第五章_工业用钢解析

质元素有硅、锰、硫、磷等，还有熔炼中夹杂进入的 氧、氢、氮等气体元素。
1、有益元素
锰——能溶于F，使F强化，也能溶于渗碳体，提高其 硬度；
能增加并细化P，从而提高钢的强度和硬度； 可与S形成MnS，以消除硫的有害作用。 ➢ 一般钢中WMn<0.8%,对钢的性能影响不显著。
硅——能溶于F使之强化，从而使钢的强度、硬度、 弹性都得wenku.baidu.com提高。
Mn 元素对奥氏体区的影响
(2) 缩小奥氏体区的合金元素
Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等元 素。 作用: ➢使A1线温度上升, A3线温 度上升——E、S点左上移
Cr 元素对奥氏体区的影响
(3) 改变共晶点和共析点 参数的元素
❖几乎所有的合金元素。
作用: ❖使S点和E点的成分向左移,即使钢的共析含碳量和 A对C的最大固溶度降低。 ❖可以在WC＝0.4％的钢中产生共析组织。 ❖由于S点左移，在退火状态合金钢中珠光体的相对 量较相同含碳量的碳钢为多，因此钢的强度也较高。
➢按合金元素总含量分： （1）低合金钢 (含量≤5％) （2）中合金钢（含量5～10％）； （3）高合金钢（含量≥10％）。
2、按质量分类： （1）普通钢 钢中0.035% ＜S ＜ 0.050%， 0.035% ＜ P ＜ 0.045% （2）优质钢 钢中S≤0.035%，P≤0.035% （3）高级优质钢 0.020%＜ S ＜ 0.030%， 0.025% ＜ P ＜ 0.030% （4）特级优质钢 S≤0.015%，P≤0.025%
第五章 工业用钢
以铁为主要元素，碳的质量分数一般在2%以下，并含 有其他元素的材料称为钢. 按照化学成分分为：碳钢和合金钢两大类。 碳钢：指碳含量wc<2.11%的铁碳合金。 合金钢：指为改善钢的组织、性能，在冶炼
时特意加入合金元素的钢。
第一节 概 述
一、碳钢中的长存杂质元素及其作用 碳钢中除铁以外的主要元素是碳，其它长存的杂
在纯铁中， γ-Fe的存在温度范围是1394～9120C之间 。而溶入合金元素以后，γ相区的温度范围就会扩大 (A3下降，A4上升）或缩小(A3上升，A4下降）,故相应 地使Fe—Fe3C相图中的γ相区也就扩大或缩小。
(1) 扩大奥氏体区的合金元素 Mn、Ni、Co等元素。
作用: ➢使A1线温度下降, A3线温 度下降——E、S点左下移 。
•因此，在含碳量相同的条件下，要得到同一硬度和强度 时，则合金钢的回火温度要高，保温时间要长。
2) 产生二次硬化 二次硬化是指钢在一次或多次回火后硬度提高的现象。
➢W、Mo、V 等碳化物在 500℃～ 600℃时,使钢硬 度提高, 产生二次硬化。
➢这种二次硬化现象在 工具钢中是很有意义 的。
3) 引起回火脆性 第二类回火脆性是指含有Cr、Mn、Cr-Ni等元素的合金钢淬 火后，在脆化温度区（400～5500C）回火，或经更高温度回 火后缓慢冷却，通过脆化温度区所产生的脆性。
磷——溶于F形成固溶体，部分在结晶时形成脆性很大的Fe3P， 使钢在室温下的塑、韧性急剧下降。
冷脆：低温时由磷导致钢严重变脆的现象称钢的冷脆。
3.气体元素（钢中有害元素）:
O、H、N三种气体元素在高温时融入钢液，而在固态 钢中溶解度极小，冷却时来不及溢出而积聚在组织中形成 高压细微气孔，使钢的塑性、韧性和疲劳强度急剧降低， 严重时会造成裂纹、脆断，是必须严格控制的有害元素。
二、合金元素在钢中的作用
常用合金元素： ➢非碳化物形成元素——Co Ni Cu Si Al ➢碳化物形成元素——Zr Nb V Ti W Mo Cr Mn
分析: •合金元素对钢中基本相的影响; •合金元素对Fe—Fe3C相图的影响; •合金元素对相变过程的影响。
1、合金元素对钢基本相的影响
(1)、强化铁素体
(2)形成碳化物
（Fe）Mn、Cr、 W、 Mo、V、 Nb、 Ti、Zr
弱
强
弱碳化物形成元素 强碳化物形成元素
形成合金渗碳体 (FeMn)3C 形成特殊碳化物 Cr7C3 形成特殊碳化物（VC，TiC）
熔点、硬度和稳定性： 特殊碳化物 > 合金渗碳体 > Fe3C
2、合金元素对Fe—Fe3C相图的影响 当合金元素溶入γ-Fe之后，γ相（合金元素溶于γFe中形成的固溶体）所在的温度范围会改变。
❖提高钢的淬透性, 常用的元素有:Cr、Mn、Mo、Si、Ni、 B等。 由于合金钢具有较高的淬透性，所以合金钢淬火通常是油淬。
(3) 合金元素对回火转变的影响
1)提高回火稳定性 有V、Si 、 Mo、W、Ni、Mn、Co等合金元素
•回火稳定性是指淬火钢在回火时抵抗软化的能力。
•合金元素可使回火各阶段的转变速度大大减慢，转变温度 明显提高，从而提高了钢的回火稳定性。
防止第二类回火脆性的产 生的方法: ➢在回火后快速冷却 ➢加入合金元素W、Mo
Cr-Ni 钢的回火脆性示意图
三、钢的分类和编号原则
（一）钢的分类 1、按化学成分分类: 有碳素钢与合金钢两大类；
➢按碳的含量分类： （1）低碳钢 wc≤0.25% （2）中碳钢 wc=0.25%～0.6% （3）高碳钢 wc≥0.60%
3、合金元素对钢相变过程的影响
(1)、合金元素对加热时奥氏体形成的影响
➢ 合金元素的加入会改变C在钢中的扩散速度，进而改变A 的形成速度。 除Mn 、Ｐ元素外,所有合金元素的加入,均阻止奥氏体 晶粒长大。
➢ 强碳化物形成元素能强烈的阻止奥氏体晶粒长 大(Ti、V、Zr、Nb 等)。
➢ 非碳化物形成元素能轻微的阻止奥氏体晶粒长 大(Si、Ni、Cu、Co 等)。
因此，对于含有强碳化物形成元素的合金钢，即使采用较高淬火 温度和较长的保温时间，钢的晶粒也不会粗大。但对于锰钢来说 ，由于其奥氏体晶粒易于长大在淬火时应严格控制加热规范。
(2) 合金元素对过冷奥氏体转变的影响
❖ 除 Co 元素外, 所有的合金元素均使 钢的C曲线向右移。
❖ 除 Co、Al 元素外, 所有的合金元素 都使马氏体转变温度下降。
➢ 一般钢中Wsi<0.4%,对钢的性能影响不显著。
2.有害元素:
硫 ——形成低熔点的FeS，使钢产生热脆。 热脆： FeS与Fe形成的熔点（989℃ ）共晶体分布在奥氏体晶
界上；当钢加热到1000-1200℃进行锻压或轧制时，由于晶 界上的共晶体已经熔化，致使晶粒脱开，钢变得极脆，这种 现象称热脆。