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碳素钢与合金钢
碳素钢与合金钢的区别钢是泛指铁碳合金,或者叫做碳元素在晶体铁中的固溶体.20 30 35 40 45号钢分别表示含碳量为0.2%、0.3%、0.35%、0.45%的优质碳素钢所谓碳素钢,即除了铁元素外,材料中一般只有碳硅锰磷硫这五大天然元素，而再没有添加其他合金元素.合金钢,是钢中除了铁和五大天然元素以外,还人为添加了另外的合金元素,以改变或者提高钢的某些特性.如CrNiMnMoWVB等。
可以理解为，碳素钢不含有其他合金元素；含有其他合金元素的钢即是合金钢。
马氏体不锈钢：强度高，但塑性和可焊性较差。
马氏体不锈钢的常用牌号有1Cr13、3Cr13等，因含碳较高，故具有较高的强度、硬度和耐磨性，但耐蚀性稍差，用于力学性能要求较高、耐蚀性能要求一般的一些零件上，如弹簧、汽轮机叶片、水压机阀等。
这类钢是在淬火、回火处理后使用的。
锻造、冲压后需退火。
铁素体不锈钢：含铬12%～30%。
其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高，耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。
属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。
铁素体不锈钢因为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。
这类钢能抵抗大气、硝酸及盐水溶液的腐蚀，并具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小等特点，用于硝酸及食品工厂设备，也可制作在高温下工作的零件，如燃气轮机零件等。
奥氏体不锈钢：含铬大于18%，还含有8%左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。
综合性能好，可耐多种介质腐蚀。
奥氏体不锈钢的常用牌号有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。
0Cr19Ni9钢的C<0.08%，钢号中标记为“0”。
这类钢中含有大量的Ni和Cr，使钢在室温下呈奥氏体状态。
这类钢具有良好的塑性、韧性、焊接性、耐蚀性能和无磁或弱磁性，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好，用来制作耐酸设备，如耐蚀容器及设备衬里、输送管道、耐硝酸的设备零件等，另外还可用作不锈钢钟表饰品的主体材料。
碳素钢和低合金钢的定义
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，指含炭量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；按冶炼方法可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢；按脱氧方法可分为沸腾钢（F）、镇静钢（Z）、半镇静钢（b）和特殊镇静钢（T Z）；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）和特级优质钢。
一般碳钢中含碳量较高则硬度越大，强度也越高，但塑性较低。
按国际标准，把钢区分为非合金钢和合金钢两大类，非合金钢是通常叫做碳素钢的一大钢类，钢中除了铁和碳以外，还含有炉料带入的少量合金元素Mn、Si、Al，杂质元素P、S及气体N、H、O等。
合金钢则是为了获得某种物理、化学或力学特性而有意添加了一定量的合金元素Cr、Ni、Mo、V，并对杂质和有害元素加以控制的另一类钢。
原则上讲，合金钢分为低合金钢、中合金钢和高合金钢，顾名思义，以含有合金元素的总量来加以区分，总量低于3%称为低合金钢，5～10%为中合金钢，大于10%为高合金钢。
在国内习惯上又将特殊质量的碳素钢和合金钢称为特殊钢，全国31家特钢企业专门生产这类钢，如优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、碳素弹簧钢、合金弹簧钢、轴承钢、不锈钢、耐热钢、电工钢，还包括高温合金、耐蚀合金和精密合金等等。
在钢的分类上，近年虽努力向国际通用标准靠拢，但还有许多不同之处。
①随着特钢向“特”、“精”、“高”发展，向深加工方向延伸，特钢的领域越来越窄。
美国特钢协会将特钢定位在工模具钢、不锈钢、电工钢、高温合金和镍合金。
合金钢的类别与牌号
碳素钢、合金钢的类别以及牌号一、碳素钢的分类、合金钢的分类碳素钢：含碳量大于%,小于%的碳素合金钢;1、碳素钢的分类：1按含碳量分：低碳钢含碳量小于%、中碳钢含碳量%%、高碳钢含碳量大于%2按用途分：结构钢含碳量小于%、工具钢含碳量大于%3按质量硫、磷含量大小分：普通钢、优质钢、高级优质钢;2、合金钢的分类按用途分：合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢按合金含量分：低合金钢小于5％、中合金钢5％－－10％、高合金钢大于10％;二、碳素钢、合金钢的牌号产品牌号的表示,一般采用汉语拼音字母,化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法来表示采用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺方法时,一般从代表产品名称的汉语拼音中选取第一个字母;当和另一个产品所选用的字母重复时,可改用第二个字母或第三个字母,或同时选取两个汉字中的第一个拼音字母;1、碳素结构钢和低合金高强度结构牌号表示方法以上用钢通常分为通用钢和专用钢两大类;通用结构钢采用代表屈服点的拼音字母“Q”;屈服点数值单位为MPa和规定的质量等级、脱氧方法等符号,按顺序组成牌号;例如：碳素结构钢牌号表示为：Q235AF,Q235BZ；低合金高强度结构钢牌号表示为：Q345C,Q345D;碳素结构钢的牌号组成中,镇静钢符号“Z”和特殊镇静钢符号“TZ”可以省略,例如：质量等级分别为C级和D级的Q235钢,其牌号表示应为Q235CZ和Q235DTZ,但可以省略为Q235C 和 Q235D专用结构钢一般采用代表钢屈服点的符号“Q”、屈服点数值和表1中规定的代表产品用途的符号等表示,例如：压力容器用钢牌号表示为“Q345R”；耐候钢其牌号表示为：Q340NH;根据需要,通用低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字以万分之几计平均含碳量和标准的元素符号组成；专用低合金高强度结构钢的牌号,除一般组成外,尚应加写表1中规定代表产品用途的符号;2、优质碳素结构钢牌号表示方法优质碳素结构钢采用两位阿拉伯数字以万分之几计表示平均含碳量或阿拉伯数字和元素符号、表1中规定的符号组合成牌号;①沸腾钢和半镇静钢,在牌号尾部分别加符号“F”和“b”;例如：平均含碳量为%的沸腾钢,其牌号表示为“08F”；平均含碳量为%的半镇静钢,其牌号表示为“10b”;②镇静钢S、P分别≤%一般不标符号;例如：平均含碳量为%的镇静钢,其牌号表示为“45”;③较高含锰量的优质碳素结构钢,在表示平均含碳量的阿拉伯数字后加锰元素符号;例如：平均含碳量为%,含锰量为%～%的钢,其牌号表示为“50Mn”;④高级优质碳素结构钢S、P分别≤%,在牌号后加符号“A”;例如：平均含碳量为%的高级优质碳素结构钢,其牌号表示为“45A”;⑤特级优质碳素结构钢S≤%、P≤%,在牌号后加符号“E”;例如：平均含碳量为%的特级优质碳素结构钢,其牌号表示为“45E”;3、优质碳素弹簧钢牌号表示方法优质碳素弹簧钢牌号的表示方法与优质碳素结构钢牌号表示方法相同65、70、85、65Mn钢在GB/T1222和GB/T 699两个标准中同时分别存在;4、合金结构钢和合金弹簧钢牌号表示方法①合金结构钢牌号采用阿拉伯数字和标准的化学元素符号表示;用两位阿拉伯数字表示平均含碳量以万分之几计,放在牌号头部;合金元素含量表示方法为：平均含量小于%时,牌号中仅标明元素,一般不标明含量；平均合金含量为%～%、%～%、%～%、%～%、……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%、%、%、%的合金结构钢,当S、P含量分别≤%时,其牌号表示为“30CrMnSi”; 高级优质合金结构钢S、P含量分别≤%,在牌号尾部加符号“A”表示;例如：“30 CrMnSiA”; 特级优质合金结构钢S≤%、P≤%,在牌号尾部加符号“E”,例如：“30CrM nSiE”;②合金弹簧钢牌号的表示方法与合金结构钢相同;例如：碳、硅、锰的平均含量分别为%、%、%的弹簧钢,其牌号表示为“60Si2Mn”;高级优质弹簧钢,在牌号尾部加符号“A”,其牌号表示为“60Si2MnA”;5、易切削钢牌号表示方法易切削钢采用标准化学元素符号、表1规定的符号和阿拉伯数字表示;阿拉伯数字表示平均含碳量以万分之几计;①加硫易切削钢和加硫、磷易切削钢,在符号“Y”和阿拉伯数字后不加易切削元素符号;例如：平均含碳量为%的易切削钢,其牌号表示为“Y15”;②较高含锰量的加硫或加硫、磷易切削钢在符号“Y”和阿拉伯数字后加锰元素符号;例如：平均含碳量为%,含锰量为%～%的易切削钢,其牌号表示为“Y40Mn”;③含钙、铅等易切削元素的易切削钢,在符号“Y”和阿拉伯数字后加易切削元素符号;例如：“Y15Pb”、“Y45Ca”;6、工具钢牌号表示方法工具钢分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢三类;①碳素工具钢采用标准化学元素符号、表1规定的符号和阿拉伯数字表示;阿拉伯数字表示平均含碳量以千分之几计;a.普通含锰量碳素工具钢,在工具钢符号“T”后为阿拉伯数字;例如：平均含碳量为%的碳素工具钢,其牌号表示为“T8”;b.较高含锰量的碳素工具钢,在工具钢符号“T”和阿拉伯数字后加锰元素符号;例如：“ T8Mn”;c.高级优质碳素工具钢,在牌号尾部加“A”;例如：“T8MnA”;②合金工具钢和高速工具钢合金工具钢、高速工具钢牌号表示方法与合金结构钢牌号表示方法相同;采用标准规定的合金元素符号和阿拉伯数字表示,但一般不标明平均含碳量数字,例如：平均含碳量为% ,含铬、钼,钒含量分别为%、%、%的合金工具钢,其牌号表示为“Cr12MoV”；平均含碳量为%,含钨、钼、铬、钒含量分别为%、%、%、%的高速工具钢,其牌号表示为“W6Mo5Cr4V2”;若平均含碳量小于%时,可采用一位阿拉伯数字表示含碳量以千分之几计;例如：平均含碳量为%,含锰量为%,含硅量为%的合金工具钢,其牌号表示为“8MnSi”;低铬平均含铬量＜%合金工具钢,在含铬量以千分之几计前加数字“0”;例如：平均含铬量为%的合金工具钢,其牌号表示为“Cr06”;7、不锈钢和耐热钢的牌号表示方法不锈钢和耐热钢牌号采用标准规定的合金元素符号和阿拉伯数字表示,为切削不锈钢、易切削耐热钢在牌号头部加“Y”;一般用一位阿拉伯数字表示平均含碳量以千分之几计；当平均含碳量≥%时,用两位阿拉伯数字表示；当含碳量上限＜%时,以“0”表示含碳量；当含碳量上限≤%,＞%时超低碳,以“03”表示含碳量；当含碳量上限≤%时极低碳,以“01”表示含碳量;含碳量没有规定下限时,采用阿拉伯数字表示含碳量的上限数字;合金元素含量表示方法同合金结构钢;例如：平均含碳量为%,含铬量为13%的不锈钢,其牌号表示为“2Cr13”；含碳量上限为%,平均含铬量为18%,含镍量为9%的铬镍不锈钢,其牌号表示为“0Cr18Ni9”；含碳量上限为%,平均含铬量为17%的加硫易切削铬不锈钢,其牌号表示为“Y1Cr17”；平均含碳量为%,含铬量为17%的高碳铬不锈钢,其牌号表示为“11Cr7”；含碳量上限为%,平均含铬量为19%,含镍量为10%的超低碳不锈钢,其牌号表示为“03Cr19Ni10”；含碳量上限为%,平均含铬量为19%,含镍量为11%的极低碳不锈钢,其牌号表示为“01Cr19Ni11”。
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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7
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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12
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
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。
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。
金属材料-1 碳钢与合金钢
rc/rMe＜0.59 形成具有简单晶体结构的碳化物间隙相 如TiC、VC为面心立方，W2C、Mo2C为密排六方
rc/rMe＞0.59 形成具有复杂晶体结构的碳化物 如Cr23C6、 Cr7C3、 Fe3C等
碳化物弥散，可提高强度、硬度和耐磨性 过量、形状、分布不当，性能恶化。但可以通过加工和热处理工艺调整
❖ 非碳化物形成元素 Si、 Ni、 Al 、Co等
合金元素的存在形式： ❖ 溶入铁的基体相（铁素体、奥氏体等） ❖ 溶入渗碳体或形成碳化物 ❖ 形成非金属夹杂物 ❖ 有些元素以游离状态存在（Pb、Cu)
2.1.2 对相区的影响
(1) 无限扩大奥氏体相区
Mn、Ni、Co、Pt、铱
——与γ－Fe无限固 溶
钢中氢能造成氢脆、白点等缺陷，是有害元素
二、碳钢分类
按含碳量：低碳（0.04-0.25%）、中（0.25-0.6%）、高（>0.6%） 按质量分：实际按硫、磷含量(国标、企标有区别)
普通碳素钢：S≤0.055%, P≤0.045% 优质碳素钢：S, P≤0.040% 高级优质碳钢：S≤0.030%, P≤0.035% 特级优质钢: S≤0.015%,P≤0.025% 按用途： 碳素结构钢：工程结构件、机械零件，综合性能好，中、低碳 碳素工具钢：量、刃、工、模具，硬度高、耐磨，高碳 按组织： 亚共析、共析、过共析
Sn、砷等 其中： Cr、V与α相无限互溶，其他部分互溶
A3降低、A4升高
缩小γ相区（扩大α相区）的元素称为铁素体形成元素
(4) 缩小奥氏体相区，但不封闭γ相区
扩大α相区、不封闭γ相区 Nb、Zr、B、钽(Ta)、锶(Sr)
A3降低、A4升高
缩小γ相区（扩大α相区）的元素称为铁素体形成元素