B。牌號(hào):

Q

345

C

質(zhì)量等級(jí)345MPa屈服強(qiáng)度普通低合金鋼性能及用途Q460鋼含Mo、B，正火組織為B，強(qiáng)度高，用于石化中溫高壓容器。壓力容器南京長江大橋Q345鋼(16Mn)綜合性能好，用于船舶、橋梁、車輛等大型鋼結(jié)構(gòu)。

Q390鋼含V、Ti、Nb，強(qiáng)度高，用于中等壓力的容器。萬噸遠(yuǎn)洋輪2.合金彈簧鋼對(duì)彈簧鋼的性能要求:高的σe、高的σs/σb、高的σ-1、良好的韌性。對(duì)彈簧鋼含碳量的要求:中、高碳。熱成型彈簧鋼的熱處理特點(diǎn):淬火+

中溫回火(450～550℃)合金彈簧鋼的牌號(hào)6565Mn55Si2Mn60Si2Mn50CrVA50CrMnA55SiMnMoVNb碳素彈簧鋼冷成形彈簧生產(chǎn)工藝特點(diǎn)

用于生產(chǎn)尺寸小于Φ8～15mm的小型彈簧,常用彈簧鋼絲(片)冷繞成形,其制造方法有:T組織冷成型+200～300℃去應(yīng)力退火。60、75、85、65Mn。T回組織冷成型+去應(yīng)力退火。退火組織冷成型+淬火+中溫回火。55Si2Mn、60Si2MnA、50CrVA。熱成形彈簧生產(chǎn)工藝特點(diǎn)針對(duì)直徑較大或厚度較大的彈簧，一般采用熱成形，熱卷彈簧后進(jìn)行淬火加中溫回火處理，得到回火屈氏體組織。汽車板簧大型熱卷彈簧熱卷大彈簧彈簧絲3.滾動(dòng)軸承鋼(bearingsteel)性能要求:高的硬度強(qiáng)度和耐磨性;高的接觸疲勞強(qiáng)度;足夠的韌性和耐蝕性;高的純凈度;滾珠軸承滾針軸承滾柱軸承化學(xué)成分特點(diǎn):高碳,Wc=0.9～1.1%。主加Cr,0.4～1.65%

輔加Si、Mn。優(yōu)質(zhì)鋼材。熱處理特點(diǎn):球化退火+淬火+低溫回火極細(xì)回火馬氏體+細(xì)粒狀碳化物+少量殘余奧氏體滾動(dòng)軸承鋼的牌號(hào)G

Cr9

Si

Mn

含Mn量WMn≤1.5

%

含Si量WSi≤1.5%

含Cr量WCr

≈0.9%

滾動(dòng)軸承鋼（二）合金工具鋼

合金刃具鋼(alloycuttingsteel)合金模具鋼(alloydiesteel)合金量具鋼(alloymeasuringsteel)量具刃具模具實(shí)驗(yàn)二鋼的熱處理及力學(xué)性能測試實(shí)驗(yàn)班級(jí)：1、