钢铁材料4特殊性能用钢
特殊性能钢
2．常用不锈钢
a. M不锈钢 1Cr13,2Cr13 用于能承受冲击载荷的零 如汽轮机叶片、蒸汽管附件等； 件，如汽轮机叶片、蒸汽管附件等；3Cr13,4Cr13 9Cr18手术器具及刀具 测量工具、不锈轴承、 手术器具及刀具、 、9Cr18手术器具及刀具、测量工具、不锈轴承、 弹簧等。 弹簧等。 b. F不锈钢 1Cr17、1Cr25、1Cr28 化工设备、食品 1Cr17、1Cr25、 化工设备、 工业。 工业。 化工、食品、 c. A不锈钢 1Cr18Ni9Ti, 0Cr18Ni9Ti 化工、食品、 医疗行业。 医疗行业。 化工设备、热交换器。 d. A－F不锈钢 1Cr12Ni5Ti 化工设备、热交换器。
三、 耐热钢
1、抗氧化钢
有较强抗高温氧化性能, 而不承受较大载荷的一类钢。 有较强抗高温氧化性能, 而不承受较大载荷的一类钢。 提高钢抗氧化性能的途径： 提高钢抗氧化性能的途径： 添加Cr, Si合金元素 以形成稳定致密的氧化膜。 合金元素， 添加Cr, Al, Si合金元素，以形成稳定致密的氧化膜。
获得单相组织→原电池形成可能性↓ ①获得单相组织→原电池形成可能性↓； 提高合金基体的电极电位， 电极电位差； ②提高合金基体的电极电位，↓电极电位差； 表面保护膜→ ③表面保护膜→钝化
d.不锈钢的合金化原理： d.不锈钢的合金化原理： 不锈钢的合金化原理
①含C量尽可能低；一般 0.1％～0.2％ 量尽可能低； 0.1％～0.2％ ％～0.2 加入Cr→含量＞摩尔分数12.5%电极电位跃升( Cr→含量 12.5%电极电位跃升 不锈钢) ②加入Cr→含量＞摩尔分数12.5%电极电位跃升(如M不锈钢)； Cr量 12.7%→单相F(如 不锈钢) 单相F( ③含Cr量＞12.7%→单相F(如F不锈钢)； 加入Ni →单相 单相A ④加入Ni →单相A； 加入Ti Nb→晶界腐蚀 Ti、 晶界腐蚀↓ ⑤加入Ti、Nb→晶界腐蚀↓
特殊用途钢和合金
特殊用途钢和合金
特殊性能钢是指不锈钢、耐热钢、耐磨钢等 具有特殊物理、化学和力学性能的钢。
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
不锈钢（P165） 耐热钢（P167） 耐磨钢（P171） 硬质合金（P172） 其它新型合金
第一节
一、概述
不锈钢（P165）
不锈钢是指某些在大气和一般介质中具有较高化学 稳定性的钢。 1. 金属的腐蚀形式： 化学腐蚀 ——金属和周围介质直接发生化学作 用。如金属加热时生成的氧化皮等。 电化学腐蚀——金属在电解质中由于原电池作 用而引起的腐蚀。如金相试样制备过程中的化学浸 蚀过程。 2. 防止金属腐蚀的措施： 形成保护膜——如形成致密的Al2O3、Cr2O3薄膜 使金属呈单相组织，避免形成原电池——不锈钢 提高基体电极电位，减小电极电位差——钢中加 入>13Cr％，F的电极电位由-0.56V提高至0.2V。
1000~1100℃
油 淬
500~790 ℃
200~300 ℃
时间
650MW核电汽轮机
2.铁素体不锈钢
成分及性能：含Cr较高(12~32% ) 含C较低(<0.15%) 耐蚀、抗高温氧化能力由于M不锈钢 常用的钢号： 1Cr17、1Cr25、1Cr28、 0Cr17Ti、 1Cr25Ti
用途：强度要求不高，耐蚀性较高的场合，如硝酸、 氮肥工业设备、容器、管道和食品工厂设备等。
特殊性能钢.
常用的防护措施：
形成钝化膜保护金属 获得单相组织，避免形成原电池 提高基体电极电位，减小电极电位差
汽轮机叶片
耐热钢
耐热钢是指具有良好的高温抗 氧化性和高温强度的钢。 性能要求 1.高的抗氧化性： 指钢在高温下对氧化作用 的抗力。 2.高的热强性 热强性是指金属在高温下 的强度.
航空发动机 汽轮机叶片
特殊性能钢
特殊性能钢 是 指具有
特殊物理、化学性能
的钢。 特 殊 性 能 钢 不锈钢 耐热钢 耐磨钢
特殊性能钢
牌号的表示方法
特殊性能钢牌号表示方法与合金工具钢基本相同！
如9Cr18 不锈钢、耐热钢在含碳量很低时表示方法有所不同。 w(C) ≤0.03%，在最前面用“00”表示， w(C) ≤0.08%，在最前面用“0”表示
00Cr17Ni14Mo2，0Cr18Ni9
耐磨钢铸造成型后使用，牌号前一般加“ ZG”，
“ZG+元素符号+数字….. ”
百分之一为单位
ZGMn13-1
不锈钢
某些在大气和一般介质中具有较高化学稳定性的钢 金属腐蚀：化学腐蚀、电化学腐蚀
金属中不同相由于其电极电位不同 而在电解质溶液中形成原电池，并 在腐蚀过程中有微电流产生
耐磨钢 是指在冲击载荷作用下发
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生冲击硬化的高锰钢。
特殊性能钢
回火：720～740，空
淬火：1 000～ 1 050，油
回火：680～700，空
固溶：1 030～ 1 180，快冷
固溶：1 010～ 1 150，快冷
制造再热蒸汽管、石油裂解管、锅炉吊 架、汽轮机汽缸衬套、泵的零件、阀、活 塞杆、高压加氢设备部件、紧固件等
其有较高的热强性，可制造内燃机进气 阀、轻负荷发动机的排气阀等
（3）奥氏体型 奥氏体耐热钢是在奥氏体不锈钢的基础上加入了W，Mo，V，Ti，Nb， Al等合金元素。合金加入总量超过10%，具有较高的热强性和抗氧化性，较 高的塑性和冲击韧性，良好的可焊性和冷成形性。其主要用于制造工作温度 在600～850℃间的高压锅炉过热器、汽轮机叶片、叶轮、发动机气阀等零件， 常用牌号有07Cr19Ni11Ti，45Cr14Ni14W2Mo等。 常用耐热钢的牌号、成分、热处理及用途如表6-16所示。
表6-15 常用不锈钢的牌号、成分、热处理及用途（摘自GB/T 1220—2007）
类别 马氏体钢
牌号 12Cr13 20Cr13 30Cr13 40Cr13
化学成分/%
C
Cr
其他
0.08～ 0.15
11.5～13.5
—
0.16～ 0.25
12.0～14.0
—
0.26～ 0.35
12.0～14.0
特殊性能钢介绍
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特殊性能钢
四、低温钢
〔一〕性能要求 1.冷脆转变温度低、低温冲击韧度高； 2.一定的强度及对所接触介质的耐蚀性； 3.优良的焊接性能与冷塑性成形性能；
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特殊性能钢
〔二〕低温钢的成分与组织特点 1. 低碳 一般wc＜0.20%。 2. Mn、Ni对低温韧性有利，Ni最明显；V、Ti、Nb、Al可细化晶粒而进一步改善低温韧性。 3. 严格控制损害韧性的P、Si等元素含量。 4. 面心立方构造，如奥氏体钢、铝、铜金属的低温韧性良好。
特殊性能钢介绍.
特殊性能钢
一、不锈钢
不锈钢通常是不锈钢〔耐大气、蒸汽和水等弱腐蚀介质腐蚀的钢〕和耐酸钢〔耐酸、碱、盐等强腐蚀介质 腐蚀的钢〕的统称，全称不锈耐酸钢。
广泛用于化工、石油、卫生、食品、建筑、航空、原子能等行业。
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特殊性能钢
化学腐蚀 ❖ 化学腐蚀是材料与介质之间发生化学反响而引起的腐蚀，在作用过程中没有电流〔电荷的定
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特殊性能钢
三、耐磨钢
耐磨钢： 用于制造高耐磨性零件的特殊钢种，目前尚未形成独立的钢类；广义上，高碳工具钢、一部分构造钢〔主要
是硅、锰构造钢〕及合金铸钢均可用于制造耐磨零件，其中最重要的是高锰耐磨钢。
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特殊性能钢 材料科学与工程学院
四特殊性能用钢的组织
晶体结构类型受合金元素、热处理工 艺等因素影响，不同的晶体结构对钢 的性能有不同的影响。
相变过程与强化机制
相变过程
四特殊性能用钢在加热和冷却过程中会发生相变，如奥氏体向铁素体、珠光体的转变等。
强化机制
通过合金化、热处理等手段，可以改变钢的相变过程，从而实现强化。例如，合金元素的加入可以细化晶粒，提 高钢的强度和韧性。
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组织结构对力学性能的影响
组织结构对强度的影响
四特殊性能用钢的强度受晶粒大小、相组成、第 二相粒子等因素的影响。细化晶粒、增加硬质相 等措施可以提高强度。
组织结构对硬度的影响
四特殊性能用钢的硬度主要取决于其相组成和晶 粒大小。增加硬质相、细化晶粒等措施可以提高 硬度。同时，硬度与强度之间存在一定的关系， 硬度的提高往往伴随着强度的增加。
实践应用
特种钢材已广泛应用于石油化工、航空航天、核能等领域的高温高压环 境中，为工程的安全性和稳定性提供了有力保障。
未来发展趋势与挑战
06
应对策略
新型四特殊性能用钢研发方向预测
高强度与轻量化
多功能化与智能化
研发具有更高强度和轻量化的四特殊 性能用钢，以满足高端装备制造和新 能源汽车等领域对材料性能的要求。
同提升。
实践应用
高性能桥梁用钢已广泛应用于国 内外众多大型桥梁工程中，如跨 海大桥、高速铁路桥梁等，显著 提高了桥梁的安全性和使用寿命。
特殊性能钢
③铁素体钢
含有较多的铬、铝、硅等元素，形成单相铁素体组织，有良 好的抗氧化性和耐高温气体腐蚀的能力,但高温强度较低,室 温脆性较大，焊接性较差。如1Cr13SiAl,1Cr25Si2等。一般 用于制作承受载荷较低而要求有高温抗氧化性的部件。 ④奥氏体钢 含有较多的镍、锰、氮等奥氏体形成元素，在 600℃以上时 ，有较好的高温强度和组织稳定性，焊接性能良好。通常用 作在 600℃以上工作的热强材料。典型钢种有 1Cr18Ni9Ti, 1Cr23Ni13, 1Cr25Ni20Si2，2Cr20Mn9Ni2Si2N, 4Cr14Ni14W2Mo等。 热强钢中加入合金元素铬,硅,铝等可提高抗高温氧化性，加入 钨,钼,钒等可提高高温强度
W18Cr4V热硬性好，在600 ℃仍保持 650HV(56HRC)的高硬度。
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2、合金模具钢
1). 冷作模具钢
制造冷冲模、 冷镦模、冷挤压模 和拉丝模等，工作 温度不超过200 ℃～300 ℃,典型的 牌号有 Cr12,Cr12MoV等 要求高硬度，高耐磨,足够的韧性和疲劳强度,热处理变形小
2). 热作模具钢
颚式破碎机
履带
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有良好的耐热性以及耐腐蚀性，用于加热炉管,燃烧室 筒体,退火炉罩 适用温度范围700~800℃，燃汽轮机压缩机叶片 抗氧化温度直至1035℃，用于加热炉部件；工作温度 950℃以下的输气系统部件
各钢种主要特点和用途
各钢种主要特点和用途
不同的钢种在化学成分、力学性能、热处理性能以及用途上均存在一定的差异。以下是各种常见的钢种的主要特点和应用。
1.炭素钢
炭素钢是一种主要由碳组成的合金钢。它具有良好的可加工性、强度和硬度。炭素钢可进一步分为低碳钢、中碳钢和高碳钢三种类型。低碳钢具有良好的可焊性和可塑性，适用于制造焊接零件、冷变形零件和机械部件。中碳钢具有较高的强度和硬度，适用于制造机械配件、轴承和弹簧。高碳钢具有极高的硬度和耐磨性，适用于制造刀具和弹簧。
2.不锈钢
不锈钢是一种含有铬元素的钢种，具有极好的耐腐蚀性能。不锈钢可进一步分为奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢两种类型。奥氏体不锈钢具有良好的抗腐蚀性和可加工性，适用于制造压力容器、化学品储罐和食品加工设备。马氏体不锈钢具有较高的强度和硬度，适用于制造刀具和高端机械零件。不锈钢还广泛应用于建筑、汽车制造和船舶制造等领域。
3.合金钢
合金钢是一种含有除碳和铁之外的合金元素的钢种。通过添加不同的合金元素，合金钢可以获得不同的强度、韧性和耐磨性。常见的合金元素包括锰、镍、钼、铬等。合金钢可以分为低合金钢、中合金钢和高合金钢三种类型。低合金钢具有良好的可焊性和可塑性，适用于制造重型机械和钢筋混凝土结构。中合金钢具有较高的强度和耐磨性，适用于制造汽车零件和工程机械。高合金钢具有极高的强度和抗腐蚀性，适用于制造航空航天器和核电设备。
4.铸造钢
铸造钢是一种适用于铸造工艺的钢种。根据碳含量的不同，铸造钢可
以分为碳素铸钢和合金铸钢两种类型。碳素铸钢具有良好的铸造性能和机
械性能，适用于制造汽车零件、机械零件和工程结构。合金铸钢通过添加
42crmos4材料标准
42CrMoS4是一种合金钢材料，主要用于制造高强度、高韧性的零件和工具。以下是42CrMoS4材料的标准：
1. 化学成分：42CrMoS4钢的主要成分是碳（C）0.38-0.45%，铬（Cr）0.9-1.2%，钼（Mo）0.15-0.3%，硫（S）0.03-0.06%。此外，还含有少量的锰（Mn）、磷（P）、硅（Si）等元素。
2. 机械性能：42CrMoS4钢具有高强度、高韧性和良好的耐磨性。其抗拉强度可以达到1080-1220MPa，屈服强度为980-1180MPa，延伸率为9%-12%，断面收缩率为45%-50%。
3. 热处理工艺：42CrMoS4钢通常需要进行淬火和回火处理，以获得最佳的机械性能。淬火温度一般为820-880℃，回火温度为150-200℃。
4. 金相组织：42CrMoS4钢的金相组织主要为回火马氏体和少量残余奥氏体。这种组织具有良好的强度和韧性。
5. 应用范围：42CrMoS4钢广泛应用于制造汽车、拖拉机、机床等设备的齿轮、轴、螺栓、螺母等高强度、高耐磨的零件。
6. 表面处理：为了提高42CrMoS4钢的耐腐蚀性和美观性，通常需要进行表面处理，如镀层、喷漆、镀铬等。
以上就是42CrMoS4材料的标准，不同的应用场景和需求，可能需要对材料进行一些特殊的处理或者调整成分比例。
特殊钢的特性和用途 精品
序号类别牌号特性和用途
1 奥氏体形1Cr17Mn6Ni5N 节镍钢种，代替牌号1Cr17Ni7，冷加工后具有磁性。铁道车辆用。
2 1Cr18Mn8Ni5N 节镍钢种，代替牌号1Cr18Ni9
3 1Cr17Ni7 经冷加工有高的强度。铁道车辆，传送带，螺栓螺母
4 1Cr18Ni9 经冷加工有高的强度，但伸长率比1Cr17Ni7稍差。建筑用装饰部件。
5 Y1Cr18Ni9 提高切削、耐烧蚀性。最适用于自动车床。螺栓螺母
6 Y1Cr18Ni9Se 提高切削、耐烧蚀性。最适用于自动车床。铆钉、螺钉
7 0Cr19Ni9 作为不锈耐热钢使用最广泛，食品用设备，一般化工设备，原子能工业用
8 00Cr19Ni11 比0Cr19Ni9碳含量更低的钢，耐晶间腐蚀性优越，为焊接后不进行热处理部件类
9 0Cr19Ni9N 在牌号0Cr19Ni9上加N，强度提高，塑性不降低。使材料的厚度减少。作为结构用强度部件
10 0Cr19Ni10NbN 在牌号0Cr19Ni9上加N和Nb，具有与0Cr19Ni9N相同的特性和用途
11 00Cr18Ni10N 在牌号00Cr19Ni11上加N，具有以上牌号同样特性，用途与0Cr19Ni9N相同，但耐晶间腐蚀性更好
12 1Cr18Ni12 与0Cr19Ni9相比，加工硬化性。旋压加工，特殊拉拨，冷镦用
13 0Cr23Ni13 耐腐蚀性，耐热性均比0Cr19Ni9好
14 0Cr25Ni20 搞氧化性比0Cr23Ni13好。实际上多作为耐热钢使用
15 0Cr17Ni12Mo2 在海水和其他各种介质中，耐腐蚀性比0Cr19Ni9好。主要作耐点蚀材料
特殊性能钢
1．奥氏体不锈钢
含碳量很低（≤0.15％），含铬量为18％， 镍为9％，这种不锈钢习惯上称为18－8型不 锈钢，属于镍铬不锈钢。常用的奥氏体不锈 钢有12Cr18Ni9、06Cr18Ni9N等。
2．马氏体不锈钢
钢中含碳量为0.10％～1.20％，淬火后能得到马氏体， 属于铬不锈钢。 淬火、回火后使用。马氏体不锈钢的耐蚀性、塑性和 焊接性都不如奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢，但由于它具 有较好的力学性能与一般的耐蚀性相结合，故应用广泛。 马氏体不锈钢锻造后需退火，以降低硬度、改善切削 加工性能。在冲压后也需进行退火，以消除硬化、提高塑 性，便于进一步加工。
3．铁素体不锈钢
含碳量＜0.12％，含铬量在11.50％～30％之间，属于 铬不锈钢。
铬是缩小奥氏体相区的元素，可使这类钢获得单相铁 素体组织。
抗大气与耐酸能力强，具有良好的高温抗氧化性，特 别是抗应力腐蚀性较好，但力学性能不如马氏体不锈钢， 塑性不及奥氏体不锈钢。
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二、耐热钢
耐热钢——在高温下具有良好的化学稳定性和较高强 度，能较好适应高温条件的特殊性能钢。 钢的耐热性包含高温抗氧化性和高温强度两个指标。 在高温下具有抗高温介质腐蚀能力的钢称为抗氧化钢；在
高温下仍具有足够力学性能的钢称为热强钢。
耐热钢是抗氧化钢和热强钢的总称。 常用的抗氧化钢有40Cr9Si2、06Cr13Al等。典型的热
建筑结构丨四级钢的材料特性及实例应用分析
建筑结构丨四级钢的材料特性及实例应用分析
从国家和行业政策导向来判断，逐步限制、禁止使用，低强度建筑材料，推广应用高强度建筑材料将是大势。以规范为基础，结合若干标准户型为算例，梳理出关键点，看看四级钢究竟该如何使用。在专业内，我们把HRB400（400MPa级钢筋）成为三级钢，HRB500（500MPa级钢筋）称为四级钢。
规范已明确将三级钢（400MPa级钢筋）作为主力钢筋，提倡应用四级钢（500MPa级钢筋）。
截止2015年4月，市场四级钢主要厂家分布情况如下，很直观可以看到，目前四级钢在华北、华东、华南各地均有生产，但产地分布不均、运输受限。
目前市面上主流使用三级钢（400MPa级钢筋），极少数构件会使用二级钢（335MPa级钢筋），《北京市推广、限制和禁止使用建筑材料目录（2014年版）》明确提出，禁止使用335MPa级钢筋，推广500MPa级钢筋。
【推广使用的建筑材料】
【禁止使用的建筑材料】
四级钢（500MPa级钢筋）与三级钢（400MPa级钢筋）性能及价格对比：
▲《混凝土结构设计规范 GB 50010-2010》，抗拉强度提高21%；抗剪强度无提高；抗压强度提高14%
▲钢材价格提高5~10%
1、强度高、延性好。
2、解决混凝土构件中的钢筋拥挤问题，提高混凝土浇筑质量
▲梁纵筋根数减少
▲剪力墙纵筋根数减少
3、材料绝对单价比传统钢材高
4、使用不当会引发裂缝过大、挠度不易控制
▲楼板裂缝加大（图二为500MPa级钢筋）
▲梁裂缝加大（图二为500MPa级钢筋）
▲梁挠度加大（图二为500MPa级钢筋）
钢的分类
1：按用途分类
1)结构钢结构钢可分为
a：建筑及工程用钢或构件用钢。用作钢架、桥梁、钢轨、车辆、船舶等，属于这一类钢的有普通碳素钢和部分低合金钢。这类钢很大一部分作成钢板和型钢。
b：机械制造用钢，用作各种机器零件，包括轴承和弹簧等。
2)工具钢工具钢可分为
a：量具刃具钢
b：冷漠具钢
c：热模具钢
d：耐冲击工具用钢
3)特殊性能用钢
a：耐热钢包括抗氧化钢和热强钢
b：不锈耐酸钢
c：电工用钢等
2：按化学成分分类
1）碳素钢：普通碳素钢和优质碳素钢
2）低合金钢：
3）合金钢
二：钢牌号编号方法
钢的种类很多，需要进行编号，各国的编号方法不尽相同。我国现行的钢铁材料编号依据是GB221。
1：普通碳素钢和低合金高强度钢
普通碳素钢和低合金高强度钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按照顺序组成：
Q-----钢材屈服点“屈”字汉语拼音首位字母
A\B\C\D-------分别为质量等级
F-------沸腾钢“沸”字汉语拼音首位字母
b------ 半镇静钢“半”字汉语拼音首位字母
Z------ 镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母
TZ-------特殊镇静钢“特镇”字汉语拼音首位字母（Z 和TZ可以予以省略）
如Q235-A.F 表示屈服强度下线为235Mpa的A级钢，脱氧方式为沸腾钢。
2：优质碳素结构钢
优质碳素结构钢以平均含碳量的万分之几表示，沸腾钢和半镇静钢应特别注明。
例如平均含碳量为0.2％、0.45％的钢分别表示为“20”、“45”；
平均含碳量为0.1％的沸腾钢表示为“10F”。
第四节 特殊性能钢
1Cr18Ni9Ti钢固溶处理后 的显微组织（奥氏体）
典型的奥氏体型不锈钢
⑶铁素体型不锈钢 ：含铬大于14% 的低碳铬不锈钢，含铬27%以上的任 何含碳量的铬不锈钢，以及在高铬不 锈钢的基础上再添加有铝、钛、铌等 元素的不锈钢。
这类钢因含铬量高，在氧化性酸中有 良好的耐蚀性。铁素体不锈钢是各类 不锈钢中机械性能最低的，在加热和 冷却时几乎没有γ→α的转变，因而不 能用相变强化。同时由于这类钢的晶 粒易粗化，含铬高使冷脆转变温度提 高，以及475℃脆性与σ相脆性等原 因，使它们具有较大的脆性倾向，故 这类钢多用于工作应力不大的静载荷 零件与结构。
不锈钢均可产生应力腐蚀，以奥氏体不锈钢最敏感。
消除不锈钢应力腐蚀的敏感性的主要手段是消除应力处源自文库 。 ⑸腐蚀疲劳 ：腐蚀疲劳也是腐蚀与应力共同作用的结果，不同
的是应力腐蚀是在张应力作用下发生与发展的，腐蚀疲劳则是
在交变应力下引起的。断口保留疲劳破坏的特征 。
4.金属的防腐蚀方法
镀锡 镀锌 镀镉 镀铬
1.金属腐蚀的概念 腐蚀 ：金属与合金在外界介质（大气，水，含有酸、碱、 盐类的溶液等）的作用下引起的破坏，称为腐蚀。 ⑴化学腐蚀 ：是金属直接与周围介质发生纯化学作用的 结果。如金属在高温下的氧化 、金属的生锈等。 腐蚀产物能够覆盖在金属表面并起防护作用，是化学腐蚀 的重要特点。 ⑵电化学腐蚀 ：电化学腐蚀是由于金属的电极电位不同， 在电解质溶液中阳极金属发生溶解的结果。这种腐蚀的特 点之一，是在腐蚀过程中有电子的移动。 腐蚀产物不起防护作用，是电化学腐蚀的另一个重要特点。 电化学腐蚀与金属的电极电位有关，电极电位的高低，决 定着金属转入溶液的能力。
常用钢材的材质和用途
常用钢材的材质和用途
钢材是最常见的金属材料之一，广泛应用于各个领域。其优异的机械
性能使其成为许多建筑、机械、电子和汽车等行业的首选材料。下面是一
些常见的钢材材质及其主要用途。
1.碳钢：碳钢是由碳铁和少量其他元素组成的钢材。由于其价格低廉
和良好的机械性能，碳钢被广泛应用于建筑和机械制造领域。常见的碳钢
材质有Q235、Q345等。
2.不锈钢：不锈钢是一种具有耐腐蚀性的钢材。由于其高强度、优良
的耐腐蚀性和美观的外观，不锈钢广泛应用于制造厨房用具、电子设备、
医疗器械和汽车等。常见的不锈钢材质有304、316等。
3.合金钢：合金钢是通过添加其他元素（如铬、锰、钴、镍等）改善
钢材性能的钢材。合金钢具有高强度、耐磨、耐热和耐腐蚀等特性，广泛
应用于机械制造、航空航天和能源领域。常见的合金钢材质有40Cr、
20CrMo、40CrMo等。
4.结构钢：结构钢是一种具有良好力学性能和可焊接性的钢材，被广
泛应用于建筑和桥梁等工程结构中。常见的结构钢材质有Q235、Q345等。
5.耐候钢：耐候钢是一种具有耐候性的钢材，能够在大气中形成一层
稳定的氧化膜，从而具有优良的抗腐蚀性能。耐候钢广泛应用于建筑、桥
梁和汽车等领域。常见的耐候钢材质有09CuPCrNi-A、09CuPTiRE-A等。
6.弹簧钢：弹簧钢是一种具有高弹性和耐疲劳性能的钢材。由于其良
好的弹性性能，弹簧钢被广泛应用于汽车悬挂系统、机械弹簧和电子设备等。常见的弹簧钢材质有60Si2Mn、55SiCrA等。
7.冷轧板：冷轧板是通过冷加工钢材而制成的钢板，具有较高的强度
常用钢材特性介绍
常用钢材特性介绍
钢材是最常用的金属材料之一，具有广泛的应用于建筑、制造、汽车、航空航天等领域。以下是常用钢材的特性介绍：
1.碳钢：
碳钢是最常见的钢材类型，主要由铁和碳组成，含有少量的其他元素
如锰、硅等。碳钢具有良好的强度和延展性，可以通过热处理来改变其硬
度和强度。碳钢价格低廉，易于加工和焊接，广泛用于建筑、机械制造和
汽车工业。
2.不锈钢：
不锈钢含有铬、镍等元素，具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性能。不锈
钢可以抵抗大多数化学介质的侵蚀，不易生锈或变色。不锈钢分为多种类型，如奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢等，各有不同的特性
和应用领域。
3.合金钢：
合金钢是一种通过添加其他元素如钼、铬、镍、钛等来改善钢材性能
的钢材。合金钢可以在常温或高温下提供更高的强度、硬度和耐磨性。合
金钢在机械制造、汽车制造和航空航天等领域得到广泛应用。
4.高速钢：
高速钢是一种专门用于切削工具的钢材，具有良好的热硬性和耐磨性。高速钢能够在高速切削时保持良好的切削性能，并能在高温下保持较高的
硬度。高速钢适用于制造刀具、冲头、刀片等切削工具。
5.磁性材料：
磁性钢材常用于电机、电磁设备和变压器等电工领域，具有良好的导磁性和磁导率。磁性材料可分为软磁材料和硬磁材料，软磁材料具有较高的磁导率，适用于电子器件和电磁线圈等应用。
6.高温钢：
高温钢是一种能够在高温条件下保持较高强度和耐热性的钢材。高温钢可以在高温下保持结构的稳定性，具有优异的耐蠕变性和抗氧化性能。高温钢广泛应用于石油化工、发电和航空航天等行业。
7.细晶粒钢：
细晶粒钢是一种通过控制热处理过程来获得较小晶粒尺寸的钢材。细晶粒钢具有优异的塑性和韧性，在相同强度条件下可以实现更轻和更薄的结构设计。细晶粒钢被广泛应用于汽车制造、造船业和建筑领域。
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❖ 固溶强化 ❖ 晶界强化 ❖ 弥散强化
2.常用耐热钢
• 分类：按组织分类
➢ 珠光体型耐热钢：16Mo, 15CrMo, 12CrMoV
❖ 使用温度：250~550 °C ❖ 主要应用：锅炉、压力容器、热交换器和气阀等耐热件
➢ 马氏体型耐热钢：1Cr13, 2Cr13, 4Cr9Si2, 4Cr10Si2Mo
➢ 性能要求：足够的低温强度、低温韧性，可焊性和耐蚀性 ➢ 主要耐寒钢：
❖奥氏体型低温用钢：18-8型不锈钢（>-200 °C) ❖低碳马氏体型低温用钢：1Ni9（>-196 °C) ❖铁素体型钢：主要适用于地球环境下的寒冷地带结构 材料。16MnRE, 09Mn2VRE, 09MnTiCuRE
✓说明耐寒钢的成分设计原则。
高温腐蚀环境使用
➢主要失效形式
高温氧化 高温强度不足
钢的耐热性包括高温抗氧化性和高温强度两个方面
1) 高温抗氧化性：
➢ 材料的抗氧化性不是指其不氧化，而是指其能很 快在表面形成致密氧化膜，使材料不再继续氧化
➢ 主要合金化元素：Cr，Si，Al
2）高温强度：
➢ 又称热强性，钢在 高温下抵抗塑性变 形和破断的能力。 通常以蠕变极限和 持久强度表示
❖应用：材料被强烈冲击或摩擦时，A产生强烈的加工 硬化，并在表面诱发生成形变马氏体，表面硬度急剧升 值HB500~550。
✓注意：一般机器零件的工作条件，耐磨钢的耐磨性不即 渗碳钢和其它高硬度钢材。 ✓高锰钢水韧处理后不能进行回火处理，否则钢材会脆化
2. 耐寒钢：一般指用于制造、储运液化气体用设备的钢材， 也可用于航天真空工业。
力
➢ 常用奥氏体型 不锈钢：
❖ 1Cr18Ni9Ti,
❖ 0Cr18Ni9, 00Cr18Ni9等
❖ 各类耐腐蚀环 境下结构件
5）其他类型不锈钢
• 双相不锈钢：A+ (5~20%)
✓ 抗应力腐蚀性能更好 ✓ 并具有更好的抗晶间腐蚀能力和抗热裂性能 ✓ 0Cr21Ni5Ti, 1Cr18Mn10Ni5Mo3Si2
加入Ti、Nb的作用是什么？
2.不锈钢的分类及常用不锈钢
1) 不锈钢分类：按供应态（正火）组织分
➢ 马氏体型不锈钢(Cr13型) ➢ 铁素体型不锈钢(Cr17、Cr25型） ➢ 奥氏体型不锈钢(18-8型) ➢ 双相不锈钢 ➢ 沉淀硬化型不锈钢
2） 马氏体不锈钢：
➢ 马氏体型不锈钢成分特点：
❖ 含碳0.1~0.4% ❖ 含铬12~18% ❖ 其它元素Mo、V、Si、Cu等
试说明如何提高铁素体型不锈钢Hale Waihona Puke Baidu力学性能？
4）奥氏体型不锈钢（18-8型）
➢ 奥氏体型不锈钢的成分特点
❖ 含碳小于0.1% ❖ 含铬18%, 含镍8~11% ❖ 其它元素Mo、Nb、Ti等
➢ 奥氏体型不锈钢的性能特点
❖ 耐蚀性优秀 ❖ 单相奥氏体，但有强加工硬化 ❖ 塑性、可焊性好 ❖ 有应力腐蚀倾向，注意加工应
• 沉淀硬化型不锈钢：
✓ 解决奥氏体不锈钢强度不足，加工硬化引起的 应力腐蚀问题
✓ 加入Ni、Al、Ti、Nb形成金属间化合物Ni3Al， Ni3Nb，强化A不锈钢但不影响其耐蚀性
✓ 用于高强高硬度且要求耐蚀性的条件下
7.5.2 耐热钢
1. 耐热钢的工作条件和性能要求
高温下使用
➢使用条件
高温氧化环境使用
➢ 不锈钢的材料设计原则
❖ 尽量获得单相均匀组织
Fe+9%NiA(单相）
降低碳含量
❖ 提高金属基体腐蚀电位
Fe+(x/8)Cr 电位阶梯式升高 ❖ 形成表面防护膜
Cr, Si, Al在表面形成 致密钝化膜
✓ 不锈钢主要的成分特点： o 低碳含量 o 含有Cr,Ni等合金元素 o 含有Al、Si、Ti、Nd 等合金元素
❖ 耐蚀性较马氏体不锈钢好 ❖ 单相铁素体，无相变强化 ❖ 塑性、可焊性好 ❖ 有金属间化合物引起的高温脆性
➢ 常用铁素体型 不锈钢：
❖ 1Cr17, 1Cr17Ti, 1Cr28, 1Cr25Ti, 1Cr17Mo2Ti等
❖ 主要用于对力学性 能要求不高、但耐 蚀性要求高的环境 下，如化工生产结 构件
说明个元素及其 含量变化对材料 性能影响？
2） 马氏体不锈钢：
➢ 马氏体型不锈钢性能特点：
❖ 含碳量较高，力学性能好 ❖ 热加工性能好 ❖ 切削加工性好 ❖ 耐蚀性随含碳量升高而降低
➢ 常用马氏体不锈钢：1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 9Cr18, 1Cr17Ni2
❖ 1Cr13, 2Cr13优良的抗大气、蒸汽介质腐蚀，耐蚀结构 钢。用于制作汽轮机叶片、热烈设备配件、锅炉附件等 ✓ 热处理：淬火+高温回火(S回)，注意回火脆
❖ 3Cr13, 4Cr13耐蚀性下降，但力学性能好。用于制作不 锈钢工具，如医疗器械、刃具、热油泵轴等 ✓ 热处理：淬火+低温回火(M回)(HRC50)
3）铁素体型不锈钢
➢ 铁素体型不锈钢的成分特点
❖ 含碳小于0.15% ❖ 含铬17~30% ❖ 其它元素Mo、V、Ti等
➢ 铁素体型不锈钢的性能特点
❖按碳在铸铁中的存在形式及石墨形态分类： 白口铁、灰口铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁
❖ 使用温度：550~600 °C ❖ 主要应用：叶片、阀门
➢ 奥氏体型耐热钢：使用温度：>600~700
❖°C固溶强化型18-8不锈钢：加热管，排气管； ❖ 沉淀硬化型耐热钢：4Cr13Ni8Mn8MoVNb(GH36)，增压
涡轮，叶片材料和高温紧固件 ❖ 金属间化合物强化耐热钢：0Cr15Ni26MoTi2AlVB(GH132)
7.5.3 其他特殊钢
1. 耐磨钢：专指在强烈冲击载荷或高压条件下发生表面硬 化而具有高耐磨性的高锰钢。
➢ 材料：ZGMn13。含碳0.8~1.4%，含Mn11~14%
❖铸态组织：A+碳化物（Fe,Mn)3C
❖热处理：水韧处理——固溶A体化（~1100°C），水 淬
组织：A；硬度：HB190-220；韧性很高
7.6 铸铁
7.6.1 概述
➢ 铸铁：含碳量大于2.11%的Fe-C基合金。 ➢ 主要特征：
❖C>2.5~4%, Si1~3%, Mn0.5~1.4%, P0.01~0.5%, S0.02~0.2% ❖生产工艺简单，成本低廉
❖工艺性能好，铸造性能、切削价共性能优良
❖耐磨减摩性好，缺口敏感性低。机械性能较好 ➢ 主要应用及分类：