碳钢及合金钢应用与区别
M62碳钢和合金钢PPT课件
➢ 碳钢 ➢ 合金钢
钢的分类
按质量分类
➢ 普通钢 ➢ 优质钢 ➢ 高级优质钢
M06-02
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按用途分类—结构钢
用来制造各种工 程结构和机器零 件。
➢ 渗碳钢 ➢ 调质钢 ➢ 弹簧钢 ➢ 滚动轴承钢
渗碳钢
➢ 特点：外硬内韧；特点：具有高的屈服强度及疲劳极限，具有良好的 塑性韧性，具有较好的淬透性。
✓ 磷、硫含均小于 0.040%；
➢ 高级优质钢
✓ 含磷小于 0.035%，含硫 小于0.030%。
普通钢
优质钢
M06-02
高级优质钢
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6.2 黑色金属—碳钢和合金钢
2. 钢的热处理
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钢的热处理
热处理的定义； 钢热处理方法的
分类； 热处理过程中钢
组织的转变和钢 热处理的临界温 度； 普通热处理 表面热处理
➢ 低合金钢（05%）
➢ 中合金钢（5%10%）
➢ 高合金钢（10% 以上）
按主要含的合金 元素可分为：
➢ 锰钢 ➢ 铬钢 ➢ 铬镍钢 ➢ 铬锰钢
锰钢
铬钢
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铬镍钢
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按质量分类—普钢和优质钢
按所含有害杂质 磷、硫的含量：
➢ 普通钢
✓ 含磷小于 0.045%、含硫 小于0.055%；
➢ 优质钢
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谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
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渗碳钢
调质钢
弹簧钢
M06-02
轴承钢
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按用途分类—工具钢
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。
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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。
感谢观看
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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。
钢的分类
钢的分类钢是以铁、碳为主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11% 。
钢是经济建设中极为重要的金属材料。
钢按化学成分分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。
碳钢是由生铁冶炼获得的合金，除铁、碳为其主要成分外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。
碳钢具有一定的机械性能，又有良好的工艺性能，且价格低廉。
因此，碳钢获得了广泛的应用。
但随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不能完全满足需要，于是人们研制了各种合金钢。
合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的多元合金。
与碳钢比，合金钢的性能有显著的提高，故应用日益广泛。
由于钢材品种繁多，为了便于生产、保管、选用与研究，必须对钢材加以分类。
按钢材的用途、化学成分、质量的不同，可将钢分为许多类：一．按用途分类按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。
结构钢：1.用作各种机器零件的钢。
它包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。
2．用作工程结构的钢。
它包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。
工具钢：用来制造各种工具的钢。
根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。
特殊性能钢：是具有特殊物理化学性能的钢。
可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。
二．按化学成分分类按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。
碳素钢：按含碳量又可分为低碳钢（含碳量≤0.25%）；中碳钢（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高碳钢（含碳量≥0.6%）。
合金钢：按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量≤5%）；中合金钢（合金元素总含量=5%--10%）；高合金钢（合金元素总含量＞10%）。
此外，根据钢中所含主要合金元素种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。
三．按质量分类按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为普通钢（含磷量≤0.045%、含硫量≤0.055%；或磷、硫含量均≤0.050%）；优质钢（磷、硫含量均≤0.040%）；高级优质钢（含磷量≤0.035%、含硫量≤0.030%）。
非合金钢、碳钢、合金钢、铸铁、焊接工艺解析
非合金钢，碳钢，合金钢，铸铁，焊接工艺解析Fe-Fe3C相图第一章：非合金钢（碳钢）铁碳合金：是以铁和碳为基本组元组成的合金，是钢和铸铁的统称一、非合金钢:含碳量小于2.11%，并含有少量的锰、硅、磷、硫、等杂志元素的铁碳合金。
碳钢的分类：1、按含碳量分类：2、1）、低碳钢（W c<0.25%）2）、中碳钢（W c =0.25~0.60%）3）、高碳钢（W c >0.60%）2、按质量分类1）普通质量碳钢（W s≥0.045%、W p≥0.045%）2）优质碳钢3）特殊质量碳钢（W s≤0.020%、W p≤0.020%）3、按用途分类1）碳素结构钢2）优质碳素结构钢3）碳素工具钢4）碳素碳钢按脱氧方式不同：●沸腾钢（F）脱氧不完全的钢●镇静钢（Z）完全脱氧的钢●半镇静钢（b）●特殊镇静钢（TZ）通常Z和TZ可省略，如：Q235-A·F表示≥235MPa，质量等级为A级。
脱氧方法为沸腾钢的碳素结构钢。
3普通碳素结构钢的牌号、主要成分、力学性能(摘自GB/T700-1988)●如45钢，表示其平均含碳量（万分数）为0.45%。
●优质碳素结构钢分为普通含锰量（W Mn≤0.7%）和较高含锰=0.7%~1.2%）两类。
含锰量较高的优质碳素结构钢量（WMn在两数字后面加Mn字，脱氧方法表示法同碳素结构钢。
碳素工具钢碳素工具钢含碳量比较高（W C =0.65%~1.35%）,硫、磷杂志含量较少，一般经淬火，低温回火后硬度比较高，耐磨性好，但塑性较低。
主要用于要求不很高的刃具，量具和模具。
碳素工具钢的牌号用<碳>的汉语拼音首字母<T>后加数字组成。
数字表示钢中的平均含碳量的千分数，如T9钢，表示钢种平均含碳量为0.9%的优质碳素工具钢，查表可知，随着钢号的增大，含碳量的增大，钢的硬度和耐磨性也增加，但韧性却降低。
碳素铸钢铸钢的含碳量一般在0.15%~0.6%范围。
碳钢及合金钢应用与区别
滚动轴承钢
成分特点 :
➢高碳：0.95~1.10%C ➢主加元素——Cr，提高淬透性、耐磨性和耐蚀性 ➢辅加元素——Mn、Si，提高淬透性
热处理特点：
➢球化退火 + 淬火 + 低温回火
➢冷处理(-60 ~ -80℃) ，时效（120～140℃,10～20h）
减少A’、稳定尺寸、去应力
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A1；B1 A2；C2 A3；C3 A4；C4
C5
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优质碳素结构钢
牌号： 08、10、15、20、 …… 、75、80、85（F） 成分特点： Wc：0.08% ～ 0.85%C， S、P ≯0.04% 性能特点：冶金质量较好、塑性韧性高、淬透性及回火稳定性差 使用状态：使用前一般都要经过热处理（渗碳、淬火、回火等） 用途：比较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等
——用于制造轴承套和滚动体的专用钢种
工作条件
➢ 承受高接触应力(达3000~3500MPa) ➢ 周期性交变载荷(频率达数万次/分)和摩擦
性能要求
➢ 高而均匀的硬度和耐磨性 ➢ 高的b和接触疲劳强度 ➢ 足够的韧性、淬透性和耐蚀性 ➢ 高的纯净度
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圆柱滚 子轴承
滚针 轴承
向心 球轴承
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调质钢加Biblioteka 工艺路线：下料 → 锻造 → 预备热处理 → 粗加工 → 调质 → 精加工 → 表面强化
→ 装配 正火或退火
淬火+高温回火 淬火+低温回火
调质目的：
①为表面淬火作组织准备； ②获得最终心部组织
组织：主体：S回 表层：M回
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回火索氏体
碳素钢与合金钢
3. 典型合金弹簧钢
65 65 Mn 60 Si 2 Mn 50 Cr V A 50 Cr Mn A 55 Si Mn Mo V Nb
汽车板簧
热卷大弹簧
大型热卷弹簧
1. 不锈钢 ( stainless steel )
1.定义: 在腐蚀介质中具有很高的抗腐 蚀能力的钢。
2.概念:*在空气中的年腐蚀量为0.01mm 以内的钢, 称为在空气中使用的 不锈钢。 *在强酸、强碱介质中的年腐蚀 量为0.1mm以内的钢,称为在强 酸、强碱介质中使用的不锈钢。
1)马氏体型不锈钢 --- Cr13型钢 Martensitic stainless steel
含锰量WMn ≤ 1.5 % 含碳量WC 0.4 %
易切削钢
1.用途: 适用于高速切削和在自动加工机 床上加工的材料。
2.性能要求: 降低切削力和切削热,减少 刀具磨损,延长刀具寿命,改 排屑性能,提高切削速度。
3.化学成分特点: S:Ws = 0.08～0.3% Pb:WPb=0.15～0.25% Ca:微量
钢液在浇注仅前进行轻度假脱氧, Wo = 0.03%～0.07%,成分偏析较严重、 组织不致密。机械性能不均匀, 冲击韧 性差, 常用于要求不高的零件。
3.半镇静钢 ( balanced steel )
半镇静钢是脱氧过程介于镇静钢 和沸腾钢之间的钢,是用锰铁和硅铁进 行脱氧。其质量也介于二者之间,可代 替部分镇静钢,一般不适于做重要零件。
柴油机曲轴
2.典型合金调质钢
➢ 低淬透性调质钢
钢含合金元素总量＜3 %。
压力容器用碳素钢和低合金钢厚钢板
压力容器用碳素钢和低合金钢厚钢板压力容器是一种用于封闭和承受高压气体或液体的设备。
在设计和制造压力容器时，选择适当的材料对于保证容器的安全性和可靠性至关重要。
碳素钢和低合金钢是两种常用的材料，在厚钢板领域有着广泛的应用。
碳素钢是指含有碳元素的钢材，其碳含量在0.08%-2.0%之间。
由于碳素钢具有良好的可焊接性、可加工性和低成本等优点，因此在一些低压和中压容器的制造中广泛应用。
碳素钢具有较高的强度和硬度，并且能够承受一定的压力和温度。
同时，碳素钢还能够抵抗一些腐蚀性介质的侵蚀，具有较好的耐久性。
因此，在一些常规应用场景中，碳素钢是一种性价比很高的材料选择。
低合金钢是指含有一定数量的合金元素（如铬、镍、钼等）的钢材。
这些合金元素能够提高钢材的硬度、强度和耐腐蚀性能，从而使钢材具备更高的承压能力和耐久性。
低合金钢通常具有较高的强度和韧性，因此在一些高压容器和要求较高承压能力的容器中被广泛应用。
与碳素钢相比，低合金钢的成本较高，但在一些特殊工况和需求较高的领域，低合金钢具有不可替代的优势。
无论是碳素钢还是低合金钢，对于压力容器的生产和使用来说，关键在于正确的材料选择和合理的设计。
在实际应用中，需要根据容器所承受的压力、温度和介质性质等因素来选择合适的材料。
同时，还需要根据设计标准和规范进行合理的计算和选择，以确保容器的安全运行。
总之，碳素钢和低合金钢是压力容器材料的常见选择。
碳素钢具有良好的可焊接性和可加工性，适用于一些低压和中压容器的制造；低合金钢则能够提供更高的承压能力和耐久性，适用于一些高压容器和特殊工况的需求。
在实际应用中，需要根据具体情况进行合理选择，并按照标准和规范进行设计和制造，以确保容器的安全性和可靠性。
压力容器是在工业生产中广泛使用的一种设备，承载着重要的作用，可用于贮存和输送各种液体、气体或者气液两相的物质。
由于其工作环境特殊，容器内部所受的压力远大于常压，因此压力容器的制造材料对于其的安全性和可靠性至关重要。
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；。
碳钢的分类、编号及用途
3. 碳钢难以满足一些特殊的性能要求：例如化工部门要求钢材具有耐 酸不锈性能，仪表工业要求材料具有特殊的电磁性能，汽轮机制造部 门则要求钢材具有良好的高温强度等等，这些特殊的物理化学性能只 有采用合金钢才能满足。
合金钢就是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以铁为基的合金即为合金钢。
工程材料学
名称 碳素结构钢 低合金高强度钢 易切削钢 碳素工具钢 (滚珠)轴承钢 焊接用钢 铆螺钢 船用钢 汽车大梁用钢 压力容器用钢
符号 位置
名称
Q
头 桥梁用钢
Q
头 锅炉用钢
Y
头 焊接气瓶用钢
T
头 车辆车轴用钢
G
头 机车车轴用钢
H
头 沸腾钢
ML 头 半镇静钢
国际符号
镇静钢
L
尾 特殊镇静钢
R
尾 质量等级
结构钢
碳素结构钢 低合金高强度结构钢 渗碳钢 调质钢 轴承钢 弹簧钢 ……
刃具钢
工具钢
模具钢
量具钢
不锈钢
特殊用途钢
耐热钢 耐磨钢
……
附件：炼钢工艺
炼钢的基本任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，去除有害气体和非金属 夹杂物，提高温度和调整成分。归纳为：“四脱”（碳、氧、磷和 硫），“二去”（去气和去夹杂），“二调整”（成分和温度）。采 用的主要技术手段为：供氧，造渣，升温，加脱氧剂和合金化操作。
工程材料学
（4）按冶炼方法分类
①按炉种分 a.平炉钢：(a)酸性平炉钢；(b)碱性平炉钢。 b.转炉钢：(a)酸性转炉钢；(b)碱性转炉钢。或 (a)底吹转炉钢；(b)侧
吹转炉钢；(c)顶吹转炉钢。 c. 电炉钢：(a)电弧炉钢；(b)电渣炉钢；(c)感应炉钢；(d)真空自耗炉
合金钢材 (2)
合金钢材1. 简介合金钢是一种由铁和其他元素（如碳、铬、镍、钼等）合金化制成的钢材。
相比普通钢材，合金钢具有更高的强度、硬度和耐磨性。
由于其出色的性能，合金钢广泛用于制造工程机械、汽车零部件、航空航天器材和船舶等领域。
2. 合金钢的种类合金钢可以根据其成分和性能分为多种不同的类型，下面介绍几种常见的合金钢。
2.1. 碳钢碳钢中主要合金元素是碳，通常含碳量在0.2%至2.11%之间。
碳可以提高钢的硬度和强度，但会降低其韧性。
碳钢广泛应用于建筑和桥梁等领域。
2.2. 铬钢铬钢中添加了铬元素，通常含铬量在12%至30%之间。
铬能提高钢的耐腐蚀性和抗氧化性能。
铬钢常用于制造不锈钢、汽车零部件和压力容器等。
2.3. 镍钢镍钢中加入了镍元素，通常含镍量在3%至25%之间。
镍能提高钢的韧性和耐腐蚀性。
镍钢广泛应用于船舶和航空航天器材等领域。
2.4. 钼钢钼钢中添加了钼元素，通常含钼量在0.25%至5%之间。
钼能提高钢的强度和韧性，同时还具有耐磨性和耐高温性能。
钼钢常用于制造高速切削工具和先进的合金材料。
3. 合金钢的制造合金钢的制造过程可以分为以下几个步骤：3.1. 配料首先，根据合金钢的配方要求，将铁矿石、废钢、回炉料等原料按照一定比例混合。
同时，根据不同的合金元素要求，加入适量的合金元素粉末。
3.2. 炼钢配料完成后，原料进入炼钢炉进行冶炼。
在冶炼过程中，高温下的还原剂将氧化铁还原为金属铁，并与合金元素结合，形成合金钢。
3.3. 出钢冶炼完成后，将熔融的合金钢浇铸成坯料。
根据需要，坯料可以进一步加工成不同形状的钢材，如板材、型材、圆钢等。
3.4. 热处理为了提高合金钢的性能，常常需要进行热处理。
常见的热处理方法包括退火、正火、淬火和回火等。
通过热处理，可以改善合金钢的硬度、强度和韧性。
4. 合金钢的应用合金钢由于其优异的性能，被广泛应用于各个领域。
•在工程机械制造中，合金钢可用于制造挖掘机斗齿、履带链轮以及高强度的传动轴等零部件。
第三节 铁碳合金和合金钢概述2
热处理：热轧空冷
组织：S＋F 热连轧钢板
钢桥梁
建筑构件
多边型角钢
钢筋、螺纹钢
螺钉、铆钉
（2）优质碳素结构钢 分为普通锰含量钢和较高锰含量钢。 （a）普通锰含量钢： 碳含量用两位数字表示，以0.01％为单位， 如45钢，含C量为 45 / 10000 = 0.45 % 。 （b）较高锰含量钢： 碳含量用两位数字表示，以0.01%为单位，后面 加汉字“锰”或化学符号“Mn”。 如45锰或45Mn钢。
钢牌号： 40钢 平均Wc0.40% 40Mn钢 WMn0.7 ~1.0% 平均Wc0.40%
较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。 热处理：渗碳、淬火、回火等。
齿轮
弹簧 汽车曲轴
（3）碳素工具钢
牌号 : “碳”或T＋碳含量（千分之几表示)+ 符号 T10A钢
高级优质wS ≤ 0.020 % ，wP ≤ 0.030 %
钢中平均V含量Wv < 1.5％，Cr含量 WCr＝ 4％，W含量Ww＝18％ 含碳量未标，但平均Wc 为0.7 ~ 0.8％
另外， 还有W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2）等
（3） 特殊性能合金钢 原则：钢中平均含碳量 Wc 以千分之几表示。 合金元素平均含量WMe以百分之几表示。
例1： 1Cr18Ni9Ti——奥氏体不锈钢
结构钢（主要用于工程构件、机器零件）
工具钢（主要用于刀具、量具、模具）
（二）钢的编号 1、碳钢的编号 (1)普通碳素结构钢 （a） 甲类钢：按力学性能供应 表示方法： 甲1（A1）、甲2（A2）……甲7（A7） 强度（s、b） 塑性（、） 升高 下降
注意：由于不保证化学成分，所以热处理时不能 依甲类钢来选材，应依乙类钢选，才能根据相图 制定热处理工艺。
合金钢碳素钢
合金钢碳素钢
合金钢和碳素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。
本文将从合金钢和碳素钢的定义、特点、应用等方面进行介绍。
合金钢是一种含有其他元素的钢，通常是铬、镍、钼、钴、钒等元素。
这些元素的加入可以改变钢的性质，如提高硬度、耐腐蚀性、耐磨性等。
合金钢的强度和硬度比碳素钢高，因此在制造高强度零件和机械零件时广泛应用。
例如，汽车发动机的曲轴、齿轮、轴承等都是用合金钢制造的。
碳素钢是一种含有碳元素的钢，通常含有0.05%至2.0%的碳。
碳素钢的强度和硬度较低，但具有良好的可塑性和可焊性。
碳素钢广泛应用于建筑、机械、汽车、船舶等领域。
例如，建筑中的钢筋、汽车的车架、机械的轴承等都是用碳素钢制造的。
合金钢和碳素钢的区别在于合金钢中含有其他元素，而碳素钢只含有碳元素。
这些元素的加入可以改变钢的性质，使其具有更好的性能。
例如，铬元素可以提高钢的耐腐蚀性，钼元素可以提高钢的硬度和强度。
总的来说，合金钢和碳素钢都是重要的金属材料，它们在工业生产和日常生活中都有广泛的应用。
选择合适的材料可以提高产品的性能和质量，从而更好地满足人们的需求。
碳素钢 合金钢 不锈钢 弹簧钢等13类钢材的用途比较
碳素钢、合金钢、不锈钢、弹簧钢等13类钢材的用途对比1)碳素结构钢表示方法：Q+数字+(质量等级符号)+(脱氧方法符号)+(专门用途的符号)①钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点，也就是屈服强度;②“Q”后面的数字表示屈服点数值，单位是MPa。
例如Q235表示屈服点(σs)为235 MPa的碳素结构钢;③必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。
质量等级符号分别为A、B、C、D。
脱氧方法符号：F表示沸腾钢;b表示半镇静钢：Z表示镇静钢;TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。
例如Q235-AF表示A级沸腾钢。
专门用途的碳素钢：例如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢号最后附加表示用途的字母。
2)优质碳素结构钢表示方法：数字+(元素符号)+(脱氧方法符号)+(专门用途的符号)①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.45%的钢，钢号为“45”，它不是顺序号，所以不能读成45号钢。
②锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50Mn。
③沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出，例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢，其钢号为10b。
3)碳素工具钢表示方法：字母T+数字+(元素符号)+(质量等级符号)①钢号冠以“T”，以免与其他钢类相混。
②钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。
例如“T8”表示平均碳含量为0.8%。
③锰含量较高者，在钢号最后标出“Mn”，例如“T8Mn”。
④高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号最后加注字母“A”，以示区别，例如“T8MnA”。
4)易切削钢表示方法：字母Y+数字+(元素符号)①钢号冠以“Y”，以区别于优质碳素结构钢。
②字母“Y”后的数字表示碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.3%的易切削钢，其钢号为“Y30”。
各种钢材的性能和用途
各种钢材的性能和用途钢是一种合金材料，由铁和其他一些元素组成，其中碳是最常用的合金元素。
不同种类的钢具有不同的性能和用途。
在下面的文章中，我们将探讨几种常见的钢材及其性能和用途。
1. 碳钢（Carbon Steel）：碳含量在0.05%至2.0%之间的钢被称为碳钢。
碳钢具有良好的强度和刚性，并且容易加工。
它常用于建筑和机械工程领域，如建筑结构、桥梁、汽车零件和钢筋等。
此外，碳钢也是锻造、焊接和切割等加工过程中常用的材料。
2. 不锈钢（Stainless Steel）：不锈钢是一种具有高耐腐蚀性的钢材，其中含有至少11%的铬。
不锈钢的主要特点是抗氧化、耐酸碱腐蚀和易清洁。
由于这些特性，不锈钢常用于制造厨房用具、化工设备、医疗器械、船舶等。
不锈钢根据其组成和性能可以分为多个种类，如奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和铁素体不锈钢等。
3. 合金钢（Alloy Steel）：合金钢是指通过添加其他元素来改变其性能的钢材。
合金钢可以提高钢材的硬度、耐磨性、高温强度和耐腐蚀性。
根据添加的元素和含量，合金钢可以进一步细分为多个类别，如铬钼合金钢、镍铬钼合金钢、锰钼合金钢等。
合金钢常用于汽车零件、航空航天工业、工具制造和可靠性要求较高的结构应用。
4. 高速钢（High-Speed Steel）：高速钢是一种特殊的合金钢，具有极高的硬度和耐磨性。
它通常由钼、钴、钨、铬等元素组成。
高速钢通常用于制造切削工具，如钻头、铣刀和切割刀等。
高速钢的优点是在高温和高速切削条件下保持了良好的硬度和尺寸稳定性。
5. 耐候钢（Weathering Steel）：耐候钢是一种具有卓越耐候性的钢材，能够抵抗大气环境中的腐蚀。
耐候钢中常含有铜、钛、镍和碳等元素。
它不仅具有良好的耐候性，还具有良好的强度和可焊性。
由于其耐候性能，耐候钢常用于制造桥梁、建筑物外墙、交通工具外壳和海上结构等。
除了上述提到的钢材，还存在许多其他类型的特殊钢材，如电工钢、弹簧钢、切割钢等，它们具有特殊的性能和用途。
在焊接碳钢与不锈钢或低合金钢与不锈钢之间的异
目录
• 材料特性 • 焊接过程 • 焊接结果 • 应用考虑因素
01 材料特性
碳钢和不锈钢的物理特性Fra bibliotek01碳钢和不锈钢在密度、熔点、热膨胀系数等方面存 在差异。
02
不锈钢的熔点通常比碳钢高，而热膨胀系数则较低。
03
这些物理特性的差异会影响焊接过程中的热传导和 热变形行为。
02
不锈钢的导热系数较低，比热 容较高，这意味着在焊接过程 中不锈钢的热量传递和吸收能 力较差。
03
这可能导致在焊接不锈钢时需 要采用特殊的工艺措施，如预 热和缓冷等，以减小温度梯度 和减小热应力。
02 焊接过程
焊接方法
01
02
03
熔化极焊接
通过电极熔化母材和填充 材料进行焊接，包括弧焊、 埋弧焊等。
04 应用考虑因素
成本考虑因素
要点一
焊接碳钢与不锈钢或低合金钢与 不锈钢之间的成本差异
不锈钢的材质成本通常高于碳钢，因此焊接不锈钢的成本 通常也较高。此外，不锈钢的焊接工艺要求较高，可能需 要使用特定的焊接设备和材料，这也会增加成本。
要点二
焊接工艺的选择对成本的影响
不同的焊接工艺适用于不同的材料和厚度，选择合适的焊 接工艺可以降低成本。例如，对于较薄的板材，可以使用 电阻焊或激光焊接等高效焊接工艺，而对于较厚的板材， 可能需要使用传统的熔化极气体保护焊或钨极气体保护焊 等焊接工艺。
非熔化极焊接
通过非熔化电极将填充材 料熔化并施加压力进行焊 接，如等离子弧焊、激光 焊等。
压力焊接
通过施加压力使母材紧密 接触并熔化或扩散连接， 如电阻焊、超声波焊等。
焊接材料
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
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调质目的：
①为表面淬火作组织准备； ②获得最终心部组织
组织：主体：S回
表层：M回 回火索氏体
调质钢
分类及用途：
低淬透性(D0油<30 ～ 40mm ，45、40Cr、40MnB) 较小尺寸重要零件，如齿轮、轴、螺栓
Cr12钢
⑤ 足够的韧性和疲劳抗力
⑥ 热处理变形小
刃具钢包括：碳素工具钢、低合金工具钢和高速钢
碳素工具钢
牌号 ： T7、 T8、T9 、… … 、T12 T13 （A）
成分特点：高C (0.65%～1.35%)、 低S、P 性能特点：高H，工作温度低时有较好的耐磨性；
工艺性好，淬透性低，热硬性差 工艺路线 ： 锻造 球化退火 正火+球化退火
韧性高 硬度高 T7、T8 ：冲头、凿子、锤子等承受冲击的工具
T9、T10、T11：钻头、刨刀、丝锥等低速切削工具及冷作模具
T12、T13 ：锉刀、手锯条、刮刀、量规、样套等耐磨工具及量具
低合金工具钢
（碳素工具钢 + 合金元素） 成分特点： 高C（ 0.9 ~ 1.5 %）+ 低合金（＜5 %）
钢铁材料的特征
品种繁多、性能丰富 矿藏丰富，冶炼加工相对容易，价格较低
应用广泛，是最重要的工程材料
碳钢及合金钢的应用与区别
结构钢 工具钢 不锈钢
碳钢与合金钢的比较
碳钢的特点
冶炼加工容易 成本低,应用广 可热处理强化 回火稳定性差
合金钢的特点
冶炼加工困难 成本高 回火稳定性高 淬透性高 基本相强度高,韧性好 能满足特殊性能要求
① 中高碳：碳素弹簧钢为0.6~0.9%C 合金弹簧钢为0.45~0.7%C ② 低S、P及非金属夹杂：保证表面质量高 ③ 主加元素：Si、Mn、Cr、V
提高屈强比、淬透性、回火稳定性、细化晶粒
疲劳强度高
性能特点 ：
① 高的σs，σs/σb；高的σ-1； ② 足够的韧性，耐震动、抗冲击
③ 高的淬透性
调质钢
性能特点：调质处理后具有 S回
综合性能 加工性能
成分特点： ① 中碳 （0.25%～0.50%）
② 低合金（≤3.5 % ）
提高淬透性: Mn、Si、Cr、Ni、B 强化铁素体: Mn、Si、Cr、Ni 细化晶粒: Ti、V 防止第二类回火脆性: W、Mo
调质钢
加工工艺路线：
高速钢型材
高速钢
性能特点：
高硬度和耐磨性 ——“锋钢” 高热硬性 —— “高速钢” 高淬透性 —— “风钢” 较高的强度、韧性
高速钢
加工及热处理特点：
交叉反复锻
1. 锻造
严控始锻、终锻温度
锻后缓冷
高速钢铸态组织
高速钢
消除锻造应力
2.球化退火
均匀破碎后的碳化物
降低硬度，便于加工 为淬火、回火做准备
冷作模具钢
—— 常温下使金属或非金属变形的模具
（冷冲、冷镦、冷挤压、拉丝模、搓丝板、冲裁用模具、粉末压制模具等
工作温度：T工作≯200℃～300℃ 受力特点：压力、弯曲应力、冲击力、摩擦力
失效形式：磨损、崩刃、断裂、变形等
冷镦模具
冷作模具钢
性能要求：
① 高硬度（58HRC～62HRC） ② 高耐磨性(特别是表面抗磨损能力) ③ 高淬透性 ④ 足够的强度(包括抗拉、抗压和抗弯强度)
§4 工具钢
按用途分为:
刃具钢
模具钢 量具钢
刃具
模具
量具
一、刃具钢
——用来制造各种切削刀具的钢种 刃具钢的基本要求
性能要求 ①高硬度(≥HRC60)
切削加 工
②高的耐磨性
③高的弯曲强度和足够的韧性 ④高的热稳定性（热硬性）
组织要求: 硬而细小的碳化物均匀分布在强而韧的钢基体中
冶金质量：优质或高级优质
获得高硬度、高耐磨性
消除锻造应力； 降低硬度，便于切削加工； 使球化，为淬火做准备。
机加工
淬火 + 低温回火
最终组织： M回＋ 粒状Fe3C + A'
碳化物网组织
球化退火后组织
T12钢正常淬火组织
最终组织
碳素工具钢
应用：尺寸小、形状简单、低速低温硬度高的工具
T7、T8 、T9、T10、T11、T12、T13
减少A’、稳定尺寸、去应力
滚动轴承钢
组织：
滚动轴承钢的热处理
回火M ＋细颗粒碳化物＋少量A’
应用：
GCr15：中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥 GCr15SiMn：大型、特大型轴承
轴承生产车间
渗碳钢 ——用于制造渗碳零件的专用钢种
工作条件
承受冲击载荷及交变应力作用 表面受强烈磨损
各种薄刃刀具；截面较大、形状复杂、变形小的模具。
扳手
丝 锥 板牙
高速钢 ——制造高速切削刃具用钢
典型钢种 ： 成分特点：
W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2
高C（wC = 0.65 ~ 1.65 %） 高合金（ ＞10%）
① 提高硬度、耐磨性（W、V、Cr、Mo） ② 提高淬透性（Cr） ③ 提高回火稳定性（W、V） ④ 细化晶粒（V）
合金元素作用：
① 提高淬透性: Cr、Mn、Si ② 提高耐回火性：Si、Cr ③ 提高耐磨性、细化晶粒、阻止钢过热: W、V
性能要求:
HRC＞60，使用温度200 ~ 300 ℃，有一定的强度和韧性
低合金工具钢
热处理:
球化退火（+ 机加工）+ 淬火（油冷） + 低温回火
最终组织： 回火M + 合金碳化物 + 少量A ' 应用： 9 SiCr CrWMn
滚针 轴承
性能要求
高而均匀的硬度和耐磨性 高的b和接触疲劳强度 足够的韧性、淬透性和耐蚀性 高的纯净度
向心 球轴承
滚动轴承钢
成分特点 :
高碳：0.95~1.10%C 主加元素——Cr，提高淬透性、耐磨性和耐蚀性
辅加元素——Mn、Si，提高淬透性
热处理特点：
球化退火 + 淬火 + 低温回火 冷处理(-60 ~ -80℃) ，时效（120～140℃,10～20h）
低合金结构钢
性能特点：
① σ(σs)高、σs/σb高 减重20%～30%
② 具有良好的塑性和足够的韧性
③ 具有较高的冷加工成形性
④ 具有良好的可焊性、耐蚀性 ⑤ 低的韧脆转变温度
使用状态：热轧或正火，S＋F
用途：强度较高的工程结构件
常用低合金结构钢牌号、成分、性能
（厚度(直径)16mm，AKV ≥34J）
65Mn、60Si2Mn：较大截面弹簧(汽车、拖拉机、机车板簧和螺旋弹簧) 50CrV：大截面、大载荷、耐热的弹簧
汽车板簧
火车螺旋弹簧
冷成形弹簧的生产过程
滚动轴承钢
——用于制造轴承套和滚动体的专用钢种
圆柱滚 子轴承
工作条件
承受高接触应力(达3000~3500MPa) 周期性交变载荷(频率达数万次/分)和摩擦
主 要 化 学 成 分，%
钢号 旧钢号 C Mn 0.80 ~1.50 1.00 ~1.60 1.00 ~1.60 1.00 ~1.70 1.00 ~1.70 09MnNb 12Mn 16Mn 16MnRe 16MnNb 15MnTi 14MnVTiRe 15MnVN 14MnMoV 18MnMoNb Si， s ，MPa
用途：比较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等
低合金结构钢
牌号： Q295
A、B
Q345 A～E
Q390 A～E
Q420 A～E
Q460 C、D、E
或： 16Mn、09MnV、 09MnNb、 15MnTi、 14MnVTiRe
成分特点：
低C(Wc < 0.2% ) 低合金(WMe < 3% )
高速钢
应用 ——高速切削刃具：车刀、钻头、铣刀等
孔钻
圆锯片
插齿刀
仿型铣刀
铣刀 齿轮滚刀
二、模具钢 ——用来制造模具的工具钢
模具钢的基本要求
①高的强度、硬度和耐磨性
②足够的韧性
③高的淬透性和淬硬性 ④良好的工艺性能
模具钢分类：
冷作模具钢 ——用于制造对冷状态下的工件进行压制成型的模具 热作模具钢——用于制造对高温状态下的工件进行压力加工的模具 塑料模具钢 ——使细粉或颗粒状塑料压制成形的模具用钢
A1；B1 A2；C2 A3；C3 A4；C4
Q275
C5
优质碳素结构钢
牌号： 08、10、15、20、 …… 、75、80、85（F） 成分特点： Wc：0.08% ～ 0.85%C， S、P ≯0.04%
性能特点：冶金质量较好、塑性韧性高、淬透性及回火稳定性差
使用状态：使用前一般都要经过热处理（渗碳、淬火、回火等）
[W18Cr4V钢退火工艺] [退火组织（索氏体+颗粒状碳化物）]
高速钢
3. 机加工 需预热 4. 淬火 淬火温度高
多种冷却方式
5. 回火：需560 ℃多次回火 6. 磨削
高速钢
淬火后组织: M+碳化物+A’ 使用状态下组织:
M回+颗粒状碳化物+A’（少量）
[M+碳化物+A ']
回火M+粒状碳化物+少量A '
牌号： Q195