3新钢种

第14章新型金属材料

14.1钢铁

14.1.1新钢种

14.1.1.1 非调质结构钢

非调质钢不仅节约了热处理能耗，而且避免了零件的变形和开裂，减少了校直工序，提高了疲劳强度。非调质结构钢的化学成分见表14.1，其力学性能见表14.2～14.4。表14.5为国外一些非调质结构钢的成分，表14.6为其力学性能。

表14.1 非调质结构钢的化学成分/ %（质量百分比）

表14.2 直径或边长不大于40mm易切削非调质结构钢的力学性能

表14.3 直径或边长不大于60mm易切削非调质结构钢的力学性能

表14.4 热锻用非调质结构钢的力学性能

表14.5 国外非调质结构钢的化学成分/ %（质量百分比）

表14. 6 国外非调质结构钢的力学性能

注：①为艾氏试样，②为U形缺口试样

14.1.1.2低淬透性含钛优质碳素结构钢

这种钢淬透性低，在淬火时在心部易得到珠光体组织。进行高频或低频表面淬火时，淬硬层沿零件轮廓均匀分布，在保证表面获得高硬度的同时，心部仍有高的强度和韧性。低淬透性含钛优质碳素结构钢的化学成分和力学性能见表14.7。

表14.7 低淬透性含钛优质碳素结构钢的化学成分和力学性能

14.1.1.3 保证淬透性结构钢

保证淬透性钢能采用比较缓和的淬火剂来淬火，淬火时可以完全淬透，减少热处理时的变形与开裂，回火时整个截面组织相同，淬火后工件尺寸变形稳定。保证淬透性钢的牌号和化学成分见表14.8，硬度见表14.9，淬透性指标见表14.10。含硼的保证淬透性钢的热处理制度及冲击功见表14.11。

表14.8 保证淬透性钢的牌号和化学成分/ % (质量百分比)

表14.9 保证淬透性钢的硬度

表14.10 保证淬透性钢的淬透性指标

表14.11 含硼的保证淬透性钢的热处理制度及冲击功

14.1.1.4 节约贵重合金元素的合金结构钢

用廉价的Mn-B钢、Cr-Mn-Si钢、Cr-Mo钢、Cr-Mn钢代替Ni-Cr钢以降低成本和节约贵重合金元素是合金结构钢发展的一个趋势，如我国开发的20MnVB和20MnMoB分别代替20CrNi和20CrNi3，各国开了ZF6和ZF7等合金。20MnVB和20MnMoB的化学成分和力学性能见表14.12，ZF6和ZF7合金的化学成分淬透性见表14.13。

表14.12 20MnVB、20MnMoB和30MnWMo的化学成分和力学性能

表14.13 ZF6和ZF7合金的化学成分淬透性

14.1.1.5 中低碳弹簧钢

中低碳弹簧钢具有淬透性好、抗淬火开裂性强、强韧性匹配能力好，冲击韧性和断裂韧性高，松弛抗力适中等优点。35SiMnB和30SiMnB中低碳弹簧钢的成分及力学性能见表14.14。

表3.14 30SiMnB和35SiMnB中低碳弹簧钢的成分及力学性能

14.1.1.6无间隙原子钢

在超低碳钢中加入Ti、Nb或Ti和Nb同时加入，使间隙固溶于钢基体中的C、N原子以碳化物、氮化物形式析出，钢中几乎不存在间隙固溶原子。这种钢可用来进行深冲压。无间隙原子钢的化学成分见表14.15，力学性能见表14.16。

表14.15 无间隙原子钢的化学成分/ % （质量百分比）

表14.16 无间隙原子钢的力学性能

14.1.1.7沉淀强化钢

美国和日本都开发了含V、Nb或Ti的低合金含量的沉淀强化钢。我国也开发了类似的钢种，如16Mn、16MnRE、15MnV、16Nb、10Ti、9SiV等。美国典型的沉淀强化钢的成分和力学性能见表14.17。

表14.17 美国典型的沉淀强化钢的成分和力学性能

14.1.1.8 增磷钢和增氮钢

增磷钢和增碳钢既有较高的强度，又有良好的成性能。美国和日本典型的增磷钢和增氮钢成分及其力学性能见表14.18。

表14.18 美国和日本典型的增磷钢和增氮钢成分及其力学性能

14.1.1.9双相钢

双相钢兼有高强度和优良的冲压性能，日本和美国的几种典型双相钢的化学成分和力学性能见表14.19。我国研制的一些双相钢的力学性能见表14.20。

表14.19 日本和美国的几种典型双相钢的化学成分和力学性能

表14.20 国内生产的热轧钢板类别及力学性能

14.1.1.10无磁模具钢

新型无磁模具钢为70Mn15Cr2Al3VWMo ，其硬度为HV1450，磁导率为1.25μH/m 。该合金的需要采用硼处理，其工艺见图

14.1。

14.1.1.11 不锈钢

(1)无磁不锈钢

随着电子器械和超导技术的发展，不锈钢也用作常温或超低温无磁材料。通过调整不锈钢中Ci 、Ni 、Mn 等元素含量，可以获得需要性能的无磁不锈钢，其主要成分见表14.21。QSNM 5N 不锈钢经40%变形后，其抗拉强度达到1250MPa ，，磁导率在1.01μH/m 以下。

表14.21 软质无磁不锈钢及其主要成分

/ % （质量百分比）

(2)含铜抗菌不锈钢 不锈钢中加入Cu ，在钢中均匀分散地析出ε-Cu 相，对大肠杆菌和黄色葡萄球菌具有稳定的抑制作用，可用于食品机械和医疗器械上。日本开发了NSS AM1、AM2和AM3系列抗菌不锈钢产品，它们的典型化学成分见表14.22。

0 时间 / h 温度 / ℃

图14.1 70Mn15Cr2Al3VWMo 无磁模具钢的硼处理

表14.22 NSS AM1、AM2和AM3系列抗菌不锈钢的典型化学成分/ % （质量百分比）

14.1.1.12 SiMnCr高强度钢

SiMnCr高强度钢的化学成分和力学性能见表14.23。

表14.23 SiMnCr高强度钢的化学成分和力学性能

14.1.1.13耐磨钢

高锰钢被广泛应用于制造冶金、矿山、建材、电力和铁路等部门所使用的金属耐磨零部件，如挖掘机斗齿、球磨机衬板、破碎机鳄板、风扇磨冲击板、铁路道叉等。近年来出现了低合金耐磨钢、中、低锰钢等。还有人研究超高锰钢。

(1)低合金耐磨钢

1)低合金高强度耐磨钢

低合金高强度耐磨钢满足小载荷多冲击条件下工作的冲击零件耐磨性的需要，其化学成分见表14.24。合金在930℃保温1h后空淬，然后进行回火1.5h。钢的力学性能与回火温度有关，力学性能与回火温度的关系见表14.25。

表14.24 低合金高强度耐磨钢的化学成分/ %（质量百分比）

表14.25 低合金高强度耐磨钢的力学性能与回火温度的关系

2）低合金高强韧性耐磨钢

清华大学开发了一种低合金高强韧性耐磨钢，主要用于煤炭、水利、国防等竖井钻机的破岩滚刀。该合金为CrMnSi系合金，在880℃～920℃加热淬火后，250℃～300℃回火后，该钢具有高的强度、高的韧性和高的耐磨性。表14.26为该合金920℃淬火并经不同温度回火2h时的抗拉强度。

表14.26 低合金高强韧性耐磨钢920℃淬火并经不同温度回火2h时的抗拉强度