第四章 工業(yè)用鋼

第四章工業(yè)用鋼概述工業(yè)用鋼按化學成分分為碳素鋼和合金鋼兩大類。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和牌號一、鋼的分類Q460E低合金高強鋼鋼類碳素鋼合金鋼PSPS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高級優(yōu)質(zhì)鋼≤0.030≤0.030≤0.025≤0.025特級優(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、硫的含量來劃分的。分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼和特級優(yōu)質(zhì)鋼.根據(jù)現(xiàn)行標準，各質(zhì)量等級鋼的磷、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C與O反應發(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、車輛滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動軸承鋼耐磨鋼機器用鋼結(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鋼材的編號是采用漢語拼音字母、化學元素符號和阿拉伯數(shù)字相結(jié)合的方法。采用漢語拼音字母表示鋼產(chǎn)品的名稱、用途、特性和工藝方法時，一般從代表鋼產(chǎn)品名稱的漢字的漢語拼音中選取第一個字母。為了管理和使用的方便，每一種合金鋼都應該有一個簡明的編號。世界各國鋼的編號方法不一樣。鋼編號的原則主要有兩條：（1）根據(jù)編號可以大致看出該鋼的成分。（2）根據(jù)編號可大致看出該鋼的用途。鋼的編號常用鋼產(chǎn)品的名稱、用途、特性和工藝方法表示符號（GB/T221—2000）名稱符號位置名稱符號位置碳素結(jié)構(gòu)鋼Q頭橋梁用鋼q尾低合金高強度鋼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頭車輛車軸用鋼LZ頭(滾珠)軸承鋼G頭機車車軸用鋼JZ頭焊接用鋼H頭沸騰鋼F尾鉚螺鋼ML頭半鎮(zhèn)靜鋼b尾船用鋼國際符號鎮(zhèn)靜鋼Z尾汽車大梁用鋼L尾特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ尾壓力容器用鋼R尾質(zhì)量等級A.B.C.D.E尾第一節(jié)碳素鋼一、

化學成分對碳鋼性能的影響

（1）含碳量的影響亞共析鋼隨含碳量增加，P量增加，鋼的強度、硬度升高，塑性、韌性下降。0.77%C時，組織為100%P,鋼的性能即P的性能。＞0.9%C，F(xiàn)e3CⅡ為晶界連續(xù)網(wǎng)狀，強度下降,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%時為雜質(zhì),是有益元素。作用為：①強化鐵素體；②消除硫的有害作用。2、

Si：0.5%時為雜質(zhì)，是有益元素。作用為：①強化鐵素體；②增加鋼液流動性3、

S為有害元素，含量應控制在0.045%以下。常以FeS形式存在。易與Fe在晶界上形成低熔點共晶(985℃)，熱加工時(1150~1200℃)，由于其熔化而導致開裂，稱熱脆性。Mn可以消除硫的有害作用，通過反應生成高熔點的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，稱冷脆性。比利時阿爾伯特運河鋼橋因磷高產(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，鋼中過飽和N在常溫放置過程中以FeN、Fe4N形式析出使鋼變脆,稱時效脆化。加Ti、V、Al等元素可使N固定，消除時效傾向。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，當氫在鋼中以原子態(tài)溶解時，降低韌性，引起氫脆。當氫在缺陷處以分子態(tài)析出時，會產(chǎn)生很高內(nèi)壓，形成微裂紋，其內(nèi)壁為白色，稱白點或發(fā)裂。鋼中白點鋼的氫脆斷口二、碳素鋼的牌號和用途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：不進行專門熱處理，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“屈服強度”；屈服強度值單位是MPa；質(zhì)量等級符號為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: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)鋼牌號表示為Q235AF、Q235BZQ+最低屈服強度值+質(zhì)量等級符號+脫氧方法符號（6）牌號如45鋼—平均含碳量為萬分之四十五（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，在兩位數(shù)字后加元素符號“Mn”，如40Mn。對于沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼,在鋼號后分別加字母F和b，如08F、10b。高級優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號后加字母A，如20A。牌號用兩位數(shù)字表示，這兩位數(shù)字表示鋼平均含碳量的萬分之幾。含碳量0.05%-0.80%，鋼的有害雜質(zhì)較少，強度、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。高級優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號后加“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、車刀等。T12~T13：制造耐磨工具，如銼刀、鋸條等。牌號化學成分（質(zhì)量分數(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、成分、性能與用途第二節(jié)低合金鋼1、性能要求高強度及足夠韌性；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+最低屈服強度值+質(zhì)量等級符號+脫氧方法符號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，成形后不進行熱處理。與碳素鋼相比，具有較高的強度、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、鐵道、船舶、鍋爐、高壓容器、礦用設(shè)備等。牌號同碳素鋼一致：5、牌號低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼都是鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼，其牌號中沒有表示脫氧方法的符號，如Q345C。根據(jù)需要，低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號也可以采用兩位阿拉伯數(shù)字（表示平均含碳量的萬分之幾）和化學元素符號，按順序表示，如16Mn。*說明：通常情況下，屈服強度值小300MPa時為碳素結(jié)構(gòu)鋼，大于300MPa時為低合金高強度鋼。Q460E低合金高強鋼6、用途：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，強度高,用于石化中溫高壓容器。南京長江大橋第三節(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分之幾）+合金元素符號+該元素百分含量數(shù)字+……當合金元素的平均含量小于1.50%時，只標元素符號，不標含量；當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，在相應的合金元素符號后標2、3、4、5……等數(shù)字。如20CrNi3，16MnNb（Mn1.0-1.4%，Nb0.015-0.05%）。高級優(yōu)質(zhì)鋼在牌號后加字母A，如60Si2MnA。特級優(yōu)質(zhì)鋼在牌號后加字母E，如30CrMnSiE。所有合金鋼的合金元素量標法相同含碳量+合金元素符號+該元素百分含量+……當含碳量小于1.00%時，含碳量用一位數(shù)字標明，這一位數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾，如8MnSi；當含碳量大于1.00%時，不標含碳量。高速鋼不標含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C)。含鉻量小于1%時，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小均勻硬碳化物來達到。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。車刀工作時主要是承受壓應力和彎曲應力，受到很大的機械磨損。機床的震動，要求刀具有一定的耐沖擊性能。連續(xù)低速切削時，要求車刀有高的硬度、耐磨性和適當?shù)膹澢鷱姸?，防止刃部磨鈍。連續(xù)高速切削時，由于車刀與工件接觸，刃部溫度會迅速升高，這就要求車刀有較高的熱穩(wěn)定性（又稱熱硬性或紅硬性）。合金刃具鋼用來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鋼太行發(fā)動機鋼號鋼種合金元素的主要作用熱處理特點使用狀態(tài)下組織Q345低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼Mn:強化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滾動軸承鋼Cr:提高淬透性，耐