金属工艺学-各种钢的总结

结构钢
结构钢按用途可分为工程用钢和机器用钢两大类。

工程用钢主要是用于各种工程结构，包括碳素结构钢和低合金高强度结构钢，这类钢冶炼简便、成本低、用量大，一般不进行热处理，而机器用钢大多采用优质碳素结构钢和合金结构钢，它们一般都经过热处理后使用。

（1）碳素结构钢
1.牌号
碳素结构钢含碳量低（0.06-0.38%）,硫、磷含量较高。

这类钢通常在热轧空冷状态下使用，其塑性高，可焊性好，使用状态下的组织为铁素体加珠光体。

2.使用状态和热处理
一般不经热处理，而在钢厂供应状态（轧制状态）下直接使用
3.用途
钢结构件、焊接和扳金机械结构件。

（2）优质碳素结构钢
1.牌号
（3）低合金高强度结构钢
低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上，加入少量的合金元素发展起来的，原称为普通低合金钢。

1.牌号
2.性能特点
强度高于碳素结构钢，可降低结构自重、节约钢材；
具有足够的塑性、韧性及良好的焊接性能；
具有良好的耐蚀性和低的冷脆转变温度。

3.成份特点
低碳：含碳量≤0.2%
低和金：主加元素为锰
4.热处理特点
在热轧状态下使用，组织为铁素体加珠光体。

5.典型钢种及用途
Q345是应用最广、用量最大的低合金高强度结构钢，广泛用于石油化工设备、船舶、桥梁、车辆等大型钢结构中。

（4）渗碳钢
1.成分：含碳量0.10-0.25％的合金钢，主要加入能提高淬透性的Mn、Cr、Ni等元素；
2.性能特点：经热处理后表硬里韧、耐磨性及抗疲劳性好；
3.渗碳件一般的工艺路线：
4.用途
应用很广，主要用于制造渗碳零件，如变速齿轮、内燃机凸轮轴等各种表面耐磨件。

5.常用的渗碳钢
低淬透性渗碳钢：15Cr、20Cr等，心部强度低，尺寸和载荷小的齿轮和滑块；
中淬透性渗碳钢：20CrMnTi、20CrMn等，心部强度较高，用于制造中等强度的耐磨零件，如汽车、拖拉机的变速齿轮、齿轮轴等；
高淬透性渗碳钢：18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A等，淬透性很高。

用来制造承受重载荷和强烈磨损的重要零件，如飞机、坦克中的曲轴及重要齿轮等。

以20CrMnTi渗碳钢制造汽车变速齿轮为例：
下料--毛坯锻造--正火--加工齿形--局部镀铜--渗碳(930℃)--预冷淬火(830℃)--低温回火(200℃)--喷丸--磨齿
（5）调质钢
在调质处理后使用的钢种，主要用于制造受力复杂的汽车、拖拉机、机床及其他各种重要零件。

1.性能要求：良好的综合力学性能；良好的淬透性。

2.成分特点：中碳：含碳量为0.25%-0.50%；主加合金元素为Mn、Si、Cr、Ni、B。

3.调质件一般的工艺路线：
4.典型钢种
低淬透性调质钢：45、40Cr，用于制造尺寸较小的齿轮、轴、螺栓等。

中淬透性调质钢：40CrNi，用于制造截面较大的零件，如曲轴、齿轮等
高淬透性调质钢：40CrNiMo，用于制造大截面、重载荷的零件，如汽轮机主轴、叶轮、航空发动机等。

（6）弹簧钢
1.成分：含碳量在0.40～0.70%的合金钢。

主要加入元素是硅和锰，提高淬透性和屈强比；
2.热处理：淬火+中温回火；
3.组织：回火托氏体；
4.热处理特点：
冷成形弹簧：对于钢丝直径小于10mm的弹簧，通过冷拔(或冷拉)、冷卷成型；冷卷后的弹簧不必进行淬火处理，只需进行一次消除内应力和稳定尺寸的定型处理，即加热到250～30 0℃，保温一段时间，从炉内取出空冷即可使用。

热成形弹簧：直径大于10-15mm，在高于淬火温度热卷成形，然后淬火+中温回火(350—50 0℃)，得到回火托氏体组织。

5.典型钢种
Si、Mn弹簧钢：代表性钢种65Mn、60SiMn，主要用于制造较大截面的弹簧，如汽车、拖拉机的板簧、螺旋弹簧等；
Cr、V弹簧钢：代表性钢种50CrV，主要用于大截面、大载荷、耐热的弹簧，如阀门弹簧、高速柴油机的气门弹簧等。

（7）滚动轴承钢
1.用途：主要用来制造滚动轴承的内外圈，滚动体等;
2.牌号：
3.化学成分：含碳量0.95-1.10%，含铬量0.4-1.65%
4.热处理及组织：预先热处理：球化退火；最终热处理：淬火+低温回火
使用状态下组织：回火马氏体＋细小碳化物＋残余奥氏体。

5.典型钢种：应用最广的GCr15钢，大量用于制造中大型轴承，还可用于制造冷冲模、量具、丝锥等。

（8）耐磨钢
指在冲击载荷作用下发生冲击硬化作用的高锰钢
1.用途：用于既承受严重磨损又承受强烈冲击的零件；
2.化学成分：高碳：含碳量为0.75%-1.45%；高锰：含锰量为11%-14%；
3.热处理及组织：由于加工困难，铸造后直接使用；
4.应用最广的GCr4，GCr15，GCr15SiMn钢。

（9）工具钢
工具钢是用来制造各种工具的钢种
a 刃具钢
用于制造各种金属切削刀具的钢种
一、性能要求：
高的硬度：高的硬度，HRC ＞ 60
高耐磨性：耐磨性取决于硬度、韧性和碳化物；
高的热硬性：钢在高温下保持高硬度的能力；
足够的韧性和塑性：以免刀具在使用过程中崩刃、折断。

二、常用刃具钢：碳素工具钢、低合金工具钢、高速钢
１.碳素工具钢
1）牌号：T×[×][A]；×[×]——含碳千分之几，[A]：高级；
2）典型钢种：T7、T7A、T8、T8A、……、T13A；
3）用途：冲头、凿子要选用T7、T8等；车刀、钻头可选用T10；精车刀、锉刀则选用T1 2, T13。

4）优点：成本低，耐磨性和加工性较好，在受用工具和机用低速工具上广泛应用；
5）缺点：热硬性差，淬透性低，只适于制作尺寸不大、形状简单的低速刀具。

2低合金工具钢
１）牌号
2）化学成分：在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素，在保持高碳的同时，加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素；
3）用途：广泛用于制造形状复杂、要求变形小的低速切削刃具，如丝锥、板牙等，也常用作冷冲模；
4）优点：淬火后的硬度与碳素工具钢处于同一范围，但淬火变形小、开裂倾向小；
5）典型钢种：9SiCr。

３.高速工具钢：制造高速切削刀具用钢
1）牌号：W[×]□[×]□[×]□[×]，□－合金元素，[×]－合金元素含量；
2）化学成分：含碳量为0.7%-1.6%，主要加入的合金元素是Cr、W、Mo、V；
3）高速钢的加工工艺路线：
下料—锻造—退火—机加工—淬火+回火—喷砂—磨削加工
4）典型钢种: W18Cr4V
5) 用途：主要用于制造高速切削刀具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等
6）特点：高速钢价格昂贵，为充分发挥其性能和节省材料，常采用焊接或镶拼高速钢刀头，如直径大于10mm的钻头，采用45钢做刀柄。

（10）模具钢
用于制造各种冷热模具的钢种
一、冷作模具钢
用于制造各种冷成型模具，如冷冲模、冷挤压模、冷墩模和拔丝模等。

1）对性能的基本要求：高的硬度和耐磨性；较高的强度和韧性；良好的工艺性。

2）冷作模具钢的类型：碳素工具钢和低合金工具钢；耐冲击工具用钢；高碳高铬模具钢。

二、热作模具钢
用于制造各种使加热金属或液态金属成型的模具，如热锻模、热压模、热挤模和压铸模等。

1）对性能的基本要求：高温下良好的力学性能；高的抗热疲劳性能；高的淬透性和良好的导热性；高的抗氧化性。

2）钢种：热锻模钢；压铸模钢。

（11）量具钢
用于制造各种量测工具，如卡尺、千分尺、快规、塞规及螺旋测微仪
1）对性能的基本要求：高的硬度和耐磨性，尺寸稳定性高，热处理变形小；
2）量具用钢：一般非精密量具，可选碳素工具钢（T10A、T12A)或低碳钢(15、20)；对精密量具，选用CrWMn、Cr2、GCr15钢等。

以CrWMn钢制块规为例，加工工艺路线如下：
下料—锻造—球化退火—机械加工—淬火—深冷处理—低温回火—粗磨—人工时效—精磨—去应力处理—研磨
３）热处理特点：
深冷处理
量具淬火后，应立即在-70---80℃进行深冷处理，目的是尽可能减少钢中的残余奥氏体，稳定量具尺寸。

时效处理
对精度要求高的量具，经深冷处理在进行低温回火、粗磨之后，又要用低温时效处理，以进一步稳定残余奥氏体和消除残余应力。

（12）特殊性能钢
特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能的钢，分为不锈钢和耐热钢。

不锈钢
在腐蚀性介质中具有抗腐蚀性能的钢
1.用途：主要在石油、化工、海洋开发、原子能、宇航、国防工业等领域用于制造在各种腐蚀介质中工作的零件和结构；
2.性能要求：耐蚀性；
3.成分特点：含碳量在0.03%-0.95%；合金元素：Cr、Ni、Mo。

耐热钢
指在高温下具有良好的抗氧化性和高温强度的专用钢；多用来制作在高温下工作的锅炉、汽轮机、燃气机和内燃机的某些零件或构件。

耐磨钢
指在工作时其表面受到剧烈的冲击、强摩擦、高压力，必须具有表面硬度高、耐磨、心部韧性、强度高的特点。

1.成分：高锰、高碳
2.固溶化处理
3.用途：铁路道岔、坦克履带、挖掘机铲齿等。