碳钢和合金钢
9-碳钢、合金钢、铸铁解析
门用钢。 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2：高热硬性，用于刀具等。
（表达特殊） wC<1.0% ww=18% wCr=4% wV<1.5%
（三）特殊性能钢
1、不锈钢（主要合金元素为Cr和Ni）
牌号：
数字 + 元素符号 + 数字 表示所含合 金的名称 元素平均 百分含量
表示碳的平均千分含 量，<0.08%时用0表示
2、优质碳素结构钢 牌号：
由两位数字组成
当wMn=0.7∼1.2%时， 在数字后加Mn
表示碳的平均万分含 量（常用：08∼85）
如45（表示wC≤0.45%的优质碳素结构钢）
如65 Mn（表示wc=0.65% ,wMn=0.7∼1.2%的优质碳钢）。
成份： wc=0.08∼0.85%, S、P含量较低，通常经热处理后 使用，以发挥其性能潜力。 特点与应用：
成份： wC=0.3∼1.7%, 加入了Cr、Mn、Si、Mn、W、V 等合金元素，热处理后使用。
特点与应用：
9CrSi、9Cr2：量具刃具钢（丝锥、钻头、铣刀、手 术刀、量规、冷冲模等）；
Cr12MoV、CrWMn：冷模具钢； 5CrNiMo、4Cr5W2VSi：热模具钢;
*高速工具钢（锋钢）是合金工具钢中的一类专
表示普碳 结构钢
共分195、215、235、 255、275五种。
共有A,B,C,D四个 级别，A级最差。
如：Q235A；Q215B；
成份： wc=0.06∼0.38%，S、P含量较高，不需热处理。 特点与应用：
Q195、Q215钢：塑性和韧度好，制造薄板、冲压 件和焊接件；
Q235钢：强度较高，制造钢板、钢筋、农业机 械用钢和不重要的机械零件，拉杆、连杆和转轴。 Q255、Q275钢：强度高，质量好制作建筑、桥 梁工程上质量要求较高的焊接件。
碳钢及合金钢应用与区别
04
碳钢与合金钢的区别
化学成分差异
碳钢
主要由铁和碳组成，通常含有少量的 硅、锰、磷、硫等元素。
合金钢
在碳钢的基础上添加了其他合金元素， 如铬、镍、钨、钒等，以提高钢材的 特定性能。
其他应用领域
石油和化工
碳钢可用于制造石油和化工行业 的管道、储罐和反应器等设备。
电力和能源
碳钢可用于制造发电厂的锅炉、汽 轮机和核反应堆等设备。
铁路和船舶
碳钢在铁路和船舶制造中也有广泛 应用，如铁路轨道、船舶船体和机 械部件等。
03
合金钢的应用
航空航天
航空航天领域对材料性能要求极高，合金钢因其高强度、耐 高温和良好的抗疲劳性能而被广泛应用于飞机和航天器的制 造。例如，机身结构、起落架、发动机部件等都离不开合金 钢。
VS
未来碳钢和合金钢的发展趋势将更加 注重高性能、轻量化、环保化和智能 化，以满足不断变化的市场需求和产 业升级的需要。
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碳钢及合金钢应用与 区别
• 碳钢与合金钢简介 • 碳钢的应用 • 合金钢的应用 • 碳钢与合金钢的区别 • 总结
目录
01
碳钢与合金钢简介
碳钢的定义与分类
定义
碳钢是一种主要由铁和碳元素组 成的合金，其中碳含量通常在2% 以下。
分类
根据碳含量、质量等级、用途等 ，碳钢可分为多种类型，如普通 碳素结构钢、优质碳素结构钢和 特殊质量非合金钢等。
工具和刀具
碳钢制成的工具和刀具具有高硬度和 耐磨性，适用于各种切削和加工任务。
碳素钢和合金钢分类
合金钢的牌号
1．合金结构钢
（1）工程构件用钢（低合金高强度结构钢）
由代表屈服点的汉语拼音字母（Q）、屈服点数值、 质量等级符号（A、B、C、D.E）等三个部分按顺序 排列组成。如Q390A。
• 合金结构钢都是优质钢、高级优质钢（牌号后加 “A”字）或特级优质钢（牌号后加“E”字）。
• 高碳铬轴承钢的牌号在头部加符号“G”，但不 标碳含量。铬含量以千分之几计，其他合金元素 按合金结构钢的合金含量表示。例如: 平均含铬 量为1.50%的轴承钢，其牌号表示为“GCr15”。
• 其它专用机器零件制造用钢也要在牌号的头部 （或尾部）加上代表产品用途的符号，例如铆螺 钢“ML30CrMnSi。
碳钢的用途（3-碳素工具钢）
➢T9、T10、T11钢：用于制造冲击较小而要 求高硬度与耐磨的刃具，如小钻头、丝锥、手 锯条等，淬火、低温回火后的硬度为 60~62HRC，T10A钢还可用于制造一些形状 简单、工作负荷不大的冷作模具、量具； T12.T13钢：硬度及耐磨性最高，但韧性最差， 用于制造不承受冲击的刃具，如锉刀、铲刮刀 等，淬火、低温回火后的硬度为62~65 HRC。 T12A也可用于制造量具。 T7~T12.T7A~T12A 还可用于形状简单的塑料模具。
几个基本概念（1）
• 合金元素：特别添加到钢中为了保证获得所 要求的组织结构、物理、化学和机械性能的 化学元素。
• 杂质：冶炼时由原材料以及冶炼方法、工艺 操作而带入的化学元素。
• 碳钢：含碳量在0.0218-2.11%范围内的铁碳 合金。
• 合金钢：在碳钢基础上加入一定量合金元素 的钢 。
碳钢和合金钢
第九章碳钢及合金钢工业用钢第一节工业用钢的分类及牌号表示方法钢是经济建设中使用最广、用量最大的金属材料,在现代工农业生产中占有重要地位.碳钢：含碳量在%～%之间的铁碳合金称为碳素钢,简称碳钢.合金钢：在碳钢的基础上特意地加入一种或几种合金元素,使其使用性能和工艺性能得以提高的铁基的合金称为合金钢.钢中除铁、碳及合金元素外,还有炼钢时随生铁、脱氧剂和燃料带入的硅、锰、硫、磷、氮、氢、氧等元素.钢的分类方法多种多样,其主要方法有如下几种：一、钢材的品种为便于采购、订货和管理,我国目前将钢材按外形分为型材、板材、管材、金属制品四大类,共十六大品种：1．型材钢轨、型钢圆钢、方钢、扁钢、六角钢、工字钢、槽钢、角钢及螺纹钢等、线材直径 5-10毫米的圆钢和盘条等.2．板材薄钢板：厚度等于和小于 4毫米的钢板；厚钢板：厚度大于 4毫米的钢板；又可分为中板厚度大于4mm小于20mm、厚板厚度大于20mm小于60mm、特厚板厚度大于60mm；钢带：也叫带钢,实际上是长而窄并成卷供应的薄钢板；电工硅钢薄板：也叫硅钢片或矽钢片.3．管材无缝钢管：用热轧、热轧—冷拔或挤压等方法生产的管壁无接缝的钢管；焊接钢管：将钢板或钢带卷曲成型,然后焊接制成的钢管.4．金属制品：包括钢丝、钢丝绳、钢绞线等.二、钢的分类钢的种类繁多,为了便于生产、使用和研究,可以按照化学成分、冶金质量和用途对钢进行分类.1．按化学成分分类.碳钢、合金钢两大类.碳钢：低碳钢Wc＜%、中碳钢Wc=%～%和高碳钢Wc>%合金钢：按钢中含合金元素总量Me%分为低合金钢Me<5%、中合金钢Me=5～10%和高合金钢Me>10%.按合金元素的种类可分为锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等.按用途分类结构钢工具钢工程结构钢机器结构钢建筑工程用钢桥梁工程用钢船舶工程用钢车辆工程用钢渗碳钢属于低碳钢或低碳合金钢调质钢属于中碳钢或中碳合金钢弹簧钢属于中、高碳钢或中、高碳合金钢滚动轴承钢属高碳合金钢一般属于低碳钢或低碳低合金钢刃具钢一般属于高碳钢模具钢或高碳高合金钢量具钢不锈钢耐热钢耐磨钢2．按冶金质量分类.按钢中所含有害杂质硫、磷的多少,可分为：普通钢：S%≤%,P%≤%优质钢：S%、P%≤%高级优质钢：S%≤%,P%≤%此外,按冶炼时脱氧程度,可将钢分为沸腾钢脱氧不完全、镇静钢脱氧较完全和半镇静钢三类.3．按金相组织分类按钢退火态的金相组织可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢三种.按钢正火态的金相组织可分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢等四种.4．按成形方法分类.锻钢、铸钢、热轧钢、冷轧钢等.5．按用途分类.按钢的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类.实际中给钢的产品命名时,常常把成分、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、合金工具钢等.三、钢的牌号表示方法钢的牌号简称钢号,是对每一种具体钢产品所取的名称,是人们了解钢的一种共同语言.钢编号的原则主要有两条：一是根据编号可以大致看出该钢的成分；二是根据编号可大致看出该钢的用途.我国钢的牌号表示方法,根据国家标准钢铁产品牌号表示方法GB221-79中规定,采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示.即：①钢号中化学元素采用国际化学符号表示,例如 Si、Mn、Cr …… 等,混合稀土元素用“RE”或“Xt”表示.②产品名称、用途、冶炼和浇注方法等,一般采用汉语拼音缩写字母表示.③钢中主要化学元素含量 %采用阿拉伯数字表示.一碳钢的牌号表示方法见第四章碳钢的分类、用途及牌号表示方法二合金钢的牌号表示方法1两位数字＋合金元素符号＋数字＋质量等级符号“A”1当合金元素的平均含量＜%时,钢号中一般只标出元素符号,而不标明含量；但在特殊情况下易致混淆者,在元素符号后亦可标以数字“1”,例如钢号“12CrMoV”和“12Cr1MoV”,前者铬含量为,后者为,其余成分全部相同.2当合金元素的平均含量≥%、≥%、≥%……时,则相应地在元素符号后面标以2、3、4…… ；如果为高级优质钢,则在其钢号后加“A”, 以区别于一般优质钢.例如：18Cr2Ni4WA.3钢中的钒V、钛Ti、铝Al、硼B、稀土Re等合金元素,均属微合金元素,虽然含量很低,仍应在钢号中标出.例如20MnVB钢中,钒：～%,硼：～%.4专门用途的合金结构钢,钢号冠以或后缀代表该钢种用途的符号.例如,铆螺专用的30CrMnSi钢,钢号表示为ML30CrMnSi.举例：1．20CrMnTi：表示平均含碳量为%,主要合金元素Cr、Mn含量均低于%,并含有微量元素Ti的合金结构钢；2．60Si2Mn：表示平均含碳量为%,主要合金元素Mn含量低于%,Si含量为～%的合金结构钢.练习：40Cr、45Mn22．低合金高强度结构钢旧的编号方法,基本上和合金结构钢相同.新牌号的编制方法与碳素结构钢相同.如旧牌号的16Mn为新牌号的Q345.3．滚动轴承钢“G”＋ Cr ＋数字＋其它元素符号.字母“G”为“滚”字头,表示为滚动轴承钢类,高碳铬轴承钢的含碳量不标出,数字表示平均含铬量的千分之几,如GCr15,平均含铬量为％.渗碳轴承钢的钢号表示方法,基本上和合金结构钢相同.4．合金工具钢和高速工具钢数字＋合金元素符号＋数字说明：①合金工具钢中,当W C≥%时,含碳量不标出,如Cr12、CrWMn；当W C＜%时,以千分之几表示,如9SiCr、3Cr2W8V.②对于含铬量低的钢,其含铬量以千分之几表示,并在数字前加“0”,以示区别.如平均Cr =%的低铬工具钢的钢号为“Cr06”.③高速钢,一般不标出含碳量,只标出合金元素平均含量的百分之几.如“钨18铬4矾”W18Cr4V,简称18-4-1,“钨6钼5铬4矾2”W6Mo5Cr4V2,简称6-5-4-2.5．不锈钢和耐热钢同合金工具钢.例如：“2Cr13”钢的平均碳含量为%.说明：1钢中含碳量≤%者,钢号前分别冠以“00”表示之, 如00Cr17Ni14Mo2； W C≤%者,冠以“0”表示之,、0Cr18Ni9.2对钢中主要合金元素以百分之几表示；对钛、铌、锆、氮……等微量元素则按合金结构钢对微合金元素的表示方法,只标出元素符号,如1Cr18Ni9Ti.第二节合金元素在钢中的作用一、碳钢的优缺点优点：冶炼工艺简单,可热处理强化,压力加工和机械加工性能好,价格低廉.不足之处：（1）加热时,晶粒易长大；（2）淬透性低.形状复杂、尺寸大的零件,在淬火时易开裂、淬不透；（3）回火稳定性差.回火温度高时,强度和硬度显着下降,不能在高温下使用.回火稳定性是指淬火钢在回火时抵抗硬度下降的能力.（4）强度不够高.碳钢的屈强比在左右,合金钢为～.碳钢强度低,增加截面积提高构件刚度会使重量增加,构件笨重,不能满足重量轻、体积小、效率高的要求.（5）不具备特殊性能.化工、仪表等要求耐腐蚀、耐高温、无磁等性能,碳钢不能满足特殊性能的要求.二、合金元素在钢中的作用1．合金元素在钢中的分布为了使钢获得预期的性能,而有目的地加入钢中的化学元素称为合金元素.按其与碳的亲和力的大小,可将合金元素分为非碳化物形成元素和碳化物形成元素两大类,在钢中主要以固溶体和化合物的形式存在.1非碳化物形成元素：包括Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B 等,在钢中不与碳化合,大多溶入铁素体、奥氏体或马氏体中,产生固溶强化；有的形成其它化合物如Al2O3、AlN、SiO2、Ni3Al等.2 碳化物形成元素： Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti 等.形成碳化物的倾向由弱到强这类合金元素在钢中,一是可溶入渗碳体中形成合金渗碳体,如Fe,Mn3C、Fe,Cr3C等,是低合金钢中存在的主要碳化物,比渗碳体的硬度高,且稳定.二是强碳化物形成元素与碳形成特殊碳化物,如TiC、NbC、VC、MoC、WC、Cr3C6等,它们具有高熔点、高硬度、高耐磨性、稳定性好,主要存在于高碳高合金钢中,产生弥散强化,提高钢的强度、硬度和耐磨性.3其它：如稀土元素,钢号中统一用Re表示.2．合金元素在钢中的作用作用机理比较复杂,可归纳以下几个方面：1阻碍晶粒奥氏体晶粒长大,细化晶粒；2提高淬透性 Co除外；3提高回火稳定性,防止回火脆性；4提高钢的使用性能,使之具有耐热、抗腐蚀、高耐磨等特殊的性能；5提高钢的强韧性.金属材料的强化是通过阻碍位错的移动来实现的,主要方法有：固溶强化,提高强度和硬度；细晶强化,提高强韧性；位错强化,位错密度增加,提高强度；弥散强化第二相强化,细小均匀的第二相硬质点分布在基体上,阻碍位错移动面强化；加工硬化,金属产生塑性变形后位错密度增加,晶料变得细碎,使金属的强度硬度提高.大多数的合金元素较好利用了上述前四种强化机制.如合金钢淬火时,形成马氏体,马氏体中含较高的位错密度,马氏体的形成分割了A的晶粒,使之细小,马氏体中碳的过饱和产生固溶强化,回火时析出的碳化物颗粒又产生弥散强化,等等.第三节结构钢结构钢按用途分为工程结构钢和机器结构钢两大类.一、工程结构钢用于制作各种工程构件的钢称为工程结构钢,如制作房屋、桥梁、起重机机械、锅炉、压力容器、钻井架、车辆构件等,所以又称工程构件用钢或建筑工程用钢,包括碳素结构钢和低合金高强度结构钢.1．碳素结构钢见第四章碳钢的分类、编号及用途.2．低合金高强度结构钢用途：在大气和海洋中工作的的大型焊接结构件,如建筑结构、桥梁、车辆、船舶、输油输气管道、压力容器等.性能特点：强度高,良好的塑性、韧性、冷冲压性能及焊接性能 ,可抵抗大气腐蚀.成分特点：低碳<%,保证良好的塑性；合金元素：以Mn为主,强化铁素体基体,产生固溶强化；Nb、Re等,细化晶粒,提高强韧性.共11个牌号,6个等级,以强度等级分类,如表所示.热处理工艺特点：一般在热轧空冷状态下使用,必要时经正火处理后使用.正火处理的温度在Ac3+30～50℃,使用态组织为P+F.典型牌号及用途：1在Q345较低级别的钢中,16Mn最具有代表性,是目前我国用量最多、产量最大的一种低合金高强度钢.其派生钢种有16MnRe、16MnCu等,Re的主要作用是提高塑性和韧性,提高疲劳强度,降低冷脆转变温度,Cu的主要作用是通过钝化提高耐蚀性.这类钢多用于船舶、车辆、桥梁等大型钢结构.2对Q420级的15MnVN、14MnVTiRe等,加入了钒、氮起到细化晶粒和第二相强化作用,稀土又起净化晶界作用,提高强韧性,因此强度高于15MnTi.3Q460级的钢种,如14MnMoVBRe,加入钼和微量硼元素,可推迟奥氏体冷却时的铁素体析出,而对贝氏体转变则影响不大,正火后得到贝氏体组织,然后再高温回火,以稳定组织,消除内应力,提高塑性和韧性,焊接性好,适于制造400～500℃的锅炉、中温高压容器等.工程结构用钢的发展趋势：低合金高强度钢由于其强度高,韧性和加工性能优异,合金元素耗量少,并且不需进行复杂的热处理,已越来越受到重视.目前,这类钢发展趋势是：a通过微合金化与合理的轧制工艺结合起来,实行控制轧制,以达到更高的强度.b通过合金化改变基体组织,提高强度.在钢中加入较多的其它元素,如Cr、Mn、Mo、Si、B等,使钢在热轧空冷的条件下即可得到贝氏体组织,甚至马氏体组织.这种马氏体在冷却过程中可发生自回火过程,甚至不需要专门进行回火.c超低碳化.为了保证韧性和焊接性能,含碳量进一步降低,甚至降到PPM级,此时必须采用真空冶炼,或真空去气的先进冶炼工艺.二、机器结构钢指用于制造各种机器零件,如轴类零件、齿轮、弹簧和轴承等所用的钢种,又称机器零件用钢,包括优质碳素结构钢和合金结构钢.机器零件用钢不但要求钢材具有高的强度、塑性和韧性,良好的疲劳强度和耐磨性；而且还要求具有良好的切削加工性能和热处理工艺性能.机器零件用钢一般都经过热处理后使用.按用途不同,分为渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢等.1．渗碳钢用途：主要作于制作承受交变载荷、很大的接触应力,并在冲击和严重磨损条件下工作的零件,如汽车、重型机床齿轮、活塞销,内燃机的凸轮轴等.性能要求：“表硬心韧”.要求零件表面硬度高、耐磨,心部则具有较高的韧性和足够的强度以承受冲击.一般渗碳件表面渗碳层淬火后硬度≥58HRC,心部35～45HRC.成分：Wc＝—%,保证心部塑韧性；主加元素Cr、Ni、Mn、B,强化基体,提高淬透性,保证心部强韧性；微量元素V、Ti、W、Mo,防止渗碳时过热,细化晶粒,提高耐磨性.分类和典型牌号：低淬透性渗碳钢,典型钢种20、20Cr,其水淬临界直径20－35mm,渗碳淬火后,心部强韧性较低,只适于制造受冲击载荷较小的耐磨零件,如活塞销、凸轮、滑块、小齿轮等.中淬透性渗碳钢,典型钢种为20CrMnTi,其油淬临界直径约为25～60mm,主要用于制造承受中等载荷、要求足够冲击韧性和耐磨性的汽车、拖拉机齿轮等零件.高淬透性渗碳钢,典型钢种为18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A,其油淬临界直径>100mm,主要用于制造大截面、高载荷的重要耐磨件,如飞机、坦克中的曲轴、大模数齿轮等.常用牌号：15、20、20Cr、20CrMnTi、20MnTiB等,通常尺寸小、受力小的零件,采用低碳钢,而尺寸大的、受力大的则采用低碳合金钢.热处理特点：预备热处理,一般是正火,组织为P＋F,目的是调整硬度,改善组织和切削加工性能；最终热处理,一般是渗碳后直接淬火＋低温回火.其组织为：表面组织为“M回＋细小碳化物＋少量Ar”,心部组织依钢的淬透性及工件尺寸而定,淬透时为低碳M回,未淬透为低碳M回＋F＋P.应用举例：下面以应用广泛的20CrMnTi钢为例,分析其热处理工艺规范.20CrMnTi是中淬透性钢,适宜制造承受高速中载并且抗冲击和耐磨损的零件.如汽车、拖拉机的后桥和变速箱齿轮、离合器轴、伞齿轮和一些重要的轴类零件.用20CrMnTi钢制作齿轮的加工工艺路线如下：下料→锻造→正火→机加工齿形→渗碳,预冷淬火＋低温回火→磨齿.预备热处理为正火,正火后的组织为S＋F,其目的是改善锻造组织；调整硬度170～210HBS便于机加工.最终热处理为渗碳后预冷到875℃直接淬火＋低温回火；预冷的目的在于减少淬火变形,同时在预冷过程中,渗层中可以析出二次渗碳体,在淬火后减少了残余奥氏体量.最终热处理后组织由表面到心部为“M回＋细小碳化物＋少量A残→M回+少量A残→低碳M＋F＋P.2．调质钢采用调质处理,即淬火+高温回火后使用的优质碳素钢和合金结构钢,统称为调质钢.应用：用于受力较复杂的重要结构零件.如机床主轴、火车发动机曲轴、汽车后桥半轴等轴类零件,以及连杆、螺栓、齿轮等.性能要求：具有良好的综合力学性能,即高的强度、良好塑性和韧性.成分特点：碳含量：中碳Wc：～％,保证热处理后具有足够的强度、良好的塑性和韧性.含碳量太低,强度硬度不足；太高,塑性、韧性降低；为达到两者兼顾,取中碳范围.一般碳素调质钢的淬透性低,含碳量偏上限；合金调质钢淬透性好,随合金元素的增加,含碳量趋于下限,如30CrMnSi、38CrMoAl.合金元素：主加Cr、Ni、Mn、Si、Al等,提高淬透性,调质处理后有良好的综合力学性能；辅加W、Mo元素,防止高温回火脆性,细化晶粒,提高回火稳定性.分类及典型牌号：按淬透性的高低,调质钢大致可以分为三类：①低淬透性调质钢.典型钢种45、40Cr,这类钢的油淬临界直径最大为30～40mm,广泛用于制造一般尺寸的重要零件,如轴、齿轮、连杆螺栓等.35SiMn、40MnB是为节约铬而发展的代用钢种.②中淬透性调质钢.典型钢种40CrNi,这类钢的油淬临界直径最大为40～60mm,含有较多的合金元素,用于制造截面较大、承受较重载荷的零件,如曲轴、连杆等.③高淬透性调质钢.典型钢种40CrNiMoA,这类钢的油淬临界直径为60～100mm,多半为铬镍钢.铬、镍的适当配合,可大大提高淬透性,并能获得比较优良的综合机械性能.用于制造大截面、承受重负荷的重要零件,如汽轮机主轴、压力机曲轴、航空发动机曲轴等.钢种的选择根据零件的工作载荷大小及其尺寸、形状来确定的.载荷大、尺寸大、形状复杂的零件,为保证有足够的淬透性,就要采用合金调质钢.热处理工艺特点：1预备热处理：采用完全退火或正火高淬透性的调质钢正火后应再高温回火,其目的是细化晶粒,改善组织；调整硬度,改善切削加工性能.组织P+F.2最终热处理：调质处理,组织为回火索氏体,具有良好的综合机械性能.调质处理＋表面淬火、低温回火.对除了要求良好综合机械性能外,还要求表面具有高硬度、高耐磨性的调质件,调质处理后还需进行“表面淬火+低温回火”处理,表面淬火多采用感应加热表面淬火.表面组织为M回,心部为S回.举例：通过实例分析热处理工艺规范1用40Cr制作拖拉机上的连杆、螺栓.其工艺路线为：下料→锻造→退火或正火→粗机加工→调质→精机加工→装配.在工艺路线中,预备热处理采用退火或正火,其目的是改善锻造组织,细化晶粒；调整硬度、便于切削加工；为淬火做好组织准备.调质工艺采用830℃加热、油淬、得到马氏体组织；然后在525℃回火水冷,水冷为防止第二类回火脆性,最终使用状态下的组织为回火索氏体,具有良好综合机械性能.245或40Cr钢制造机床主轴或齿轮的生产工艺流程一般为：下料→锻造→正火→机加工→调质处理→精加工→局部表面淬火+低温回火→磨削.讨论题：1.有一40Cr钢制机床主轴,心部要求有良好的强韧性200～300HBS,轴颈处要求硬而耐磨54～58HRC,试回答下列问题：（1）应选择何种预备及最终热处理（2）说明各热处理后的组织分析：40Cr为低淬透性钢,应采用正火作预备热处理,细化晶粒,改善组织及切削加工性能；正火处理后的组织为P+F；最终热处理宜选用调质处理,然后对轴颈处进行“表面淬火+低温回火”的热处理,可达到性能要求.调质处理后的组织为回火索氏体；“表面淬火+低温回火”后,心部组织仍为回火索氏体,表面组织则为“M回＋少量A残”.2．某厂用45钢制作一批齿轮,制作过程中因45钢数量有够用,想用20钢代替.试问：这两种钢在制作齿轮的热处下工艺上有何不同,并指出热处理后的组织.分析：45钢为调质钢,制作齿轮时,预备热处理采用正火,组织为S＋F,细化组织、改善切削加工性能；最终热处理为调质处理,组织为S回,获得良好综合力学性能；最后齿面再进行“表面淬火＋低温回火”,齿轮心部组织为S回,齿面组织“M回＋少量A残”,提高齿面硬度及耐磨性,消除淬火应力.20钢为渗碳钢,预备热处理采用正火,组织为S＋F；机加工成形后渗碳,再淬火＋低温回火,齿面组织为“M回＋细小渗碳体＋少量A残”,心部为“板条M回＋S＋F”.新的趋势：用低碳和金刚经“淬火+ 低温回火”得到低碳马氏体代替中碳调质钢,可以提高零件的承载能力,减轻重量.在汽车、石油、矿山方面应用效果好.应用实例：1汽车螺栓：用15MnVB代替40Cr,承载能力提高45—70%；使用寿命延长；2用20SiMnMoV代替35CrMo制造石油钻井用的吊环,使吊环质量减轻68公斤.3．弹簧钢应用：用于制造汽车、拖拉机和火车的板弹簧或螺旋弹簧.性能要求：具有高的弹性极限和屈强比,高的疲劳强度和足够的塑性、韧性.成分特点：Wc ：—% ,多数% 左右,为中、高碳：含碳量过高,塑性和韧性降低,疲劳极限也下降.Me ：Si、Mn、Cr、V、Nb、Mo、W .主加元素Mn、Si,提高淬透性,提高强度及屈强比；辅加元素 W、Mo、V等,进一步提高淬透性,细化晶粒,提高回火稳定性和耐热性.常用牌号：65Mn 、60Si2Mn、50CrVA热处理工艺：根据弹簧的加工成形方法不同,弹簧分为热成形弹簧和冷成形弹簧.一般,截面尺寸>10～15mm的弹簧采用热成形方法；截面尺寸<10mm采用冷成形方法.1热成型弹簧：淬火+中温回火,组织为T回.这类弹簧多用热轧钢丝或钢板制成.以60Si2Mn制造的汽车板簧为例,工艺路线如下：下料→加热压弯成型→淬火+中温回火→喷丸处理→装配成型后采用淬火+中温回火350～500℃,组织为T回,硬度39～52HRC,具有高的弹性极限、屈强比和足够的韧性喷丸处理可进一步提高疲劳强度.如用板簧经喷丸处理,使用寿命提高5～6倍.2冷成型弹簧：去应力退火.这类弹簧是用铅浴索氏体化处理的冷拉钢丝或油淬回火钢丝冷圈成型.成型后不必淬火处理,只需进行一次去应力退火处理250～300℃保温1小时,目的是消除内应力、稳定尺寸.由于冷拉过程中产生加工硬化,强度大大提高.4．滚动轴承钢用于制作各类滚动轴承的内外套圈、滚动体.常用钢种和牌号：有两大类1高碳铬轴承钢：GCr15、GCr15SiMn.含碳量：～,高碳,过共析成分,保证形成足够铬的碳化物强化相,提高强度、硬度及耐磨性.合金元素：主加Cr元素,提高淬透性和接触疲劳抗力,细化晶粒.对大尺寸轴承,加入Si、Mn进一步提高淬透性.从化学成分看,滚动轴承钢属于工具钢范畴,所以这类钢也经常用于制造各种精密量具、冷冲模具、丝杠、冷轧辊和高精度的轴类等耐磨零件.2高碳无铬轴承钢：为了节铬,加入了Mo、V得到的,常用牌号GMnMoVRE、GSiMnMoV,其性能与GCr15相近.热处理工艺：1预备热处理：采用球化退火,获得球状珠光体,改善组织,降低硬度<210HBS,便于切削加工.2最终热处理：淬火+低温回火150～180℃,M回＋细小粒状碳化物＋A残,硬度61～65HRC.低温回火保持淬火后的高硬度和高耐磨性,消除淬火应力.对精密轴承零件,为了将残余奥氏体降低到最低程度,提高尺寸稳定性,常采用淬火后冷处理,并时效.冷处理后,恢复到室温,立即低温回火.第四节工具钢工具钢是用来制造刀具、模具和量具的钢.按化学成分分为碳素工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢等.按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢.刃具：用于切削加工的工具,车刀,刨刀,转头等；模具：用于进行压力加工的工具.冷作模具：〈200—3000C；热作模具：〉600 0C；量具：测量尺寸的工具,如卡尺、千分尺、块规等.共性：一般都在磨损条件下工作,要求具有高硬度和高耐磨性.不同：具体工作条件的不同,对各自的性能又有特殊要求.如刃具钢要求热硬性好,冷作模具钢要求热处理变形小,热作模具钢要求在高温下保持高的硬度和韧性,量具钢要求热处理后组织稳定好.所以,各类工具在钢材的选用和热处理方法上各有其特点.一、刃具钢1．切削刃具的工作条件及性能要求切削刃具的种类繁多,工况条件各有特点,性能要求也各有不同.以车刀为例：工作条件：1刀刃与工件之间发生剧烈的摩擦,造成严重的磨损；。
碳钢和合金钢
碳钢和合金钢碳钢和合金钢是我们日常生活中常见的两种钢材。
它们在材质、特性和用途等方面存在着一些差异。
本文将从多个角度对碳钢和合金钢进行全面比较，以便读者能够更好地了解它们，并在适当的情况下做出正确的选择。
首先，从材质上看，碳钢主要由碳和铁组成，而合金钢则是在碳钢基础上添加了其他元素，如铬、钼、镍等。
由于合金钢中添加了这些元素，使其具有更高的强度、耐磨性和耐腐蚀性能。
因此，在需要承受较大力学压力或在恶劣环境下工作的领域，合金钢往往是更好的选择。
其次，从特性上看，碳钢通常具有较高的硬度和刚性，但其耐磨性和耐腐蚀性相对较差。
而合金钢由于添加了合金元素，具有更好的耐磨性、耐腐蚀性和韧性。
这意味着在需要耐磨、耐腐蚀和抗撞击的应用领域，合金钢更适合使用。
然后，从用途上看，碳钢广泛用于制造构件、工具和机械设备等各个领域。
尤其是在建筑、汽车、船舶和桥梁等行业中，碳钢的应用非常广泛。
而合金钢则更常见于高速工具钢、钢丝绳、轴承钢等特殊领域。
合金钢的高强度和耐腐蚀性使其成为航天、化工、能源等行业中不可或缺的材料。
最后，从价格上看，碳钢相对便宜，因为它的成分相对简单；而合金钢由于其复杂的合金配比和制造工艺，往往价格较高。
因此，在经济预算有限的情况下，碳钢是一个经济实惠的选择，而在更追求高质量和性能的场合，合金钢则是更好的选择。
综上所述，碳钢和合金钢都是重要的钢材，具有各自的特点和应用领域。
选择何种材质取决于实际需求。
碳钢适用于一些一般性的应用场合，而合金钢则更适用于需要较高性能和特殊要求的领域。
在选择时，需要考虑材质、特性、用途和预算等多个因素。
只有全面了解和比较，我们才能做出明智的选择，以获得最好的使用效果和经济效益。
常用碳钢的牌号和分类
常用碳钢的牌号和分类常用碳钢的牌号和分类碳钢是一种常见的金属材料，由铁和碳组成，其中碳的含量在0.05%至2.0%之间。
碳钢具有良好的可塑性、可焊性和机械性能，因此在各个领域都有广泛应用。
下面将介绍一些常用的碳钢牌号和分类。
1. 低碳钢低碳钢是碳含量较低的碳钢，一般在0.05%至0.25%之间。
低碳钢具有良好的可塑性和可焊性，但强度相对较低。
它常用于制造冷轧板、冷拔材料、焊接零件等。
常见的低碳钢牌号有：- Q195：中国标准的低碳钢牌号，广泛用于制造冷轧板、焊管等。
- ASTM A36：美国标准的低碳结构钢牌号，常用于建筑、桥梁等领域。
2. 中碳钢中碳钢的碳含量在0.25%至0.60%之间。
中碳钢具有较高的强度和硬度，适用于制造机械零件、车轴等。
常见的中碳钢牌号有：- 45#：中国标准的中碳结构钢牌号，广泛用于制造机械零件、车轴等。
- ASTM 1045：美国标准的中碳结构钢牌号，常用于制造轴承、齿轮等。
3. 高碳钢高碳钢的碳含量在0.60%至2.0%之间。
高碳钢具有极高的强度和硬度，但可塑性较差。
它常用于制造刀具、弹簧等。
常见的高碳钢牌号有：- 65Mn：中国标准的高碳弹簧钢牌号，广泛用于制造弹簧、锯片等。
- ASTM 1095：美国标准的高碳工具钢牌号，常用于制造刀具、弹簧等。
4. 合金钢合金钢是在碳钢中添加其他元素形成的材料，以提高其特定性能。
合金元素可以是铬、镍、钼、锰等。
合金钢具有良好的耐热性、耐腐蚀性和耐磨性，适用于制造高温设备、化工设备等。
常见的合金钢牌号有：- 40Cr：中国标准的合金结构钢牌号，常用于制造齿轮、曲轴等。
- ASTM 4140：美国标准的合金结构钢牌号，常用于制造大型机械零件、汽车零件等。
总结：以上介绍了一些常用的碳钢牌号和分类。
根据不同的需求和使用环境，选择合适的碳钢材料可以满足工程项目的要求。
在使用过程中，还需要注意材料的加工工艺和热处理方法，以确保材料的性能和质量。
碳素钢牌号和合金钢牌号
碳素钢牌号和合金钢牌号
碳素钢和合金钢的牌号表示方法有所不同。
碳素钢的牌号由三部分组成：
1. 钢的类别符号，用汉字拼音字母的首字母表示。
例如，碳素钢用“Q”，低合金钢用“Q+数字+（合金元素符号）”表示。
2. 屈服强度数值，单位为MPa。
3. 质量等级符号，用阿拉伯数字或英文字母表示。
例如，Q235A·F表示屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。
合金钢的牌号表示方法则更为复杂，一般由四部分组成：
1. 钢的类别符号，用汉字拼音字母的首字母表示。
例如，合金结构钢用“GS”，合金工具钢用“GT”，轴承钢用“GZ”。
2. 合金元素或杂质元素平均含量的上、下限表示方法。
按国家标准《钢铁产品牌号表示方法》的规定，各元素的含量采用阿拉伯数字表示，一般取整数，用逗号隔开，例如Cr0.5表示铬的平均含量为0.5%，Cr1.5表示铬的平均含量为1.5%。
如果含有多于一种合金元素或杂质时，其含量可以用阿拉伯数字同时标出，例如40Cr1MoVA，如果含有两种以上（含两种）合金元素时，则按合金元素的名称顺序排列，例如20MnTiB。
3. 质量等级符号，用阿拉伯数字或英文字母表示。
4. 专门用途符号，如用于焊接结构用耐候钢的符号“Q235-C”，用于桥梁用结构钢的符号“Q345q”，用于锅炉用结构钢的符号“Q245R”等。
例如，20MnTiB表示含碳量为0.20%的合金结构钢，用于桥梁；35CrMo表示含碳量为0.35%的合金结构钢，用于机械制造。
碳素钢与合金钢
•F、b、Z、TZ依次表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢，一般
情况下符号Z与TZ在牌号表示中可省略。
例如Q235AF，即表示屈服点为235N／mm2、A等级质量的沸腾钢。
2）优质碳素结构钢的编号方法
其牌号用两位数字表示，两位数字表示钢中平均碳质量分数的万倍。
例如45钢，表示平均c =0.45%；08钢表示平均c =0.08%。 优质碳素结构钢按锰的质量分数不同，分为两组：
•当c＜1％时，用一位数字表示碳的质量分数的千倍 •当碳的质量分数≥1%时，则不予标出
合金元素的标注与合金结构钢相同
•高速工具钢例外，其平均碳的质量分数无论多少均不标出。因合金
工具钢及高速工具钢都是高级优质钢，所以它的牌号后面也不必再标 “A”。
例如Cr12MoV钢，其平均碳的质量分数为c=1.45％～1.70%，所以 不标出；Cr的平均质量分数为12％，Mo和V的质量分数都是小于 1.5%。又如9SiCr钢，其平均c=0.9％，平均Cr均＜1.5％。
3）滚动轴承钢
在牌号前面加“G”，后面数字表示铬的质量分数的千倍， 其碳的质量分数不标出。
•铬轴承钢中若含有除铬外的其它合金元素时，这些元素的表示方
法同一般的合金结构钢。滚动轴承钢都是高级优质钢，但牌号后不 加“A”。
例如GCr15钢，就是平均铬的质量分数Cr＝1.5％的滚动轴承钢。
4）合金工具钢
5）不锈钢与耐热钢
钢牌号前面数字表示碳质量分数的千倍，其它元素标注与合金结构钢相同 例如3Crl3钢，表示平均c＝0.3％，平均Cr＝13％。
5.2钢中常存杂质元素的影响
1、硅的影响
硅能溶于铁素体，使铁素体强化，从而提高钢的强度。作 为杂质元素时，其硅的质量分数一般不超过0.5%，一般为 Si＜0.4%。硅在钢中是有益之素，但当含量不多作为杂 质存在，对钢的性能影响不大。
钢的材质分类
钢的材质分类
钢的材质分类可以根据成分、性质和用途等不同角度来进行。
从成分角度，钢的材质分类主要有碳钢、合金钢和不锈钢三大类。
- 碳钢：主要成分是碳和少量的铁、锰、硅等元素，具有良好
的可塑性和可焊性，常用于制造建筑结构、机械零件等。
- 合金钢：在碳钢的基础上加入其他合金元素（如铬、镍、钼等），以改变钢的性质和用途，如高速钢、耐磨钢、耐高温钢等。
- 不锈钢：主要成分是铁、铬、镍等元素，具有抗腐蚀性能，
常用于制造厨具、化工设备、医疗器械等。
从性质角度，钢的材质分类可以分为普通钢、高强度钢、高韧性钢和高温耐热钢等。
- 普通钢：强度和韧性相对较低，常用于一般性工程和建筑结构。
- 高强度钢：具有较高的强度和刚性，常用于承载大荷载和要
求高强度的结构。
- 高韧性钢：强度相对较低，但具有很好的延展性和吸能能力，常用于需要抵抗冲击和扭曲变形的结构。
- 高温耐热钢：能在高温环境下保持稳定性能，常用于石油、
化工、电力等行业的高温设备。
从用途角度，钢的材质分类可根据不同行业和具体应用进行划分。
- 建筑钢：用于建筑结构、桥梁、楼梯、护栏等。
- 机械钢：用于制造机械零件、汽车零部件等。
- 冷轧钢板：用于汽车制造、家电、建筑等。
- 不锈钢：用于厨具、化工设备、医疗器械等。
- 高速钢：用于制造切削工具，如钻头、铣刀等。
当然，钢的材质分类还有其他细分和特殊材质，如耐腐蚀钢、弹簧钢、弹性合金钢等，具体分类方式还可能根据不同国家和标准的要求有所差异。
6常用金属材料、碳钢及合金钢的分类
*应用：
Q235（A3）是用途最广，通常经热轧成钢板、型钢、钢管、棒材等，塑性和韧 性优良，常用于建筑构件，不重要的轴类、螺钉、螺母,、冲压件、焊接件、锻件等。 *Q235—C 及Q235—D还可用于重要的焊接件。
常用金属材料
2.优质碳素结构钢
*含硫磷量较低，主要用来制造较重要的机件。
*牌号：
用二位数字表示（不足两位前面补0，表示碳含量的万分数，高锰的在后加上Mn) 例：20表示含碳量为0.2％ ；10F表示含碳量为0.1％，沸腾钢 *常见的牌号： 08、08F、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、15Mn、 20Mn、30Mn、40Mn、50Mn、65Mn等。
常用金属材料
三、 常用碳素钢的分类、牌号及其应用
1.普通碳素结构钢
*含碳量小于0.38％，常用小于0.25％，即以低碳钢为主。
*牌号：
Q + 屈服点数值+质量等级（ A、B、C、D ）+脱氧方法（F、b、Z、TZ） 例：Q215—A· F *常见的牌号： Q195A、 Q195B；Q215A 、Q215B；Q235A 、Q235B 、Q235C 、Q235D； Q255A 、Q255B；Q275
三、蠕墨铸铁的牌号、性能和应用 牌号： 蠕墨铸铁以“RuT+一组数值”表示，其后的数字表示最低 抗拉强度。 如：RuT300、RuT420 性能： 蠕墨铸铁是一种新型高强铸铁材料。它的强度接近于球墨 铸铁，并且有一定的韧性、较高的耐磨性；同时又有和灰口铸铁 一样的良好的铸造性能和导热性。 应用：蠕墨铸铁已成功地用于高层建筑中高压热交换器、内燃 机汽缸和缸盖、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。
但石墨的存在也赋予铸铁许多钢所不及的优良性能，如铸造 性能、减振性和减摩性等。
钢铁材料详细知识
钢铁材料详细知识概述钢铁是一种常见的金属材料，广泛应用于建筑、工程、汽车、能源等各个领域。
本文将详细介绍钢铁材料的特性、分类和应用。
特性- 高强度：钢铁具有很高的强度，能够承受较大的力和压力。
- 耐腐蚀：钢铁可以通过镀层等方式进行防腐蚀处理，增强其耐用性。
- 可塑性：钢铁易于加工成各种形状和尺寸，适合各类工艺要求。
- 导电性：钢铁具有良好的导电性能，适用于电子设备和电气系统。
- 可焊接性：钢铁易于焊接，方便在生产过程中进行连接和组装。
分类碳钢碳钢是最常见的钢铁类型，含有较低的合金成分。
根据碳含量的不同，可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
合金钢合金钢是在碳钢基础上加入其他合金元素的钢材。
不同的合金成分可以赋予钢铁不同的性能，如耐温性、耐磨性、耐腐蚀性等。
不锈钢不锈钢是一种具有耐腐蚀性能的钢铁。
添加铬等合金元素可以形成一层致密的氧化物膜，保护钢铁不受腐蚀和锈蚀。
铸铁铸铁是一种含有大量碳和硅的铁合金，具有良好的铸造性能和低成本。
根据碳含量和石墨形态的差异，可分为灰铸铁、球墨铸铁和白口铸铁等。
应用钢铁广泛应用于各个领域，如：- 建筑和结构工程：用于梁、柱、桥梁等结构元件的制造；- 汽车工业：用于车身、发动机零部件等的制造；- 能源行业：用于石油管道、天然气管道等的制造；- 机械制造业：用于制造机床、工具、轴承等的零部件。
结论钢铁作为一种重要的金属材料，具有高强度、耐腐蚀等特性。
通过不同的合金成分和处理方式，可产生不同类型的钢铁，满足各种工业需求。
在各个领域中，钢铁都有着广泛的应用。
钢的分类和编号
表6-1 钢牌号中部分汉语拼音字母含义说明表
字母 R g HP q H G L
含义 压力容器Βιβλιοθήκη 钢锅炉用钢 焊接气瓶用钢桥梁用钢 保证淬透性结构钢
高压锅炉用钢 汽车大梁用钢
位置 牌号尾 牌号尾 牌号尾 牌号尾 牌号尾 牌号尾 牌号尾
字母 YF F Y ML H G ZGD
含义 易切削非调质钢 热锻用非调质钢
3 按用途分类
根据钢的用途不同，可将工业用钢分为结构钢、工具钢和特殊性能钢三大 类。其中，结构钢可分为工程构件用钢和机器零件用钢等；工具钢可分为刃具 钢、模具钢和量具钢等；特殊性能钢可分为不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。
4 按炼钢时脱氧程度分类
根据冶炼过程中脱氧程度的不同，可将工业用钢分为沸腾钢（脱氧不彻底，用符号F表 示）、镇静钢（脱氧彻底，用符号Z表示）、半镇静钢（脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间， 用符号b表示）和特殊镇静钢（进行特殊脱氧的钢，用符号TZ表示）。
2 工具钢
碳素工具钢的牌号命名方法为：标志符号“T”+碳质量分数的千分数值。 合金工具钢的牌号命名方法为：数字+合金元素符号+数字+ …。前面的数 字表示钢中碳的平均质量分数的千分之几，当钢中碳的质量分数大于1%时不标
出，其余与渗碳钢、调质钢、弹簧钢的牌号相同，如9SiCr，CrWMn（C＞1.0% 不标出）。高速工具钢牌号中不标出含碳量，如W18Cr4V（C为0.7～0.8%）。
2）合金钢 为了提高钢的性能，在碳钢中特意加入一定合金元素所获得的钢种称为合金钢。合 金元素的加入，克服了碳钢淬透性低、强度和屈强比低、回火稳定性差、不能满足特殊 性能要求等缺点，满足了日益发展的科学技术和工业生产及应用的要求。因此，合金钢 在现代工业、农业、科研、国防等众多行业中得到广泛应用。目前，钢中加入的元素主 要有锰、铬、镍、钨、钼、钒、钛、铜、铝、硅、硼、氮、铌、锆和稀土元素等。
碳钢与合金钢板的区别
。但适当加入S、P、Pb等元素可以大大改善钢的切削性能。
5.合金元素对钢热处理工艺性能的影响
热处理工艺性能反映钢热处理的难易程度和热处理产生缺陷的倾向。主要
包括淬透性、过热敏感性、回火脆化倾向和氧化脱碳倾向等。合金钢的淬
（10）其他
分类：
按结构分类
1、压力容器用钢板：用大写R在牌号尾表示，其牌号可用屈服点也可用含
碳量或含合金元素表示。如：Q345R，Q345为屈服点。再如：20R、16MnR、
15MnVR、15MnVNR、8MnMoNbR、MnNiMoNbR、15CrMoR等均用含碳量或含合金
元素来表示。
2、焊接气瓶用钢板：用大写HP在牌号尾表示，其牌号可以用屈服点表示，
如：Q295HP、Q345HP；也可用含合金元素来表示如：16MnREHP。
分类：
3、锅炉用钢板：用小写g在牌号尾表示。其牌号可用屈服点表示，如：
Q390g；也可用含碳量或含合金元素来表示，如20g、22Mng、15CrMog、
16Mng、19Mng、13MnNiCrMoNbg、12Cr1MoVg等。
钢板还有材质一说，并不是所有的钢板都是一样的，材质不一样，其钢板
所用到的地方，也不一样。 4.钢板（包括带钢）的分类：
合金板
合金板
1.按厚度分类：（1）薄板（2）中板（3）厚板（4）特厚板
2.按生产方法分类：（1）热轧钢板（2）冷轧钢板
3.按表面特征分类：（1）镀锌板（热镀锌板、电镀锌板）（2）镀锡板（3
4.49%、4.50%～5.49%、……时，在合金元素后相应写成2、3、4、5……。
例如：碳、铬、锰、硅的平均含量分别为0.30%、0.95%、0.85%、1.05%的
中低合金钢和碳钢的区别是什么
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中低合金钢和碳钢的区别是什么
区别在于中低合金钢与碳钢相比含有较多其他元素。
合金钢是指钢中除含硅和锰作为合金元素或脱氧元素外，还含有其他合金元素（如铬、镍、钼、钒、钛、铜、钨、铝、钴、铌、锆和其他元素等），有的还含有某些非金属元素（如硼、氮等）的钢。
根据钢中合金元素含量的多少，又可分为低合金钢，中合金钢和高合金钢。
碳钢主要指力学性能取决于钢中的碳含量，而一般不添加大量的合金元素的钢，有时也称为普碳钢或碳素钢。
碳钢也叫碳素钢，含炭量WC小于2%的铁碳合金。
碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类。
碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（WC≤0.25%）,中碳钢（WC0.25%——0.6%）和高碳钢（WC>0。
6%）按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、优质碳素钢（含磷、硫较低）和高级优质钢（含磷、硫更低）一般碳钢中含碳量较高则硬度越高，强度也越高，但塑性较低
1。
钢的淬火临界尺寸标准
钢的淬火临界尺寸标准钢的淬火临界尺寸标准是指钢材在进行淬火处理时，能够保证材料的组织结构得到充分的变质，从而达到所要求的力学性能和物理性能。
淬火临界尺寸标准是根据不同类型的钢材来设定的，下面将分别介绍碳钢、合金钢和不锈钢的淬火临界尺寸标准。
1. 碳钢的淬火临界尺寸标准碳钢是一种含有一定量碳元素的钢材，根据碳的含量不同，碳钢可以分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
对于碳钢的淬火临界尺寸标准，通常以钢材的截面尺寸来进行确定。
根据相关标准，对低碳钢、中碳钢和高碳钢的淬火临界尺寸标准如下：- 低碳钢：一般指碳含量小于0.25%的钢材，其淬火临界尺寸一般为截面尺寸小于30 mm；- 中碳钢：一般指碳含量在0.25%~0.60%之间的钢材，其淬火临界尺寸一般为截面尺寸小于20 mm；- 高碳钢：一般指碳含量大于0.60%的钢材，其淬火临界尺寸一般为截面尺寸小于15 mm。
2. 合金钢的淬火临界尺寸标准合金钢是一种通过在钢材中添加合金元素来改变钢材性能的钢材。
合金元素可以是铬、镍、钼、锰、硅等元素。
合金钢的淬火临界尺寸标准也是根据钢材的截面尺寸来进行确定，但也会考虑合金元素的含量以及钢材的具体用途。
一般来说，合金钢的淬火临界尺寸要小于碳钢，以保证合金元素的充分固溶和弥散。
具体的淬火临界尺寸标准可按照以下原则进行确认：- 根据合金元素的种类和含量，参考相关的合金钢标准来确定淬火临界尺寸；- 考虑钢材的具体用途和力学性能要求，根据经验确定合适的淬火临界尺寸。
3. 不锈钢的淬火临界尺寸标准不锈钢含有铬等合金元素，以提高钢材的耐腐蚀性能，具有很高的抗氧化性和美观性。
不锈钢的淬火临界尺寸标准一般较高，一方面由于不锈钢的合金元素含量较高，需要较长的时间进行固溶；另一方面，不锈钢的耐腐蚀性能对淬火工艺的设计和控制要求更高。
一般来说，不锈钢的淬火临界尺寸标准较碳钢和合金钢更小，以保证合金元素充分固溶和弥散的同时，尽量减少钢材表面的氧化和腐蚀。
碳钢与合金钢的比较
150~ 170 150~ 160 170~ 200
170±5
175~ 200
62~66 62~66 >62 ≥62 ≥62
滚动轴承钢
结构钢
¾ 热处理工艺： 球化退火 + 淬火 + 低温回火 冷处理，时效（120～140℃,10～20h）：稳定尺寸，去应力。
¾ 组织 —— 回火M ＋细碳化物＋少量A'
－
Q215 A/B 215 195 175 165 335-410 31 29 27 26 －/20 －/27
Q235
A/B C/D
235
215
195
185 375-460 26
24
22
21
－/20 0/-20
－/27
Q255 A/B 255 235 215 205 410-510 24 22 20 19 －/20 －/27
钢号
主要化学成分，w / %
C
Cr
Si
Mn
热处理规范及性能 淬火℃ 回火℃ 回火后 HRC
GCr4 GCr15 GCr15SiMn GMnMoVRE GSiMoMnV
0.95~ 1.05
0.95~ 1.05
0.95~ 1.05
0.95~ 1.05
0.95~ 1.10
0.35~ 0.0
1.40~ 1.65
屈服点σs ，MPa
伸长率 δs , %
V型冲
牌 等 钢材厚度(直径)，mm 抗拉 钢材厚度(直径), mm
击功
号
级
≤ >40 >100 > 16 ~60 ~150 150
强度
σb / MPa
≤ 16
低碳钢和低碳合金钢
低碳钢和低碳合金钢低碳钢和低碳合金钢是两种常见的金属材料，它们在工业生产和日常生活中都有广泛的应用。
虽然它们都属于低碳材料，但在性质和用途上有一些区别。
本文将介绍低碳钢和低碳合金钢的特点以及它们在不同领域中的应用。
低碳钢是一种含碳量较低的钢材，通常含碳量在0.05%至0.25%之间。
由于碳元素含量较低，低碳钢具有优良的可焊性、可塑性和韧性。
它的强度相对较低，但具有良好的冷加工性能。
低碳钢具有良好的可塑性和可焊性，适用于一些需要强度相对较低但具有良好可塑性的领域，如制造轻型汽车、制造家电产品等。
此外，低碳钢还具有良好的可加工性，可以通过冷加工来获得所需形状和尺寸，广泛应用于制造业。
低碳合金钢是在低碳钢的基础上添加了其他合金元素的一种材料。
通常，低碳合金钢的碳含量在0.05%至0.25%之间，同时还添加了其他合金元素，如锰、铬、镍、钼等。
这些合金元素的添加使得低碳合金钢具有更高的强度和耐腐蚀性能。
此外，低碳合金钢还具有优异的耐磨性和耐高温性能，适用于一些对材料强度和耐腐蚀性能要求较高的领域，如航空航天、汽车工业等。
低碳钢和低碳合金钢在实际应用中有许多相似之处，但也存在一些差异。
首先，低碳钢的强度相对较低，适用于一些要求可塑性和可焊性较高的领域，而低碳合金钢的强度较高，适用于一些要求强度和耐腐蚀性能较高的领域。
其次，低碳钢的成本相对较低，适用于一些对成本要求较高的领域，而低碳合金钢的成本相对较高，适用于一些对材料性能要求较高的领域。
低碳钢和低碳合金钢是两种常见的金属材料，它们在工业生产和日常生活中有广泛的应用。
低碳钢适用于一些要求可塑性和可焊性较高的领域，如制造轻型汽车和家电产品等；低碳合金钢适用于一些对材料强度和耐腐蚀性能要求较高的领域，如航空航天和汽车工业等。
了解这两种材料的特点和应用领域有助于我们在实际应用中选择合适的材料，提高生产效率和产品质量。
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第九章碳钢及合金钢(工业用钢)第一节工业用钢的分类及牌号表示方法钢是经济建设中使用最广、用量最大的金属材料，在现代工农业生产中占有重要地位。
碳钢：含碳量在0.0218%～2.11%之间的铁碳合金称为碳素钢，简称碳钢。
合金钢：在碳钢的基础上特意地加入一种或几种合金元素，使其使用性能和工艺性能得以提高的铁基的合金称为合金钢。
钢中除铁、碳及合金元素外，还有炼钢时随生铁、脱氧剂和燃料带入的硅、锰、硫、磷、氮、氢、氧等元素。
钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下几种：一、钢材的品种为便于采购、订货和管理，我国目前将钢材按外形分为型材、板材、管材、金属制品四大类，共十六大品种：1．型材钢轨、型钢（圆钢、方钢、扁钢、六角钢、工字钢、槽钢、角钢及螺纹钢等）、线材（直径5-10毫米的圆钢和盘条）等。
2．板材薄钢板：厚度等于和小于4毫米的钢板；厚钢板：厚度大于4毫米的钢板；又可分为中板（厚度大于4mm小于20mm）、厚板（厚度大于20mm小于60mm）、特厚板（厚度大于60mm）；钢带：也叫带钢，实际上是长而窄并成卷供应的薄钢板；电工硅钢薄板：也叫硅钢片或矽钢片。
3．管材无缝钢管：用热轧、热轧—冷拔或挤压等方法生产的管壁无接缝的钢管；焊接钢管：将钢板或钢带卷曲成型，然后焊接制成的钢管。
4．金属制品：包括钢丝、钢丝绳、钢绞线等。
二、钢的分类按用途分类结构钢工具钢工程结构钢机器结构钢建筑工程用钢桥梁工程用钢船舶工程用钢车辆工程用钢渗碳钢属于低碳钢或低碳合金钢调质钢属于中碳钢或中碳合金钢弹簧钢属于中、高碳钢或中、高碳合金钢滚动轴承钢属高碳合金钢一般属于低碳钢或低碳低合金钢刃具钢一般属于高碳钢模具钢或高碳高合金钢量具钢不锈钢耐热钢耐磨钢钢的种类繁多，为了便于生产、使用和研究，可以按照化学成分、冶金质量和用途对钢进行分类。
1．按化学成分分类。
碳钢、合金钢两大类。
碳钢：低碳钢（Wc＜0.25%）、中碳钢（Wc=0.25%～0.60%）和高碳钢（Wc>0.6%）合金钢：按钢中含合金元素总量（Me%）分为低合金钢（Me<5%）、中合金钢（Me=5～10%）和高合金钢（Me>10%）。
按合金元素的种类可分为锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等。
2．按冶金质量分类。
按钢中所含有害杂质硫、磷的多少，可分为：普通钢：S%≤0.055%，P%≤0.045%优质钢：S%、P%≤0.040%高级优质钢：S%≤0.030%，P%≤0.035%此外，按冶炼时脱氧程度，可将钢分为沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧较完全）和半镇静钢三类。
3．按金相组织分类按钢退火态的金相组织可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢三种。
按钢正火态的金相组织可分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢等四种。
4．按成形方法分类。
锻钢、铸钢、热轧钢、冷轧钢等。
5．按用途分类。
按钢的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。
实际中给钢的产品命名时，常常把成分、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、合金工具钢等。
三、钢的牌号表示方法钢的牌号简称钢号，是对每一种具体钢产品所取的名称，是人们了解钢的一种共同语言。
钢编号的原则主要有两条：一是根据编号可以大致看出该钢的成分；二是根据编号可大致看出该钢的用途。
我国钢的牌号表示方法，根据国家标准《钢铁产品牌号表示方法》（GB221-79）中规定，采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。
即：①钢号中化学元素采用国际化学符号表示，例如Si、Mn、Cr …… 等,混合稀土元素用“RE”（或“Xt”）表示。
②产品名称、用途、冶炼和浇注方法等，一般采用汉语拼音缩写字母表示。
③钢中主要化学元素含量（%）采用阿拉伯数字表示。
（一）碳钢的牌号表示方法见第四章（碳钢的分类、用途及牌号表示方法）（二）合金钢的牌号表示方法1．合金结构钢“A”（1）当合金元素的平均含量＜1.5%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量；但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字“1”，例如钢号“12CrMoV”和“12Cr1MoV”，前者铬含量为0.4-0.6%，后者为0.9-1.2%，其余成分全部相同。
（2）当合金元素的平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……时，则相应地在元素符号后面标以2、3、4…… ；如果为高级优质钢，则在其钢号后加“A”，以区别于一般优质钢。
例如：18Cr2Ni4WA。
（3）钢中的钒V、钛Ti、铝Al、硼B、稀土Re等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。
例如20MnVB钢中，钒：0.07～0.12%，硼：0.001～0.005%。
（4）专门用途的合金结构钢，钢号冠以（或后缀）代表该钢种用途的符号。
例如，铆螺专用的30CrMnSi钢，钢号表示为ML30CrMnSi。
举例：1．20CrMnTi：表示平均含碳量为0.20%，主要合金元素Cr、Mn含量均低于1.5%，并含有微量元素Ti的合金结构钢；2．60Si2Mn：表示平均含碳量为0.60%，主要合金元素Mn含量低于1.5%，Si含量为1.5～2.5%的合金结构钢。
练习：40Cr、45Mn22．低合金高强度结构钢旧的编号方法，基本上和合金结构钢相同。
新牌号的编制方法与碳素结构钢相同。
如旧牌号的16Mn为新牌号的Q345。
3．滚动轴承钢“G”＋Cr ＋数字＋其它元素符号。
字母“G”为“滚”字头，表示为滚动轴承钢类，高碳铬轴承钢的含碳量不标出，数字表示平均含铬量的千分之几，如GCr15，平均含铬量为1.5％。
渗碳轴承钢的钢号表示方法，基本上和合金结构钢相同。
4．合金工具钢和高速工具钢说明：①合金工具钢中，当W C≥1.0%时，含碳量不标出，如Cr12、CrWMn；当W C＜1.0%时，以千分之几表示，如9SiCr、3Cr2W8V。
②对于含铬量低的钢，其含铬量以千分之几表示，并在数字前加“0”，以示区别。
如平均Cr =0.6%的低铬工具钢的钢号为“Cr06”。
③高速钢，一般不标出含碳量，只标出合金元素平均含量的百分之几。
如“钨18铬4矾”（W18Cr4V，简称18-4-1），“钨6钼5铬4矾2”（W6Mo5Cr4V2，简称6-5-4-2）。
5．不锈钢和耐热钢同合金工具钢。
例如：“2Cr13”钢的平均碳含量为0.2%。
说明：（1）钢中含碳量≤0.03%者，钢号前分别冠以“00”表示之，如00Cr17Ni14Mo2；W C≤0.08%者，冠以“0”表示之，、0Cr18Ni9。
（2）对钢中主要合金元素以百分之几表示；对钛、铌、锆、氮……等微量元素则按合金结构钢对微合金元素的表示方法，只标出元素符号，如1Cr18Ni9Ti。
第二节合金元素在钢中的作用一、碳钢的优缺点优点：冶炼工艺简单，可热处理强化，压力加工和机械加工性能好，价格低廉。
不足之处：（1）加热时，晶粒易长大；（2）淬透性低。
形状复杂、尺寸大的零件，在淬火时易开裂、淬不透；（3）回火稳定性差。
回火温度高时，强度和硬度显著下降，不能在高温下使用。
回火稳定性是指淬火钢在回火时抵抗硬度下降的能力。
（4）强度不够高。
碳钢的屈强比在0.6左右，合金钢为0.85～0.9。
碳钢强度低，增加截面积提高构件刚度会使重量增加，构件笨重，不能满足重量轻、体积小、效率高的要求。
（5）不具备特殊性能。
化工、仪表等要求耐腐蚀、耐高温、无磁等性能，碳钢不能满足特殊性能的要求。
二、合金元素在钢中的作用1．合金元素在钢中的分布为了使钢获得预期的性能，而有目的地加入钢中的化学元素称为合金元素。
按其与碳的亲和力的大小，可将合金元素分为非碳化物形成元素和碳化物形成元素两大类，在钢中主要以固溶体和化合物的形式存在。
（1）非碳化物形成元素：包括Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等，在钢中不与碳化合，大多溶入铁素体、奥氏体或马氏体中，产生固溶强化；有的形成其它化合物如Al2O3、AlN、SiO2、Ni3Al等。
（2）碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti等。
形成碳化物的倾向由弱到强这类合金元素在钢中，一是可溶入渗碳体中形成合金渗碳体，如(Fe,Mn)3C、(Fe,Cr)3C等，是低合金钢中存在的主要碳化物，比渗碳体的硬度高，且稳定。
二是强碳化物形成元素与碳形成特殊碳化物，如TiC、NbC、VC、MoC、WC、Cr3C6等，它们具有高熔点、高硬度、高耐磨性、稳定性好，主要存在于高碳高合金钢中，产生弥散强化，提高钢的强度、硬度和耐磨性。
（3）其它：如稀土元素，钢号中统一用Re表示。
2．合金元素在钢中的作用作用机理比较复杂，可归纳以下几个方面：（1）阻碍晶粒奥氏体晶粒长大，细化晶粒；（2）提高淬透性（Co除外）；（3）提高回火稳定性，防止回火脆性；（4）提高钢的使用性能，使之具有耐热、抗腐蚀、高耐磨等特殊的性能；（5）提高钢的强韧性。
金属材料的强化是通过阻碍位错的移动来实现的，主要方法有：◆固溶强化，提高强度和硬度；◆细晶强化，提高强韧性；◆位错强化，位错密度增加，提高强度；◆弥散强化（第二相强化），细小均匀的第二相硬质点分布在基体上，阻碍位错移动面强化；◆加工硬化，金属产生塑性变形后位错密度增加，晶料变得细碎，使金属的强度硬度提高。
大多数的合金元素较好利用了上述前四种强化机制。
如合金钢淬火时，形成马氏体，马氏体中含较高的位错密度，马氏体的形成分割了A的晶粒，使之细小，马氏体中碳的过饱和产生固溶强化，回火时析出的碳化物颗粒又产生弥散强化，等等。
第三节结构钢结构钢按用途分为工程结构钢和机器结构钢两大类。
一、工程结构钢用于制作各种工程构件的钢称为工程结构钢，如制作房屋、桥梁、起重机机械、锅炉、压力容器、钻井架、车辆构件等，所以又称工程构件用钢或建筑工程用钢，包括碳素结构钢和低合金高强度结构钢。
1．碳素结构钢见第四章碳钢的分类、编号及用途。
2．低合金高强度结构钢用途：在大气和海洋中工作的的大型焊接结构件，如建筑结构、桥梁、车辆、船舶、输油输气管道、压力容器等。
性能特点：强度高，良好的塑性、韧性、冷冲压性能及焊接性能，可抵抗大气腐蚀。
成分特点：低碳（<0.2%），保证良好的塑性；合金元素：以Mn为主，强化铁素体基体，产生固溶强化；加入少量的Ti、V、Nb、Re牌号：Q＋数字＋（质量等级符号A、B、C、D、E）共11个牌号，6个等级，以强度等级分类，如表所示。
热处理工艺特点：一般在热轧空冷状态下使用，必要时经正火处理后使用。
正火处理的温度在Ac3+（30～50）℃，使用态组织为（P+F）。
典型牌号及用途：（1）在Q345较低级别的钢中，16Mn最具有代表性，是目前我国用量最多、产量最大的一种低合金高强度钢。