钢铁材料学9讲解

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1、钢铁材料学 20152015年年 1111月月 钢铁材料知识 钢的分类与主要国家钢号 钢与铁 l一般将碳含量小于2.11%的Fe-C合金（可 以含有其他合金元素）称为钢 l碳含量大于2.11%的Fe-C合金（通常的碳 含量为2.54.5%，一般均含Si，可以含有 其他合金元素）则称为铸铁 l铸铁熔点较低，生产相对简单，但杂质元 素含量较高，性能较低（特别是塑韧性） 合金钢与非合金钢 l 钢的生产原料中含有且在冶炼过程中不能完全脱 除的元素（有害元素及有益元素）以及冶炼过程 中为了脱氧等目的而加入钢中且保留下来的元素 称为常存元素，如Si、Mn、S、P、Al、Cu、N、 H、O等 l 为提高钢的

2、某种性能而在钢中有意加入的元素称 为合金元素。钢中常存元素中若其主要目的为提 高钢材的某种性能且加入量超过一定限度也将成 为合金元素 l 含有除C以外的合金元素的钢称为合金钢，不含C 以外的合金元素的钢称为非合金钢 钢的质量分类 l 普通钢：S、P等杂质及残存元素含量的控制要求 一般的钢。普通非合金钢中S不大于0.055%，P 不大于0.045%；普通低合金钢中S、P含量按A、 B、C、D、E质量等级分别为不大于0.045%、 0.040%、0.035%、0.030%、0.025%；对其它杂 质元素的含量也有明确的控制要求 l 优质钢： S、P等杂质及残存元素含量的控制要求 较高的钢。优质非合

3、金结构钢中S、P均不大于 0.040%，优质非合金工具钢中S、P分别不大于 0.030%、0.035% l 特殊质量钢：S、P等杂质及残存元素含量的控制 要求很高的钢。如特殊质量非合金工具钢中要求 S、P分别不大于0.020%、0.030% 钢中碳含量分类 l碳是钢中最重要的合金元素，其含量对钢的 强度、塑韧性有关键的影响，因而往往按钢 中碳含量进行分类：低碳钢（C小于0.25% ）、中碳钢（C0.250.6%）、高碳钢（C大 于0.6%，常用0.61.2%） l超低碳钢：一般把碳含量低于0.05%的钢称 为超低碳钢 合金元素含量分类 l非合金钢，不含除C之外的有意添加的合金 元素（但含有少量

4、常存元素如杂质元素S、 P、O、N、H及脱氧元素Si、Mn等） l低合金钢，合金元素总量小于5% l中合金钢，合金元素总量510% l高合金钢，合金元素总量大于10% 钢铁的室温平衡组织分类 l亚共析钢、共析钢、过共析钢、莱氏体钢 l低碳钢中：铁素体珠光体钢、针状铁素体钢、 贝氏体钢、少珠光体钢、无珠光体钢、无间隙 原子钢（IF钢） l高合金钢中：铁素体钢、奥氏体钢、马氏体钢 、双相钢 l铸铁：共晶铸铁、亚共晶铸铁、过共晶铸铁 l铸铁中石墨（或渗碳体）状态：白口铁、灰口 铁、可锻（团絮）铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁 冶炼工艺分类 l炼钢设备：转炉钢、电炉钢、平炉钢（现 已不用） l精炼设备：电渣钢

5、、真空自耗钢、双真空 处理钢等 l钢水浇注前的脱氧程度：镇静钢、沸腾钢 、半镇静钢、特殊镇静钢 钢的用途与钢类 l根据用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能 钢（不锈钢、焊条钢、电工钢等） l我国国家标准规定按用途可分为13类钢（一 些用量很大的钢类还考虑了合金化、冶金质 量、专门用途方面区分）：非合金结构钢、 优质非合金结构钢、非合金工具钢、易切削 钢、低合金高强度钢、合金结构钢、弹簧钢 、滚动轴承钢、合金工具钢和高速工具钢、 不锈钢和耐热钢、焊条钢、电工用硅钢、电 工用纯铁 钢材供货状态 l热轧态 l正火态 l冷轧态（冷拉态） l退火态 l锻钢 l铸钢 l预硬化态 钢材形状类型 l长形材：棒、

6、线、丝、型（方、扁、角、 槽、轨、工字、H、异等） l扁平材：板（厚板、中板、薄板、涂层板 、镀锌板、彩涂板）、带（宽带、窄带、 超薄带即箔）、管（焊管、无缝管、异型 管） l经济发展程度低主要使用长形材，经济发 展程度高以后大量采用扁平材 我国钢号表示方法 l我国钢号表示方法概述 钢的牌号简称钢号，是对每一种具体钢产 品所取的名称，是人们了解钢的一种共同 语言。我国的钢号表示方法，根据国家标 准钢铁产品牌号表示方法（GB221-79 ）中规定，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表示。即 ： 我国钢号表示方法 钢号中化学元素采用国际化学符号表示， 例如Si、Mn、Cr等。

7、混合稀土元素 用“RE”（或“Xt”）表示 产品名称、用途、冶炼和浇注方法等，一 般采用汉语拼音的缩写字母表示 钢中主要化学元素含量（%）采用阿拉伯 数字表示 工程结构钢质量等级采用字母顺序表示 工程结构用钢 l 工程结构用钢一般无需热处理（特殊情况下需要进 行简单的热处理时也主要在钢厂进行），用量占总 钢产量的70%左右，大多需要焊接 l 工程结构用钢主要采用屈服强度级别表示：非合金 结构钢有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275共五 个强度级别，低合金结构钢有Q295、Q345、Q390 、Q420和Q460共五个强度级别，每个强度级别又 按质量分为A、B、C、D、E五个质量等级

8、，A级 不做冲击试验，后4个等级分别做+20、0、-20 、-40冲击试验（F级-60） 工程结构用钢 l 同时还对化学成分有明确要求的低合金高强度钢 则采用合金结构钢的钢号表示方法，如16Mn l 特殊用途的工程结构钢在钢号后加字母表示：C 船用钢，L汽车大梁钢，R容器钢，K矿用钢，q桥 梁钢，g锅炉钢，HP焊接气瓶钢 l 某些特殊用途的工程结构钢采用拉伸强度级别表 示，如510L表示拉伸强度大于510MPa的汽车大梁 钢 l 很多钢厂还将其钢厂缩写字母放在钢号前：B宝 钢，A鞍钢，W武钢 工程结构用钢 l某些专门用途的钢类则采用特定的表示方 式： l管线钢通常采用美国石油协会API标准，

9、X80表示屈服强度大于80psi(磅/平方英寸， 1psi约等于7MPa) l船板钢采用国际船级社标准，按质量等级 分为A、D、E、F 级，按屈服强度分为32、 36、40级，AH36表示屈服强度大于 36kgf/mm2的A质量级别船板钢 工程结构用钢 l某些特殊性能要求的钢则采用特殊的表示方 式： l抗层状撕裂钢，也称Z向钢，在钢号后加Z15 、Z25、Z35表示抗层状撕裂能力 l钢筋钢可按强度级别分为、和级 钢筋，其屈服强度和抗拉强度分别为235/370 、335/510、400/570、540/835MPa，也可表 示为HRB335、HRB400、HRB500（ hotrolled ri

10、bbed bars） 机械制造用结构钢 l碳含量用2位数字表示，单位为0.01质量 分数，若大于1%则不出现数字标注 l合金元素用元素符号表示，后跟数字表示 含量，单位为1%质量分数(四舍五入)，若 含量为1%或小于1%，则省略数字（硅、锰 含量分别小于0.5%或0.6%不予标注，一旦 标注符号而无数字则表示其含量为1%）； 最后加注质量（特殊质量加注A） 机械制造用结构钢 l 轴承钢前面加G表示滚珠轴承钢，其中铬是非常 重要的对性能影响显著的合金元素，含量单位为 0.1%质量分数 l 用于制造船舶用锚链的热轧圆钢或锻制圆钢，在 钢号前加M表示 l 制作铆钉、螺栓、销钉和螺母标准件等的结构钢

11、，在钢号前加ML l 淬透性较低的钢，钢号后加D表示 l 容易被切削加工的易切削钢，钢号前加Y表示 结构钢钢号 l45：非合金钢，碳含量0.45% l20CrMnTi：碳含量0.20%，Cr、Ti元素含量 均小于或等于1.45%，Mn含量1% l38CrMoAlA：碳含量0.38%，含Cr、Mo、 Al元素，含量均小于或等于1.45%；特殊质 量 l60Si2Mn：碳含量0.60%，含2%Si、1%Mn lGCr15：轴承钢，碳含量大于1%，含 1.5%Cr 工具钢 l非合金工具钢钢号前用字母T表示，后加 12位数字表示碳含量，单位为0.1%（个别 情况下可加Mn表示锰含量为1%） l合金工具

12、钢首先用1位数字表示碳含量，单 位为0.1%，若碳含量大于或等于1%，则不 予标注（即不会出现2位数字）；然后标注 合金元素及其含量，单位为1%质量分数(四 舍五入)，若含量为1%或小于1%，则省略 数字(硅、锰省略数字时其含量为1%)；最 后加注质量（特殊质量加注A） 工具钢 l个别情况下为确切表示某合金元素的含量 是1%而非小于1%，以与其他钢号相区别， 可以在合金元素后加数字1表示含量 l对铬含量较低的合金工具钢钢号，可用两 位数字（第一位为0，第二位表示含量，但 单位为0.1），以便把它和通常合金元素 含量按百分之几表示的方法区别开来。如 Cr06表示碳含量大于或等于1%、铬含量为 0

13、.6%的合金工具钢 l工具钢大量使用国际通用的钢号或代号 工具钢 l高速工具钢一般均不标注碳含量（尽管很 多情况下其碳含量并未大于1），若需表 示比通用钢号更高的碳含量，则在钢号前 加字母C l借用结构钢作为工具钢使用时，仍采用结 构钢钢号表示方法（即碳含量为2位数字） l塑料模具钢多为借用结构钢，但质量要求 有所不同，钢号前加SM表示塑料模具钢 工具钢钢号 l 4Cr5MoSiV1：中合金热作模具钢，碳含量0.4%， 铬含量5%，钼含量小于或等于1%，硅含量1%，钒 含量1% ，美国钢号为H13 l Cr12MoV：高合金热作模具钢，碳含量大于或等于 1%，铬含量12%，钼含量小于或等于1%

14、，钒含量 小于或等于1% l Cr12Mo1V1：高合金热作模具钢，碳含量大于或等 于1%，铬含量12%，钼含量1%，钒含量1%，美国 钢号为D2 l W5Mo5Cr4V2：高速工具钢，碳含量大于或等于 1%，钨含量5%，钼含量5%，铬含量4%，钒含量 2%，美国钢号为M2 l 6Cr4W3Mo2VNb：基体钢，碳含量0.6%，铬含量 4%，钨含量3%，钼含量2%，钒含量小于或等于 1%，铌含量小于或等于1%，代号65Nb 特殊性能钢 l 特殊性能钢首先用1位数字表示碳含量，单位为 0.1%，若碳含量大于或等于1%，则不予标注（即 不会出现2位数字）；然后标注合金元素及其含量 ，单位为1%质量

15、分数(四舍五入)，若含量为1%或 小于1%，则省略数字(硅、锰省略数字时其含量 为1%)；最后加注质量（特殊质量加注A） l 特殊性能钢很多是超低碳钢，当碳含量小于0.08% 时，用0表示；碳含量小于0.03%时，用00表示 l 个别情况下为确切表示某合金元素的含量是1%而 非小于1%，以与其他钢号相区别，可以在合金元 素后加数字1表示 特殊性能钢 l不锈钢和耐热钢大量采用国际通用钢号或 代号 l由于耐热钢中最重要的合金元素是Cr和Ni 且含量较高，通常也可直接采用Cr和Ni含 量各两位数字共四位数字表示其钢号，必 要时再加注其他合金元素 l焊条钢钢号前冠以字母H 特殊性能钢钢号 l0Cr18

16、Ni9Ti：碳含量小于0.08%，铬含量 18%，镍含量9%，钛含量小于或等于1% l2Cr13：碳含量0.2%，铬含量13% l00Cr17Ni14Mo2：碳含量小于0.03%，铬含 量17%，镍含量14%，钼含量2% lH2Cr13：碳含量0.2%，铬含量13%的焊条 用钢 特殊性能钢 l 电工用硅钢 钢号由字母和数字组成。钢号头部字母DR表示 电工用热轧硅钢，DW表示电工用冷轧无取向硅 钢，DQ表示电工用冷轧取向硅钢。 字母之后的数字表示铁损值（W/kg）的100倍 。 钢号尾部加字母“G”者，表示在高频率下检验的 ；未加“G”者，表示在频率为50周波下检验的。 例：钢号DW470表示电工用冷轧无取向硅钢产品 在50赫频率时的最大单位重量铁损值为4.7W/kg 特殊性能钢 l电工用纯铁 其牌号由字母DT和数字组成，DT表示电 工用纯铁，数字表示不同牌号的顺序号， 例如DT3 在数字后面所加的字母表示电磁性能：A 为高级、E为特级、C为超级，例如DT8A 美国钢号简介 l美国有大量的非政府标