低合金钢与合金钢的分类.

低合金钢与合金钢的分类（1）合金结构钢编号•前面数字表示钢的平均碳质量分数的万分数，元素符号表示钢中所含的合金元素，用化学符号表示，后面的数字表示合金元素平均含量的百分数。合金元素的平均含量四舍五入。•如0.37～0.45％C，0.80～1.10％Cr的铬钢，以40Cr表示；含0.57～0.65％C，1.5～2.0％Si、0.80～1.10％Mn的硅锰钢，以60Si2Mn表示。如含S、P量低的高级优质钢，则在钢号的末尾加以符号“A”或“高”字，如20Cr2Ni4A，表示平均碳质量分数为0.20％、Cr=2.0％、Ni=4.0％的高级优质合金钢。（2）滚动轴承钢与易切钢滚动承钢牌号为“G+平均铬质量分数的千分数”组成，碳质量分数不标出。如GCr15（滚铬15）表示平均含铬量为1.5％的滚动轴承钢。易切钢为“Y”+碳质量分数的万分数。如Y12、Y20分别表示平均碳质量分数为0.12％、0.20％的易切钢。（3）合金工具钢•合金工具钢的编号方法与合金结构钢相似，区别的是平均碳质量分数≥1.0％时不标出，＜1.0％时以千分数表示。•如9SiCr表示平均碳质量数为0.9％，Si、Cr的平均含量＜1.5％；CrMn表示平均碳质量分数≥1.0％，Cr、Mn平均含量＜1.5％。•对于高速钢不论碳质量分数多少，均不标出。如W18Cr4V表示平均碳质量分数为0.7％～0.8％、含钨量为18％、含铬量为4％、含钒量＜1.5％。（4）特殊性能钢牌号前面的数字表示平均碳质量分数的千分数。如9Cr18表示碳质量分数为0.9％，含铬量为18％。当平均碳质量分数≤0.03％及0.08％时，在钢号前分别标以“00”及“0”。如00Cr18Ni10表示平均碳质量分数≤0.03％、含铬量为18％、含镍量为10％；又如0Cr19Ni9表示平均碳质量分数≤0.08％、平均含铬量为19％、平均含镍量为9％。3．合金元素在钢中的作用常用的合金元素有：Mn、Si、Cr、Ti、Ni、V、Mo、W、RE等。3．合金元素在钢中的作用（1）合金元素对钢的基本相的影响（2）合金元素对Fe-C状态图的影响（3）合金元素对热处理的影响（3）合金元素对热处理的影响1）金元素对钢加热时奥氏体化的影响2）合金元素对过冷奥氏体转变的影响3）合金元素对马氏体转变的影响4）合金元素对淬火钢回火转变及性能的影响二.合金结构钢1．工程结构钢（1）低合金结构钢低碳、低合金，C0.2％，合金元素总量3.0％，可分为F-P钢，低碳B钢和低碳M钢。合金有Mn、Ti、V、Nb、Cu、P。Mn是基本强化元素，1.8％时，除固溶强化外，还可细化F晶粒，提高强度、改善塑性。Ti、Nb、V等生成微细碳化物起到细化晶粒和弥散强化作用，提高钢的强度和韧性。少量Cu、P可提高钢对大气的抗蚀能力。一般不进行热处理，在热轧正火状态使用。（2）船钢和锅炉钢专用于造船和锅炉制造的低合金结构钢，有专用牌号。船钢含P量不能太低，以保证一定的抗蚀性，碳质量分数不能太高，以提供良好的焊接工艺。锅炉钢Si含量不能太低，以保证Si氧化膜覆盖于钢的表面，提高钢的强度、韧性和抗氧化性，碳质量分数不能太高，便于焊接。机器结构用钢之（1）合金调质钢是指淬火+高温回火（调质处理）后使用的结构钢。组织为S回。C为0.30％～0.50％。含有较多的Mn、Cr、Si、Ni、B等，可固溶强化F，增加淬透性；另外含有少量的Mo、W、V等元素，形成特殊碳化物，细化晶粒，提高回火稳定性，防止第二类回火脆性。按淬透性大小可分三类：1）低淬透性合金调质钢主要40Cr、40MnB等。合金元素总量2.5％，淬透性低，综合力学性能及工艺性能好，可用于制造中小截面零件。如汽车、拖拉机轴、连杆、齿轮。2）中淬透性合金调质钢主要牌号35CrMo、40CrNi。合金元素总量不大于3.5％，可用于制作大截面、重载齿轮、曲轴和连杆等。3）高淬透性合金调质钢主要牌号40CrNiMoA、40CrMnMo等。合金元素总量达4.0％以上，淬透性高，可用于制作汽轮机的主轴、叶轮等。机器结构用钢之（2）合金渗碳钢渗碳+直接淬火+低温回火，表层为高碳M回+Ar+合金渗碳体，硬度HRC60～66。心部为F+T+少量低碳M，硬度HRC25～40；具有表硬，心强韧的特点。C：0.10～0.25％。合金Cr＜2.0％、Ni＜4.5％、Mn＜2.0％、B＜0.005％。合金元素具有固溶强化、提高淬透性作用；此外加入V、Mo、W、Ti等强碳化物形成元素，细化晶粒、抑制渗碳时A的长大，改善渗碳能力。可分三类:1）低淬透性合金渗碳钢：如15Cr、20CrMn等。经渗碳后淬火与低温回火后心部强度较低，强度与韧性配合较差，主要用于制造受力不大，强度、耐磨性要求不高的零件。2）中淬透性合金渗碳钢：如20CrMnTi、20Mn2TiB等。合金元素含量≤4.0％，淬透性较好，热处理后表面硬度高，而心部强韧性好，用作承受冲击载荷的齿轮、轴和凸轮盘等。3）高淬透性合金渗碳钢：如20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA等。合金元素总量4.0～6.0％，淬透性大，经渗碳+淬火+低温回火后心部强度很高，强度与韧性配合很好，可制造重载、大截面、强韧性和耐磨性要求高的重要零件，如内燃机车、飞机、坦克用的齿轮、轴、曲轴、连杆等。机器结构用钢之（3）合金弹簧钢是一种用于制造各种弹簧或类似零件的专用结构钢。C：0.5～0.7％，以保证钢具有高强度、高硬度和韧性。常用的有65Mn、60Si2Mn、55SiMnMoV。有热轧态和冷轧态两种。1）热轧态：用于制造ф2～ф50的弹簧，绕制或热压成型后，再淬火和中温回火（450～550℃），组织为S回，43～48HRC。2）冷拉态：用于制造截面＜ф2的弹簧，采用冷拉钢丝冷卷成型。成型后在200～250℃油槽中进行消除应力退火后即可使用。机器结构用钢之（4）滚动轴承钢用来制造轴承的滚珠、滚针、内外套圈和一些工、量、模具等。C：0.9～1.1％，Cr：0.5～1.65％，高碳获得高硬度和耐磨性；铬可提高淬透性，细化碳化物，提高耐磨性和韧性。热处理工艺：球化退火、淬火和低温退火。轴承钢锻造后的组织为：S+Fe3CⅡ（少量）。精密轴承，淬火后要进行一次冷处理（-60～-80℃），减少Ar含量，然后再低温回火，消除冷处理内应力。三.合金工具钢•用于制造刃、模、量具等工具。•要求高硬度和耐磨性，并有一定韧性和较小的变形。•分为刃具钢、模具钢和量具钢3类。1．合金刃具钢•用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等。•分为低速和高速刃具钢。•低速刃具钢有碳素工具钢和低合金刃具钢•高速刃具钢都是高合金钢。•高速钢在高速切削过程中，刀具刃部工作温度可达600℃，必须选用合金元素含量高的高速钢，使之在600℃左右工作时硬度仍在HRC60以上，保持良好切削性能，又称“锋钢”。•高速钢按其所含的主要合金元素可分为W系（如W18Cr4V）和Mo系（如W6Mo5Cr4V2）。共同特点是碳质量分数较高并含有较高的碳化物形成元素W、Mo、Cr、V等。高速钢的热处理—以W18Cr4V为例•工艺流程为：下料→锻造→退火→切削加工→淬火后三次高温回火→喷丸→磨削→成品。•退火：等温退火。加热：860～880℃，保温3～4h，随炉缓冷至500～550℃出炉空冷。•退火组织：S+细粒状合金碳化物，硬度为207～225HBS。•淬火：合金元素总含量高，导热性很差，采用分级预热。常用的是在盐浴炉中加热以防氧化和脱碳。•淬火加热温度：1270～1280℃，目的：使合金元素尽可能多地溶入A，从而在淬火后可获得合金元素含量高的合金马氏体，提高其红硬性和回火稳定性。尺寸小，形状简单工件油淬；形状复杂、变形量小工件分级淬火或等温淬火。组织：M淬+细粒状合金碳化物+较多Ar，硬度为63～64HRC。•回火：淬火后必须立即回火，以消除淬火内应力、稳定组织、减少Ar量。常用550～570℃回火三次，每次保温1h。使碳化物（W2C、VC等）呈细小弥散状从马氏体中析出，形成第二相弥散强化（即二次硬化）。•回火组织：M回+细粒状合金碳化物+少量Ar（1～2％），硬度63～66HRC2．合金模具钢•专用于制造模具的钢。•可分为：•冷作模具钢•热作模具钢•塑料模具钢等。3．合金量具钢•用于制造各种测量工具如量规、千分尺等。•要求高硬度（大于62HRC）与耐磨性，热处理变形小，存放和使用过程中，尺寸稳定，始终保持高精度，并有足够韧性和良好加工性。•简单量具选用碳素工具钢；高精量具采用低合金工具钢。•量具钢的热处理工艺为淬火+低温回火。组织：M回+Ar。•对于精度高的量具，通常在淬火后立即进行冷处理（-80℃），使Ar转变，然后再低温回火，另外在精加工前进行一次去应力退火（时效处理），以进一步稳定组织，消除量具的残余内应力。四.特殊性能钢指对某些特殊的物理、化学性能和力学性能具有较高指标的钢，主要有：高强钢、耐磨钢、耐热钢、耐蚀钢（不锈钢）等。1．高强度钢：σb＞1500Mpa，并具有一定强度和韧性。用于航空、火箭导弹等。2．耐磨钢：主要指在冲击载荷下发生冲击硬化的高锰钢。主要成分为：1.0～1.3％C、11.0～14％Mn（Mn/C=10～12），常用牌号ZGMn13。可用作制造防弹板、保险箱钢板、挖掘机的铲齿、轧辊、拖拉机、坦克履带、破碎机锷板等。3.耐热钢：金属材料的耐热性包括高温抗氧化性和热强性2个方面，具有良好耐热性能的钢称为耐热钢。（3）常用耐热钢1）奥氏体耐热钢：1Cr18Ni9Ti、4Cr14Ni14W2Mo等。可在600～750℃使用。广泛用于汽轮机、航空、舰艇、火箭、石油等部门的高温装置的重要构件。一般要进行固溶处理和时效处理后使用。2）铁素体耐热钢：可在低于650℃工作。与奥氏体不锈钢相比，合金元素含量较低，工艺性好，价格低廉，故被广泛使用，如15CrMo、1Cr17等可长期在580～650℃使用。3）马氏体耐热钢：一般含Cr量高，有较高的抗氧化性和热强性，淬透性好。一般用于600～650℃以下受力较大的零件，如各种汽轮机叶片等。大多调质处理后在回火索氏体下使用。4）珠光体耐热钢：合金元素总量3～5％，常用Cr12MoV、15CrMo等。在500℃以下工作，广泛用于动力、石油等部门作为锅炉及管道材料、汽轮机叶片等。4．耐蚀钢（不锈钢）将具有抵抗空气、水、酸碱或其他介质腐蚀的钢称为不锈钢1）奥氏体不锈钢（铬镍不锈钢，18-8型）常用1Cr18Ni9和1Cr18Ni9Ti等，碳为0.08～0.15％,Cr为17～19％，Ni为8～10％。是单相奥氏体组织，塑性和耐蚀性均较好。2）铁素体不锈钢：典型的是1Cr17钢，C：0.12％，含Cr：16～18％。含铬量高使钢形成单相铁素体，提高抵抗电化学腐蚀的能力，塑性好，强度低，并具有抗高温氧化性，但不能通过热处理强化，应进行去应力退火，消除冷变形或焊接后的内应力。3)马氏体不锈钢：常用1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、7Cr17、8Cr17等。其中1Cr13、2Cr13碳质量分数低，耐蚀性和韧性较好，适用于制造高温下在酸、碱、盐中承受冲击的零件。3Cr13、4Cr13碳质量分数增加，则硬度较高，适用于制造在一定腐蚀介质要求高强度的零件。7Cr17、8Cr17碳质量分数和含铬量都增加，硬度、耐磨性提高，适用于制造耐蚀性的工、刃、量具等。