第三章 工业用钢2

根据GB700-2006，可分为Q195，Q215，Q235及Q275等
四类，其中Q195不分等级，此类钢一般制成各种型材，大量 用在建筑、车辆等行业。
热处理：热轧空冷 组织：S＋F
Q195钢碳含量低，塑性好，常用作制铁钉，铁丝及各
种薄板（如黑，白铁皮即镀锌钢板，马口铁即镀锡钢
板），还可用作要求不高的冲压件和焊接结构件。
式存在。
2、形成强化相，如溶入渗碳体形成合金渗碳体，形
成特殊碳化物或金属间化合物。 3、形成非金属夹杂物，如合金元素与O、N、S作用 形成氧化物、氮化物和硫化物等。 4、 在钢中以游离态存在。
合金元素M的分类
铁族金属：Co、 Ni、 Mn 难熔金属：W、 Mo、 Nb、 V、Cr 轻金属：Ti、 Al 、 Mg、 Li 稀土金属：La、Ce和Nd等 贵金属元素：Au、 Ag 按M与C的亲和力的大小分为： 碳化物形成元素：Ti、 Zr、 V、Nb、 Cr、Mo、W、 Mn
活塞销( 20Cr )
柴油机凸轮轴
柴油机曲轴
2、调质钢
调质：淬火+高温回火，获得 S回组织 具有较高的强度和较高的塑、韧性配合（良好 的综合机械性能）
对于调质零件，淬透性对机械性能影响很大。
成分特点：
调质钢属于中碳钢，含碳量0.25~0.50%（含碳量过低强
度不足，过高韧性不足）。
要获得具有良好综合机械性能的S回，添加Cr、Ni、Mn、
钢的组织均匀致密，偏析程度小，质量好；供货应同时保
证钢材的化学成分和力学性能符合标准的规定。
钢材按冶金质量等级分为：
1 优质钢 ：S、P含量均不大于0.035%；
2 高级优质钢： S、P含量均不大于0.030%；
3 特级优质钢：P含量不大于0.025% , S不大于0.020%。
牌号（GB/T 699-1999）
号“Mn” 50Mn ：平均碳含量为0.50%、锰含量为0.70~1.0%较
高锰含量的优质碳素结构钢。
牌号（GB/T 699-1999）
4. 高级优质碳素结构钢，在牌号后加符号“A”；特级优 质碳素结构钢在牌号后加符号“E” 20A ：平均碳含量为0.20%的高级优质碳素结构钢。 50E：平均碳含量为0.50%的特级优质碳素结构钢；
Q215，Q235可用于制作一些普通零件如铆钉，螺钉，
螺母和不重要的渗碳件。 Q275属中碳钢，强度高，可代替30或40钢作某些普通 零件。 Q235塑性较高，硬度适中，应用最广泛的普碳钢。
多边型角钢
钢筋、螺纹钢
螺钉、铆钉
四、优质碳素钢
特点：
S、P等杂质限制较严。S、P含量均不大于0.035%；
③ 钢中的含磷量应严格控制
二、碳钢的分类
低碳钢 ωc≤0.25% 按含碳量 中碳钢 ωc=0.25%~0.60% 高碳钢 ωc＞0.6% 普通碳素钢 ωs≤0.055% ，ωp≤0.045%
按质量
优质碳素钢 ωs、 ωp≤0.035%~0.040% 高级优质碳素钢 ωs≤0.02%~0.03% ， ωp≤0.03%~0.035% 碳素结构钢
铬钼铝，平均含量<1.5%，只标出元素符号，不标明含量 平均碳含量为0.38%，用万分之38数字表示
37 CrNi3
镍，平均含量3% 铬，平均含量<1.5%，只标出元素符号，不标明含量 平均碳含量为0.37%，用万分之37数字表示
1、渗碳钢 工作条件及性能要求：
零件在渗碳热处理后使用工件，除要求较高强度可靠 性外，还常常受到较大的表面磨擦和冲击作用，故其性能 要求： (1) 有一定的强度和塑性，以抵抗拉伸，弯曲，扭转等变 形破坏；
常存元素在钢中的分布及作用
3.硫：硫是有害元素
① 硫在钢中以FeS形式存在，使钢变脆。
② FeS和Fe能形成低熔点的共晶体，当钢进行轧制时， 共晶体融化，钢材变脆，此现象称为热脆性。 ③ 钢中的含硫量应严格控制。 4.磷：磷是有害元素
① 磷会使钢的脆性转化温度升高而导致塑性、韧性下降，
此现象称为冷脆性。 ② 磷在钢中溶于铁素体也使钢的强度、硬度显著增加。



加入Cu提高耐大气腐蚀能力。
典型钢材
Q345钢(16Mn)综合性能好，用
于锅炉压力容器、船舶、桥梁、
万吨远洋轮
车辆等大型钢结构。
Q390钢含V、Ti、Nb，强度
高，
南京长江大 桥
用于中等压力的容器。
Q460钢含Mo、B，正火组织为
B，强度高，用于石化中温高压 容器。
压力容 器
三、合金结构钢 牌号标准（GB/T 3077-1999）
数字 + 化学元素 + 数字
合金元素 平均含C量的万分之几 高级优质钢号后加注“A”，特级优质合金钢加注“E” 合金元素含量的百分之 几， ＜ 1.5% 不标出
40 Cr
铬，平均含量<1.5%，只标出元素符号，不标明含量 平均碳含量为0.40oAl A
表示高级优质钢
铁素体钢 奥氏体钢 按钢的金相组织 马氏体钢
珠光体钢
贝氏体钢 普通合金钢 S≤0.050% P≤0.045% 优质合金钢 S≤0.035% P≤0.035% 按S、P含量 高级优质合金钢 S≤0.025% P≤0.025% 特级优质合金钢 S≤0.015% P≤0.020%
二、低合金高强度钢
牌号标准（GB/T 1598-2008，GB/T 221-2008）：
Q345D
A、B、C、D分别表示质量等级
屈服强度等级 345-690 MPa
“屈”字汉语拼音首位字母
必要时，可在牌号后添加产品用途、特性和工艺方法
成分特点：

低碳：含碳量名0.2%，以满足对塑性、韧性、可焊
性及冷加工性能的要求； 低合金：主加合金元素为锰，对铁素体具有明显的 固溶强化作用。锰还能降低钢的冷脆转变温度，使 组织中的珠光体相对量增加，从而进一步提高强度。 加入少量的V、Ti、Nb等元素可细化晶粒、提高钢 的韧性。加入稀土元素硼可提高韧性、疲劳极限， 降低冷脆转变温。
(2) 表面有较高的硬度和耐磨性，以抵抗磨损及表面接触 疲劳破坏； (3) 有较高的韧性以承受强烈的冲击作用； (4) 当外载是循环作用时，要求零件有好的抗疲劳破坏能 力；
成分特点
属于低碳钢，含碳量0.1-0.25%，以保证心部有足够
的塑、韧性；
加入合金元素Cr、Ni、Mn、B提高淬透性，改善渗碳
应用
T7（T7A）、T8 （T8MnA）硬度高、韧性较好
凿子、冲头、剪刀、锤子等工具
T9、 T10 、 T11 硬度高、韧性适中
钻头、刨刀、丝锥、锯条等刃具及冷作模具
T12（T12 A）、T13 硬度高、韧性较低
锉刀、刮刀、铣刀、板牙等刃具及量规、样套等量
具
热处理：淬火 + 低温回火
非碳化物形成元素：Cu、 Ni、 Co、Si、 Al
Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr 弱 强
合金钢的分类
微合金钢 ωe= 0.001-0.1% 按合金总 的含量 低合金钢 ωe ＜4%~5% 中合金钢 ωe =5%~10%
高合金钢 ωe ＞10%
合金结构钢 按用途 合金工具钢 特殊性能钢
应用
含碳量低（10~25）： 强度小，塑性韧性好。冲压容器，锅炉，机械零件 含碳量中等（30~50）： 强度较高，经调质处理可得到良好的综合性能。 机械零件（传动轴、齿轮、连杆等） 含碳量高（>50）： 强度高，冲击韧性不好。弹簧垫、离合器、钢丝 绳等。
08和08F钢：
用于轧制薄板，高级搪瓷制品；也可用于管子、垫
微合金元素：
有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，当其含量只在 0.1%左右（如B 0.001%，V 0.2 %）时，会显著地影响钢
的组织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。
微合金钢： 加入了微合金元素, 使钢的组织或性能有明显改变的 钢称为微合金钢。
合金元素在钢中的存在形式：
1、溶入铁素体、奥氏体和马氏体中，以固溶体的形
片及心部强度要求不高的渗碳零件等；冷冲压件，如 汽车和仪表外壳、容器、罩子等。
45钢：
调质件：机床齿轮、机床主轴、曲轴、连杆、活塞 销等重要零件
60-65钢：
用于制造弹簧、弹簧圈、各种垫圈、离合器等。
热处理(heat treatment)： 渗碳、淬火、回火等。
五、碳素工具钢（优质钢）
特点：
冷热加工性能，耐磨性较好； 价格低廉，广泛采用； 淬透性低，耐热性差。
组织：回火M＋ 粒状Fe3C + A'
3.2、合金钢
碳钢的主要缺点是：
淬透性低。对于直径大于20~25mm的零件，水冷也不
可能淬透,从而使零件截面性能不均匀，且快速淬火会 导致零件产生变形或开裂。
强度和屈强比低，致使构件笨重，强度的有效利用率
低。如碳钢=0.5~0.6，合金钢为0.8~0.9。 回火稳定性差，不能获得优良的综合力学性能。 不能满足如耐热性、耐磨性、耐蚀性等特殊性能的要 求。
、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷
3.1、碳钢
碳钢和铸铁均是以Fe和C为主的合金。 钢含碳量<2.11%，通常使用钢含碳量<1.4%；
铸铁含碳量在(2.11%-6.69%)范围，通常使用铸铁含
碳量在(2.5%-4.0%)范围.
在实际使用的钢中，除碳外尚存在少量的其它元素，
如一般含量的硅、锰、磷、硫以及氧、氮、氢等，这些 非特意加入的元素称为常存或残余元素。
层的强度和塑、韧性；
添加少量的V、W、Mo、Ti细化晶粒，抑制渗碳时晶
粒长大。
热处理：渗碳→ 淬火 → 低温回火
组织 ：表层：回火M +碳化物+ A′ 心部：低C的回火M（+T+ F） 应用 ：耐磨件 20Cr，小轴、活塞销、小齿轮。 20CrMnTi，汽车齿轮。 18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆。