第四章 工业用钢1

(a) Mn对相图的影响 (b) Cr对相图的影响 图3合金元素对Fe-C合金相图的影响




2、合金元素的加入对相变温度的影响 扩大奥氏体区的元素使A1下降，而缩小奥氏体区的元素使A1 上升，且随合金元素含量的增加而显著变化。如图4(a)所示。因 此，合金钢在热处理时的加热温度必须作相应的变更。 3、合金元素的加入对共析成分的影响 几乎所有合金元素都使共析点和共晶点碳含量降低，尤其以 强碳化物形成元素的作用最强烈。图4(b)，S点及E左移 例如:含0.3%C的3Cr2W8V热模具钢已为过共析钢，而碳含量不超 过1.0％的W18Cr4V高速钢，在铸态下已具有莱氏体组织。
碳素结构钢新旧牌号对照和用途
GB700－79牌号 1号钢（A1、B1） A2 C2 GB700－88牌号 Q195 Q215A Q215B 备 注 应 用
Q195的化学成分 与B1同，力学性 能与A1同 —— ——
塑性好，有一定 强度。用于承受 载荷不大的桥梁 构件，也作铆钉、 冲压件、焊接件
A3
用途：冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。
3．碳素工具钢
0.65------1.35C%， 用以制作刃具、量具、模具 钢号用平均碳含量的千分数的数字和T一起表示。 如：T10A （1.0%C，A表示高级优质碳素工具钢）, T9 （0.9%C） , T12 （ 1.2%C,） T7，T8 强度，韧性较高，可制作冲头、凿子、榔头 T9、T10、T11 强度，韧性适中，可制作钻头、刨刀、丝 锥、手锯及冷作模具。 T12，T13 硬度很高，韧性低，可制作锉刀、刮刀、量规。
C3 —— —— A4 C4 C5
Q235A
Q235B Q235C Q235D Q255A Q255B Q275
强度较高，塑性 好。用于承受载 —— 荷较大的结构， 用于重要焊接结构 也可制作转轴、 用于重要焊接结构 心轴、拉杆、螺 栓、螺母
强度更高。可制 作链、销、转轴、 —— 轧辊、主轴等中 不分等级，化学成 等载荷零件 分和力学性能均需 保证 ——
Q——代表钢的屈服点字母。 A、B、C、D——反映碳素结构钢中有害元素（S、P）含量多少的质量
等级符号，按字母顺序，等级高含S、P量下降。
F、b、Z、TZ——表示脱氧方法的符号。其中 F——沸腾钢、b——半镇静钢、Z——镇静钢、TZ——特殊镇静钢。
例如
Q235A﹒F表示屈服强度为235MPa的质量等级为A级的沸腾钢。

体，形成合金渗碳体(Fe，Mn)3C。 （2）铬、钼、钨是属于中强碳化物形成元素。 在钢中含量不多时(0．5%—3%)，一般形成合金渗碳体，如(Fe,Cr)3C、(Fe,W)3C等； 当其含量较高(5％)时，倾向于形成特殊碳化物，如Cr7C3、Cr23C6、MoC、WC等。 （3）铌、钒、锆、钛是强碳化物形成元素，即使其含量较少，也倾向于形成特殊碳 化物 如NbC、VC、ZrC、TiC。 ※合金渗碳体较渗碳体略为稳定，硬度也较高，是一般低合金钢中碳化物的主要存在 形式。而特殊碳化物，特别是间隙相碳化物比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度与耐 磨性，并且更为稳定，是合金钢中的重要强化相。
第二节 碳钢
一、碳钢中的杂质
1．锰 ——有益；0.25--0.80% a. 脱氧剂： 降低FeO→↓脆性，
Hale Waihona Puke b. 脱硫剂：Mn+S→MnS(降低S的有害作用)
↑热加工性能
c.固溶强化，使性能更优。 2．Si ——有益；＜0.37%
a. 脱氧→↓脆性
b. 固溶强化
3．磷 ——有害 Fe3P 室温下<100℃，脆性大→
第四章 工业用钢
第一节
概述
一、合金元素对钢中基本相（铁素体和渗碳体）的影响 1、形成合金铁素体 合金元素形成合金铁素体。由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径有差异，从而引 起铁素体晶格畸变，产生固溶强化。当合金元素在铁素体中含量适当时，一般可以使 钢得到强化，而并不降低韧性。 2、形成合金碳化物 按与碳的亲和力由弱到强：铁、锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛等。 （1）锰是弱碳化物形成元素，与碳的亲和力略强于铁，它在钢中一般是溶人渗碳
冷脆
4．硫 —— 有害
985℃时， 产生的共晶体（Fe+FeS）→ 热脆
加入Mn→MnS（除硫）
5． O、N、H
O —— ↓机械性能 ，强度、塑性降低，有害元素 N —— 产生兰脆，有害元素 若钢中存在Al、V、Ti↑→兰脆消失→强度， 硬度提高 H —— 氢脆、白点，有害元素
二、碳钢的分类
1．碳含量 ：低碳钢C%< 0.25% 、中碳钢0.25<C%<0.6%、高碳钢C>0.6%
d. 第二相强化
第二相粒子→阻碍位错运动→强化。
2．钢的强化
（1）热处理（淬火＋回火）——综合利用四种强化手段 a. 淬火：A→M 固溶强化：过饱和C和Me， 位错强化：高密度位错 细晶强化：极细小、不同取向的马氏体束 b. 回火 第二相强化：析出细小碳化物粒子 （2）合金化 固溶强化 提高淬透性 提高回火稳定性 ——相同强度时，合金钢韧性更高 ——相同温度回火时，合金钢强度硬度更高 二次硬化
2．质量 （S、P杂质含量）：普碳钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢 3．按用途 ：碳素结构钢、碳素工具钢、铸钢
三、碳钢的牌号及作用
1．普通碳素结构钢
碳素结构钢分为五类20种，其牌号主要依据钢材的厚度（或直径）不大于 16mm的钢的屈服强度数值进行划分，然后以钢的质量等级和脱氧方法进行细 分。其牌号中符号的意义如下：
（二）合金元素对钢的韧性的影响 提高韧性的途径 （1） 细化晶粒 Ti、V、Nb、Al→TiC、VC、NbC、AlN→阻碍A长大 →细化晶粒。 （2） 改善基体韧性 Ni，Mn可以降低Tc→韧性提高 （3） 提高回火稳定性——同等硬度可提高回火温度 （4） 细化碳化物 ——过共析钢：Mn，Cr，V （5） 控制非金属夹杂和杂质元素
钢号
C 08F 10 20 35 40 45 50 60 65 0.05-0.11 0.07-0.13 0.17-0.23 0.32-0.39 0.37-0.44 0.42-0.50 0.47-0.55 0.57-0.65 0.62-0.70 Mn 0.25-0.50 0.35-0.65 0.35-0.65 0.50-0.80 0.50-0.80 0.50-0.80 0.50-0.80 0.50-0.80 0.50-0.80 Si 0.03 0.17-0.37 0.17-0.37 0.17-0.37 0.17-0.37 0.17-0.37 0.17-0.37 0.17-0.37 0.17-0.37 S <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 P <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035



四、合金元素对钢的性能的影响
（一）合金元素对钢的强度的影响 1．钢的强化机制
a. 固溶强化
溶质原子→晶格畸度→与位错相互作用 →阻碍位错运动→强化。
Mn，Si是主要强化 元素
碳、硼等溶质 原子对a－Fe强 度的影响
b. 细晶强化
Nb，V，Al，Ti 晶界→阻碍位错运动→强化
c. 位错强化
位错→增殖并相互作用 →阻碍位错运动→强化
——
用途
钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。
多边型角钢
钢筋、螺纹钢
螺钉、铆钉
钢桥梁
建筑构件
2．优质碳素结构钢
钢号用平均碳含量的万分数的数字表示。如：08F （F表沸腾钢）， 20A（后有“A”表高级优质钢） ，45，15Mn （表含Mn量高） 。 表3-4 优质碳素钢的化学成分和性能 化学成分，%
（三）合金元素对钢的工艺性能的影响 （1）铸造性能：Cr、Mo、V、Ti、Al使之恶化 （2）塑性加工性能： 热加工： Cr、Mo、W下降热塑性 合金钢加热冷却需缓慢 冷加工：固溶合金元素多提高冷加工硬化率， Si、Ni、Cr、Cu降低深冲性能 Nb、Ti、Zr（改善硫化物形态）提高冲压性能 （3）焊接性能：C%越高，合金元素多降低焊接性能 少量 V、Ti可提高焊接性能 （4）切削性能（HB170-230）：一般合金钢比碳钢难切削 易切削钢：S(0.08-0.30%)、P(0.08-0.15%)、 Pb(0.10-0.30%) （5）热处理性能：淬透性（高）、变形与开裂倾向（大）、过热 敏感性（P、Mn、Si大）、回火脆化倾向（ P主导、Mn、Cr、Ni 协同）、氧化脱碳倾向（Si大，Ni、Mo次之）
（a）对共析温度的影响 （b）对共析点碳含量的影响 图4合金元素对共析温度及共析点碳含量的影响
三、合金元素对热处理的影响




1、合金元素对钢加热转变的影响 一是改变奥氏体的形成速度，二是影响奥氏体的晶粒大小。 （1）大多数合金元素(除镍、钴外)均能减缓奥氏体化的过程。 由于合金元素使碳和铁的扩散速度减慢，同时元素自身的扩散速度又远低 于碳。因此，合金钢加热时需要更高的加热温度与更长的保温时间。 （2）合金元素(除锰外)均不同程度地阻止奥氏体晶粒长大。 因此，除锰钢外合金钢的重要优点之一是在加热时不易过热。既含碳量 相同的合金钢均高于碳钢。 2、合金元素对过冷奥氏体转变的影响 （1）合金元素对过冷奥氏体等温转变的影响 合金元素(除钴外)溶入奥氏体后，均增大过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移, 即提高了钢的淬透性。提高淬透性的常用元素有：钼、锰、铬、镍、硅、硼 等。实践证明，多种元素同时加入，对钢淬透性的提高程度远比各元素单独 加入时大，故目前淬透性好的钢多采用“多元少量”的合金化原则。 （2）合金元素对马氏体转变的影响 合金元素(除钴、铝外)溶入奥氏体后，使Ms及Mf降低，其中锰、铬、镍作用 较强。Ms、Mf点的下降，使钢中残余奥氏体量增多，从而对钢的性能产生较 大影响。