金属工艺学第四章工业用钢

材料科学与工程学院1第四章工业用钢十五863子课题验收汇报第四章工业用钢材料科学与工程学院2第四章工业用钢十五863子课题验收汇报一、钢的分类按化学成分分类碳素钢和合金钢；按用途分类结构钢、工具钢、特殊性能钢；按质量分类普通钢、优质钢和高级优质钢。材料科学与工程学院3第四章工业用钢十五863子课题验收汇报碳对力学性能的影响强度、硬度升高，塑韧性下降。§4.1碳素钢一、化学成分对碳钢力学性能的影响材料科学与工程学院4第四章工业用钢十五863子课题验收汇报碳钢中的杂质锰——有益；0.25--0.80%a.脱氧剂：降低FeO→↓脆性，b.脱硫剂：Mn+S→MnS(降低S的有害作用)↑热加工性能c.固溶强化，使性能更优。Si——有益a.脱氧→↓脆性b.固溶强化磷——有害Fe3P室温下100℃，脆性大→冷脆材料科学与工程学院5第四章工业用钢十五863子课题验收汇报硫——有害5．O、N、HO——↓机械性能，强度、塑性降低，有害元素N——产生兰脆，有害元素若钢中存在Al、V、Ti↑→兰脆消失→强度，硬度提高H——氢脆、白点，有害元素在钢的晶界处产生低熔点的共晶体（Fe+FeS）→加入Mn→MnS（除硫）热脆材料科学与工程学院6第四章工业用钢十五863子课题验收汇报碳钢的分类1．碳含量：低碳钢C%0.25%、中碳钢0.25C%0.6%、高碳钢C0.6%2．质量（S、P杂质含量）：普碳钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢3．按用途：碳素结构钢、碳素工具钢、铸钢材料科学与工程学院7第四章工业用钢十五863子课题验收汇报二、碳钢的牌号和用途1．普通碳素结构钢碳素结构钢分为五类20种，C0.38%（常用C0.25%）,其牌号主要依据钢材的厚度（或直径）不大于16mm的钢的屈服强度数值进行划分，以Q×××表示，其中×××表示该钢种在厚度小于16mm时的最低屈服点（Mpa），然后以钢的质量等级和脱氧方法进行细分，在钢的牌号尾部，可用A、B、C、D表示钢的质量等级。GB700-88。常用的碳素结构钢为Q235。其牌号中符号的意义如下：Q——代表钢的屈服点字母。A、B、C、D——反映碳素结构钢中有害元素（S、P）含量多少的质量等级符号，按字母顺序，等级高含S、P量下降。F、b、Z、TZ——表示脱氧方法的符号。其中F——沸腾钢、b——半镇静钢、Z——镇静钢、TZ——特殊镇静钢。例如Q235A﹒F表示屈服强度为235MPa的质量等级为A级的沸腾钢。材料科学与工程学院8第四章工业用钢十五863子课题验收汇报碳素结构钢新旧牌号对照和用途GB700－79牌号GB700－88牌号备注应用1号钢（A1、B1）Q195Q195的化学成分与B1同，力学性能与A1同塑性好，有一定强度。用于承受载荷不大的桥梁构件，也作铆钉、冲压件、焊接件A2Q215A——C2Q215B——A3Q235A——强度较高，塑性好。用于承受载荷较大的结构，也可制作转轴、心轴、拉杆、螺栓、螺母C3Q235B————Q235C用于重要焊接结构——Q235D用于重要焊接结构A4Q255A——强度更高。可制作链、销、转轴、轧辊、主轴等中等载荷零件C4Q255B——C5Q275不分等级，化学成分和力学性能均需保证材料科学与工程学院9第四章工业用钢十五863子课题验收汇报2．优质碳素结构钢P≤0.035％、S≤0.035％，用于制造较重要的机件。GB699-88中钢号用平均碳含量的万分数的数字表示。包括低碳钢（08、10、15、20、25、）中碳钢（30、35、40、45、50、55），高碳钢（60、65、70、75）。如：08F（F表沸腾钢），20A（后有“A”表高级优质钢），45，15Mn（表含Mn量高）。制作各种机器零件，一般进行热处理。08F塑性好，冷冲压件10，20冷冲压件，焊接件，渗碳处理。35，45，40，50齿轮、轴类60，65弹簧材料科学与工程学院10第四章工业用钢十五863子课题验收汇报3．碳素工具钢0.65~1.35C%，大多属于共析和过共析钢，淬火后有高的硬度（60HRC）和良好的耐磨性。钢号用T××或T×，××表示平均碳含量的千分数。对于硫、磷含量更低的高级优质碳素工具钢，则在数后面增加符号A。用以制作刃具、量具、模具。如：T10A（1.0%C，A表示高级优质碳素工具钢）T7，T8，强度，韧性较高，可制作冲头、凿子、榔头T9、T10、T11，强度，韧性适中，可制作钻头、刨刀、丝锥、手锯及冷作模具。T12，T13，硬度很高，韧性低，可制作锉刀、刮刀、量规。4．铸钢“ZG”加平均碳含量万分数表示，如：ZG25（0.25%C），ZG45（0.45%C）形状复杂，需要一定强度、塑性和韧性的零件。材料科学与工程学院11第四章工业用钢十五863子课题验收汇报§4.2低合金钢合金钢是为改善钢的某些性能，特意加入一种或几种合金元素所炼成的钢。如果钢中的含硅量大于0.5％，或者含硅量大于1.0％，也属于合金钢。低合金高强度结构钢，又称低合金钢，是在低碳钢的基础上加入少量合金元素(总质量分数一般5％)而得到的，具有较高强度。碳的质量分数一般不超过0.20％，以提高韧性、满足焊接和冷塑性成形要求。合金总量较低（3%），加入以Mn为主的合金元素，并加入铌、钛或钒等附加元素。低合金高强度结构钢的牌号与碳素结构钢相同，即Q×××表示，后面三位数字表示其最低屈服强度，最后以符号表示其质量等级。材料科学与工程学院12第四章工业用钢十五863子课题验收汇报P细＋FB下（500MN/m2）使用态组织:一般供应状态(热轧空冷)下直接使用,不需热处理焊接结构可进行一次正火,改善焊区性能。热处理特点按σs分6级（300、350、400、450、500、600MN/m2）:①低强度级别:16Mn一般工程结构②中等强度级别:15MnVN大型桥梁,锅炉,船舶,焊接结构.③高强度级别（500MN/m2）:18MnMoNb高压锅炉,高压容器典型钢号及其应用碳钢和低合金钢焊条材料科学与工程学院13第四章工业用钢十五863子课题验收汇报①低C:＜0.2%②主加元素：以Mn、Si为主，Mn和Si固溶强化③辅加元素：V,Nb,Ti等元素细化组织Cu抗腐蚀成分特点与合金化原则：①高强度:σs＞300MN/m2（300-650MN/m2）②高韧性：低温韧性（低温工作），断裂韧性（焊接结构）③良好焊接性能和冷成形性能④较高耐腐蚀性（大气、海洋等环境）性能特点:用途：建筑结构用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等材料科学与工程学院14第四章工业用钢十五863子课题验收汇报①提高强度（达800MN/m2）：合金化：加入多种合金元素（Cr、Mn、Mo、Ni、Si、B）热处理：淬火＋高温回火（S’）②保证韧性与焊接性能：超低碳化（0.02-0.04％C），控制轧制——5微米超细晶粒③发展专用钢发展趋势材料科学与工程学院15第四章工业用钢十五863子课题验收汇报一、合金钢的编号及用途§4.2合金钢质量：优质钢、高级优质钢（A）、特级优质钢（E）。1．合金结构钢“数字＋元素符号＋数字”表示，牌号中起首的两位数字表示钢的平均含碳量的万分数，元素符号及其后的数字表示所含合金元素及其平均含量的百分数。如40Cr，C%=0.4%（1）合金含量用（百分数）表示,如20Cr3MoWVA,其中C%=0.2%,Cr%=3%,Mo,W,V1.5%.（2）合金元素含量小于1.5%，则不标含量。（3）高级优质钢在牌号尾部增加符号“A”。材料科学与工程学院16第四章工业用钢十五863子课题验收汇报成分特点与合金化原则：2.合金渗碳钢①低C:0.1%～0.25%②加入提高淬透性元素Cr,Ni,Mn,B③加入Mo,W,V,Nb,Ti等阻碍A晶粒长大和形成ｋ提高耐磨性④Ni增加渗层塑、韧性性能特点渗碳处理：①渗层硬度高,耐磨,抗接触疲劳,且有适当塑性,韧性②心部高韧性和足够强度③良好的热处理工艺性能用途：变速齿轮、凸轮轴、活塞销材料科学与工程学院17第四章工业用钢十五863子课题验收汇报热处理特点使用态组织：表层：ｋ＋M’＋A’（HRC60-62）心部：(ak700kJ/m2)①淬透，低C的M′（HRC40-48）②未淬透，T＋M'＋F(少量)（HRC25-40）典型钢号及其应用低淬透性（800-1000MN/m2）:20Cr——冲击载荷小的耐磨件,如小轴,活塞销,小齿轮.中淬透性（1000-1200MN/m2）:20CrMnTi——有良好的力学性能和工艺性能,适合高速中载有冲击的耐磨件,如汽车、拖拉机重要齿轮,连轴器,十字销头.高淬透性（1200MN/m2）:18Cr2Ni4WA——重载大截面重要耐磨件,如柴油机曲轴,连杆①一次(二次)淬火②直接淬火正火——渗碳——尺寸稳定化处理(如冷处理)——低温回火重要零件——材料科学与工程学院18第四章工业用钢十五863子课题验收汇报3.合金调质钢成分特点与合金化原则：①中C：0.25%～0.50%，以0.4左右为主②加入提高淬透性元素Cr,Ni,Mn,Si,B③加入Mo,W消除回火脆性能特点高水平综合机械性能,能满足多种和较复杂的工作条件用途：齿轮、轴、连杆、高强螺栓材料科学与工程学院19第四章工业用钢十五863子课题验收汇报使用态组织：S'（表面M’）典型钢号及其应用①低淬透性（油淬临界直径30-40mm）:40Cr,40MnB一般尺寸重要零件,如齿轮,主轴②中淬透性（油淬临界直径40-60mm）:35CrMo截面尺寸较大零件,如曲轴,连杆.③高淬透性（油淬临界直径60-100mm）:40CrNiMo大截面重载重要零件,航空发动机轴如汽轮机主轴和叶轮热处理特点油淬+高温回火（调质）————①表面淬火;②化学热处理(如氮化)(38CrMoAl氮化钢)表面耐磨材料科学与工程学院20第四章工业用钢十五863子课题验收汇报4.合金弹簧钢成分特点与合金化原则：①中高C：0.45%～0.70%②主加元素Si,Mn：提高淬透性，提高屈强比③辅加元素Cr,W,V：细化晶粒,耐冲击,高温强度好④控制杂质：优质（S≤0.04%,P≤0.04%）或高级优质（S≤0.03%,P≤0.035%）性能特点①高σe和σs,高屈强比②高疲劳抗力③足够塑韧性,能承受震动,冲击④有较好淬透性,不易脱C,易绕卷成形用途：弹簧、汽车板簧材料科学与工程学院21第四章工业用钢十五863子课题验收汇报使用态组织T'典型钢号及其应用热处理特点①以Si,Mn合金化：65Mn,60Si2Mn用于汽车、拖拉机、机车的板簧和螺旋弹簧②以Cr,V,W合金化：50CrVA350℃～400℃以下重载、较大型弹簧如阀门弹簧、高速柴油机气门弹簧.①大型弹簧：热轧钢丝、钢板→热成形法弯曲成型→淬火+中温回火→喷丸②小尺寸弹簧：冷成形法铅浴450-550oC等温→冷拔钢丝→冷卷成型→去应力退火→喷丸→淬火+中温回火→冷卷成型→去应力退火→冷卷成型→淬火+中温回火材料科学与工程学院22第四章工业用钢十五863子课题验收汇报5.滚珠轴承钢成分特点与合金化原则：①高C：0.95%～1.10%，GCr15中含C%≈1.5%②基本合金元素Cr（0.40-1.65％）：提高淬透性;细化ｋ;提高耐磨性和接触疲劳抗力;③辅加元素：Si,Mn提高淬透性;V提高耐磨性,防止过热④纯度要求极高（S0.02%,P0.027%）性能特点①高接触疲劳强度②高硬度和耐磨性③足够的韧性和淬透性④一定耐蚀能力和良好尺寸稳定性用途：滚动轴承的滚动体、内外套圈精密量具、模具、机床丝杠材料科学与工程学院23第四章工业用钢十五863子课题验收汇报使用态组织M'＋细ｋ＋少量A'典型钢号及其应用热处理特点①Cr轴承钢：GCr15——中小型轴承；冷冲模,量具,丝锥。②添加Mn,Si,Mo,V的轴承钢：GCr15SiMo,GSiMnMoV——制造大型轴承.①正火：消除Cem网②球化退火：便于切削,使ｋ细小均匀,为淬火作准备③淬火：细针M+A④冷处理（-60～-