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1、第第 7 7 章章 钢铁材料钢铁材料工业用钢及铸工业用钢及铸铁工业用钢及铸铁工业用钢及铸铁是自然界中储藏量最多的金属元素之一，其储蓄量仅次于铝。以铁为基的各种钢铁材料, 由 于其具有不可替代的优良性能而成为工业领域中的支柱材料之一。根据统计，在机械制造产品中，钢铁 材料占 95。并极大推动了机械化、电气化工业的进程。随着近代科学技术的发展，钢铁材料也在迅猛 发展，钢铁材料在可预见的未来仍将占据工程式材料领域的主导地位。 铸铁具有优良的铸造性能、切削加工性能、减磨性与消震性，而且熔炼的工艺与设备简单、成本低。 目前，铸铁仍然是工业生产中最重要的工程材料之一。若按整机质量百分比计算，在各类机械中，
2、铸铁 件约占 4070；在机床和重型机械中，则可达 7090。本章沿着“用途性能要求成分特点热处理特点常用钢种新材料及其发展方向”的思 路对常用钢铁材料加以介绍，旨在使读者对工业用钢及铸铁有较为系统的了解，为合理化选材、用材打 下基础。第一节 钢中常存元素与合金元素 7.1 钢钢7.1.17.1.1 概述（合金元素在钢中的作用、钢的分类与编号）概述（合金元素在钢中的作用、钢的分类与编号） 1. 钢中常存元素对钢性能的影响 在钢中，除了以铁为主要元素和一般碳的含量（质量分数）在 2%以下以外，主加元素是 FeC 及合金 元素，除此还有由炼钢原料带入及炼钢过程中产残留下来的常存元素，对合金钢而言，
3、都会对钢的性能 产生极大的影响。一、钢中常存元素对钢性能的影响一、钢中常存元素对钢性能的影响（1）锰（Mn）锰是炼钢时用锰铁脱氧而残留在钢中的，锰也经常作为合金元素而特意加入钢中。锰的脱氧能力较 好，能很大程度上减少钢中的 FeO,还能与硫化合成 MnS,减轻硫的有害作用。在室温下锰可以大部分溶 入铁素体中形成固溶体，产生一定的强化作用。所以，锰在钢中是一种有益元素。在非合金钢中，锰作 为常存元素时，其含量（质量分数）一般值规定为0.60%的碳素结构钢，WMn=0.90%1.00% .这类钢的编与是在表示 含碳量的两 位数字后面附以 Mn。例如，45Mn 表示平均 Wc=0.45%的较高含锰量
4、的优质碳素结构钢。按化学成分 按主要质量等级分 按主要性能及用途分普通质量非合金钢 碳素结构钢、碳素钢筋钢、铁道用一般 碳素钢、一般钢板桩型钢，等。优质非合金刚钢 机械结构用优质碳素钢、工程结构用构用碳碳素钢、冲压薄板用低碳结构钢、 镀层板带用碳素钢、锅炉和压力容器用碳素钢、造船用碳素钢、铁道碳 素钢、焊条用碳素钢、标准件用钢、冷锻铆螺用钢、非合金易切削钢、电工用非合金钢、优质铸铁碳素钢，等。非合金钢刚 板带用碳素钢、锅炉和压力容器用碳素特殊质量非合金钢刚 保证淬透性非合金钢、保证厚度方向性能非合金钢、铁道用特殊非合金 钢性、航空兵器等用非合金结构钢、核能用非合金钢、特殊焊条用非合金钢、碳素弹
5、簧钢、特殊盘条钢丝、特殊易切削钢、碳素工具钢、电磁纯铁、原料纯铁等 钢、造船用碳素钢、铁道碳素钢、焊条用碳素钢、标准件用钢、冷锻铆螺用钢、非合金易切削钢、电工用非合金钢、优质铸铁碳素钢，等。特殊质量非合金刚 保证淬透性非合金钢、保证厚度方向性性 能非合金刚、铁道用特殊非合金刚、航空兵器等用非合金结构钢、核能用非合金结构钢、特殊焊条用非合金结构钢、碳素工具钢、特殊盘条钢丝、特殊易切削钢、碳素工具钢、电磁纯铁、原料纯铁，等普通质量低合金刚钢 一般低合金高强度结构钢、低合金钢筋钢、铁道一般用低合金钢、矿用一般低合金钢等钢 优质低合金钢刚 钢、铁道一般用低合金钢、矿用一般低 合金钢，等优质低合金刚 通
6、用低合金高强度结构钢、锅炉和压力容器用低合金钢、造船用低合金低合金钢刚 钢、汽车用低合金钢、桥梁用低合钢、自行车用低合金钢、低合金耐候钢、铁道用低合金钢刚、矿用优质低合金钢刚、输油管线用低合金钢刚等 容器用低合金钢、造船用低合金钢、汽 低合金刚 车用低合金钢、桥梁用低合钢、自行车用低合金钢、低合金耐候钢、铁道用低合金刚、矿用优质低合金刚、输油管线用低合金刚、等特殊质量低合金钢刚 核能用低合金钢刚、保证厚度方向性能用低合金钢、铁道用特殊低合金钢刚、低温压力容器用钢等低合金钢、铁道用特殊低合金刚、低温压力容器用钢、等优质合金钢 一般工程结构用合金钢刚、合金钢筋钢、电工用硅钢、铁道用合金钢、地质、石
7、油用合金钢刚等合金钢刚 电工用硅钢、铁道用合金钢、地质、石特种质量合金钢刚 压力容器用合金钢刚、经热处理的合金结构钢、 经热处理的地质石油钻探用合金钢管、合金结构钢、合金弹簧钢不锈钢、耐热钢、合金工具钢、高速工具钢、轴承钢、高电阴电热钢、无磁钢、永磁钢、软磁钢等油用合金刚、等特种质量合金刚 压力容器用合金刚、经热处理的合金结构钢、 经热处理的地质石油钻探用合金钢管、合金结构钢、合金弹簧钢不锈钢耐热钢、合金工具钢、高速工具钢、轴承钢、高电阴电热钢、无磁钢、永磁钢图 76-4 钢的分类关系图（1） 钢的分类 我国有关钢分类的最新国家标准是 1991 年颁布实施的 GB/T13304-91【钢分类】
8、。 由于涉及领域不同，各种使用者所站的角度也不同，所以，钢的分类方法很多，我们将其中常用的部分 总结成如图 7-4 所示的关系图。 （2） 钢的编号方法 我国钢号的编号，由三大部分组成：化学元素符号、汉语拼音字母和阿拉伯数字。 化学元素符号：用以表示钢中所含的合金元素种类。 汉语拼音字母；对钢的种类、性质、特点、要求等内容加以说明。具体字母对应的涵义见表 7-1。 （一） 非合金钢（碳素钢）1普通碳素结构钢（简称普钢）普通碳素结构钢牌号由 Q、屈服强度数值（钢材厚度或直径16mm）、质量等级符号（分 A、B、C、D 四级）和脱氧方法（F、b、Z、TZ，若为 Z 或 ZT，则予以省略）等四部分按
9、顺序组成。例如， Q235-AF 表示屈服强度为 235MPa、沸腾钢、质量等级为 A 级的碳素结构钢。1）普通含锰量的优质碳素结构钢 所谓普通含锰量（质量分数 Mn）,对于碳的质量分 c0.60%的碳素结构钢，Mn =0.90%1.00% 。这类钢的编号是在表 示含碳量的两位数字后面附以 Mn。例如，45Mn 表示平均 c =0.45%的较高含锰量的优质碳素结构钢。表 76-1 钢号中汉语拼音字母涵义说明表字母代表涵义位 置举例字母代表涵义位 置举例A、B、 C、D、质量等级尾Q235-B 38CrMOAlAF热锻用非调质机械结构钢首 F45VEBL标准件用碳素钢首BL3 G滚珠轴承钢 首G
10、Cr15b半镇静钢尾08bF g锅炉用钢 尾20qC船舶用钢首C20 G高压锅炉用钢 尾20GDG电工用硅钢首DG5H焊接用钢首H08MnSi20GDR电工用热轧规钢首DR400-50H保证淬透性结构钢尾40CrHH08MnSiDR低温压力容器用钢尾16MnDRHP焊接气瓶用钢首HP29540CrHDT电磁纯铁首DT4AJDR家用电器用热轧钢首JDR540- 50HP295d低淬透性钢尾55TidK矿山用钢尾20MnVK JDR540-50F沸腾钢尾15FL汽车大梁用钢尾08TiL20MnVKLG铁路用粗制轮毂首LG60T碳素工具钢首T10LNG铝镍钴永磁合金首LNG34U铁路用钢刚轨首U71
11、MnM煤机用钢首M540WW冷轧晶粒无取向磁性硅钢中 部50WWW600ML冷镦（铆螺）钢首ML40Y易切削钢首Y15PbQ屈服强度首Q235YF易切削非调质机械结构钢 刚首YF35MnVQ轻轨钢尾55QYT原料纯铁首YT2Fq桥梁用钢尾16MnqZ镇静钢尾45AZQG冷轧晶粒取向磁性 硅钢中 部30QG130ZG铸铁首ZG310-570R压力容器用钢尾15MnVRZGD低合金铸钢铁首ZGD650-830RT日用搪瓷用钢首RT4ZK凿岩钎杆用中空钢刚首ZK55SiMnMoS石油天然气用钢首S290ZU铸钢轧辊首Zu70Mn2SM塑料模具用钢首SM2Cr13注：阿拉伯数字：表示钢中碳含量及合金元
12、素含量；表示材料的力学性能数值，如强度值。伸长率等；表示材料料的 分类，排列序号。2优质碳素结构钢（简称优质碳结构钢或优钢） 优质碳素结构钢牌号用两位数字表示，这两位数字表示钢中的平均含碳量（C）的万分数。如 45 号 钢表示平均含碳量为 0.45。如果是高级优质钢，则在牌号后面加“A”表示。如果是沸腾钢则加“F”。 含锰量较高时则在牌号后面加锰元素符号“Mn”。优质碳素结构钢根据含碳量又可分为低碳钢（含碳量在 0.25以下）、中碳钢（含碳量为 0.300.50）和高碳钢（含碳量为 0.550.85）。3碳素工具钢碳素工具钢刚的编号是在 T 的后面附以数字来表示，数字代表钢中平均碳的质量分数
13、Wc Wc 以 0.1%为单位。例如，T12 表示平均碳的质量分数 Wc Wc=1.2%的碳素工具钢。刚如果是高级优质碳 素工具钢，则在数字后面附以 A。例如 T12A 表示平均碳的质量分数 Wc Wc=1.2%的高级优质碳素工 具钢。4碳素铸铁一般工程用铸造碳钢件的牌号由 ZG 和两组数字组成，前一组数字表示最低屈服强度(s或 0.2),后 一数字表示最低抗拉强度(b)。如 ZG200-400 表示最低代屈服强度为 200Mpa,最低抗拉强度为 400MPa 的碳素铸钢。这里介绍的是常见的几种编号方法，其它刚产品牌号表示及其分类见有关标准。(二)合金钢 1. 合金结构钢 合金结构钢的牌号采用
14、“二位数字加元素符号加数字”表示。前面二位数字表示钢的平均碳含量（ C）的万分数，元素符号表示钢中所含的合金元素，而后面数字表示该元素平均含量的质量分数。当合 金元素含量小于 1.5时，牌号中只标明元素符号，而不标明含量，如果含量大于 1.5%、2.5%、3.5%等， 则相应地在元素符号后面标注 2、3、4 等。例如 60Si2Mn(或 60 硅 2 锰)，表示平均碳含量（C）为 0.6；含硅量约为 2，含锰量小于 1.5。 2. 合金工具钢 合金工具钢的牌号表示方法与合金结构钢相似，其区别在于用一位数字表示平均碳含量（C）的千 分数，当碳含量大于或等于 1.00时则不予标出。如 9SiCr（或 9 硅铬），其中平均碳含量（C）为 0.9，Si、Cr 的含量都小于 1.5；Cr12MoV,表示平均碳含量（C）大于 1.00，铬含量约为 12，Mo、V 的含量都小于 1.5的合金工具钢。 除此之外，还有一些特殊专用钢，为表示钢的用途在钢号前面冠以汉语拼音，而不标出含碳量。如 GCr15 为滚珠轴承钢,“G”为“滚”的汉语拼音字首。还应注意在滚珠轴承钢中，铬元素符号后面的数 字表示铬含量的千分数，其他元素仍用百分数表示。如 GCr15SiMn,表示铬含量为 1.5，硅、锰含量均 小于 1.5的滚珠轴承钢。 合金钢一般均为优质钢。合金结构钢若为高级优质钢，则在钢号后面加“A”，如
