特殊性能钢
日本高性能特殊钢介绍
为适应冷镦（锻）的高速化和复杂部件的延展变形化，日本神户制钢开发出增加变形能力的KECH系列钢。其特点是：用超低碳化增加变形能量；添加Si和Nb来保证钢的强度。采用KECH系列钢可省略冷镦前的球化退火（CO2减排），并可实现复杂零部件的延展变形化大批量生产。
表1 TNH线材与硬钢线材焊接性评价对比
钢种
焊接区软化热处理
拉伸试验
90°弯曲试验
抗拉强度/MPa
断口位置
熔合线
HAZ
TNH线材
无
1422
HAZ
良好
良好
有
1191
HAZ
良好
良好
硬钢线材
有
1393
HAZ
裂纹
裂纹
有
1152
HAZ
良好
良好
b.抗弹性衰减性用松弛试验（JIS Z2276标准）对TNH钢丝线材的抗弹性衰减性进行评价，常温下TNH线材的钢丝比硬钢线材的抗弹性衰减性约提高40%。
① TNH线材钢的化学成分
通过低碳化（0.12%-0.14%C）提高焊接性和拉拔加工性，添加0.8%-0.9%Si进行固溶强化提高抗弹性衰减性；添加1.5%-2.0%Mn和0.45%-0.60%Cr提高淬透性。此外，为使组织细化和保证焊接区的韧性，还添加了Nb和Ti元素。
②TNH线材的主要特性
a.焊接性TNH线材与硬钢线材相比，见表1数据所示：TNH线材焊接区韧性好，既使焊前不预热，焊后不热处理，焊接区（HAZ、熔合线）也不会产生裂纹。因此，可以提高焊接区的保证强度。
在此之后，日本神户制钢又陆续开发出各种新型钢材，见表2，其中有可降低成本的硼钢，可使零件轻量化的高强度螺栓用钢KNDS系列钢，可降低生产成本并减排CO2的非调质线材KNCH系列钢，可提高模具寿命的KTCH系列钢，可增加变形能力的KECH系列钢等。
特殊性能钢.
特殊性能钢 是 指具有Fra bibliotek特殊物理、化学性能
的钢。 特 殊 性 能 钢 不锈钢 耐热钢 耐磨钢
特殊性能钢
牌号的表示方法
特殊性能钢牌号表示方法与合金工具钢基本相同！
如9Cr18 不锈钢、耐热钢在含碳量很低时表示方法有所不同。 w(C) ≤0.03%，在最前面用“00”表示， w(C) ≤0.08%，在最前面用“0”表示
耐磨钢 是指在冲击载荷作用下发
生冲击硬化的高锰钢。
只有ZGMn13一个钢号.
高锰钢 高锰钢铸件
成分特点
⑴ 高碳：1.0~1.3%C
以保持高耐磨性。
⑵ 高锰：11~14%Mn 以
保证形成奥氏体组织。
00Cr17Ni14Mo2，0Cr18Ni9
耐磨钢铸造成型后使用，牌号前一般加“ ZG”，
“ZG+元素符号+数字….. ”
百分之一为单位
ZGMn13-1
不锈钢
某些在大气和一般介质中具有较高化学稳定性的钢 金属腐蚀：化学腐蚀、电化学腐蚀
金属中不同相由于其电极电位不同 而在电解质溶液中形成原电池，并 在腐蚀过程中有微电流产生
常用的防护措施：
形成钝化膜保护金属 获得单相组织，避免形成原电池 提高基体电极电位，减小电极电位差
汽轮机叶片
耐热钢
耐热钢是指具有良好的高温抗 氧化性和高温强度的钢。 性能要求 1.高的抗氧化性： 指钢在高温下对氧化作用 的抗力。 2.高的热强性 热强性是指金属在高温下 的强度.
航空发动机 汽轮机叶片
特殊性能钢
0.17～0.37
0.40～0.70
0.80～1.10 0.30～0.60 1.50～1.80
Mo 0.40～0.55
Mo 0.25～0.35 V 0.15～0.30
Mo 0.25～0.35 V 0.15～0.30
淬火：900，空 回火：650，空
淬火：970，空 回火：750，空
淬火：奥氏体不锈钢的基础上加入了W，Mo，V，Ti，Nb， Al等合金元素。合金加入总量超过10%，具有较高的热强性和抗氧化性，较 高的塑性和冲击韧性，良好的可焊性和冷成形性。其主要用于制造工作温度 在600～850℃间的高压锅炉过热器、汽轮机叶片、叶轮、发动机气阀等零件， 常用牌号有07Cr19Ni11Ti，45Cr14Ni14W2Mo等。 常用耐热钢的牌号、成分、热处理及用途如表6-16所示。
3 化学成分
为了提高耐热钢的抗氧化性能，加入有Cr，Si和Al等合金元素，可在钢的表面形成完整 稳定的氧化物保护膜。为提高耐热钢的热强性，加入Ti，Nb，V，W，Mo，Ni等合金元素。
4 常用耐热钢
耐热钢按性能和用途的不同，可分为抗氧化钢和热强钢。
1）抗氧化钢
在高温下有较好的抗氧化性且有一定强度的钢种称为抗氧化钢。其多用来制造
010～1
150，焊制N造iC深r 钢冲的零件焊、 芯
制造耐硝酸、
固溶处理：1 010～1 150，有 机 酸 、 盐 、
快冷
碱溶液腐蚀的
设备
制造焊芯、抗
固溶处理：925～1 快冷
150，
磁仪表、医疗 器械、耐酸容 器、输送管道
等
1）马氏体不锈钢
马 氏 体 不 锈 钢 属 于 铬 不 锈 钢 ， 通 常 称 为 Cr13 型 不 锈 钢 。 其 碳 质 量 分 数 ωC 为
特殊性能钢介绍
分类
按用途分类
特殊性能钢按用途可分为结构钢、工具钢、不锈钢、耐热钢等。
按合金元素分类
特殊性能钢按合金元素可分为铬钢、镍钢、钛钢、钨钢等。
按制造工艺分类
特殊性能钢按制造工艺可分为铸造钢、锻造钢、热处理钢等。
02 高强度钢
特点
高强度
高强度钢具有较高的抗拉 强度和屈服点，能够承受
较大的压力和应力。
轻量化
等部件。
建筑领域
高强度钢用于制造桥梁、高层 建筑、钢结构房屋等建筑结构
。
石油化工
高强度钢用于制造压力容器、 管道、储罐等石油化工设备。
航空航天
高强度钢在航空航天领域中用 于制造飞机机身、起落架等关
键部件。
生产工艺
冶炼
高强度钢的冶炼通常采用电炉 或转炉熔炼，加入适量的合金 元素以提高钢材的力学性能。
良好的加工性能
不锈钢易于切割、焊接和成型，且在 加工过程中不易产生裂纹。
高强度和韧性
不锈钢具有较高的强度和韧性，能够 承受较大的压力和冲击力。
美观耐用
不锈钢表面光滑、不易生锈，具有良 好的耐久性和美观性。
应用领域
建筑业
不锈钢广泛应用于建筑物的门窗、 栏杆、屋顶等部位，其高强度和 耐腐蚀性能使建筑物更加安全可 靠。
按组织结构分类
不锈钢可分为奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢等，不 同组织结构的不锈钢具有不同的机械性能和耐腐蚀性能。
按用途分类
不锈钢可分为食品级不锈钢、工业级不锈钢等，不同用途的不锈钢 在生产过程中有不同的质量要求和标准。
04 耐热钢
特点
高温强度
耐热钢在高温下仍能保持较高的强度和硬度， 具有良好的抗蠕变性能。
钢的种类和用途
钢是一种由铁和碳组成的合金，根据碳的含量、组织结构、制造工艺以及用途的不同，可以分为多种类型。
以下是钢的一些主要种类及其用途：
1.碳素钢：含碳量小于2%的钢材，是最常见的钢材之一。
根据碳含量的不同，又可以分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
低碳钢具有良好的韧性和焊接性，常用于制造各种建筑结构、桥梁、车辆等；中碳钢具有较好的强度和耐磨性，常用于制造钢轨、机械传动部件等；高碳钢则具有高硬度和脆性，主要用于制造工具、刃具等。
2.合金钢：在碳素钢中添加一定数量的合金元素（如铬、镍、钼、钴、钒等）而形成的钢材。
合金元素可以提高钢材的硬度、强度、耐磨性、耐腐蚀性等特点，广泛用于制造航空、汽车、船舶、机械等高要求的零部件。
3.不锈钢：一种抗腐蚀性能很强的钢材，其中添加了一定数量的铬、镍等元素，使其具有较好的耐酸、耐碱、耐腐蚀性能。
主要用于制造厨房用具、家居装饰、化工设备、医疗器械等。
4.工具钢：用于制造工具、模具、量具等用的钢，具有高硬度、高强度和高耐磨性的特点。
根据用途和性能的不同，又可以分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢等。
5.结构钢：用于制造建筑结构、机器零件等用的钢，具有良好的强度、韧性和焊接性。
根据用途和性能的不同，又可以分为碳素结构钢、低合金高强度结构钢等。
6.特殊性能钢：具有特殊性能和应用要求的钢材，如桥梁用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、低温用钢等。
这些钢材具有优异的耐腐蚀性、耐高温性、低温韧性等特点，广泛应用于各种特殊环境和条件下。
总的来说，钢的种类繁多，每种钢都有其独特的性能和用途。
在选择钢材时，需要根据具体的使用环境和要求来选择合适的钢种。
特种钢品种
6钼钢
• 254SMO 254SMO是一种奥氏体不锈钢。由于它的高含钼量，故具有 极高的耐点腐蚀和耐缝隙腐蚀性能。这种牌号的不锈钢是为用于诸如 海水等，含有卤化物的环境中而研制和开发的。254SMO也具有良好 的抗均匀腐蚀性。特别是在含卤化物的酸中，该钢要优于普通不锈钢。 其C含<0.03%，因此叫纯奥氏体不锈钢。超级不锈钢、镍基合金是一 种特种的不锈钢，首先在化学成分上与普通不锈钢不同，是指含高镍， 高铬，高钼的一种高合金不锈钢。其中比较著名的是含6%Mo的 254SMo，这类钢具有非常好的耐局部腐蚀性能，在海水、充气、存 在缝隙、低速冲刷条件下，有良好的抗点蚀性能（PI≥40）和较好的 抗应力腐蚀性能，是Ni基合金和钛合金的代用材料。其次在耐高温或 者耐腐蚀的性能上，具有更加优秀的耐高温或者耐腐蚀性能，是304 不锈钢不可取代的。另外，从不锈钢的分类上，特殊不锈钢的金相组 织是一种稳定的奥氏体金相组织。 主要用途 1.海洋：海域环境的 海洋构造物，海水淡化，海水养殖，海水热交换等。 2.环保领域： 火力发电的烟气脱硫装置，废水处理等。 3.能源领域：原子能发电， 煤炭的综合利用，海潮发电等。 4.石油化工领域：炼油，化学化工 设备等。 5.食品领域：制盐，酱油酿造等。 6.高浓度氯离子环境： 造纸工业，各种漂白装置
钛材
• 含一定量的氧、氮、碳、硅、铁及其他元素杂质的 α相钛。具有优良的冲压工艺性能，好的焊接性能， 对热处理及组织类型不敏感，在令人满意的塑性条 件下具有一定的强度。 工业纯钛是按照杂质元素 的含量划分等级的。它的强度主要取决于间隙元素 氧、氮的含量。它在海水中具有高的抗腐蚀性能， 但在无机酸中较差。一般用于制造在-253～350℃温 度下工作的、受力不大的各种板材零件或锻件，也 可制造铆钉线材和管材。 主要用途 钛和钛的合 金大量用于航空工业，有“空间金属”之称；另外， 在造船工业、化学工业、制造机械部件、电讯器材、 硬质合金等方面有着日益广泛的应用。
特殊钢分类
特殊钢分类
特殊钢分类方式较多，以下是几种常见的分类方式：
1. 按用途分类：可分为工具钢、结构钢与特殊用途钢三大类。
其中，工具钢主要应用于制造各种工具，如刀具、刃具、量具等；结构钢主要用于建筑、机械、汽车、航空等领域；特殊用途钢则包括不锈钢、高速钢、轴承钢、弹簧钢等特殊性能的钢种。
2. 按技术含量和产品档次分类：可分为高端、中端和低端三个层次。
其中，低端产品以优质碳素结构钢(碳素钢)为代表；中端产品以合金钢(不锈钢、工具钢、模具钢、高速钢除外)为代表；高端产品则以不锈钢、工具钢、模具钢和高速钢为代表。
3. 按碳含量分类：可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
低碳钢是指碳含量低于0.25%的钢；中碳钢是指碳含量在0.25%～0.65%之间的钢；高碳钢是指碳含量高于0.65%的钢。
4. 按质量等级分类：可分为优质钢、高级优质钢和超级优质钢。
优质钢是指硫磷含量较低，质量较好的钢；高级优质钢是指在优质钢的基础上进一步降低了硫磷含量，提高了质量等级的钢；超级优质钢则是最高级别的特殊钢，其硫磷含量极低，质量极好。
以上是特殊钢的一些分类方式，希望能对您有所帮助。
特种钢
5 耐候钢
(Weathering steel)
耐候钢， 即耐大气腐蚀钢，是介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢系列，耐候钢由普碳钢添加少量铜、镍等耐腐蚀元素而成，具有优质钢的强韧、塑延、成型、焊割、磨蚀、高温、抗疲劳等特性；耐候性为普碳钢的2~8倍，涂装性为普碳钢的1.5~10倍。同时，它具有耐锈，使构件抗腐蚀延寿、减薄降耗，省工节能等特点。 耐候钢主要用于铁道、车辆、桥梁、塔架等长期暴露在大气中使用的钢结构。用于制造集装箱、铁道车辆、石油井架、海港建筑、采油平台及化工石油设备中含硫化氢腐蚀介质的容器等结构件。
3 建议锤头装配示意图
4 耐热钢
4.1 耐热钢基本概念
英文 heat-resisting steels
在高温条件下，具有抗氧化性和足够的高温强度以及良好的耐热性能的钢称作耐热钢。
耐热钢包括抗氧化钢和热强钢两类。抗氧化钢又简称不起皮钢。热强钢是指在高温下具有良好的抗氧化性能并具有较高的高温强度的钢。
但是，如果没有外加压力或冲击力，或压力和冲击力很小，高锰钢的加工硬化特征不明显，马氏体转变不能发生，高锰钢高耐磨性就不能充分显示出来，甚至不及一般的马氏体组织钢或合金耐磨铸铁。因此，要充分发挥高锰钢高耐磨性特点，必须有足够的C、Mn浴入固溶体，必须进行正确的热处理(水韧处理)，同时还必须选择适当的使用条件。
1 耐磨钢
耐磨钢是指具有高耐磨性的钢种，广义上也包括结构钢、工具钢、滚动轴承钢等。在各种耐磨材料小，高锰钢是具有特殊性能的耐磨钢。它在高压力和冲击负荷下能产生强烈的加工硬化，因而具有商耐磨性。高锰钢属于奥氏体钢，所以又具有优良的韧性。因此，高锰钢广泛用来制造在磨料磨损、高压力和冲击条件下工作的零件，如坦克和矿山拖拉机履带板、破碎机领板、挖掘机铲齿以及铁路线和电车线道叉等耐磨件。
特殊性能钢
特殊性能钢
图1-16 片状珠光体电化学腐蚀示意图
特殊性能钢
为了提高钢的耐蚀性，主要采取以下措施。
（1）在钢中加入大量的合金元素(常用铅)，使金属表面形成 一层致密的氧化膜(又称为钝化膜，如Cr2O3等)，使钢与外界隔绝 而不进一步氧化。
（2）在钢中加入大量合金元素(如Cr等)，使钢基体(铁素体、 奥氏体、马氏体)的电极电位提高，从而提高其抵抗电化学腐蚀的 能力。如铁素体中溶解11.7%的铬时，其电极电位由－0.56 V提高 到+0.2 V，如图1-17所示。
特殊性能钢
2. 耐热钢
在航空、航天、火力电站、化工等部门中，许多零件 在高温下使用，要求具有耐热性。所谓耐热性，是指材料 在高温下兼有抗氧化与高温强度的综合性能。具有良好耐 热性的钢称为耐热钢，它包括抗氧化钢与热强钢两类。抗 氧化钢是指在高温下有较好抗氧化能力，并有一定强度的 钢（又称为不起皮钢）；热强钢是在高温下有良好抗氧化 能力并具有较高的高温强度的钢。
特殊性能钢
（2）马氏体不锈钢。马氏体不锈钢中含碳量比铁素体不锈 钢高，淬火后能得到马氏体，故称马氏体不锈钢。随着钢中含碳 量的增加，耐腐蚀性降低。马氏体不锈钢的耐蚀性、塑性、焊接 性均比奥氏体、铁素体不锈钢低，不过它具有较好的力学性能， 所以应用广泛。典型马氏体不锈钢有Cr13型和7Cr18型两种。
特殊性能钢
图1-17 铁铬合金电极电位与含铬量的关系
特殊性能钢
（3）加入大量铬或铬镍合金元素，使钢能形成单相的铁 素体或奥氏体组织。以免形成两相电极电位不同的组织，从而 显著提高耐蚀性。加入Mn及N也有类似作用，形成单相组织。
特殊性能钢
2）常用不锈钢
常用不锈钢按化学成分可分为铬不锈钢、铬镍不锈 钢、铬锰不锈钢等。按金相组织特点则可分为马氏体不 锈钢、铁素体不锈钢及奥氏体不锈钢三种类型。
特殊性能钢
5):奥氏体不锈钢
④常见牌号: 0Cr18Ni9(304)、1Cr18Ni9(302) 、 0Cr18Ni9Ti、 1Cr18Ni9Ti 、0Cr17Ni12Mo2(316) ⑤性能特点：含C量在0.1%以下，，比马氏体不锈钢的耐蚀 性好，好的冷变形性能，有好的韧性，焊接性。 ⑥用途: 食品设备、化工容器、管道等
1 2 3
铁素体 不锈钢 奥氏体 不锈钢
1 2 1
1Cr18Ni9 经冷加工有高的强度，用于建筑用装饰部件
2
0Cr18Ni
用于食品用设备，一般化工设备，原子 能工业用设备
返回
5.耐磨钢
1)定义:耐磨钢是在强烈冲击载荷作用下才能发生硬化的高锰钢
2)性能:高硬度、耐磨性、韧性,耐磨钢极易加工硬化,切削加工 困难,一般采用铸造成型 3)用途及性能要求 用于承受严重磨损和强烈冲击的零件，如车辆履带、挖掘机铲斗、 破碎机腭板和铁轨分道叉等。要有很高的耐磨性和韧性。典型的 牌号是ZGMn13 挖掘机 铁路道岔
(3) 高热硬性（红硬性）
钢在高温下保持高硬度的能力。 (4) 足够的塑性和韧性 折断和崩刃。 防止刃具受冲击震动时
W18Cr4V的热硬性
T12、9SiCr、W18Cr4V的硬度与温度的关系
W18Cr4V热硬性好，在600 ℃仍保持 650HV(56HRC)的高硬度。
返回
2、合金模具钢
1). 冷作模具钢
耐热钢
耐磨钢
特殊性能钢
1.定义 特殊性能钢是具有特殊物理,化学性能的钢,能用 来制造要求具有一定力学性能，还要求具有特 殊性能的零件 2.分类 不锈耐酸钢 耐热钢 耐磨钢
特殊性能钢：
3.特殊性能钢牌号
平均碳的质 量的千分数
合金工具钢- 特殊性能钢
0.85 0.95
0.90 1.05 0.80 0.95
•（1）以9SiCr为例介绍低合金刃具钢：
⑴含碳量：Wc＝0.85～0.95％，保证高硬度和高耐磨性；
⑵合金元素的作用：提高淬透性及钢的强度，提高回火 稳定性，使之具有一定的红热性； ⑶应用：板牙、丝锥 ⑷热处理工艺：
•球化退火：球化温度：800~810℃；
表6-16 常用低合金刃具钢的牌号、化学成分和力学性能 化学成分（%） 钢号 淬火钢 的硬度 HRC ≥62 ≥62 ≥62
C
9CrSi CrWMn 9Cr2
Mn 0.3 0.6
0.8 1.1 ≤0.4
Si 1.2 1.6
≤0.4 ≤0.4
Cr 0.9 1.25
0.9 1.2 1.3 1.7
W
-1.2 1.6 --
超过250℃时，硬度才低于60HRC；由于W的作用，钢中碳
化物比较多而容易形成网状。 适于制作截面较大、要求耐磨、淬火变形小的刃具，如拉
刀、长丝锥等，也可制作量具及形状较复杂的高精度冲模。
③Cr2 即GCr15钢，只在对非金属夹杂物要求不严格
时，制作切削工具、量具及冷轧辊等。 ④ CrW5 钢由于加入了较多的钨，形成 M6C 型碳化物。 在 820℃淬火温度溶于奥氏体中量少，淬透性低；需 要水淬，淬火后剩余碳化物多，回火后硬度
0.40 0.40 0.40-0.60 0.40 0.40-0.60 0.40 0.40 0.40
0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35
(摘自GB/T1298-1986)
用途
冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。
热处理：球化退火；淬火 + 低温回 火
特殊钢_精品文档
特殊钢国内外特殊钢的发展特殊钢是指具有特殊的化学成分和冶金质量要求，特殊的组织形态及性能，采用特殊的冶炼、加工、热处理装备和工艺生产的一类用以制造特殊装备及关键零部件的钢铁产品。
特殊钢是重大装备和国防先进武器装备必须的核心和关键材料，既是一个国家钢铁工业生产制造水平的标志，也是国家综合实力与国家安全的基本保证条件。
从世界范围钢铁工业的发展来看，当钢铁总量达到一定规模后将不再增长，而特殊钢产量将不断提升，特殊钢占比的上升将带动钢铁行业由弱向强逐步转变，特殊钢全球发展不均衡，总产量约占全球钢产量的10%-15%。
特殊钢占比最高的瑞典为55%，日本、德国占比22%、法国、意大利占比17%、韩国13%、中国占比仅为5%。
二十一世纪以来，我国特殊钢行业经过结构优化、兼并重组，在集团化、专业化、产业延伸方面都取得了很大进展，逐步形成了太钢集团、武钢集团、宝钢集团、中信泰富特钢集团、东北特殊钢集团公司等大型特殊钢企业集团和专业化特钢企业。
同时在全行业逐步建成不锈钢、硅钢、高速钢、合金钢棒材、中厚板、管材、线材、精密合金、高温合金、钛合金、合金钢丝等专业化生产线。
中国特殊钢产量已经达到了很高水平，不锈钢、模具钢、齿轮钢、轴承钢、高速钢等产量均居世界第一。
虽然中国特钢行业有了长足的进步，但中国特殊钢行业的发展水平，不论工艺装备水平、品种质量状况，还是行业竞争力，与中国普钢发展及发达国家相比还有相当大差距。
我国的特殊钢产业呈现国有专业特殊钢企业、民营特殊钢企业、地方专业特殊钢企业和大型钢铁集团下属特殊钢企业并存的现状。
虽然这四类企业各有千秋，但在钢铁产能总体严重过剩，高端特殊钢仍有较大缺口的复杂背景下，国内多数特殊钢企业经营举步维艰，生存日益艰难。
我国特殊钢产品整体水平较低，工模具钢、不锈钢等高端特殊钢产品占比不达10%，高端特殊钢的大量进口和低端特殊钢的供大于求使得我国特殊钢行业由于产品整体水平低下，竞争力差、盈利能力低，其生存状况日益艰难。
特殊性能钢
• •
Cr的影响
失重
电 极 电 位
电极电位
失 重
12.5%
Cr含量
（二）常用不锈钢及其热处理
① ② ③ ④ ⑤
M型不锈钢 F型不锈钢 A型不锈钢 A－F型不锈钢 沉淀硬化型不锈钢
1. M型不锈钢
淬透性好，空冷时可形成M； 合金元素单一，在氧化性介 质中（如大气、水蒸气、氧 化性酸）有较好的耐蚀性。 且耐蚀性还随着含碳量的增 加而降低。
（三）镍基耐蚀合金
在自然环境或一定工业介质 中具有耐腐蚀性能的合金称耐蚀 合金。广泛应用于石油、化工等 领域。
1) 成分及性能特点
• 低碳高合金 wC=0.03～0.2%， • wMe=30～48% Me: Cu、Cr、Fe、Mn、Mo、 Nb 、 Ti Cu、Fe、Mn溶于Ni中，形成单相固溶体 组织，减轻电化学腐蚀；Cr提高电极电位， 形成Cr2O3保护层；Mo、 Nb 、 Ti形成稳定 碳化物NbC 、TiC，和金属间化合物Ni3Mo 、 Ni3Ti 、 Ni3Nb。
不仅仅有高的耐腐蚀性， 还有高的塑性，低温韧性，加 工硬化能力与良好的焊接性。 广泛应用于制造硝酸、有机酸、 盐、碱等工业中的机械零件及 构件。
1) 成分及性能特点
wC＜0.12%， wCr=17～25%， WNi=8～29% Ni扩大A，Cr提高电极电位， A不锈钢的耐蚀性比M不锈钢有进 一步的提高
4.4 特殊性能钢 特殊性能钢是指具有特殊 物理、化学、力学性能的钢种。 • 不锈钢 • 耐热钢 • 低温钢 • 耐磨钢
一、不锈钢及镍基耐蚀合金
在自然环境或一定工业介 质中具有耐腐蚀性能的钢称不锈 钢。广泛应用于石油、化工等领 域。
（一）成分及性能特点
特种钢材研究报告
特种钢材研究报告
特种钢材是指具有特殊性能、用途或配合要求的钢材。
它们的性能往往超越了一般钢材的范围，同时也不同于其他同类特种材料。
这些特殊的性能包括高强度、高硬度、高韧性、耐腐蚀、耐热、耐磨等性能。
由于这些特点，特种钢材被广泛应用于许多领域，如航空航天、汽车、船舶、核能工程等。
特种钢材的研究主要涉及制备工艺、结构设计和性能评价等方面。
钢材的制备工艺是影响钢材性能的关键因素之一。
比如，通过控制钢的冷却速率可以改变钢材的相组成、微观结构和硬度等性能；通过添加合适的合金元素可以提高钢材的强度和耐腐蚀性能等。
此外，钢材的结构设计也是影响其性能的重要因素之一。
在设计过程中需要考虑到运用环境、所需强度等情况，以使钢材的性能完全符合使用要求。
除此之外，评价特种钢材的性能也是特种钢材研究的重要内容之一。
对于不同的特种钢材有不同的性能评价方法，常用的测试方法包括拉伸测试、冲击测试、硬度测试、疲劳测试等。
在特种钢材的研究中，有一些重要的研究方向需加强研究，而这些方向也是相关领域的研究者们亟待解决的问题。
其中，一些值得重点关注的方向包括：
1.高强度和高韧性特种钢材的研究和应用。
2.高温和耐热特种钢材的研究和应用。
3.高耐磨特种钢材的研究和应用。
4.新型特种钢材的研究和应用。
总之，特种钢材的研究对于提高钢材的性能、降低生产成本、增加钢材的使用寿命都具有巨大的意义。
未来在这一领域的研究方向也将继续拓展，各种新型特种钢材的制备和应用也将不断涌现。
特殊性能钢
③热处理特点:固溶处理;稳定化处理;消除应力退火。
④常见牌号: 0Cr18Ni9(304)、1Cr18Ni9(302) 、 0Cr18Ni9Ti、 1⑤Cr性1能8N特i9点T：i 、含0CC量r1在7N0.i11%2M以o下2，(3，16比) 马氏体不锈钢的耐 蚀性好，好的冷变形性能，有好的韧性，焊接性。
要求高硬度，高耐磨,足够的韧性和疲劳强度,热处理变形小
2). 热作模具钢
制造热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等，工作时型腔表面 温度可达600 ℃以上,典型的牌号有5CrNiMo,3Cr2W8V等
要求材料具有高硬度，高耐磨性，高的抗氧化性，高的热强性 ,足够韧性，高的淬透性和导热性
返回
3、量具用钢
合金 结构钢
低合金高强度钢 合金渗碳钢 合金调质钢 合金弹簧钢 滚动轴承钢
三、合金结构钢
1、低合金高强度结构钢
主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输 气管道、大型钢结构等,含碳量低,焊接性能好，典型的牌号 有 Q345(16Mn)、Q420(15MnVN)
66年建造的南京长江大桥Q345(16Mn)
⑥用途: 食品设备、化工容器、管道等
⑦不具有磁性或者弱磁性
表1 常用不锈钢的特性和应用
类别 序号 牌号
特性和应用
马氏体 不锈钢
铁素体 不锈钢
奥氏体 不锈钢
1
1Cr1
用于汽轮机片及高应力部件之良好的 不锈耐热钢
2 3
3 2Cr1
3 3Cr1
3
淬火状态下硬度高,耐腐蚀性良好， 用于汽轮机叶片
比2Cr13淬火后硬度高，用于刃具,喷嘴, 阀座,阀门等
特殊钢一般是指具有特殊性能或特殊用途的钢种
特殊钢一般是指具有特殊性能或特殊用途的钢种。
其与普通钢相比具有更高的强度和韧性、物理性能、化学性能、生物相容性和工艺性能。
因其性能特殊，决定了它在国民经济及军事工业中占有极其重要的地位。
因此，在生产制造特殊钢时，就需要采用特殊的工艺装备技术来实现特殊的化学成分、特殊的组织和性能。
特殊钢的定义在国际上没有明确规定，各国特殊钢的统计分类不完全相同。
我国特殊钢定义与日本、欧洲相近，包括优质碳素钢、合金钢、高合金钢三大类，通常展开为优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、轴承钢、弹簧钢（碳素弹簧钢和合金弹簧钢）、耐热钢和不锈钢。
由于高温合金与精密合金在特殊钢厂生产，也将这两种合金纳入特殊钢的行列之中统计[1]。
在特殊钢领域，除优质碳素结构钢、碳素工具钢和碳素弹簧钢外，其余均为合金钢，合金钢约占特殊钢的70％。
目前，世界上特殊钢有近2 000个牌号、约50 000个品种规格、数百个检验标准。
随着科学技术的发展，对特殊钢产量及品种的需要日益扩大，对质量的要求也越来越严格、苛刻。
近年来，围绕提高特殊钢性能、质量、品种、效率，降低特殊钢成本、节能降耗、环境友好等方面采用了一系列新技术、新工艺、新装备，使得特殊钢的洁净度、均匀度、组织细化度和尺寸精度等有了很大提高。
特殊钢生产工艺流程主要有3种[2]：1）电炉流程（即短流程）：电炉—二次精炼—连铸—轧制。
2）转炉流程（长流程）：高炉—铁水预处理—转炉—二次精炼—连铸—轧制。
3）特种冶金：特种冶炼（如真空感应熔炼、冷坩埚熔炼、电渣重熔、真空电弧重熔、电子束熔炼、等离子熔炼等）—锻造或轧制。
这里要指出的是有些钢种的生产至今还必须走模铸—开坯—轧制或锻造的工艺流程。
因早期特殊钢主要采用电弧炉工艺冶炼，习惯上形成了特殊钢一定要用电炉冶炼，特殊钢厂就是电炉钢厂。
而客观事实上也的确存在电炉只有生产特殊钢才可以有好的经济效益，特殊钢只能由电炉冶炼。
这主要是由于早期电炉炼钢的特点和特殊钢本身的性质所决定的：1）电炉用废钢中有可利用的合金元素；2）电炉炼钢是靠电弧进行加热的，其温度远远超过2 000 ℃，且钢水温度可长时间地精确控制，这样电炉炼钢在难熔合金冶炼、合金化成分及工艺柔性等方面较转炉炼钢有无比的优越性；3）不足是炼钢周期长，生产效率低，成本高（废钢、电价昂贵），炉容小，易增碳、吸氮等。
特种钢
1 耐磨钢耐磨钢是指具有高耐磨性的钢种，广义上也包括结构钢、工具钢、滚动轴承钢等。
在各种耐磨材料小，高锰钢是具有特殊性能的耐磨钢。
它在高压力和冲击负荷下能产生强烈的加工硬化，因而具有商耐磨性。
高锰钢属于奥氏体钢，所以又具有优良的韧性。
因此，高锰钢广泛用来制造在磨料磨损、高压力和冲击条件下工作的零件，如坦克和矿山拖拉机履带板、破碎机领板、挖掘机铲齿以及铁路线和电车线道叉等耐磨件。
高锰钢的化学成分为 =0.9%-1.3%、 =11.5%-14.5%、 =0.30%-0.80%、wP＜0.05%、wS＜0.05%。
为了某种特定的目的，还可加入Cr、Ni、Mo、V、TI等元素。
钢号为Mn13，由于该钢机械加工性能差，通常都是铸造成形，钢号为ZGMn13。
C和Mn是高锰钢小两个主要元素，高碳保证高锰钢足够的强度、硬度和耐磨性，过高易析出较多碳化物，影响钢的韧性，故一般不超过1.3%。
钢小含大量的锰是为了得到奥氏体组织、增大钢的加工硬化率和提高钢的韧性及强度。
Mn量过多会增大钢冷凝时的收缩量，形成热裂缝，降低钢的强度和韧性。
故C与Mn的含量比取0.1为宜。
Si能改善钢的铸造性能，提高钢中固溶体的硬度和强度，但Si星过高易使碳化物沿晶界析出而降低钢的韧性和耐磨性，导致铸件开裂。
所以一般为0.30%-0.80%。
高锰钢中含磷量应尽量低，以免在品界形成脆性磷化物共晶体，产生低温冷脆。
高锰钢的铸态组织基本上由奥氏体和残余碳化物(Fe，Mn)3C组成。
由于碳化物沿晶界析出降低钢的强度和韧性，影响钢的耐磨性。
因此，铸造零件必须进行热处理使高锰钢获得全部奥氏体组织。
高锰钢消除碳化物并获得单一奥氏体组织的热处理叫“水韧处理”或固溶处理。
即将铸件加热到1000℃-1100℃，并在高温下保温一段时间，使碳化物完全溶解于奥氏体中，然后水冷淬火，使高温奥氏体固定到室温。
淬火加热温度不宜过高，保温时间不宜太长，否则晶粒粗大，氧化脱碳严重，降低钢的强度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
合金 结构钢
合金渗碳钢
合金调质钢 合金弹簧钢 滚动轴承钢
三、合金结构钢
1、低合金高强度结构钢 主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输 气管道、大型钢结构等,含碳量低,焊接性能好，典型的牌号 有 Q345(16建造的南京长江大桥Q345(16Mn)
Q460
容器
船舶
储气罐
返回
2、合金渗碳钢
1). 用途:主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机 上的凸轮轴、活塞销等机器零件。这类零件在工作中遭受强烈 的摩擦磨损，同时又承受较大的交变载荷，特别是冲击载荷,典 型的牌号有20Cr、20MnVB 、 20CrMnTi
凸轮 齿轮(20CrMnTi) 2).成分：碳含量在0.10%～0.25%之间。加入一定的合金元素 如：铬、镍、锰、硼等，提高钢的淬透性
3).热处理：渗碳后进行淬火和低温回火。
返回
3、合金调质钢
1). 用途:广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的 各种重要零件，如机床齿轮、主轴、汽车发动机曲轴、连杆等。 典型的牌号有40Cr,40Mn2B, 40CrB、40CrNiMo等
连杆(40Cr)
汽车传动轴
2). 成分:中碳 碳质量分数一般在0.25%～0.50%之间Cr、Mn、 Ni、Si 提高淬透性，提高钢的强度； 3).热处理：调质处理(淬火加高温回火)。
3)按组织状态分为珠光体钢、马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢
①珠光体钢 合金元素以铬、钼为主，总量一般不超过5％ ,这类钢在 350～600,有良好的高温强度及工艺性能，价格较低，广泛 用于制作 600 ℃以下的耐热部件 如锅炉钢管、汽轮机叶轮、转子、紧固件及高压容器、管道等 典型钢种有：16Mo，15CrMo，12Cr1MoV ②马氏体钢 含铬量一般为7～13%,在620℃以下有较高的高温强度、抗氧 化性和耐水汽腐蚀的能力，但焊接性较差。典型的牌号 1Cr13、2Cr13, 1Cr11MoV，1Cr12WMoV,2Cr12WMoNbVB等,通常 用来制作汽轮机叶片、轮盘、轴、紧固件等。此外,作为制造 内燃机排气阀用的4Cr9Si2,4Cr10Si2Mo等也属于马氏耐热钢。
1 2 3
铁素体 不锈钢 奥氏体 不锈钢
1 2 1
1Cr18Ni9 经冷加工有高的强度，用于建筑用装饰部件
2
0Cr18Ni
用于食品用设备，一般化工设备，原子 能工业用设备
返回
5.耐热钢
1.定义:钢的耐热性是高温抗氧化性和高温强度(热强性)的 总称,耐热钢通常分为抗氧化钢(不起皮钢)和热强钢 2.抗氧化钢:也称为不起皮钢, 钢铁在较高温度下(560度)钢 铁表面容易氧化,形成FeO, Fe+O=FeO,比较容易剥落，最终导 致零件破坏,实际使用的抗氧化钢,都是在铬钢,镍铬钢的,铬 锰氮钢基础上添加硅,铝制成的 含碳量增加会降低钢的抗氧化性，所以抗氧化钢一般都是低 碳钢 3.热强钢: 热强钢是较高温度下仍然保持一定强度的钢 1)工作条件：在高温下承受各种载荷，如拉伸、弯曲、扭 转疲劳和冲击等；与高温蒸汽、空气或燃气接触，表面发 生高温氧化或气体腐蚀。 2)性能要求：良好的高温强度及塑性；有足够的化学稳定性。
返回
5、滚珠轴承钢
主要用来制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）、内 外套圈等，属专用结构钢。 也用于制造精密量具、冷冲模、机床丝杠等耐磨件,典型 的牌号有GCr9、GCr15、GCr15SiMn
滚珠
滚珠轴承(GCr15)
合金工具钢
刃具钢
模具钢
量具钢
四、合金工具钢
1、合金刃具钢 主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头、丝锥等 (1) 低合金刃具钢 如9SiCr,CrWMn 丝锥
4):铁素体不锈钢
①定义: 常用铁素体不锈钢的含碳量低于0.15%,含铬 量12%-30%,属铬不锈钢 ②常见牌号: 常见的牌号有1Cr17 、1Cr25、1Cr28,其耐蚀 性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高 ③应用: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。 ④具有磁性
4):奥氏体不锈钢
④常见牌号: 0Cr18Ni9(304)、1Cr18Ni9(302) 、 0Cr18Ni9Ti、 1Cr18Ni9Ti 、0Cr17Ni12Mo2(316) ⑤性能特点：含C量在0.1%以下，，比马氏体不锈钢的耐蚀 性好，好的冷变形性能，有好的韧性，焊接性。 ⑥用途: 食品设备、化工容器、管道等
4.不锈耐酸钢
1)定义:不锈耐酸钢包括不锈钢和耐酸钢,能抵抗大气腐蚀的 钢称为不锈钢,而在一些化学介质(如酸类等)抵抗腐蚀的钢 称为耐酸钢,通常将这两类钢统称为不锈钢 2)分类:
按组织状态分
马氏体不锈钢 铁素体不锈钢 奥氏体不锈钢
按成分分
铬不锈钢 镍铬不锈钢 铬锰氮不锈钢
3)马氏体不锈钢:
①定义: 常用马氏体不锈钢的含碳量为0.1%-0.45%,含 铬量为12%-14%,属铬不锈钢 ②常见牌号: 常见的牌号有1Cr13 、2Cr13 、3Cr13 、 4Cr13,9Cr18,随着钢中含碳量增加、钢的强度、硬度、 耐磨性提高、但耐腐蚀性降低 ③应用: 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、水压阀等 ④具有磁性
制造热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等，工作时型腔表面 温度可达600 ℃以上,典型的牌号有5CrNiMo,3Cr2W8V等
要求材料具有高硬度，高耐磨性，高的抗氧化性，高的热强性 ,足够韧性，高的淬透性和导热性
返回
3、量具用钢
量具用钢用于制造各种量测工具，如卡尺、千分尺、螺旋测 微仪、块规、塞规等,典 型的牌号有GCr15,CrWMn 游标卡尺
钢在高温下保持高硬度的能力。 (4) 足够的塑性和韧性 折断和崩刃。 防止刃具受冲击震动时
高速钢热处理特点 淬火温度高：一般为1220 ℃～1280 ℃ 回火温度高、多次：550 ℃～570 ℃回火三次
W18Cr4V钢的热处理工艺过程示意图
W18Cr4V的热硬性
T12、9SiCr、W18Cr4V的硬度与温度的关系
有良好的耐热性以及耐腐蚀性，用于加热炉管,燃烧室 筒体,退火炉罩 适用温度范围700~800℃，燃汽轮机压缩机叶片 抗氧化温度直至1035℃，用于加热炉部件；工作温度 950℃以下的输气系统部件
返回
5.耐磨钢
1)定义:耐磨钢是在强烈冲击载荷作用下才能发生硬化的高锰钢
2)性能:高硬度、耐磨性、韧性,耐磨钢极易加工硬化,切削加工 困难,一般采用铸造成型 3)用途及性能要求 用于承受严重磨损和强烈冲击的零件，如车辆履带、挖掘机铲斗、 破碎机腭板和铁轨分道叉等。要有很高的耐磨性和韧性。典型的 牌号是ZGMn13 挖掘机 铁路道岔
思考题
硝酸生产装置
合成氨生产装置
从马氏体不锈钢和铁素体不锈 钢我们可以看出，不锈钢内铬 含量为12%以上，请问 Cr12,Cr12MoV是否是不锈钢， 请说明原因
①定义:是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约 18%、Ni 8%-10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织 ②加工特点:不能进行热处理强化,只能冷塑性变形强化。 ③热处理特点:固溶处理;稳定化处理;消除应力退火。
板牙
(2) 高速钢 如W18Cr4V ,W6Mo5Cr4V2
铣刀
2. 性能要求 切削时刃部与切屑之间强烈摩擦发热，刃部温度可达 500 ℃～600 ℃；承受冲击和震动。 (1) 高硬度 一般在60 HRC以上。 (2) 高耐磨性 与钢的硬度、钢中硬质点的性质、 数量、大小和分布有关。
(3) 高热硬性（红硬性）
③铁素体钢
含有较多的铬、铝、硅等元素，形成单相铁素体组织，有良 好的抗氧化性和耐高温气体腐蚀的能力,但高温强度较低,室 温脆性较大，焊接性较差。如1Cr13SiAl,1Cr25Si2等。一般 用于制作承受载荷较低而要求有高温抗氧化性的部件。 ④奥氏体钢 含有较多的镍、锰、氮等奥氏体形成元素，在 600℃以上时 ，有较好的高温强度和组织稳定性，焊接性能良好。通常用 作在 600℃以上工作的热强材料。典型钢种有 1Cr18Ni9Ti, 1Cr23Ni13, 1Cr25Ni20Si2，2Cr20Mn9Ni2Si2N, 4Cr14Ni14W2Mo等。 热强钢中加入合金元素铬,硅,铝等可提高抗高温氧化性，加入 钨,钼,钒等可提高高温强度
返回
4、合金弹簧钢
1). 用途 合金弹簧钢是一种专用结构钢，主要用于制造各种弹 簧和弹性元件,典型的牌号有65Mn,60Si2Mn,50CrV等
拉力弹簧
钢板弹簧
蝶形弹簧
2)特点:足够的塑性和韧性，以免受冲击时脆断,要求有较好的 淬透性，不易脱碳和过热，容易绕卷成形等。 3). 成分特点:中、高碳 保证高的屈强比，碳的质量分数 一般为0.50%～0.70%。碳含量过高时，塑性、韧性降低，疲 劳抗力也下降。 4).热处理：淬火加中温回火
螺纹规
千分尺 环规
量具钢要求高硬度，高耐磨性，高的尺寸稳定性
不锈耐酸钢 特殊性能钢
耐热钢
耐磨钢
特殊性能钢
1.定义 特殊性能钢是具有特殊物理,化学性能的钢,能用 来制造要求具有一定力学性能，还要求具有特 殊性能的零件 2.分类 不锈耐酸钢 耐热钢 耐磨钢
特殊性能钢：
3.特殊性能钢牌号
平均碳的质 量的千分数
⑦不具有磁性或者弱磁性
表1 类别 马氏体 不锈钢
序号
常用不锈钢的特性和应用 牌号 1Cr13 2Cr13 3Cr13 1Cr17 1Cr28 特性和应用