常用金屬材料5.1工業(yè)用鋼概述5.1.1鋼的分類

1.按化學(xué)成分不同，分為碳鋼和合金鋼碳鋼:低碳鋼（wC≤0.25%）中碳鋼（wC＝0.25~0.60%）高碳鋼（wC＞0.60%）；合金鋼:低合金鋼（wMe≤5%）中合金鋼（wMe＝5%~10%）高合金鋼（wMe＞10%）。2.按鋼的質(zhì)量等級普通鋼(WS≤0.045%、WP≤0.045%)優(yōu)質(zhì)鋼(WS≤0.035%、WP≤0.035%)高級優(yōu)質(zhì)鋼(WS≤0.025%、WP≤0.025%)

特級優(yōu)質(zhì)鋼(WS≤0.015%、WP≤0.025%)

3.按金相組織按退火組織可分為：亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼，按正火組織可分為：珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼和萊氏體鋼等。4.按鋼的主要用途結(jié)構(gòu)鋼（工程結(jié)構(gòu)鋼和機械結(jié)構(gòu)鋼）工具鋼（刃具、模具及量具用鋼）特殊性能鋼（包括不銹鋼、耐熱鋼及耐磨鋼）5.我國關(guān)于鋼分類的最新國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13304—1991，是參照了國際標(biāo)準(zhǔn)ISO4948/1，4948/2而制定的。據(jù)此，鋼的分類有兩部分：（1）按化學(xué)成分分類根據(jù)各種合金元素規(guī)定含量界限值，將鋼分為非合金鋼、低合金鋼、合金鋼三大類，如表5.1所示。（2）按主要質(zhì)量等級、主要性能及使用特性分類，如表5.2所示。表5.1各類鋼中Me規(guī)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的界限值合金元素合金元素規(guī)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)界限值/%合金元素合金元素規(guī)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)界限值/%非合金鋼低合金鋼合金鋼非合金鋼低合金鋼合金鋼Al<0.10---≥0.10Pb<0.40---≥0.40B<0.0005---≥0.0005Se<0.10---≥0.10Bi<0.10---≥0.10Si<0.500.50～<0.90≥0.90Cr<0.300.30～<0.50≥0.50Te<0.10---≥0.10Co<0.10---≥0.10Ti<0.050.05～<0.13≥0.13Cu<0.100.10～<0.50≥0.50W<0.10---≥0.10Mn<1.001.00～<1.40≥1.40V<0.040.04～<0.12≥0.12Mo<0.050.05～<0.10≥0.10Zr<0.050.05～<0.12≥0.12Ni<0.300.30～<0.50≥0.50La系<0.020.02～<0.05≥0.05Nb<0.020.02～<0.06≥0.06其它<0.05---≥0.05表5.2工業(yè)用鋼主要分類…主要質(zhì)量等級主要性能及使用特性

非合金鋼

普通質(zhì)量的非合金鋼；優(yōu)質(zhì)非合金鋼；特殊質(zhì)量的非合金鋼。規(guī)定最高強度（或硬度）為主要特性（如冷成型鋼）；規(guī)定最低強度為主要特性（如壓力容器用鋼）；限制碳含量為主要特性（如調(diào)質(zhì)鋼）；非合金易切削鋼；非合金工具鋼；具有特定電磁性能的非合金鋼（如電工純鐵）；其它非合金鋼。

低合金鋼

普通質(zhì)量的低合金鋼；優(yōu)質(zhì)低合金鋼；特殊質(zhì)量的低合金鋼。可焊接的低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼；低合金耐侯鋼；低合金鋼筋鋼；鐵道用低合金鋼；礦用低合金鋼；其它低合金鋼。

合金鋼

優(yōu)質(zhì)合金鋼；

特殊質(zhì)量合金鋼。工程結(jié)構(gòu)用合金鋼；機械結(jié)構(gòu)用合金鋼；不銹、耐蝕鋼和耐熱鋼；金工具鋼和高速工具鋼；軸承鋼；特殊物理性能鋼；其它合金鋼。5.1.2鋼號表示方法中國鋼號的編號，根據(jù)GB221-1979規(guī)定，由三部分相結(jié)合組成：①化學(xué)元素符號，用以表示鋼中所含化學(xué)元素種類（采用國際化學(xué)元素符號）；②漢語拼音字母，用以表示產(chǎn)品的名稱、用途、冶煉方法等特點，常采用的縮寫字母及含義見表；③阿拉伯?dāng)?shù)字，用以表示鋼中主要化學(xué)元素含量（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）或產(chǎn)品的主要性能參數(shù)或代號?？s寫字母鋼號中位

置代

表

含

義舉

例縮寫字母鋼號中位

置代

表

含

義舉

例A、B、C、D、E尾質(zhì)量等級Q235B50CrVAML首鉚螺鋼ML40BL首標(biāo)準(zhǔn)件用碳鋼BL3Q首屈服強度Q235b尾半鎮(zhèn)靜鋼08bq尾橋梁用鋼16MnqC首船用鋼C20R尾壓力容器用鋼16MnRDG首電工用硅鋼DG5T首碳素工具鋼T10DR首電工用熱軋硅鋼DR400-50U首鋼軌鋼U71MnDR尾低溫壓力容器鋼16MnDRH首焊條用鋼H08MnSiDT首電工純鐵DT4AH尾保證焊接性結(jié)構(gòu)鋼40CrHd尾低淬透性鋼55TidK首鑄造高溫合金K213F尾沸騰鋼08FL尾汽車大梁用鋼08TiLF首熱鍛非調(diào)質(zhì)鋼F45VY首易切削鋼Y15PbG首滾動軸承鋼GCr15Z尾鎮(zhèn)靜鋼45AZGH首變形高溫合金GH1130ZG首鑄鋼ZG200-400g尾鍋爐用鋼20gZU首軋輥用鑄鋼ZU70Mn2

中國鋼號所用漢語拼音縮寫字母及含義鋼類鋼號舉例鋼號表示方法說明普通質(zhì)量非合金鋼Q195，Q235C，Q235A·F“Q”代表鋼材屈服強度，后面數(shù)字表示屈服強度值（MPa）。如Q235A·F表示質(zhì)量等級為A級、沸騰鋼（脫氧方法為F），其屈服強度值為235MPa。低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345A，09Mn，16Mn，16Mng低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼新標(biāo)準(zhǔn)的鋼號基本上同上，如Q345A。一般低合金結(jié)構(gòu)鋼鋼號基本上和合金結(jié)構(gòu)鋼的鋼號表示方法相同。對于專業(yè)用低合金鋼，應(yīng)在鋼號最后標(biāo)明，如16Mn鋼，用于鍋爐的專用鋼為“16Mng”。優(yōu)質(zhì)非合金鋼（機械結(jié)構(gòu)用鋼等）08F,15,30,45,20Mn,50Mn,20g鋼號的頭兩位數(shù)字表示平均碳含量的萬分之幾，如平均碳含量為0.45%的鋼，鋼號為“45”。Mn含量者，應(yīng)將Mn元素標(biāo)出，如50Mn。專門用途的優(yōu)質(zhì)非合金鋼，應(yīng)在鋼號中特別標(biāo)出，如20g（鍋爐用鋼）。非合金易切削鋼Y12，Y15Pb，Y40Mn鋼號冠以“Y”，以區(qū)別于其它結(jié)構(gòu)鋼，“Y”后面的數(shù)字表示碳含量，以平均碳含量的萬分之幾表示，如Y12。錳含量較高或含鉛的鋼，在鋼號后標(biāo)出“Mn”或“Pb”，如“Y15Pb”，“Y40Mn”。合金結(jié)構(gòu)鋼20CrMnTi，18Cr2Ni4W，38CrMoAl，45MnB鋼號的頭兩位數(shù)字表示平均碳含量的萬分之幾。鋼中主要合金元素，除個別微合金元素外，一般以百分之幾表示。當(dāng)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜1.5%時，鋼號中一般只標(biāo)出元素符號，而不標(biāo)明質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但在特殊情況下易混淆者，在元素符號后亦可標(biāo)以數(shù)字“1”；當(dāng)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1.5%，≥2.5%…時，在元素符號后應(yīng)標(biāo)明相應(yīng)含量2，3…等，如18Cr2Ni4W中，含鉻＜2.5%，鎳＜4.5%，鎢＜1.5%。彈簧鋼65，60Si2Mn，50CrVA非合金彈簧鋼的鋼號表示法基本上同優(yōu)質(zhì)非合金鋼。合金彈簧鋼的鋼號表示法，基本上同合金結(jié)構(gòu)鋼。滾動軸承鋼GCr15，Cr15SiMn，G10CrNi3Mo鋼號冠以“G”，表示軸承鋼類。高碳鉻軸承鋼鋼號的wC不標(biāo)出，鉻含量以千分之幾表示，如GC15表示wCr1.5%的滾動軸承鋼。滲碳軸承鋼的鋼號表示法基本上同合金結(jié)構(gòu)鋼。表5-3**我國常用鋼號表示方法說明及舉例（一）非合金工具鋼T8，T8Mn，T10A，T12A鋼號冠以“T”，“T”后面的數(shù)字表示wC，以平均碳含量分?jǐn)?shù)的千分之幾表示，如T8，表示wC0.8%。錳含量較高者，在鋼號后標(biāo)出“Mn”，如T8Mn。鋼中S、P含量低于一般非合金工具鋼者，在其鋼號末尾加注字母“A”，以示區(qū)別，如T12A。合金工具鋼9SiCr，Cr12MoV，3Cr2W8V當(dāng)wC≥1.0%時，不標(biāo)出；當(dāng)wC＜1.0%時，以千分之幾表示，如9SiCr。鋼中合金元素含量表示方法基本上與合金結(jié)構(gòu)鋼同。高速工具鋼W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2其一般不標(biāo)出碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，只標(biāo)出各合金元素平均含量的百分之幾，如W18Cr4V。不銹鋼和耐熱鋼0Cr13，1Cr13，00Cr18Ni10N鋼號中碳含量以千分之幾表示，如1Cr13鋼的wC為0.1%；若鋼中wC≤0.03%或wC≤0.08%者，鋼號前分別冠以“00”或“0”表示之，如00Cr18Ni10N，0Cr13等。對鋼中主要合金元素以百分之幾表示。在珠光體耐熱鋼中，碳含量表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼同，如12Cr1MoV。高溫合金GH1130，GH4033變形高溫合金的新牌號，采用“GH”加4位數(shù)字組成。第1位數(shù)字表示分類號，其中：1—固溶強化型鐵基合金；2—時效硬化型鐵基合金；3—固溶強化型鎳基合金；4—時效硬化型鎳基合金。第2、3、4位數(shù)字表示合金的編號，與舊牌號（GH+2或3位數(shù)字）的編號一致。K213，K417鑄造高溫合金的新牌號采用“K”加3位數(shù)字組成。第1位數(shù)字表示分類號，含義同上。第2、3位數(shù)字表示合金的編號，與舊牌號（K+2位數(shù)字）的編號一致。表5-3**我國常用鋼號表示方法說明及舉例（二）

結(jié)構(gòu)鋼

包括工程結(jié)構(gòu)用鋼和機械結(jié)構(gòu)用鋼編號原則：兩位數(shù)字+元素符號+數(shù)字(優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼)

含碳量（萬分之一）

Me含量Me的主要作用：主加元素Cr、Mn、Ni、Si

提高淬透性，強化F

輔加元素W、Mo、V、Ti

細(xì)化晶粒，進(jìn)一步提高淬透性5.2工程結(jié)構(gòu)用鋼螺紋鋼圓鋼南京長江大橋5.2工程結(jié)構(gòu)用鋼5.2工程結(jié)構(gòu)用鋼5.2.1工作條件、常見的失效形式以及主要性能要求此類構(gòu)件一般不做相對運動，長期承受靜載荷作用；有一定使用溫度要求（如鍋爐的使用溫度可達(dá)250℃以上，而橋梁可在-30℃~-50℃寒冷的低溫條件下使用）；通常暴露在野外大氣或海水浸蝕條件下服役；在成型過程中經(jīng)受劇烈的冷變形，如冷彎、沖壓、剪切，經(jīng)焊接而成等。常見的失效形式有在生產(chǎn)成型過程中鋼板發(fā)生破裂，或鋼板成型焊接過程中由于熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋而失效，在嚴(yán)寒的天氣下使用時船體或橋梁發(fā)生斷裂等。在首先滿足良好的冷變形性與可焊性等工藝性能前提下，要求有較高的屈服強度、抗拉強度、良好的塑、韌性，以保證工程結(jié)構(gòu)的可靠性；較低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度（TK）和較好的耐大氣或海水腐蝕性，以適應(yīng)工作環(huán)境的要求等。5.2.2化學(xué)成分特點、使用態(tài)組織以及常見的強化途徑目前絕大多數(shù)工程結(jié)構(gòu)用鋼都采用低碳鋼（wC≤0.25%），通常在熱軋空冷或正火狀態(tài)下使用，其基本組織是F+P（S），通過加入合金元素（wMe＜5%，一般＜3%）來提高強韌性。固溶強化，強化F（wMn≤2%，wSi≤0.80%，wCu0.25%~0.50%，wP≤0.1%）；細(xì)晶強化（用Al脫氧—生成細(xì)小彌散的AlN質(zhì)點，用Ti、Nb、V的微合金化生成彌散的氮化物、碳化物和碳氮化合物等，釘扎晶界、阻礙A晶粒長大，轉(zhuǎn)變后細(xì)化F和P）；沉淀強化（析出彌散的碳、氮化合物）；增加P含量。5.2.3碳素結(jié)構(gòu)鋼（普碳鋼）碳素結(jié)構(gòu)鋼（其典型鋼號Q235）：易于冶煉、工藝性能好、價格低廉，工程上用量很大，約占鋼總產(chǎn)量的70%~80%，一般不經(jīng)熱處理強化，大多以熱軋成品供貨，少數(shù)以冷軋成品供貨（冷軋成形后須經(jīng)再結(jié)晶退火處理），其化學(xué)成分、力學(xué)性能和用途舉例如教材表5-7所示。5.2.4低合金結(jié)構(gòu)鋼（普低鋼）低合金結(jié)構(gòu)鋼（典型鋼號16Mn，或Q345）：為提高碳素鋼的強度，而加入少量Me，利用Me產(chǎn)生固溶強化、細(xì)晶強化和沉淀強化。16Mn（Q345），具有較高的強度、良好的塑性和低溫韌性及焊接性，是我國此類鋼中產(chǎn)量最多、用途極廣的鋼種；其中Mn含量為1.2%~1.6%，起固溶強化作用，細(xì)化F晶粒，降低TK溫度；它廣泛用于制造鋼筋、建筑鋼結(jié)構(gòu)，橋梁、船體、車輛、容器等；熱軋空冷或正火態(tài)下使用，相應(yīng)組織為F+P（S）。武漢長江大橋用鋼Q235(A3)鋼制造，主跨跨度為128m南京長江大橋用鋼Q345(16Mn)鋼制造，主跨跨度為160m九江長江大橋用鋼Q420(15MnVN)鋼制造，主跨跨度為216m5.3機械結(jié)構(gòu)用鋼5.3.1綜述5.3.2調(diào)質(zhì)鋼5.3.3表面硬化鋼5.3.4超高強度鋼5.3.5彈簧鋼5.3.6滾動軸承鋼5.3.7易切削鋼5.3.1機械結(jié)構(gòu)鋼綜述機械結(jié)構(gòu)用鋼系指用以制造各種機器零件的鋼種，例如軸類、齒輪、緊固件、軸承和高強度結(jié)構(gòu)等，廣泛應(yīng)用在汽車、拖拉機、機床、工程機械、電站設(shè)備、飛機及火箭等裝置上。1.工作條件與性能要求2.淬透性3.機器結(jié)構(gòu)鋼的分類1.工作條件與性能要求主要承受拉、壓、彎、扭、沖擊、疲勞應(yīng)力，且往往是幾種載荷同時作用?？梢允呛爿d或變載，作用力的方向是單向或反復(fù)的。工作環(huán)境是大氣、水和潤滑油，溫度在-50℃~+100℃范圍之間。一般機械零件的主要失效形式是變形和斷裂。為保證機械零件正常工作，必須要求有良好的力學(xué)性能，如足夠高的強度、塑性、沖擊韌度和疲勞強度等。很顯然，欲滿足機械結(jié)構(gòu)用鋼的性能要求，必須對其進(jìn)行熱處理強化，才能充分發(fā)揮鋼材的性能潛力。M相變及隨后的回火轉(zhuǎn)變綜合應(yīng)用了固溶強化、沉淀強化、細(xì)晶強化和相變強化的機理，是最重要、最經(jīng)濟的強化手段。2.淬透性淬透性對機械結(jié)構(gòu)用鋼具有十分重要的意義。淬透的鋼可獲得高強度、高屈強比、高疲勞強度和高沖擊韌度，以及低的韌脆轉(zhuǎn)折溫度（TK）。鋼中合金元素可明顯提高鋼的淬透性。對淬透性要求不高的合金結(jié)構(gòu)鋼，才采用單一的合金元素合金化方案；要求較高淬透性者均采用多元少量的合金元素綜合合金化方法。3.機械結(jié)構(gòu)用鋼的分類

按熱處理工藝特點和用途不同，將其分為調(diào)質(zhì)鋼、表面硬化鋼（滲碳鋼、滲氮鋼）、超高強度鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼及易切削鋼等。高強螺栓柴油機連桿連桿螺栓及熱處理工藝5.4工具鋼

工具鋼是用于制造各類工具的鋼種。按其使用性質(zhì)和主要用途，可分為刃具、模具和量具鋼三大類。

編號原則：一位數(shù)字+元素符號+數(shù)字

含碳量（千分之一，>1%不標(biāo)）Me含量5.4.1工具鋼總體特性

對結(jié)構(gòu)鋼而言，常用力學(xué)性能指標(biāo)σb（σs）、σ-1、δ、ψ、ak等作為判斷該鋼在某種工作條件下能否勝任的重要依據(jù)；而對工具鋼來說，大多是在承受很大局部壓力和磨損條件下工作，用硬度、耐磨性表示該工具對局部壓力和磨損的抗力，其耐磨性取決于馬氏體的高硬度及碳化物的性質(zhì)、數(shù)量、形態(tài)與分布。

基本性能要求:高硬度、高耐磨性化學(xué)成分：高碳(>0.65%)Me的主要作用：

主加元素

Cr、W、Mo、V

提高硬度提高耐磨性

輔加元素

Cr、

Mn、Ni、Si

提高淬透性，提高回火穩(wěn)定性鍛造及預(yù)先熱處理鍛造時應(yīng)采用大的鍛造比、反復(fù)鍛造以獲得均勻分布的K；而K的形狀和大小則與預(yù)先熱處理——球化退火工藝密切相關(guān)，所以工具鋼在淬火前必須進(jìn)行球化退火以獲得細(xì)小、均勻、顆粒狀K。

最終熱處理：淬火+低溫回火組織：細(xì)針狀M回火+細(xì)小均勻的顆粒狀K+少量AR。5.4.2工具鋼的分類及特點1.刃具鋼（1）碳工鋼（T12A）(2)低合金刃具鋼（9SiCr）（3）高速鋼（W18Cr4V）2.冷作模具鋼（Cr12MoV）3.熱作模具鋼（5CrNiMo、3Cr2W8V）4.量具鋼（CrWMn）5.5特殊性能鋼特殊性能鋼系指具有特殊物理、化學(xué)性能的鋼。常用的有不銹耐酸鋼（即不銹鋼），耐熱鋼及耐磨鋼等。5.5.1

不銹鋼5.5.2耐熱鋼和高溫合金5.5.3耐磨鋼5.5.4金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料5.5.1

不銹鋼1.有關(guān)金屬腐蝕的概念（1）

金屬腐蝕的主要形式（均勻腐蝕，點腐蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕、腐蝕疲勞等）；（2）

金屬腐蝕類型（化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕）1.有關(guān)金屬腐蝕的概念(1)化學(xué)腐蝕(2)電化學(xué)腐蝕2.防腐蝕的途徑(1)形成鈍化膜；加入Cr,Si,Al(2)形成單相組織;Cr,Ni,Mn(3)提高基體的電極電位；Cr,Ni3.常用不銹鋼（1）馬氏體不銹鋼（如1Cr13，2Cr13，3Cr13，4Cr13）（2）鐵素體不銹鋼（如1Cr17Ti）（3）

奧氏體不銹鋼（如1Cr18Ni9Ti，1Cr18Mn8Ni5N）（4）F-A型不銹鋼（00Cr18Ni5Mo3Si2）（5）沉淀硬化不銹鋼（0Cr17Ni7Al）晶間腐蝕及其防止方法

400℃～800℃等溫或緩慢冷卻時，易產(chǎn)生晶間腐蝕。防止方法：（1）降低碳含量（2）加入強碳化物形成元素如Ti、Nb等（3）固溶處理（4）改變晶界上碳化鉻析出數(shù)量和分布狀態(tài)

5.5.2耐熱鋼

1.有關(guān)耐熱性的概念熱穩(wěn)定性（抗氧化性）

Cr、Al、Si

熱強性(高溫強度）

當(dāng)T℃>TR時,隨T℃↗、σb（σs）↘；σ一定時（σ<σ

e)，隨τ↗、ε↗蠕變。