第7章工业用钢简
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σb=350~650MPa，δ=16~23%， αk=60~70J/cm2
第七章 工业用钢 重点：钢的成分、组织、性
能特点及热处理工艺的确定。
难点：钢的合金化。 钢的分类：
第一节 碳 钢
碳钢的分类： ❖ 碳素结构钢(工程构件) ❖ 优质碳素结构钢（机器零件） ❖ 碳素工具钢 ❖ 碳素铸钢
一、碳素结构钢(工程构件) 1．质量：普通
S≤0.035%~0.050%， P≤0.035%~0.045%。
5、碳素工具钢的性能： ❖ 硬度高（58~62HRC）； ❖ 塑性和韧性低； ❖ 淬透性与红硬性差。
5、碳素工具钢的应用：
❖ 多用于制造低速刃具； ❖ 手用工具； ❖ 量具。
牌号 T7A T8A T9A
T10A
T11A T12A T13A
性能
应用
含碳较低 能受震动和冲击： 韧性较好 錾子、锤子、冲子
接件，螺栓等。
二、优质碳素结构钢
（机器零件用钢）
1．质量：优质
S≤0.035%，P≤0.035%；
2．含碳量：低、中、高，
C = 0.08%~0.85%；
3．牌号：
两位有效数 +（Mn） 当Mn=0.7%-1.3%标出 含碳量的万分数 例：45 45 Mn
4．牌号、性能、热处理和应用
牌号 性能 热处理 应用
热处理
淬火+ 中温 回火
应用
弹簧 钢带 一般
模具
三、碳素工具钢 1．质量：
优质 S≤0.035%，P≤0.035%； 高级 S≤0.02%，P≤0.03%。
2．含碳量：高
C = 0.7%~1.3%。
3．牌号：
T + 数字 + A 高级
含碳量的千分数 “碳” 例：T12A
4、碳素工具钢的热处理： 淬火 + 低温回火。
5、应用：
形状复杂，同时要求力学 性能好的铸造零件。
碳钢的不足：
① 淬透性低； ② 回火抗力差； ③ 不具备特殊的物理化学性能； ④ 屈强比低：
碳钢约为0.6； 合金钢一般为0.85～0.9。
第二节 钢的合金化
1．合金元素对钢中基本相影响 2．合金元素对铁碳相图的影响 3．合金元素对钢热处理的影响
Mo0.5%。
合金元素的作用总结
合金钢优点
❖ 透性好，可油淬，变形小； ❖ 红硬性（回火稳定性）高； ❖ 屈强出的数值一为0．85~0.9; ❖ 可节省20~30 ％材料，可制作大
尺寸、复杂、高强零件。
第三节 合金结构钢
一、低合金高强度结构钢 （工程构件用钢）
1、性能要求 1）具有良好的综合力学性能：
总结
第二节 钢的合金化
1．合金元素对钢的基本相影响 1）形成“合金铁素体” ❖ 与碳亲合力很弱的合金元素，
形成“合金铁素体”； ❖ 作用：固溶强化。
2）形成“合金渗碳体” ❖ 与碳亲合力较强的合金元素，
形成“合金渗碳体”。 ❖ 比渗碳体更稳定，硬度更高； ❖ 作用：第二相强化。
3）形成“特殊碳化物” ❖ 与碳亲合力很强的碳化物元素
，如Mo2C，W2C，VC等； ④ 使硬度反而上升。
（3）出现“第二类回火脆性”
❖ 形成的条件： ① 镍铬钢； ② 在450～650℃回火； ③缓慢冷却后冲击韧度剧烈下降 ❖ 例如、40Cr、35CrMo
❖ 产生的原因： 镍、铬造成杂质在晶界偏析。
❖ 防止措施： 小零件：在此温度范围内
回火后快冷。 大零件：在钢中加W1%或
08 10 15 20
25
塑性、 韧性好 焊接性
好 强度和 硬度低
渗碳、 淬火+ 低温 回火
冲压、 焊接件 连接件 渗碳件
牌号 性能 热处理 应用
30
35 综 正火或调质
合
轴
40
性 （表面淬火 齿轮
45 能
+ 连杆等
55 好 高温回火）
60
牌号
65 70 75 80 85
性能
塑性 韧性差 焊接性 较差 强度和 硬度高
❖ 另外，绝大多数合金元素的加 入使E点左移，致使含碳量小 于2.11%的钢中出现莱氏体（ 称这类钢为莱氏体钢）。
例2、 高速钢W18Cr4V中的平均
含碳量为0.7%～0.8%，但它属 于莱氏体钢。
2）扩大或缩小γ区
当加入量达一定值时，可 能使室温下的组织成为单相奥 氏体或单相铁素体。
例3、 Ni > 27% → 奥氏体钢； 9%Ni + 18%Cr → 奥氏体钢。
例4、Cr > 17% → 铁素体钢。 3）影响钢的热处理温度 ❖ Ac1、Ac3、Accm上升，因此合金
钢热处理加热温度比碳钢高。
3．合金元素对钢热处理的影响 1）细化晶粒 ❖ 减缓奥氏体的形成过程。 ❖ 阻碍奥氏体晶体晶粒长大。 ❖ 例如：20CrMnTi
2）增加钢的淬透性
❖ 使C曲线右移，降低临界冷却 速度，增加钢的淬透性。
韧性中等
含碳高 硬度高 韧性差
不受强烈冲击的： 手锯条、车刀、 丝锥
不受冲击的刮刀、 锉刀、剃刀
四、碳素铸钢 1、质量：优质
P、S ≤0.04 %。 2、含碳量：中、低
C = 0.2 % ~ 0.6 %。 3、牌号：
ZG + 屈服强度-抗拉强度值 例、ZG200-400。
4、性能：
❖ 力学性能优于铸铁； ❖ 铸造性能较差。
2．含碳量：中、低
C = 0.06%~0.38%。
3．牌号：
质量等级符号
Q235–A（B、C、D） F（Z、b、TZ）
脱氧程度 屈服强度，单MPa “屈”
4．热处理：热轧或正火 5．性能：
❖ 强度不高，塑性较好； ❖ 锻造和焊接等加工性能良好； ❖ 价格便宜。
6．应用： ❖ 一般工程构件； ❖ 机器结构件； ❖ 不重要零件，如焊接件、铆
❖ Ms点、Mf点下移，使钢在淬火 后残余奥氏体量增多。
3）对钢回火转变的影响 （1）增大回火抗力（回火稳定性）
例如：
❖ 因此，在保持相同硬度的条件 下，合金钢的回火温度比碳钢 高些，从而使内应力消除得更 充分，韧性也更高。
（2）产生“二次硬化”现象
❖ 造成二次硬化的主要原因： ① 钢中加入强碳化物形成元素 ② 在500～600℃回火； ③ 析出高度弥散的特殊碳化物
，倾向于形成特殊碳化物。 ❖ 具有更高的溶点、硬度与耐磨
性，而且更稳定。
2．合金元素对Fe-Fe3C相图 的影响
1）使S点、Hale Waihona Puke Baidu点左移
❖ 致使含碳量小于0.77%的钢 成为过共析钢。
❖ 例1、 餐具厂用4Cr13钢制作餐
刀是由于大量Cr的加入使S点 左移，虽然它的平均含碳量为 0.4%，但已是过共析钢了。
第七章 工业用钢 重点：钢的成分、组织、性
能特点及热处理工艺的确定。
难点：钢的合金化。 钢的分类：
第一节 碳 钢
碳钢的分类： ❖ 碳素结构钢(工程构件) ❖ 优质碳素结构钢（机器零件） ❖ 碳素工具钢 ❖ 碳素铸钢
一、碳素结构钢(工程构件) 1．质量：普通
S≤0.035%~0.050%， P≤0.035%~0.045%。
5、碳素工具钢的性能： ❖ 硬度高（58~62HRC）； ❖ 塑性和韧性低； ❖ 淬透性与红硬性差。
5、碳素工具钢的应用：
❖ 多用于制造低速刃具； ❖ 手用工具； ❖ 量具。
牌号 T7A T8A T9A
T10A
T11A T12A T13A
性能
应用
含碳较低 能受震动和冲击： 韧性较好 錾子、锤子、冲子
接件，螺栓等。
二、优质碳素结构钢
（机器零件用钢）
1．质量：优质
S≤0.035%，P≤0.035%；
2．含碳量：低、中、高，
C = 0.08%~0.85%；
3．牌号：
两位有效数 +（Mn） 当Mn=0.7%-1.3%标出 含碳量的万分数 例：45 45 Mn
4．牌号、性能、热处理和应用
牌号 性能 热处理 应用
热处理
淬火+ 中温 回火
应用
弹簧 钢带 一般
模具
三、碳素工具钢 1．质量：
优质 S≤0.035%，P≤0.035%； 高级 S≤0.02%，P≤0.03%。
2．含碳量：高
C = 0.7%~1.3%。
3．牌号：
T + 数字 + A 高级
含碳量的千分数 “碳” 例：T12A
4、碳素工具钢的热处理： 淬火 + 低温回火。
5、应用：
形状复杂，同时要求力学 性能好的铸造零件。
碳钢的不足：
① 淬透性低； ② 回火抗力差； ③ 不具备特殊的物理化学性能； ④ 屈强比低：
碳钢约为0.6； 合金钢一般为0.85～0.9。
第二节 钢的合金化
1．合金元素对钢中基本相影响 2．合金元素对铁碳相图的影响 3．合金元素对钢热处理的影响
Mo0.5%。
合金元素的作用总结
合金钢优点
❖ 透性好，可油淬，变形小； ❖ 红硬性（回火稳定性）高； ❖ 屈强出的数值一为0．85~0.9; ❖ 可节省20~30 ％材料，可制作大
尺寸、复杂、高强零件。
第三节 合金结构钢
一、低合金高强度结构钢 （工程构件用钢）
1、性能要求 1）具有良好的综合力学性能：
总结
第二节 钢的合金化
1．合金元素对钢的基本相影响 1）形成“合金铁素体” ❖ 与碳亲合力很弱的合金元素，
形成“合金铁素体”； ❖ 作用：固溶强化。
2）形成“合金渗碳体” ❖ 与碳亲合力较强的合金元素，
形成“合金渗碳体”。 ❖ 比渗碳体更稳定，硬度更高； ❖ 作用：第二相强化。
3）形成“特殊碳化物” ❖ 与碳亲合力很强的碳化物元素
，如Mo2C，W2C，VC等； ④ 使硬度反而上升。
（3）出现“第二类回火脆性”
❖ 形成的条件： ① 镍铬钢； ② 在450～650℃回火； ③缓慢冷却后冲击韧度剧烈下降 ❖ 例如、40Cr、35CrMo
❖ 产生的原因： 镍、铬造成杂质在晶界偏析。
❖ 防止措施： 小零件：在此温度范围内
回火后快冷。 大零件：在钢中加W1%或
08 10 15 20
25
塑性、 韧性好 焊接性
好 强度和 硬度低
渗碳、 淬火+ 低温 回火
冲压、 焊接件 连接件 渗碳件
牌号 性能 热处理 应用
30
35 综 正火或调质
合
轴
40
性 （表面淬火 齿轮
45 能
+ 连杆等
55 好 高温回火）
60
牌号
65 70 75 80 85
性能
塑性 韧性差 焊接性 较差 强度和 硬度高
❖ 另外，绝大多数合金元素的加 入使E点左移，致使含碳量小 于2.11%的钢中出现莱氏体（ 称这类钢为莱氏体钢）。
例2、 高速钢W18Cr4V中的平均
含碳量为0.7%～0.8%，但它属 于莱氏体钢。
2）扩大或缩小γ区
当加入量达一定值时，可 能使室温下的组织成为单相奥 氏体或单相铁素体。
例3、 Ni > 27% → 奥氏体钢； 9%Ni + 18%Cr → 奥氏体钢。
例4、Cr > 17% → 铁素体钢。 3）影响钢的热处理温度 ❖ Ac1、Ac3、Accm上升，因此合金
钢热处理加热温度比碳钢高。
3．合金元素对钢热处理的影响 1）细化晶粒 ❖ 减缓奥氏体的形成过程。 ❖ 阻碍奥氏体晶体晶粒长大。 ❖ 例如：20CrMnTi
2）增加钢的淬透性
❖ 使C曲线右移，降低临界冷却 速度，增加钢的淬透性。
韧性中等
含碳高 硬度高 韧性差
不受强烈冲击的： 手锯条、车刀、 丝锥
不受冲击的刮刀、 锉刀、剃刀
四、碳素铸钢 1、质量：优质
P、S ≤0.04 %。 2、含碳量：中、低
C = 0.2 % ~ 0.6 %。 3、牌号：
ZG + 屈服强度-抗拉强度值 例、ZG200-400。
4、性能：
❖ 力学性能优于铸铁； ❖ 铸造性能较差。
2．含碳量：中、低
C = 0.06%~0.38%。
3．牌号：
质量等级符号
Q235–A（B、C、D） F（Z、b、TZ）
脱氧程度 屈服强度，单MPa “屈”
4．热处理：热轧或正火 5．性能：
❖ 强度不高，塑性较好； ❖ 锻造和焊接等加工性能良好； ❖ 价格便宜。
6．应用： ❖ 一般工程构件； ❖ 机器结构件； ❖ 不重要零件，如焊接件、铆
❖ Ms点、Mf点下移，使钢在淬火 后残余奥氏体量增多。
3）对钢回火转变的影响 （1）增大回火抗力（回火稳定性）
例如：
❖ 因此，在保持相同硬度的条件 下，合金钢的回火温度比碳钢 高些，从而使内应力消除得更 充分，韧性也更高。
（2）产生“二次硬化”现象
❖ 造成二次硬化的主要原因： ① 钢中加入强碳化物形成元素 ② 在500～600℃回火； ③ 析出高度弥散的特殊碳化物
，倾向于形成特殊碳化物。 ❖ 具有更高的溶点、硬度与耐磨
性，而且更稳定。
2．合金元素对Fe-Fe3C相图 的影响
1）使S点、Hale Waihona Puke Baidu点左移
❖ 致使含碳量小于0.77%的钢 成为过共析钢。
❖ 例1、 餐具厂用4Cr13钢制作餐
刀是由于大量Cr的加入使S点 左移，虽然它的平均含碳量为 0.4%，但已是过共析钢了。