碳素钢和合金钢讲解

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1、碳 素 钢 与 合 金 钢 基本概念基本概念 vv热处理热处理 将钢在固态下以适当的方式进行加热、保温和冷将钢在固态下以适当的方式进行加热、保温和冷 却，以获得所需组织和性能的工艺过程。却，以获得所需组织和性能的工艺过程。 vv热处理工艺的分类热处理工艺的分类 普通热处理普通热处理 退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火 表面热处理表面热处理 表面淬火、化学热处理表面淬火、化学热处理 其他热处理其他热处理 可控气氛热处理、真空热处理、形变热处理可控气氛热处理、真空热处理、形变热处理 淬火淬火：将钢件加热到将钢件加热到Ac3Ac3或或Ac1Ac1以上某一温度，以上某一温度， 保持一定时间后

2、，保持一定时间后，快速快速(Vk)(Vk)冷却的热处理工艺冷却的热处理工艺。 回火：回火：将将淬火后淬火后钢件再加热到钢件再加热到Ac1Ac1以下的某一温度，保以下的某一温度，保 温一定时间后，然后冷却到室温的热处理工艺温一定时间后，然后冷却到室温的热处理工艺 。 退火退火：将钢加热到适当温度（将钢加热到适当温度（临界温度以上临界温度以上30305050 ），保温一定时间，然后），保温一定时间，然后在炉中缓慢地在炉中缓慢地冷却的热处理工冷却的热处理工 艺。艺。 正火正火：将钢件加热到将钢件加热到Ac3Ac3或或AccmAccm线以上线以上30305050 CC ，保温适，保温适 当的时间后，在

3、当的时间后，在空气空气中冷却。中冷却。 碳素钢 越王勾践，自作用剑 碳素钢简称碳钢，是最基 本的铁碳合金。它是指在 冶炼时没有特意加入合金 元素，且含碳量大于 0.0218而小于2.11的 铁碳合金。 锰锰 硫硫 硅硅磷磷 一、钢中常存元素及其对性能的影响 钢 中 常 存 杂 质 元 素 氢氢 锰（Mn）的作用 有益作用 有害影响 来源：炼钢时加入的脱氧剂（有益元素） 能与硫（S）化合形 成硫化锰（MnS）， FeS+Mn=Fe+MnS，减 轻硫（S）的有害影 响；少量能溶入铁素 体（F） 中起固溶强 化作用。 含量过高会造 成钢的塑性下 降。一般不要 超过0.8. 硅（Si）的作用 有益作用

4、 有害影响 来源：炼钢时加入的脱氧剂（有益元素） 能消除氧化铁夹杂对 钢的不良响 2FeO+Si=2Fe+SiO2 少量能溶入铁素体（ F）中起固溶强化作 用，提高钢的强度、 硬度及弹性。 过多会造成塑性 下降，冲击性能 变差。含量一般 不超过0.4. 磷（P）的作用 有益作用 有害影响 来源：炼钢原料和燃料。（有害元素） 少量能溶入铁素 体（F）中，使 强度、硬度显著 提高。 引起钢的塑性和 韧性急剧下降， 尤其在低温时脆 性更大，这种现 象称为冷脆性。 含量 0.045 硫（S） 来源：炼钢原料和燃料。（有害元素） 有害影响 在钢中形成FeS , FeS与Fe形成低熔点 （985）共晶体

5、分布在晶界上，使 得对钢进行热加工时容易脆化开裂， 这种现象称为热脆性。含量0.05 氢（H） 来源：炼钢原料和燃料。（有害元素） 有害影响 造成氢脆、白点等缺陷 按钢的含碳量分类 碳素钢碳素钢 C0.60% C=0.25% 0.60% 低碳钢钢 高碳钢钢 中碳钢钢 C0.25% C代表含碳量， 含碳量越高硬度 越高，塑性越差 。 按钢的质量分类 碳素钢碳素钢 S0.025% P0.025% S0.035% P0.035% 普通钢钢 高级优级优 质钢质钢 优质钢优质钢 S0.050% P0.045% S代表含硫量， P代表含磷量。 按钢的用途分类 碳素钢碳素钢结构钢工具钢 制造各种 刀具，模

6、具，量具 机械零件 ，工程结 构件，建 筑结构件 按冶炼时的脱氧程度不同分类 碳素钢碳素钢 脱氧程度 完全的钢Z 脱氧程度介 于沸腾钢腾钢 和 镇镇静钢钢之间间 的钢钢b 沸腾钢腾钢 镇镇静钢钢 半镇镇静 钢钢 脱氧程度不 完全的钢F 杂质元素总结 Mn PH 总结 SiS 元素有益与有害是相对的：硅锰虽有 益，但也不是多多益善；硫磷虽有害 ，但炼铁过程中又不可避免其存在， 因此应严格控制其含量 二、碳素钢的分类 按含碳 量 按质质量按用途 按脱氧 程度 低碳钢钢 中碳钢钢 高碳钢钢 普通碳钢钢 优质优质 碳钢钢 高级优质级优质 碳钢钢 结结构钢钢 工具钢钢 沸腾钢腾钢 镇镇静钢钢 半镇镇静钢

7、钢 特殊镇镇静钢钢 三、碳素结构钢牌号及用途 应应用 各种钢钢板和型材如:厂房,桥桥 梁,船舶,和受力不大的机械 零件,如:铆钉铆钉 ,螺钉钉,螺母. 成分 含碳量一般0.30%,且含杂杂 质质和非金属夹杂夹杂 物较较多 (冶 炼较炼较 容易,价格便宜.) 热处热处 理 一般只做正火处处理,以起到 细细化晶粒均匀组织组织 ,提高机 械性能的目的。 性能 能满满足一般工程结结构 及普通零件的要求 1、（普通）碳素结构钢 普通碳素结构钢的牌号(QAF) Q:屈服强度 XXX:屈服强度的数值 A、质量等级，除此还有，B C D 级,D级最高 F:脱氧方法符号.F为沸腾钢,除此还有B ,Z ,TZ 如

8、:Q235DTZ,表示屈服强度为235MPa质量等级为D级 的特殊镇静钢 普通碳素结构钢的应用 应 用 Q185Q225Q235 一般桥梁、建筑结构 ，普通机械零件，如 螺钉、螺母等。 Q255Q275 可用于受力较大的 机械零件，如链轮 、拉杆等。 应 用 其中最为典型和常用的牌号为Q235，屈 服强度介于高低之间，能满足较广的需要 ，且冶炼容易，价格便宜。 普通碳素结构钢 用途 厂房 普通碳素结构钢 铆钉 普通碳素结构钢 套环 普通碳素结构钢 钢轨 2.优质碳素结构钢 成分 含碳量一般0.90%, 含杂质杂质 和非金属夹杂夹杂 物较较少。 热处热处 理 使用前一般都需要进进行热热 处处理。

9、 牌号 用两位数表示，这这两位数 表示该钢该钢 中含碳量的万分 数， 应应用 制造重要的机 械零件 0825#钢的应用（低碳钢） 法兰盘 销子 垫圈 螺钉 3055#钢的应用（中碳钢） 连杆 曲轴 齿轮 联轴器 60#以上钢的应用（高碳钢） 弹簧 板簧 弹簧垫圈 3.碳素工具钢 成分 含碳量一般0.70%, （高碳 钢钢）含杂质杂质 和非金属夹杂夹杂 物 较较少,(多为优质钢为优质钢 和高级优级优 质钢质钢 .) 牌号方法 “T”开头头，后面的数字代表 钢钢中平均含碳的千分数，若 后面的大写字母为为A代表等 级为级为 高级优质级优质 性能 高硬度，高耐磨性 热处理 必须经淬火回火处理 。 碳素

10、工具钢 用途 模具 碳素工具钢 丝锥 碳素工具钢 锉刀 练习 vT9 v表示平均含碳为0.9的优质碳素工具钢 vT12A v表示平均含碳为1.2的高级优质碳素工具钢 vT8Mn v表示平均含碳为0.8的较高含锰量优质碳素工具 钢 T8 T10 T12 錾子 锯条 锉刀 我们在制造 锉刀、锯条、錾 子等工具时若选 材不当会出现哪 些情况？ 思考题 1、牌号中的数字是含碳量的（ ）。 2、工具钢都是（ ）或（ ）。 3、高级优质钢应在牌号的末尾用（ ）表示。 千分数 优质钢高级优质钢 A 思考题 高级优质钢高级优质钢 小结 2、碳素钢 普通碳素结构钢 优质碳素结构钢 碳素工具钢 铸造碳钢 1、钢中

11、常存元素及其对性能的影响 锰、硅、硫、磷、氢 合金元素 为了提高钢的力学性能或得到某些特殊性 能，在钢的冶炼过程中有目的地加入一些元素。 所谓合金钢-碳素钢的基础上，为了改善钢的性能 ，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢。 合金钢 第二节 合金钢的分类及牌号 一、合金钢的分类 （一）按合金元素含量多少分 1.低合金钢 钢中的合金元素总含量小于5%； 2.中合金钢 钢中的合金元素总含量为510%； 3.高合金钢 钢中的合金元素总含量大于10%。 （二）按用途分 1.合金结构钢 2.合金工具钢 3.特殊性能钢 二、合金钢牌号的表示方法 （一）合金结构钢的牌号 由三部分组成，即“两位数字+元

12、素符号+数字”前面两 位数字代表钢中平均碳质量分数的万倍，元素符号表示 钢中所含的合金元素，元素符号后面数字表示该元素的 平均质量分数的百倍。合金元素的平均质量分数Me 1.5%时，一般只标明元素而不标明数值；当平均质量分 数1.5、2.5、3.5%，时，则在合金元素后面相 应地标出2， 3，4，。例如40Cr，其平均碳的质量分 数c=0.4，平均铬的质量分数Cr1.5。如果是高级 优质钢，则在牌号的末尾加“A”。例如38CrMoAlA钢，则 属于高级优质合金结构钢 （二）滚动轴承钢的牌号 牌号前面加“G”（“滚”字汉语拼音字首），钢中碳的质 量分数不标出，合金元素铬后面的数字表示铬平均含量的

13、 千分之几。 （三）合金工具钢的牌号 合金元素的表示方法与合金结构钢表示相同。在合金 工具钢中若碳的质量分数平均小于1%时，牌号前面用一位 数字表示出平均碳的质量分数的千分之几；若钢中碳的质 量分数平均大于1%时，则不标出。 （四）高速工具钢的牌号 与合金工具钢略有不同，钢中碳的质量分数平均 小于1%时，含碳量也不标出。 （五）特殊性能钢的牌号 与合金工具钢基本相同。在特殊性能钢中当碳的 质量分数平均小于0.03%时，在牌号前用“00”表示，当 钢中碳的质量分数平均为0.030.08%时，在牌号前用 “0”表示。 合金结构钢 用于制造重要工程结构和机器零件的合金钢称为合 金结构钢。 主要有：

14、低合金结构钢 合金渗碳钢 合金调质钢 合金弹簧钢 滚珠轴承钢 机械制造用钢 一、低合金高强度结构钢（低合金高强钢） 1. 用途 主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器 、输油输气管道、大型钢结构等。 桥梁 船舶 车辆 容器 储气罐 2. 性能要求 (1) 高强度：一般屈服强度在300 MPa以上。 (2) 高韧性：要求延伸率为15%20%，室温冲击韧 性大于600 kJ/m2800 kJ/m2。对于大型焊接构件，还要 求有较高的断裂韧性。 (3) 良好的焊接性能和冷成型性能。 (4) 低的冷脆转变温度。 (5) 良好的耐蚀性。 冷脆实例 1954年冬天，英国3万2千吨的“世界协和“号油

15、船，在爱尔兰寒风凛冽的海面上航行，突然船 体中部发生断裂，船很快就沉没了。后来，又 发生了几起类似的沉船事件。经研究发现，沉 船是由于外界温度太低，金属材料变脆后断裂 所致。这种材料的变脆现象因为是在低温下产 生的，所以称之为“冷脆“。 冷脆实例 利用脆化现象，人们发明了“低温粉碎技术“。例如，用低 温来粉碎废钢铁。我们知道，炼钢时，要大量使用废钢， 电炉炼钢时，废钢占原料总量的6080%。废钢在投入 冶炼前，先要进行破碎，以加快熔化速度。由于废钢的尺 寸、厚薄、轻重相差悬殊，所以废钢的粉碎一直是个难题 。传统的电弧切割法，速度慢，效率低。采用低温粉碎技 术，将废钢浸泡在液氮(-196)中，或用气氮冷却(-100 ）后，废钢就变得像玻璃那样易碎。 3. 常用低合金高强度结构钢 Q345 用量最多、产量最大的钢种。强度比普通 碳素结构钢Q235高约20%30%，耐大气腐蚀性能高20% 38%。 Q420 强度较高，且韧性、焊接性及低温韧性也 较好，被广泛用于制造桥梁、锅炉、船舶等大型结构。 4. 热处理特点 一般在热轧退火或正火状态下使用，不需要进行专 门的热处理。使用状态下的显微组织一般为铁素体+索氏 体。 轧制 二、合金渗碳钢 1. 用途 主