第七章 工业用钢

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四、合金工具钢与特殊性能钢
牌号：一位数字（或没有数字） 元素＋数字＋ 牌号：一位数字（或没有数字）＋元素＋数字＋… 含义： 数字， 含义 ： 数字 ， 平均含碳量：≥1.0%，不标；<1.0%， 千分之几， 元素， 元素，合金元素 数字， 数字，合金元素含量： <1.5%，不标； ≥1.5%， 百分之几。 举例： 举例 ： 9CrSi钢，平均含碳量为0.90%，主要合金元素 为铬 、硅，含量都小于1.5%。 Cr12MoV 钢 ， 含 碳 量 为 1.45~1.70% ， 铬 11.5~12.5%，钼0.40~0.60%，钒0.15~0.30%。
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钢的命名： 成分、质量和用途几种分类方法结合起来。 成分、质量和用途几种分类方法结合起来。 如：碳素结构钢、 优质碳素结构钢、 碳素工具钢、 高级优质碳素工具钢、 合金结构钢、 合金工具钢、 高速工具钢等。
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第二节 钢中元素的作用
一 常存元素在钢中的作用 Mn：固溶强化，提高钢的强度和硬度。 与硫化合成MnS，减轻硫的有害作用。 具有一定的脱氧能力，降低钢的脆性。 Si：固溶强化，提高钢的强度和硬度。
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b）二次硬化作用。 如高速钢在560℃回火时，又析出了 新的更细的特殊碳化物，发挥了第二相 的弥散强化作用，使硬度又进一步提高。 这种二次硬化现象在合金工具钢中是很 有价值的。
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c）含铬、镍、锰、硅等元素的合金结构钢， 在450～600℃范围内长期保温或回火后缓冷均 出现高温回火脆性。 这是因为合金元素促进了锑、锡、磷等杂 质元素在原奥氏体晶界上的偏聚和析出，削弱 了晶界联系，降低了晶界强度而造成的。因此， 对这类钢应该在回火后采用快冷的工艺，以防 止高温回火脆性的产生。
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（1）扩大奥氏体区的元素
扩大奥氏体区域的元素有镍、锰、碳、 氮等，使A1和A3温度降低，使S点、E点 向左下方移动，从而使奥氏体区域扩大。 镍或锰（与γ－Fe无限互溶）含量较多时， 单相奥氏体钢。 Ni%>9%的不锈钢； Mn%>13%的ZGMn13耐磨钢。
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影响热处理温度，锰钢、镍钢的淬火温 度低于碳钢。1400
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3.3合金元素对热处理的影响
合金钢一般都是经过热处理后使用的， 主要是通过改变钢在热处理过程中的组 织转变来显示合金元素的作用的。 合金元素对钢的热处理的影响主要表现 在对加热、冷却和回火过程中的相变 加热、 加热 冷却和回火过程中的相变等 方面。
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（1）合金元素对加热转变的影响
a）大多数合金元素（ 除镍、钴以外） 都减缓钢的奥氏体化过程。含有碳化物 形成元素的钢，由于碳化物不易分解， 使奥氏体化过程大大减缓。 因此，合金钢在热处理时，要相应 地提高加热温度或沿长保温时间，才能 保证奥氏体化过程的充分进行。
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第三节 我国的钢材编号
钢编号的原则： （1）根据编号可以大致看出该钢的成分。 （2）根据编号可大致看出该钢的用途。
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一、普通碳素结构钢
牌号：Q＋数字＋字母＋字母。 ＋数字＋字母＋字母 含义：Q，屈服强度 数字，屈服强度值 数字 字母，质量等级符号：A、B、C、D 字母 字母，脱氧方法：F，B 字母 举例：Q235AF即表示屈服强度值为235MPa的 A级沸腾钢。
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二 隐存元素在钢中的作用
氮、氧、氢等： 溶入钢中时，产生不同程度的危害。 溶入过量的氮，使钢的强度、硬度提高， 塑性、韧性下降，产生“时效脆化 时效脆化”。 时效脆化 炼钢过程中形成FeO 、 Al2O3 、SiO2 、 MnO 等，成为非金属夹杂物，使钢的性能下降。 氢以原子态或分子态存于钢中，使钢材韧 性下降，产生“氢脆 氢脆”。 氢脆
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（3）合金元素对淬火钢回火转变的影响
a）对淬火钢回火稳定性的影响。 淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力 称为回火稳定性。 合金元素阻碍马氏体分解和碳化物聚集长 大过程，使回火的硬度降低过程变缓，从而提 高钢的回火稳定性。 合金钢的回火稳定性比碳钢高，若要求得 到同样的回火硬度时，合金钢的回火温度就比 同样含碳量的碳钢来的高，回火的时间也长。
温 度 ℃
1200 1000
4%Mn 2.5%Mn
800
0.35%Mn
600
9%Mn
6.5%Mn
0.8 1.2 1.6 C% 图7-1 锰对奥氏体区的影响
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0.4
S点的左移，共析成分降低，组织中的珠 光体数量增加，使钢得到强化。 E点的左移，发生共晶转变的含碳量降低， 在C%较低时，使钢具有莱氏体组织。 如在高速钢中，虽然含碳量只有 0.7~0.8%,但是由于E点的左移,在铸态下 会得到莱氏体组织, 成为莱氏体钢。
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c）合金元素对焊接性能的影响
用“碳当量”来表示成分对焊接性能的 影响。 对钢而言，含碳量是影响其焊接性能 的最重要的因素，含碳量越低，焊接性 能越好。在相同的含碳量下，合金元素 的含量越高，则焊接性能越差。
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d）合金元素对切削性能的影响
合金钢含有大量硬而脆的碳化物，加工 硬化能力很强，其切削加工性能比普通 碳钢差。
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4. 4合金元素对钢的机械和工 艺性能的影响
（1）合金元素对强度和塑性的影响 a）固溶强化：降低塑性。 b）细晶强化：提高塑性。 c）弥散强化：降低塑性。
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（2）合金元素对钢的工艺性能的影响
a）合金元素对铸造性能的影响 下降 b）合金元素对锻造性能的影响 金属的锻造性能主要取决于热加工时 的变形抗力、热加工温度范围的大小、 抗氧化能力及氧化皮的性质等因素。 与普通碳钢相比，合金钢的锻造性能 明显下降。
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（2）缩小奥氏体区的元素
缩小奥氏体区的元素有铬、钼、硅、钨等，
A1和A3温度升高， S点、E点向左上方移动
1400
奥氏体区域缩小
19%Cr 5%Cr
温 1200 度 ℃ 1000
800 0.0%Cr 12%Cr 600 0.8 1.2 1.6 C% 图7-2 铬对奥氏体区的影响 22 0.4
淬火温度提高。 奥氏体可完全消失，形成单相铁素体， 称为铁素体钢。 如含17%～28%Cr的Cr17、Cr25、 Cr28不锈钢就是铁素体不锈钢。
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二、优质碳素结构钢与合金结构钢
编号： 编号：两位数字＋元素＋数字＋… 含义：两位数字 含义：两位数字，表示平均含碳量的万分之几， 元素，化学元素符号， 元素 数字，元素的含量，一般以百分之几表示。含 数字 量小于1.5％时，省略。 沸腾钢、半镇静钢以及专门用途的优质碳素结构 钢，应在钢号后特别标出。 举例：45钢，平均含碳量0.45%的优质碳素结构钢； 举例 20CrMnTi，平均含碳量0.20%，主要合金元素 Cr、Mn含量均低于1.5%，含有微量Ti的合金结构钢。
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五、专用钢
牌号：用途名称的汉语拼音第一个字母 表明该钢的类型，以数字表明其含碳量； 化学元素符号表明钢中含有的合金元素， 其后的数字标明合金元素的大致含量。 举例：滚珠轴承钢在编号前标以“G”字， 其后为铬（Cr）+数字，数字表示铬含量 平均值的千分之几，其他元素仍按百分 之几表示 。
可分为碳素钢和合金钢。 1.1 碳素钢的种类： 碳素钢的种类： 低碳钢（C%≤0.25%） 中碳钢（C%=0.25%～0.60%） 高碳钢（C%>0.6%）。
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碳素钢的性能及应用： 碳素钢的性能及应用： 具有较好的机械性能和工艺性能， 量大面广、价格较低。 碳钢的不足 淬透性较低 回火抗力较差 屈强比低。
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三 合金元素在钢中的作用 合金元素在钢中存在形式： 溶解于碳钢原有的相中， 形成某些碳钢中所没有的新相。
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按与碳亲合力的大小，可将合金元素分为： 碳化物形成元素： 碳化物形成元素： Mn、Cr、Mo、W、 V、Ti、Nb、Zr； 非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、 非碳化物形成元素： Al、N、B 。 稀土元素，一般用符号Re表示。 稀土元素
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A1 温度
Ni、Cu、Si Al、B、Mn
碳钢
A1 温度
Cr、Mo V、W
合金钢
Ms
Ms
时间
时间
（a）
（b）
图7-3 合金元素对C曲线的影响 （a）非碳化物形成元素及弱碳化物形成元素 （b）强碳化物形成元素
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b）除钴、铝外，多数合金元素溶入奥氏体后， 使马氏体转变温度Ms和Mf点下降。 钢的Ms点越低，Ms点至室温的温度间隔 就越小，在相同冷却条件下转变成马氏体的量 越少。 降低Ms点的元素都使淬火后钢中残余奥氏 体含量增加。 钢的残余奥氏体量的多少，对钢的硬度、 尺寸稳定性、淬火变形均有较大影响。
第七章 工业用钢
工业用钢中的元素： 工业用钢中的元素： 主要元素：铁、碳； 常存元素： 常存元素：锰、硅、硫、磷； 偶存元素：铜、钛、钒、稀土元素； 隐存元素： 隐存元素：氧、氢； 合金元素： 合金元素：铬、镍、钨、钼、钒。
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第一节 钢的分类
分类方法 化学成分、 冶金质量、 用途对钢 。
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一、按化学成分分类
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b）几乎所有的合金元素（除锰以外）都 能阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒。 尤其是碳化物形成元素钛、矾、钼、钨、 铌、锆等， 与相应的碳钢相比，在同样加热条 件下，合金钢的组织较细，机械性能更 高。
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（ 2）合金元素对冷却转变的影响
a）大多数合金元素（除钴以外），都能 提高过冷奥氏体的稳定性。 C曲线位置右移，临界冷却速度减小， 从而提高钢的淬透性。 合金钢可采用冷却能力较低FeS存在，使钢变脆。 FeS和Fe能形成低溶点（985°C） 的共晶体（FeS+ Fe），轧制时，使钢材 易被轧裂，出现“热脆性”。 有利面：易切削钢。
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磷：有害杂质。 使钢脆化，降低钢的塑性和韧性， 产生“冷脆性”，使钢的冷加工性能和 焊接性能变坏。 提高钢的脆性转化温度，给钢材在低 温下使用造成潜在的威胁。 有利面：炮弹，高温合金。