第五章 常用金属材料
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结构钢
3.碳素工具钢 按用途分为: 刃具 刃具钢 模具钢 量具钢
模
具
量具
5.1.3 合金钢
我国钢材的编号是采
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。
齿 轮
刀 具
常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法 表示符号（GB/T 221—2000）
名称
符号 位置
名称
符号 位置
碳素结构钢
⑵ 提高红硬性 含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时，由于析出
细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时A’转变为M回, 使硬度不仅不下降，反而升高的现象称二次硬化 （即红硬性）。
二、碳钢的分类 1.按含碳量分类
2.按质量分类 钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。 分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢.
Q 头 桥梁用钢
q
尾
低合金高强度钢 Q 头 锅炉用钢
g
尾
易切削钢
Y 头 焊接气瓶用钢 HP 尾
碳素工具钢
T
头 车辆车轴用钢 LZ
头
(滚珠)轴承钢
G
头 机车车轴用钢 JZ
头
焊接用钢
H 头 沸腾钢
F
尾
铆螺钢
ML 头 半镇静钢
b
尾
船用钢
国际符号
镇静钢
Z
尾
汽车大梁用钢
L
尾 特殊镇静钢
TZ 尾
含量依次下降，质量提高。
脱氧方法符号: 沸腾钢—F；镇静钢—Z；半 镇静钢—b；特殊镇静钢—TZ。
如碳素结构钢牌号表示为Q235AF、Q235BZ。
成分：<0.4%C, P、S量 及非金属夹杂较多.
性能：可焊性、塑性好。 热处理：不进行专门热
处理，热轧空冷态下使 用。 使Βιβλιοθήκη Baidu状态下组织：F+P
4.硫的影响 硫会使钢材形成热脆。所以，硫是有害元素，
其含量一般应控制在0.03%~0.05%以下。
合金晶界的低熔点硫化物共晶
合金元素在钢中的作用
在合金化理论中，通常把合金元素按与碳的亲 和力大小，分为碳化物形成元素和非碳化物形成元 素两类。
非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B 等。
合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：
Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。
⑴ Ti、Nb、 V为强碳化物 形成元素，碳
钢中碳化物
化物的稳定性、 熔点、硬度、
耐磨性高，如
TiC、VC等。
⑵ W、Mo、Cr为中碳化物形成元素，碳化物的稳 定性、熔点、硬度、耐磨性较高，如W2C等。
⑶ Mn、Fe为弱碳化物形成元素，碳化物的稳定性、 熔点、硬度、耐磨性较低，如Fe3C等。
对钢的热处理的影响 1、对奥氏体化的影响
对奥氏体形成速度的影响：除Ni、Co外， 都减缓奥氏体化过程，奥氏体晶粒长大受 强烈阻力，故能细化晶粒。
2、对过冷奥氏体转变的影响 ⑴对C曲线和淬透性的影响：除Co外，凡溶入奥氏
体的合金元素均使C曲线右移，淬透性提高。 常用提高淬透性的元素为Mn、Si、Cr、Ni、B。
2、按质量分 钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。 分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢. 根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：
钢类
普通质量钢 优质 钢 高级优质钢 特级优质钢
碳素钢
P
S
≤0.045 ≤0.045
≤0.035 ≤0.035
≤0.030 ≤0.030
≤0.025 ≤0.020
3、按冶炼方法分 类
4.按用途分类 • 碳素结构钢 • 碳素工具钢
电弧炉炼钢
碳钢的编号和用途
1.碳素结构钢
这类碳钢在冶炼时要求不高，
碳的质量分数在
0.06%~0.38%之间，含杂质
相对较多，但价格便宜。大
多用于要求不高的机械零件
钢
和一般工程构件。
板
牌号 Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号 Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa； 质量等级符号为A、B、C、D、E。由A到E，其P、S
1.锰的影响 锰是一种有益元素，可强化铁素体，提
高钢的强度和硬度，还能与硫形成MnS，以 减轻硫的危害。
2.硅的影响
硅能溶入铁素体，产生固溶强化，硅也 是有益元素。
3.磷的影响
磷可使钢的强度、 硬度增加，但塑性和韧 性显著降低，特别在低 温时更为严重——冷脆。
所以，磷是有害元 素，其含量必须严格控 制在0.035%~0.045%以下。
碳化物形成元素：Zr、Nb、Ti、V、W、Mo、Cr、 Mn、Fe等。
一、 对钢中基本相的影响 1、溶于铁素体, 起固溶强
化作用 非碳化物形成元素都溶于
铁素体，形成合金铁素体. Si、Mn对强度、硬度提高
显著。Cr、Ni在适当范围 内提高韧性。
对铁素体冲击韧性影响
2、形成碳化物，起强化相作用
合金元素对钢 淬透性的影响
⑵ 对Ms、Mf点的影响：除Co、 Al外,所有元素 都 使Ms、Mf点下降，因而增加了钢中的残余A 量。
3、对回火转变的影响 ⑴ 提高耐回火性：淬
火钢在回火过程中抵 抗硬度下降的能力称 耐回火性。
原因：合金元素能阻 碍马氏体分解及碳化 物的析出与聚集。
淬火碳钢 回火 时的 硬度变化
合金钢
P
S
≤0.045 ≤0.045
≤0.035 ≤0.035
≤0.025 ≤0.025
≤0.025 ≤0.015
按用途分
工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆
结构钢
机器用钢
渗碳钢 调质钢 弹簧钢 滚动轴承钢 耐磨钢
刃具钢
工 具 钢 模具钢 量具钢
特 殊 性 不锈钢 能 钢 耐热钢
挤压模具
一、常存元素对钢性能的影响
第七章 合金钢
工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。 碳素钢是指含碳量低于
2.11%的铁碳合金。 合金钢是指为了提高钢
的性能，在碳钢基础上 有意加入一定量合金元 素所获得的铁基合金。
一、钢的分类
1、按化学成分分
5.1 钢
锰钢、铬钢、硼钢
按合金元
素种类 铬镍钢、硅锰钢
低合金钢 合金元素总量 5% 按合金元 中合金钢 合金元素总量 5~10% 素含量分 高合金钢 合金元素总量 10%
螺纹钢 圆钢
2. 优质碳素结构钢
这类钢硫、磷有害杂质含量较少，因而质 量较高，其强度、塑性、韧性均比碳素结构钢 好。主要用于制造较重要的机械零件。
牌号
两位数字 +（Mn）
较高含Mn量 平均含碳量的万分之几
08F —— 含碳量为0.08%的优质碳素结构钢（沸 腾钢）
45 —— 含碳量为0.45%的优质碳素结构钢 55Mn —— 含碳量为0.55%较高含Mn量的优质碳素
3.碳素工具钢 按用途分为: 刃具 刃具钢 模具钢 量具钢
模
具
量具
5.1.3 合金钢
我国钢材的编号是采
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。
齿 轮
刀 具
常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法 表示符号（GB/T 221—2000）
名称
符号 位置
名称
符号 位置
碳素结构钢
⑵ 提高红硬性 含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时，由于析出
细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时A’转变为M回, 使硬度不仅不下降，反而升高的现象称二次硬化 （即红硬性）。
二、碳钢的分类 1.按含碳量分类
2.按质量分类 钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。 分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢.
Q 头 桥梁用钢
q
尾
低合金高强度钢 Q 头 锅炉用钢
g
尾
易切削钢
Y 头 焊接气瓶用钢 HP 尾
碳素工具钢
T
头 车辆车轴用钢 LZ
头
(滚珠)轴承钢
G
头 机车车轴用钢 JZ
头
焊接用钢
H 头 沸腾钢
F
尾
铆螺钢
ML 头 半镇静钢
b
尾
船用钢
国际符号
镇静钢
Z
尾
汽车大梁用钢
L
尾 特殊镇静钢
TZ 尾
含量依次下降，质量提高。
脱氧方法符号: 沸腾钢—F；镇静钢—Z；半 镇静钢—b；特殊镇静钢—TZ。
如碳素结构钢牌号表示为Q235AF、Q235BZ。
成分：<0.4%C, P、S量 及非金属夹杂较多.
性能：可焊性、塑性好。 热处理：不进行专门热
处理，热轧空冷态下使 用。 使Βιβλιοθήκη Baidu状态下组织：F+P
4.硫的影响 硫会使钢材形成热脆。所以，硫是有害元素，
其含量一般应控制在0.03%~0.05%以下。
合金晶界的低熔点硫化物共晶
合金元素在钢中的作用
在合金化理论中，通常把合金元素按与碳的亲 和力大小，分为碳化物形成元素和非碳化物形成元 素两类。
非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B 等。
合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：
Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。
⑴ Ti、Nb、 V为强碳化物 形成元素，碳
钢中碳化物
化物的稳定性、 熔点、硬度、
耐磨性高，如
TiC、VC等。
⑵ W、Mo、Cr为中碳化物形成元素，碳化物的稳 定性、熔点、硬度、耐磨性较高，如W2C等。
⑶ Mn、Fe为弱碳化物形成元素，碳化物的稳定性、 熔点、硬度、耐磨性较低，如Fe3C等。
对钢的热处理的影响 1、对奥氏体化的影响
对奥氏体形成速度的影响：除Ni、Co外， 都减缓奥氏体化过程，奥氏体晶粒长大受 强烈阻力，故能细化晶粒。
2、对过冷奥氏体转变的影响 ⑴对C曲线和淬透性的影响：除Co外，凡溶入奥氏
体的合金元素均使C曲线右移，淬透性提高。 常用提高淬透性的元素为Mn、Si、Cr、Ni、B。
2、按质量分 钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。 分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢. 根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：
钢类
普通质量钢 优质 钢 高级优质钢 特级优质钢
碳素钢
P
S
≤0.045 ≤0.045
≤0.035 ≤0.035
≤0.030 ≤0.030
≤0.025 ≤0.020
3、按冶炼方法分 类
4.按用途分类 • 碳素结构钢 • 碳素工具钢
电弧炉炼钢
碳钢的编号和用途
1.碳素结构钢
这类碳钢在冶炼时要求不高，
碳的质量分数在
0.06%~0.38%之间，含杂质
相对较多，但价格便宜。大
多用于要求不高的机械零件
钢
和一般工程构件。
板
牌号 Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号 Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa； 质量等级符号为A、B、C、D、E。由A到E，其P、S
1.锰的影响 锰是一种有益元素，可强化铁素体，提
高钢的强度和硬度，还能与硫形成MnS，以 减轻硫的危害。
2.硅的影响
硅能溶入铁素体，产生固溶强化，硅也 是有益元素。
3.磷的影响
磷可使钢的强度、 硬度增加，但塑性和韧 性显著降低，特别在低 温时更为严重——冷脆。
所以，磷是有害元 素，其含量必须严格控 制在0.035%~0.045%以下。
碳化物形成元素：Zr、Nb、Ti、V、W、Mo、Cr、 Mn、Fe等。
一、 对钢中基本相的影响 1、溶于铁素体, 起固溶强
化作用 非碳化物形成元素都溶于
铁素体，形成合金铁素体. Si、Mn对强度、硬度提高
显著。Cr、Ni在适当范围 内提高韧性。
对铁素体冲击韧性影响
2、形成碳化物，起强化相作用
合金元素对钢 淬透性的影响
⑵ 对Ms、Mf点的影响：除Co、 Al外,所有元素 都 使Ms、Mf点下降，因而增加了钢中的残余A 量。
3、对回火转变的影响 ⑴ 提高耐回火性：淬
火钢在回火过程中抵 抗硬度下降的能力称 耐回火性。
原因：合金元素能阻 碍马氏体分解及碳化 物的析出与聚集。
淬火碳钢 回火 时的 硬度变化
合金钢
P
S
≤0.045 ≤0.045
≤0.035 ≤0.035
≤0.025 ≤0.025
≤0.025 ≤0.015
按用途分
工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆
结构钢
机器用钢
渗碳钢 调质钢 弹簧钢 滚动轴承钢 耐磨钢
刃具钢
工 具 钢 模具钢 量具钢
特 殊 性 不锈钢 能 钢 耐热钢
挤压模具
一、常存元素对钢性能的影响
第七章 合金钢
工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。 碳素钢是指含碳量低于
2.11%的铁碳合金。 合金钢是指为了提高钢
的性能，在碳钢基础上 有意加入一定量合金元 素所获得的铁基合金。
一、钢的分类
1、按化学成分分
5.1 钢
锰钢、铬钢、硼钢
按合金元
素种类 铬镍钢、硅锰钢
低合金钢 合金元素总量 5% 按合金元 中合金钢 合金元素总量 5~10% 素含量分 高合金钢 合金元素总量 10%
螺纹钢 圆钢
2. 优质碳素结构钢
这类钢硫、磷有害杂质含量较少，因而质 量较高，其强度、塑性、韧性均比碳素结构钢 好。主要用于制造较重要的机械零件。
牌号
两位数字 +（Mn）
较高含Mn量 平均含碳量的万分之几
08F —— 含碳量为0.08%的优质碳素结构钢（沸 腾钢）
45 —— 含碳量为0.45%的优质碳素结构钢 55Mn —— 含碳量为0.55%较高含Mn量的优质碳素