碳钢和合金钢

第九章碳钢及合金钢

(工业用钢)

第一节工业用钢的分类及牌号表示方法钢是经济建设中使用最广、用量最大的金属材料，在现代工农业生产中占有重要地位。

碳钢：含碳量在0.0218%～2.11%之间的铁碳合金称为碳素钢，简称碳钢。

合金钢：在碳钢的基础上特意地加入一种或几种合金元素，使其使用性能和工艺性能得以提高的铁基的合金称为合金钢。

钢中除铁、碳及合金元素外，还有炼钢时随生铁、脱氧剂和燃料带入的硅、锰、硫、磷、氮、氢、氧等元素。

钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下几种：

一、钢材的品种

为便于采购、订货和管理，我国目前将钢材按外形分为型材、板材、管材、金属制品四大类，共十六大品种：

1．型材

钢轨、型钢（圆钢、方钢、扁钢、六角钢、工字钢、槽钢、角钢及螺纹钢等）、线材（直径5-10毫米的圆钢和盘条）等。

2．板材

薄钢板：厚度等于和小于4毫米的钢板；

厚钢板：厚度大于4毫米的钢板；又可分为中板（厚度大于4mm小于20mm）、厚板（厚度大于20mm小于60mm）、特厚板（厚度大于60mm）；

钢带：也叫带钢，实际上是长而窄并成卷供应的薄钢板；

电工硅钢薄板：也叫硅钢片或矽钢片。

3．管材

无缝钢管：用热轧、热轧—冷拔或挤压等方法生产的管壁无接缝的钢管；

焊接钢管：将钢板或钢带卷曲成型，然后焊接制成的钢管。

4．金属制品：包括钢丝、钢丝绳、钢绞线等。

二、钢的分类

按用途分类

结构钢

工具钢

工程结构钢

机器结构钢

建筑工程用钢

桥梁工程用钢

船舶工程用钢

车辆工程用钢

渗碳钢属于低碳钢或低碳合金钢

调质钢

属于中碳钢或中碳合金钢

弹簧钢属于中、高碳钢或中、高碳合金钢

滚动轴承钢属高碳合金钢

一般属于低碳钢

或低碳低合金钢

刃具钢

一般属于高碳钢

模具钢或高碳高合金钢

量具钢

不锈钢

耐热钢

耐磨钢

钢的种类繁多，为了便于生产、使用和研究，可以按照化学成分、冶金质量和用途对钢进行分类。

1．按化学成分分类。碳钢、合金钢两大类。

碳钢：低碳钢（Wc＜0.25%）、中碳钢（Wc=0.25%～0.60%）和高碳钢（Wc>0.6%）合金钢：按钢中含合金元素总量（Me%）分为低合金钢（Me<5%）、中合金钢（Me=5～10%）和高合金钢（Me>10%）。

按合金元素的种类可分为锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等。

2．按冶金质量分类。按钢中所含有害杂质硫、磷的多少，可分为：

普通钢：S%≤0.055%，P%≤0.045%

优质钢：S%、P%≤0.040%

高级优质钢：S%≤0.030%，P%≤0.035%

此外，按冶炼时脱氧程度，可将钢分为沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧较完全）和半镇静钢三类。

3．按金相组织分类

按钢退火态的金相组织可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢三种。

按钢正火态的金相组织可分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢等四种。

4．按成形方法分类。锻钢、铸钢、热轧钢、冷轧钢等。

5．按用途分类。按钢的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。

实际中给钢的产品命名时，常常把成分、质量和用途几种分类方法结合起来，如碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢等。

三、钢的牌号表示方法

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。钢编号的原则主要有两条：一是根据编号可以大致看出该钢的成分；二是根据编号可大致看出该钢的用途。

我国钢的牌号表示方法，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：

①钢号中化学元素采用国际化学符号表示，例如Si、Mn、Cr …… 等,混合稀土元素

用―RE‖（或―Xt‖）表示。

②产品名称、用途、冶炼和浇注方法等，一般采用汉语拼音缩写字母表示。

③钢中主要化学元素含量（%）采用阿拉伯数字表示。

（一）碳钢的牌号表示方法

见第四章（碳钢的分类、用途及牌号表示方法）

（二）合金钢的牌号表示方法

1．合金结构钢

―A‖

（1）当合金元素的平均含量＜1.5%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量；但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字―1‖，例如钢号―12CrMoV‖和

―12Cr1MoV‖，前者铬含量为0.4-0.6%，后者为0.9-1.2%，其余成分全部相同。

（2）当合金元素的平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……时，则相应地在元素符号后面标以2、3、4…… ；如果为高级优质钢，则在其钢号后加―A‖，以区别于一般优质钢。例如：18Cr2Ni4WA。

（3）钢中的钒V、钛Ti、铝Al、硼B、稀土Re等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中，钒：0.07～0.12%，硼：0.001～0.005%。

（4）专门用途的合金结构钢，钢号冠以（或后缀）代表该钢种用途的符号。例如，铆螺专用的30CrMnSi钢，钢号表示为ML30CrMnSi。

举例：

1．20CrMnTi：表示平均含碳量为0.20%，主要合金元素Cr、Mn含量均低于1.5%，并含有微量元素Ti的合金结构钢；

2．60Si2Mn：表示平均含碳量为0.60%，主要合金元素Mn含量低于1.5%，Si含量为1.5～2.5%的合金结构钢。

练习：40Cr、45Mn2

2．低合金高强度结构钢

旧的编号方法，基本上和合金结构钢相同。新牌号的编制方法与碳素结构钢相同。如旧牌号的16Mn为新牌号的Q345。

3．滚动轴承钢

―G‖＋Cr ＋数字＋其它元素符号。字母―G‖为―滚‖字头，表示为滚动轴承钢类，高碳铬轴承钢的含碳量不标出，数字表示平均含铬量的千分之几，如GCr15，平均含铬量为1.5％。

渗碳轴承钢的钢号表示方法，基本上和合金结构钢相同。

4．合金工具钢和高速工具钢

说明：

①合金工具钢中，当W C≥1.0%时，含碳量不标出，如Cr12、CrWMn；当W C＜1.0%时，

以千分之几表示，如9SiCr、3Cr2W8V。

②对于含铬量低的钢，其含铬量以千分之几表示，并在数字前加―0‖，以示区别。如平

均Cr =0.6%的低铬工具钢的钢号为―Cr06‖。

③高速钢，一般不标出含碳量，只标出合金元素平均含量的百分之几。如―钨18铬4

矾‖（W18Cr4V，简称18-4-1），―钨6钼5铬4矾2‖（W6Mo5Cr4V2，简称6-5-4-2）。

5．不锈钢和耐热钢

同合金工具钢。例如：―2Cr13‖钢的平均碳含量为0.2%。

说明：

（1）钢中含碳量≤0.03%者，钢号前分别冠以―00‖表示之，如00Cr17Ni14Mo2；

W C≤0.08%者，冠以―0‖表示之，、0Cr18Ni9。

（2）对钢中主要合金元素以百分之几表示；对钛、铌、锆、氮……等微量元素则按合金结构钢对微合金元素的表示方法，只标出元素符号，如1Cr18Ni9Ti。

第二节合金元素在钢中的作用

一、碳钢的优缺点

优点：冶炼工艺简单，可热处理强化，压力加工和机械加工性能好，价格低廉。

不足之处：

（1）加热时，晶粒易长大；

（2）淬透性低。形状复杂、尺寸大的零件，在淬火时易开裂、淬不透；

（3）回火稳定性差。回火温度高时，强度和硬度显著下降，不能在高温下使用。

回火稳定性是指淬火钢在回火时抵抗硬度下降的能力。

（4）强度不够高。碳钢的屈强比在0.6左右，合金钢为0.85～0.9。碳钢强度低，增加截面积提高构件刚度会使重量增加，构件笨重，不能满足重量轻、

体积小、效率高的要求。

（5）不具备特殊性能。化工、仪表等要求耐腐蚀、耐高温、无磁等性能，碳钢不能满足特殊性能的要求。

二、合金元素在钢中的作用

1．合金元素在钢中的分布

为了使钢获得预期的性能，而有目的地加入钢中的化学元素称为合金元素。按其与碳的亲和力的大小，可将合金元素分为非碳化物形成元素和碳化物形成元素两大类，在钢中主要以固溶体和化合物的形式存在。

（1）非碳化物形成元素：包括Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等，在钢中不与碳化合，大多溶入铁素体、奥氏体或马氏体中，产生固溶强化；有的形成其它化合物如Al2O3、AlN、SiO2、Ni3Al等。

（2）碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti等。

形成碳化物的倾向由弱到强

这类合金元素在钢中，

一是可溶入渗碳体中形成合金渗碳体，如(Fe,Mn)3C、(Fe,Cr)3C等，是低合金钢中存在的主要碳化物，比渗碳体的硬度高，且稳定。

二是强碳化物形成元素与碳形成特殊碳化物，如TiC、NbC、VC、MoC、WC、Cr3C6等，它们具有高熔点、高硬度、高耐磨性、稳定性好，主要存在于高碳高合金钢中，产生弥散强化，提高钢的强度、硬度和耐磨性。

（3）其它：如稀土元素，钢号中统一用Re表示。

2．合金元素在钢中的作用

作用机理比较复杂，可归纳以下几个方面：

（1）阻碍晶粒奥氏体晶粒长大，细化晶粒；

（2）提高淬透性（Co除外）；

（3）提高回火稳定性，防止回火脆性；

（4）提高钢的使用性能，使之具有耐热、抗腐蚀、高耐磨等特殊的性能；

（5）提高钢的强韧性。金属材料的强化是通过阻碍位错的移动来实现的，主要方法有：

◆固溶强化，提高强度和硬度；

◆细晶强化，提高强韧性；

◆位错强化，位错密度增加，提高强度；

◆弥散强化（第二相强化），细小均匀的第二相硬质点分布在基体上，阻碍位错移动

面强化；

◆加工硬化，金属产生塑性变形后位错密度增加，晶料变得细碎，使金属的强度硬度

提高。

大多数的合金元素较好利用了上述前四种强化机制。如合金钢淬火时，形成马氏体，马氏体中含较高的位错密度，马氏体的形成分割了A的晶粒，使之细小，马氏体中碳的过饱和产生固溶强化，回火时析出的碳化物颗粒又产生弥散强化，等等。

第三节结构钢

结构钢按用途分为工程结构钢和机器结构钢两大类。

一、工程结构钢

用于制作各种工程构件的钢称为工程结构钢，如制作房屋、桥梁、起重机机械、锅炉、压力容器、钻井架、车辆构件等，所以又称工程构件用钢或建筑工程用钢，包括碳素结构钢和低合金高强度结构钢。

1．碳素结构钢

见第四章碳钢的分类、编号及用途。

2．低合金高强度结构钢

用途：在大气和海洋中工作的的大型焊接结构件，如建筑结构、桥梁、车辆、船舶、输油输气管道、压力容器等。

性能特点：强度高，良好的塑性、韧性、冷冲压性能及焊接性能，可抵抗大气腐蚀。

成分特点：

低碳（<0.2%），保证良好的塑性；

合金元素：以Mn为主，强化铁素体基体，产生固溶强化；加入少量的Ti、V、Nb、Re

牌号：Q＋数字＋（质量等级符号A、B、C、D、E）

共11个牌号，6个等级，以强度等级分类，如表所示。

热处理工艺特点：一般在热轧空冷状态下使用，必要时经正火处理后使用。正火处理的温度在Ac3+（30～50）℃，使用态组织为（P+F）。

典型牌号及用途：

（1）在Q345较低级别的钢中，16Mn最具有代表性，是目前我国用量最多、产量最大的一种低合金高强度钢。其派生钢种有16MnRe、16MnCu等，Re的主要作用是提高塑性和韧性，提高疲劳强度，降低冷脆转变温度，Cu的主要作用是通过钝化提高耐蚀性。这类钢多用于船舶、车辆、桥梁等大型钢结构。

（2）对Q420级的15MnVN、14MnVTiRe等，加入了钒、氮起到细化晶粒和第二相强化作用，稀土又起净化晶界作用，提高强韧性，因此强度高于15MnTi。

（3）Q460级的钢种，如14MnMoVBRe，加入钼和微量硼元素，可推迟奥氏体冷却时的铁素体析出，而对贝氏体转变则影响不大，正火后得到贝氏体组织，然后再高温回火，以稳定组织，消除内应力，提高塑性和韧性，焊接性好，适于制造400～500℃的锅炉、中温高压容器等。

工程结构用钢的发展趋势：

低合金高强度钢由于其强度高，韧性和加工性能优异，合金元素耗量少，并且不需进行复杂的热处理，已越来越受到重视。目前，这类钢发展趋势是：

（a）通过微合金化与合理的轧制工艺结合起来，实行控制轧制，以达到更高的强度。

（b）通过合金化改变基体组织，提高强度。在钢中加入较多的其它元素，如Cr、Mn、Mo、Si、B等，使钢在热轧空冷的条件下即可得到贝氏体组织，甚至马氏体组织。

这种马氏体在冷却过程中可发生自回火过程，甚至不需要专门进行回火。

（c）超低碳化。为了保证韧性和焊接性能，含碳量进一步降低，甚至降到PPM级，此时必须采用真空冶炼，或真空去气的先进冶炼工艺。

二、机器结构钢

指用于制造各种机器零件，如轴类零件、齿轮、弹簧和轴承等所用的钢种，又称机器零件用钢，包括优质碳素结构钢和合金结构钢。

机器零件用钢不但要求钢材具有高的强度、塑性和韧性，良好的疲劳强度和耐磨性；而且还要求具有良好的切削加工性能和热处理工艺性能。机器零件用钢一般都经过热处理后使用。

按用途不同，分为渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢等。

1．渗碳钢

用途：主要作于制作承受交变载荷、很大的接触应力，并在冲击和严重磨损条件下工作的零件，如汽车、重型机床齿轮、活塞销，内燃机的凸轮轴等。

性能要求：“表硬心韧”。要求零件表面硬度高、耐磨，心部则具有较高的韧性和足够的强度以承受冲击。一般渗碳件表面渗碳层淬火后硬度≥58HRC，心部35～45HRC。

成分：Wc＝0.15—0.25%，保证心部塑韧性；

主加元素Cr、Ni、Mn、B，强化基体，提高淬透性，保证心部强韧性；

微量元素V、Ti、W、Mo，防止渗碳时过热，细化晶粒，提高耐磨性。

分类和典型牌号：

低淬透性渗碳钢，典型钢种20、20Cr，其水淬临界直径20－35mm，渗碳淬火后，心部强韧性较低，只适于制造受冲击载荷较小的耐磨零件，如活塞销、凸轮、滑块、小齿轮等。

中淬透性渗碳钢，典型钢种为20CrMnTi，其油淬临界直径约为25～60mm，主要用于制造承受中等载荷、要求足够冲击韧性和耐磨性的汽车、拖拉机齿轮等零件。

高淬透性渗碳钢，典型钢种为18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A，其油淬临界直径>100mm，主要用于制造大截面、高载荷的重要耐磨件，如飞机、坦克中的曲轴、大模数齿轮等。

常用牌号：15、20、20Cr、20CrMnTi、20MnTiB等，通常尺寸小、受力小的零件，采用低碳钢，而尺寸大的、受力大的则采用低碳合金钢。

热处理特点：

预备热处理，一般是正火，组织为P＋F，目的是调整硬度，改善组织和切削加工性能；

最终热处理，一般是渗碳后直接淬火＋低温回火。其组织为：

表面组织为―M回＋细小碳化物＋少量Ar‖,

心部组织依钢的淬透性及工件尺寸而定，淬透时为低碳M回，未淬透为低碳M回＋F＋P。

应用举例：

下面以应用广泛的20CrMnTi钢为例，分析其热处理工艺规范。

20CrMnTi是中淬透性钢，适宜制造承受高速中载并且抗冲击和耐磨损的零件。如汽车、拖拉机的后桥和变速箱齿轮、离合器轴、伞齿轮和一些重要的轴类零件。

用20CrMnTi钢制作齿轮的加工工艺路线如下：

下料→锻造→正火→机加工齿形→滲碳，预冷淬火＋低温回火→磨齿。

预备热处理为正火，正火后的组织为（S＋F），其目的是改善锻造组织；调整硬度（170～210HBS）便于机加工。

最终热处理为滲碳后预冷到875℃直接淬火＋低温回火；预冷的目的在于减少淬火变形，同时在预冷过程中，滲层中可以析出二次滲碳体，在淬火后减少了残余奥氏体量。最终热处

理后组织由表面到心部为―M回＋细小碳化物＋少量A残→M回+少量A残→低碳M＋F＋P。

2．调质钢

采用调质处理，即淬火+高温回火后使用的优质碳素钢和合金结构钢，统称为调质钢。

应用：用于受力较复杂的重要结构零件。如机床主轴、火车发动机曲轴、汽车后桥半轴等轴类零件，以及连杆、螺栓、齿轮等。

性能要求：具有良好的综合力学性能，即高的强度、良好塑性和韧性。

成分特点：

碳含量：中碳Wc：0.25～0.5％，保证热处理后具有足够的强度、良好的塑性和韧性。含碳量太低，强度硬度不足；太高，塑性、韧性降低；为达到两者兼顾，取中碳范围。一般碳素调质钢的淬透性低，含碳量偏上限；合金调质钢淬透性好，随合金元素的增加，含碳量趋于下限，如30CrMnSi、38CrMoAl。

合金元素：主加Cr、Ni、Mn、Si、Al等，提高淬透性，调质处理后有良好的综合力学性能；辅加W、Mo元素，防止高温回火脆性，细化晶粒，提高回火稳定性。

分类及典型牌号：按淬透性的高低，调质钢大致可以分为三类：

①低淬透性调质钢。典型钢种45、40Cr，这类钢的油淬临界直径最大为30～40mm，广

泛用于制造一般尺寸的重要零件，如轴、齿轮、连杆螺栓等。35SiMn、40MnB是为节约铬而发展的代用钢种。

②中淬透性调质钢。典型钢种40CrNi，这类钢的油淬临界直径最大为40～60mm，含有

较多的合金元素，用于制造截面较大、承受较重载荷的零件，如曲轴、连杆等。

③高淬透性调质钢。典型钢种40CrNiMoA，这类钢的油淬临界直径为60～100mm，多

半为铬镍钢。铬、镍的适当配合，可大大提高淬透性，并能获得比较优良的综合机械性能。用于制造大截面、承受重负荷的重要零件，如汽轮机主轴、压力机曲轴、航空发动机曲轴等。

钢种的选择根据零件的工作载荷大小及其尺寸、形状来确定的。载荷大、尺寸大、形状复杂的零件，为保证有足够的淬透性，就要采用合金调质钢。

热处理工艺特点：

（1）预备热处理：采用完全退火或正火（高淬透性的调质钢正火后应再高温回火），其目的是细化晶粒，改善组织；调整硬度，改善切削加工性能。组织（P+F）。

（2）最终热处理：

◆调质处理，组织为回火索氏体，具有良好的综合机械性能。

◆调质处理＋表面淬火、低温回火。对除了要求良好综合机械性能外，还要求表

面具有高硬度、高耐磨性的调质件，调质处理后还需进行―表面淬火+低温回火‖

处理，表面淬火多采用感应加热表面淬火。表面组织为M回，心部为S回。

举例：通过实例分析热处理工艺规范

（1）用40Cr制作拖拉机上的连杆、螺栓。其工艺路线为：

下料→锻造→退火或正火→粗机加工→调质→精机加工→装配。

在工艺路线中，预备热处理采用退火（或正火），其目的是改善锻造组织，细化晶粒；调整硬度、便于切削加工；为淬火做好组织准备。调质工艺采用830℃加热、油淬、得到马氏体组织；然后在525℃回火水冷，水冷为防止第二类回火脆性，最终使用状态下的组织为回火索氏体，具有良好综合机械性能。

（2）45或40Cr钢制造机床主轴或齿轮的生产工艺流程一般为：

下料→锻造→正火→机加工→调质处理→精加工→局部表面淬火+低温回火→磨削。

讨论题：

1.有一40Cr钢制机床主轴，心部要求有良好的强韧性（200～300HBS），轴颈处要求硬而耐磨（54～58HRC），试回答下列问题：

（1）应选择何种预备及最终热处理？

（2）说明各热处理后的组织？

分析：40Cr为低淬透性钢，应采用正火作预备热处理，细化晶粒，改善组织及切削加工性能；正火处理后的组织为（P+F）；

最终热处理宜选用调质处理，然后对轴颈处进行―表面淬火+低温回火‖的热处理，可达到性能要求。调质处理后的组织为回火索氏体；―表面淬火+低温回火‖后，心部组织仍为回火索氏体，表面组织则为―M回＋少量A残‖。

2．某厂用45钢制作一批齿轮，制作过程中因45钢数量有够用，想用20钢代替。试问：这两种钢在制作齿轮的热处下工艺上有何不同，并指出热处理后的组织。

分析：45钢为调质钢，制作齿轮时，预备热处理采用正火，组织为（S＋F），细化组织、改善切削加工性能；最终热处理为调质处理，组织为S回，获得良好综合力学性能；最

后齿面再进行―表面淬火＋低温回火‖，齿轮心部组织为S回，齿面组织―M回＋少量A残‖，提高齿面硬度及耐磨性，消除淬火应力。

20钢为渗碳钢，预备热处理采用正火，组织为S＋F；机加工成形后渗碳，再淬火＋低温回火，齿面组织为―M回＋细小渗碳体＋少量A残‖，心部为―板条M回＋S＋F‖。

新的趋势：用低碳和金刚经―淬火+ 低温回火‖得到低碳马氏体代替中碳调质钢，可以提高零件的承载能力，减轻重量。在汽车、石油、矿山方面应用效果好。应用实例：（1）汽车螺栓：用15MnVB代替40Cr，承载能力提高45—70%；使用寿命延长；

（2）用20SiMnMoV代替35CrMo制造石油钻井用的吊环，使吊环质量减轻68公斤。

3．弹簧钢

应用：用于制造汽车、拖拉机和火车的板弹簧或螺旋弹簧。

性能要求：具有高的弹性极限和屈强比，高的疲劳强度和足够的塑性、韧性。

成分特点：

Wc ：0.45—0.70% ，多数0.6% 左右，为中、高碳：含碳量过高，塑性和韧性降低，疲劳极限也下降。

Me ：Si、Mn、Cr、V、Nb、Mo、W 。

主加元素Mn、Si，提高淬透性，提高强度及屈强比；辅加元素W、Mo、V等，进一步提高淬透性，细化晶粒，提高回火稳定性和耐热性。

常用牌号：65Mn 、60Si2Mn、50CrVA

热处理工艺：

根据弹簧的加工成形方法不同，弹簧分为热成形弹簧和冷成形弹簧。一般，截面尺寸>10～15mm的弹簧采用热成形方法；截面尺寸<10mm采用冷成形方法。

（1）热成型弹簧：淬火+中温回火，组织为T回。

这类弹簧多用热轧钢丝或钢板制成。以60Si2Mn制造的汽车板簧为例，工艺路线如下：下料→加热压弯成型→淬火+中温回火→喷丸处理→装配

成型后采用淬火+中温回火（350～500℃），组织为T回，硬度39～52HRC，具有高的弹性极限、屈强比和足够的韧性喷丸处理可进一步提高疲劳强度。如用板簧经喷丸处理，使用寿命提高5～6倍。

（2）冷成型弹簧：去应力退火。这类弹簧是用铅浴索氏体化处理的冷拉钢丝或油淬回火钢丝冷圈成型。成型后不必淬火处理，只需进行一次去应力退火处理（250～300℃保温1小时），目的是消除内应力、稳定尺寸。由于冷拉过程中产生加工硬化，强度大大提高。

4．滚动轴承钢

用于制作各类滚动轴承的内外套圈、滚动体。

常用钢种和牌号：有两大类

（1）高碳铬轴承钢：GCr15、GCr15SiMn。

含碳量：0.95～1.15，高碳，过共析成分，保证形成足够铬的碳化物强化相，提高强度、硬度及耐磨性。

合金元素：主加Cr元素，提高淬透性和接触疲劳抗力，细化晶粒。对大尺寸轴承，加入Si、Mn进一步提高淬透性。

从化学成分看，滚动轴承钢属于工具钢范畴，所以这类钢也经常用于制造各种精密量具、冷冲模具、丝杠、冷轧辊和高精度的轴类等耐磨零件。

（2）高碳无铬轴承钢：为了节铬，加入了Mo、V得到的，常用牌号GMnMoVRE、GSiMnMoV，其性能与GCr15相近。

热处理工艺：

（1）预备热处理：采用球化退火，获得球状珠光体，改善组织，降低硬度（<210HBS），便于切削加工。

（2）最终热处理：淬火+低温回火（150～180℃），M回＋细小粒状碳化物＋A残，硬度61～65HRC。低温回火保持淬火后的高硬度和高耐磨性，消除淬火应力。

对精密轴承零件，为了将残余奥氏体降低到最低程度，提高尺寸稳定性，常采用淬火后冷处理，并时效。冷处理后，恢复到室温，立即低温回火。

第四节工具钢

工具钢是用来制造刀具、模具和量具的钢。按化学成分分为碳素工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢等。按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢。

刃具：用于切削加工的工具，车刀，刨刀，转头等；

模具：用于进行压力加工的工具。冷作模具：〈200—3000C；热作模具：〉600 0C；

量具：测量尺寸的工具，如卡尺、千分尺、块规等。

共性：一般都在磨损条件下工作，要求具有高硬度和高耐磨性。

不同：具体工作条件的不同，对各自的性能又有特殊要求。如刃具钢要求热硬性好，冷作模具钢要求热处理变形小，热作模具钢要求在高温下保持高的硬度和韧性，量具钢要求热处理后组织稳定好。所以，各类工具在钢材的选用和热处理方法上各有其特点。

一、刃具钢

1．切削刃具的工作条件及性能要求

切削刃具的种类繁多，工况条件各有特点，性能要求也各有不同。以车刀为例：

工作条件：

（1）刀刃与工件之间发生剧烈的摩擦，造成严重的磨损；

（2）刀刃部分温度高（高速切削时，温度达600度）；

（3）进刀时，发生冲击与振动。

失效形式：磨损，崩刃，刀具折断。

性能要求：高硬度和耐磨性；高的热硬性；高的抗弯强度和足够的韧性。

热硬性：又称红硬性，指刃具钢在高温下保持高硬度的能力称为热硬性，是衡量刃具钢使用寿命的重要指标。

2．碳素工具钢

碳素工具钢以成本低、具有一般较好的性能，在钳工、木工和形状简单受力不大的刃具、磨具中得到广泛应用。

成分：高碳0.65～1.35％。

常用钢种及用途：这类钢淬火后的硬度相近，但随碳含量增加，未熔渗碳体增多，钢的耐磨性增加，韧性下降。

T7、T8钢多用于制造承受冲击负荷的工具，如凿子、锤子、冲头等。

T9～T11钢多用于制造要求中等韧性的工具，如形状简单的小冲模、手工锯条等。

T12、T13耐磨性最高，但韧性最低，多用于制造不受冲击负荷的量具、锉刀、刮刀等。

高级优质碳素工具钢（T7A～T13A），由于其淬火时产生裂纹的倾向较小，因此多用于制造形状较为复杂的工具。

热处理工艺：

（1）预备热处理：机加工之前进行，采用球化退火（T7钢可采用完全退火），组织为球状珠光体，硬度≤217HBS。目的是降低硬度，改装切削加工性能，并为淬火作组织准备。

（2）最终热处理机加工之后进行，采用淬火+低温回火，组织为回火马氏体+粒状渗碳体+少量A残（一般T7有2～3%，T12有5～8%），硬度可达60～65HRC。目的是提高硬度和耐磨性，低温回火消除淬火应力。

性能特点：耐磨性和加工性较好，价格低，生产上得到广泛应用。

缺点：是红硬性差；刃部工作温度不能超过200℃；淬透性低，尺寸大的淬不透，形状复杂的水淬容易变形和开裂。

3．低合金工具钢

为了克服碳素工具钢热硬性差，淬透性低，易变形开裂等缺点，在碳素工具钢的基础上加入少量的合金元素，一般不超过3～5%，制造了低合金工具钢。

成分特点：

含碳量：0.75～1.50%，高碳；保证高硬度，并形成足够的合金碳化物，提高耐磨性。

合金元素：主加元素硅、锰、铬、钼，固溶强化，提高硬度和淬透性；

辅加元素钼、钨、矾，细化晶粒，形成特殊碳化物，提高硬度和耐磨性。

常用钢种及用途：9SiCr、CrWMn、9Mn2V

（1）用于制作形状复杂、尺寸不大的低速切削刀具，如铣刀、拉刀，板牙、丝锥、钻头、铰刀等。

（2）尺寸较大、形状较复杂的冷作模具和量具。

例如：9SiCr具有高的淬透性和回火稳定性，工作温度可达300℃；9SiCr多采用分级或等温淬火，减少变形，适宜制造形状复杂的薄刃刀具，如板牙、丝锥、钻头等。

注：硅使钢在加热时容易脱碳，退火后硬度偏高（HB217～241），造成切削加工困难，热处理时要予以注意。

CrWMn钢的含碳量为0.90%～1.05%,铬、钨、锰同时加入，使钢具有更高的硬度（64～66HRC）和耐磨性，但热硬性不如9CrSi。但CrWMn钢热处理后变形小，故称微变形钢。主要用来制造较精密的低速刀具，如长铰刀、拉刀等。

热处理工艺：

同碳素工具钢。球化退火，淬火＋低温回火。M回＋细小碳化物＋少量A

9SiCr制造圆板牙工艺路线和热处理工艺（书上）：

（1）预备热处理采用等温球化退火，等温冷却使球化更充分，为节省时间500℃后出炉冷却，这时组织已转变完成。目的：消除锻造应力，降低硬度，便于切削加工。

（2）最终热处理采用等温淬火加低温回火。等温淬火是减少淬火应力和变形的主要方法。一般在盐浴中等温，转变产物为下贝氏体组织，具有良好的综合机械性能。低温回火目的是消除应力，保持高硬度和高的耐磨性。

4．高速钢

高速钢是高速切削用钢的代名词。

尽管低合金工具钢的淬透性、耐磨性及热硬性已有所提高，但其工作温度也只有250～300℃，不能满足高速切削的要求，需要更优异的刃具材料。

高速钢就是随着工业技术的不断发展，为适应高速切削的要求发展起来的钢种。

常用牌号及用途：我国最常用是W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2，简称18-4-1和6-5-4-2。

前者的过热敏感性小，磨削性好，但由于热塑性差，通常适于制造一般高速切削刀具，如车刀、铣刀、绞刀等；后者的耐磨性、韧性和热塑性要好些，适于制造耐磨性和韧性很好配合的高速刀具，如丝锥、齿轮铣刀、插齿刀等。

成分特点：

碳含量：0.7～1.65％，属高碳。高的含碳量，保证高硬度，并与W、V等形成特残碳化物或合金渗碳体，保证具有高的耐磨性和良好的热硬性。

合金元素：含有大量合金元素，主要是Cr、W、Mo、V等。

（1）高的Ｗ含量：使钢保持红硬性，提高回火抗力，提高淬透性。在500-600度回火时产生细小而弥散分布W2C。

（2）Cr:提高淬透性和回火抗力，增加抗氧化、抗脱碳、抗腐蚀能力。

（3）V：提高硬度和红硬性，细化晶粒。

（4）Mo：主要是提高热硬性。

性能特点：具有高的硬度、耐磨性和热硬性。工作温度可达600℃，硬度仍保持在60HRC 以上。

这是高速钢区别于其它钢种的主要特性。由于它切削金属材料很锋利，又称为―锋钢‖；因其淬透性好，在空气中就能淬火，又称―风钢‖。是刃具材料中最重要的钢种。

热处理工艺：下面以W18Cr4V制造盘形齿轮铣刀为例，说明高速钢制作刀具的工艺路线及热处理工艺的制定。

下料→锻造（反复镦粗、三镦三拔）→等温球化退火→ 机加工→ 淬火（12800C）

↓ ↓↓目的：打碎粗大的碳化物并均适当降低硬度，利于切削碳化物溶于奥氏体中匀分布，改善钢的性能加工并为淬火作组织准备。A中含有较多的金属元素

→ 回火（5600C三次）→喷砂→磨削→成品

↓

减少残余Ar的量，消除内应力、稳定组织，提高硬度。

最终组织：细针状M回+ 细小粒状碳化物+少量A r。

性能特点：一定强度、塑性、韧性。高硬度；红硬性；回火抗力。

（1）锻造：高速钢的铸态组织为―鱼骨状粗大碳化物+网状莱氏体+M+A残‖。粗大碳化物的出现使铸态高速钢的脆性很大，且难以用热处理来消除，必须经过反复锻造。

（2）球化退火：锻造后机加工前进行，860～880℃加热保温，然后冷却到720～750℃等温珠光本转变，炉冷至550℃以下出炉。硬度207～225HBS，组织为S＋细小碳化物。

（3）淬火、回火

高速钢优异的性能必须经正确的淬火、回火才能发挥出来。W18Cr4V钢的淬火、回火工艺示意图。与其它钢的淬火回火工艺相比较，高速钢的淬火、回火可归纳为―两高一多‖，即淬火温度高（1250～1300℃），回火温度高（560℃），回火次数多（3次）。

W18Cr4V钢的淬、回火工艺曲线

淬火：W18Cr4V钢的淬火温度为1270～1280℃。由于合金元素多，导热性差，加热时采用分级加热。

高速钢的热硬性取决于马氏体中合金元素的含量，即加热时溶入奥氏体中的合金元素量（图示）。所以，高速钢的淬火加热温度尽量高些，这样可以使较多的W、V溶入奥氏体中，在1000℃以上加热淬火，W、V在奥氏体中的溶解度急速增加；1300℃左右加热，各合金元素在奥氏体中的溶解度也大为增加。但时间稍长，会造成晶粒长大。因此，在不使钢发生过热的前提下，淬火温度越高越好。W18Cr4V一般选择在1270～1280℃，淬火冷却采用油中分级淬火法，组织为M+粒状碳化物+A残。

回火：淬火后及时回火。常用的回火工艺是560℃左右保温1小时，重复三次。

图示为回火温度对硬度的影响。在560℃左右时产生二次硬化现象，出现了硬度峰值。所以，回火温度确定在560℃左右。采用三次回火是由于高速钢淬火组织中残余奥氏体多，一次回火不能转变完全，三次回火的才能基本转变完。硬度峰值的出现，一是回火时Mo、W、V等碳化物的弥散析出，二是每次回火冷却时发生残奥氏体转变成马氏体的二次淬火现象。为减少回火次数，使高速钢中的残余奥氏体量减少到最低程度，往往还需进行冷处理。

回火后的组织为：回火M+粒状碳化物+少量A残，硬度66～63HRC。

当刃具的工作温度高于700℃时，一般高速钢也无法胜任，应使用硬质合金材料制作刀具，工作温度达800～1000℃；或陶瓷材料刀具，工作温度达1000～1200℃；等。

二、模具钢

1．冷作模具钢

制造在冷态下变形的模具，如冷冲模、冷镦模、拉丝模、冷轧辊等。

工作条件及对性能的要求

①．高的硬度和耐磨性。在冷态下冲制螺钉、螺帽、硅钢片、面盆等，被加工的金属在模具中产生很大的塑性变形，模具的工作部分承受很大的压力和强烈的摩擦，要求有高的硬度和耐磨性，通常要求硬度为58～62HRC，以保证模具的几何尺寸和使用寿命。

②．较高的强度和韧性。冷作模具在工作时，承受很大的冲击和负荷，甚至有较大的应力集中，因此要求其工作部分有较高的强度和韧性，以保证尺寸的精度并防止崩刃。

③．淬透性好，热处理的变形小。

成分特点及常用钢种：

①．碳素工具钢和低合金工具钢：

对于尺寸小、形状简单、工作负荷不大的模具采用这类钢，钢种有T8A、T10A；T12A、Cr2、9Mn2V、9SiCr、CrWMn、Cr6WV等。

优点：价格便宜，加工性能好，基本上能满足模具的工作要求。

缺点：碳素工具钢淬透性较差，热处理变形大；耐磨性较差，使用寿命较低。低合金工具钢，由于含有少量的合金元素，淬透性提高，可采用油淬火，晶粒细小，变形

减小，如9SiCr、Cr2可用来制造滚丝模等。

②．高碳高铬模具钢（为主）

主要指Cr12型冷作模具钢。

性能特点及用途：淬透性好，淬火变形小，耐磨性好；广泛用于制造负荷大、尺寸大、形状复杂的冷作模具。典型牌号：Cr12、Cr12MoV。

含碳量： 1.4～2.3%，保证与铬形成碳化物，提高硬度和耐磨性。

合金元素: Cr、Mo、V等

铬：11～12%。高铬量，主要是提高淬透性，细化晶粒，形成足够的铬的碳化物，提高钢的耐磨性。一般为12%，过高会使碳化物分布不均。

钼和钒：进一步提高淬透性，细化晶粒。

其中，钒可形成VC，进一步提高耐磨性和韧性；钼和钒的加入，可减少碳化物的不均匀性。所以Cr12MoV钢较Cr12钢的碳化物分别均匀，强度和韧性高、淬透性高，用于制作截面大、负荷大的冷冲模、挤压模、滚丝模、冷剪刀等。

热处理工艺：

预备热处理：球化退火。目的是消除应力、降低硬度、便于切削加工，退火后硬度为HB207～255，组织为球状珠光体+细小均匀的碳化物。

最终热处理：一般淬火+低温回火，组织为M回+细小碳化物+少量A残，硬度高，用于要求高硬度、高耐磨、热处理变形小的重载模具。这种工艺称为一次硬化法。

有时，为产生二次硬化，也对Cr12型冷作模具钢进行高温回火，适用于在400～450℃较高温度下工作的负荷不大、受强烈磨损或表面要求渗氮的的模具。称为二次硬化法。

2．热作模具钢

制造使金属热成型的模具，如热锻模、热挤压模和压铸模。

工作条件及性能要求

在反复受热和冷却的条件下进行工作的，所以比冷作模具有更高要求：

①．良好的强韧性。由于模具在工作时负载大，并承受很大的冲击，要求有高的强度和良好的韧性，即要求综合力学性能好。

②．高抗氧化性和热疲劳抗力。模具工作时的型腔温度高达400～6000C，而且又反复加热冷却，因此要求在高温下保持高的强度和韧性的同时，还能承受反复加热冷却的作用。

③．良好的导热性和高的淬透性。对尺寸大的热作模具，要求淬透性高，以保证模具整体的力学性能好；同时还要求导热性好，以避免型腔表面温度过高。

成分特点：

含碳量：中碳，0.3～0.6％。过高，塑韧性及导热性差；过低，硬度及耐磨性不高。合金元素：常加入Cr、Mn、Si、Mo、W、V，提高淬透性，回火稳定性及耐磨性。其中，Mo、W还抑制第二类回火脆性，Cr、Si、W提高热疲劳性能。

碳钢和合金钢

碳钢和合金钢 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-

第九章碳钢及合金钢 (工业用钢) 第一节工业用钢的分类及牌号表示方法 钢是经济建设中使用最广、用量最大的金属材料，在现代工农业生产中占有重要地位。 碳钢：含碳量在%～%之间的铁碳合金称为碳素钢，简称碳钢。 合金钢：在碳钢的基础上特意地加入一种或几种合金元素，使其使用性能和工艺性能得以提高的铁基的合金称为合金钢。 钢中除铁、碳及合金元素外，还有炼钢时随生铁、脱氧剂和燃料带入的硅、锰、硫、磷、氮、氢、氧等元素。 钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下几种： 一、钢材的品种 为便于采购、订货和管理，我国目前将钢材按外形分为型材、板材、管材、金属制品四大类，共十六大品种： 1．型材 钢轨、型钢（圆钢、方钢、扁钢、六角钢、工字钢、槽钢、角钢及螺纹钢等）、线材（直径 5-10毫米的圆钢和盘条）等。 2．板材 薄钢板：厚度等于和小于 4毫米的钢板； 厚钢板：厚度大于 4毫米的钢板；又可分为中板（厚度大于4mm小于20mm）、厚板（厚度大于20mm小于60mm）、特厚板（厚度大于60mm）；

钢带：也叫带钢，实际上是长而窄并成卷供应的薄钢板； 电工硅钢薄板：也叫硅钢片或矽钢片。 3．管材 无缝钢管：用热轧、热轧—冷拔或挤压等方法生产的管壁无接缝的钢管； 焊接钢管：将钢板或钢带卷曲成型，然后焊接制成的钢管。 4．金属制品：包括钢丝、钢丝绳、钢绞线等。 二、钢的分类 钢的种类繁多，为了便于生产、使用和研究，可以按照化学成分、冶金质量和用途对钢进行分类。 1．按化学成分分类。碳钢、合金钢两大类。 碳钢：低碳钢（Wc＜%）、中碳钢（Wc=%～%）和高碳钢（Wc>%） 合金钢：按钢中含合金元素总量（Me%）分为低合金钢（Me<5%）、中合金钢（Me=5～10%）和高合金钢（Me>10%）。 按合金元素的种类可分为锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等。 2．按冶金质量分类。按钢中所含有害杂质硫、磷的多少，可分为： 普通钢：S%≤%，P%≤% 优质钢：S%、P%≤% 高级优质钢：S%≤%，P%≤% 此外，按冶炼时脱氧程度，可将钢分为沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧较完全）和半镇静钢三类。 3．按金相组织分类 按钢退火态的金相组织可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢三种。

碳素钢与合金钢

碳素钢与合金钢的区别 钢是泛指铁碳合金,或者叫做碳元素在晶体铁中的固溶体. 20 30 35 40 45号钢分别表示含碳量为0.2%、0.3%、0.35%、0.45%的优质碳素钢 所谓碳素钢,即除了铁元素外,材料中一般只有碳硅锰磷硫这五大天然元素，而再没有添加其他合金元素. 合金钢,是钢中除了铁和五大天然元素以外,还人为添加了另外的合金元素,以改变或者提高钢的某些特性.如CrNiMnMoWVB等。 可以理解为，碳素钢不含有其他合金元素；含有其他合金元素的钢即是合金钢。 马氏体不锈钢： 强度高，但塑性和可焊性较差。马氏体不锈钢的常用牌号有1Cr13、3Cr13等，因含碳较高，故具有较高的强度、硬度和耐磨性，但耐蚀性稍差，用于力学性能要求较高、耐蚀性能要求一般的一些零件上，如弹簧、汽轮机叶片、水压机阀等。这类钢是在淬火、回火处理后使用的。锻造、冲压后需退火。铁素体不锈钢： 含铬12%～30%。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高，耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢因为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。这类钢能抵抗大气、硝酸及盐水溶液的腐蚀，并具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小等特点，用于硝酸及食品工厂设备，也可制作在高温下工作的零件，如燃气轮机零件等。 奥氏体不锈钢： 含铬大于18%，还含有8%左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好，可耐多种介质腐蚀。奥氏体不锈钢的常用牌号有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9钢的C<0.08%，钢号中标记为“0”。这类钢中含有大量的Ni和Cr，使钢在室温下呈奥氏体状态。这类钢具有良好的塑性、韧性、焊接性、耐蚀性能和无磁或弱磁性，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好，用来制作耐酸设备，如耐蚀容器及设备衬里、输送管道、耐硝酸的设备零件等，另外还可用作不锈钢钟表饰品的主体材料。奥氏体不锈钢一般采用固溶处理，即将钢加热至1050～1150℃，然后水冷或风冷，以获得单相奥氏体组织。

碳素钢及合金钢的焊接

6 碳素钢及合金钢的焊接 6.1 一般规定 6.1.1 本章适用于含碳量小于或等于0.30%的碳素钢、低合金结构钢、低温钢、耐热钢、不锈钢、耐热耐蚀高合金钢现场焊接设备和管道的手工电弧焊、氩弧焊、二氧化碳气体保护焊、埋弧焊及氧乙炔焊。 6.1.2 焊缝的设置应避开应力集中区，便于焊接和热处理，并应符合下列规定： 6.1.2.1 钢板卷管或设备、容器的筒节与筒节、筒节与封头组对时，相邻两纵向焊缝间的距离应大于壁厚的3倍，且不应小于100 mm，同一筒节上两相邻纵缝间的距离不应小于200 mm； 6.1.2.2 加热炉受热面管子的焊缝中心与管子弯曲起点、联箱外壁及支、吊架边缘的距离不应小于70 mm；同一直管段上两个对接焊缝间的距离不应小于150 mm； 6.1.2.3除焊接及成型管件外的其他管子对接焊缝的中心到管子弯曲起点的距离不应 小于管子外径，且不应小于l00 mm；管子对接焊缝与支、吊架边缘之间的距离不应小于50 mm。同一直管段上两对接焊缝中心面间的距离：当公称直径大于或等于150mm时不应小于150mm；公称直径小于150mm时不应小于管子外径； 6.1.2.4 不宜在焊缝及其边缘上开孔，当不可避免时，应符合本规范第11.3.9条的规定。 6.1.3焊缝的坡口形式和尺寸应符合设计文件和焊接作业指导书的规定。当无规定时，埋弧焊焊缝坡口形式及尺寸应符合现行国家标准《埋弧焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》GB 986的规定，其他焊缝坡口形式和尺寸应符合本规范附录C第C.0.1条的规定。 6.2 焊前准备 6.2.1焊件的切割和坡口加工宜采用机械方法，也可采用等离子弧、氧乙炔焰等热加工方法，在采用热加工方法加工坡口后，必须除去坡口表面的氧化皮、熔渣及影响接头质量的表面层，并应将凹凸不平处打磨平整。 6.2.2焊件组对前应将坡口及其内外侧表面不小于l o mm范围内的油、漆、垢、锈、毛刺及镀锌层等清除干净，且不得有裂纹、夹层等缺陷。 6.2.3除设计规定需进行冷拉伸或冷压缩的管道外，焊件不得进行强行组对。 6.2.4 管于或管件对接焊缝组对时，内壁应齐平，内壁错边量不宜超过管壁厚度的10%，且不应大于2mm； 6.2.5设备、容器对接焊缝组对时的错边量应符合表6.2.5及下列规定。 6.2.5.1只能从单面焊接的纵向和环向焊缝，其内壁最大错边量不应超过2mm； 6.2.5.2 复合钢板组对时，应以复层表面为基准，错边量不应超过钢板复层厚度的50%，且不应大于1mm。 6.2.6 不等厚对接焊件组对时，薄件端面应位于厚件端面之内。当内壁错边量超过本规范第6.2.4条及第6.2.5条规定或外壁错边量大于3nim时，应对焊件进行加工(图6.2.6)。

碳钢和合金钢

第九章碳钢及合金钢 (工业用钢) 第一节工业用钢的分类及牌号表示方法钢是经济建设中使用最广、用量最大的金属材料，在现代工农业生产中占有重要地位。 碳钢：含碳量在0.0218%～2.11%之间的铁碳合金称为碳素钢，简称碳钢。 合金钢：在碳钢的基础上特意地加入一种或几种合金元素，使其使用性能和工艺性能得以提高的铁基的合金称为合金钢。 钢中除铁、碳及合金元素外，还有炼钢时随生铁、脱氧剂和燃料带入的硅、锰、硫、磷、氮、氢、氧等元素。 钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下几种： 一、钢材的品种 为便于采购、订货和管理，我国目前将钢材按外形分为型材、板材、管材、金属制品四大类，共十六大品种： 1．型材 钢轨、型钢（圆钢、方钢、扁钢、六角钢、工字钢、槽钢、角钢及螺纹钢等）、线材（直径5-10毫米的圆钢和盘条）等。 2．板材 薄钢板：厚度等于和小于4毫米的钢板； 厚钢板：厚度大于4毫米的钢板；又可分为中板（厚度大于4mm小于20mm）、厚板（厚度大于20mm小于60mm）、特厚板（厚度大于60mm）； 钢带：也叫带钢，实际上是长而窄并成卷供应的薄钢板； 电工硅钢薄板：也叫硅钢片或矽钢片。 3．管材 无缝钢管：用热轧、热轧—冷拔或挤压等方法生产的管壁无接缝的钢管； 焊接钢管：将钢板或钢带卷曲成型，然后焊接制成的钢管。 4．金属制品：包括钢丝、钢丝绳、钢绞线等。 二、钢的分类

按用途分类 结构钢 工具钢 工程结构钢 机器结构钢 建筑工程用钢 桥梁工程用钢 船舶工程用钢 车辆工程用钢 渗碳钢属于低碳钢或低碳合金钢 调质钢 属于中碳钢或中碳合金钢 弹簧钢属于中、高碳钢或中、高碳合金钢 滚动轴承钢属高碳合金钢 一般属于低碳钢 或低碳低合金钢 刃具钢 一般属于高碳钢 模具钢或高碳高合金钢 量具钢 不锈钢 耐热钢 耐磨钢 钢的种类繁多，为了便于生产、使用和研究，可以按照化学成分、冶金质量和用途对钢进行分类。 1．按化学成分分类。碳钢、合金钢两大类。 碳钢：低碳钢（Wc＜0.25%）、中碳钢（Wc=0.25%～0.60%）和高碳钢（Wc>0.6%）合金钢：按钢中含合金元素总量（Me%）分为低合金钢（Me<5%）、中合金钢（Me=5～10%）和高合金钢（Me>10%）。 按合金元素的种类可分为锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等。 2．按冶金质量分类。按钢中所含有害杂质硫、磷的多少，可分为： 普通钢：S%≤0.055%，P%≤0.045% 优质钢：S%、P%≤0.040% 高级优质钢：S%≤0.030%，P%≤0.035% 此外，按冶炼时脱氧程度，可将钢分为沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧较完全）和半镇静钢三类。 3．按金相组织分类 按钢退火态的金相组织可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢三种。 按钢正火态的金相组织可分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢等四种。 4．按成形方法分类。锻钢、铸钢、热轧钢、冷轧钢等。 5．按用途分类。按钢的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。

碳素钢和低合金钢的定义

碳钢 主要指力学性能取决于钢中的碳含量，而一般不添加大量的合金元素的钢，有时也称为普碳钢或碳素钢。 碳钢也叫碳素钢，指含炭量WC小于2%的铁碳合金。 碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。 按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类，碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种； 按冶炼方法可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢； 按脱氧方法可分为沸腾钢（F）、镇静钢（Z）、半镇静钢（b）和特殊镇静钢（T Z）； 按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（WC ≤ 0.25%）,中碳钢（WC0.25%—0.6%）和高碳钢（WC>0.6%）； 按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、优质碳素钢（含磷、硫较低）和高级优质钢（含磷、硫更低）和特级优质钢。 一般碳钢中含碳量较高则硬度越大，强度也越高，但塑性较低。 按国际标准，把钢区分为非合金钢和合金钢两大类，非合金钢是通常叫做碳素钢的一大钢类，钢中除了铁和碳以外，还含有炉料带入的少量合金元素Mn、Si、Al，杂质元素P、S及气体N、H、O等。合金钢则是为了获得某种物理、化学或力学特性而有意添加了一定量的合金元素Cr、Ni、Mo、V，并对杂质和有害元素加以控制的另一类钢。 原则上讲，合金钢分为低合金钢、中合金钢和高合金钢，顾名思义，以含有合金元素的总量来加以区分，总量低于3%称为低合金钢，5～10%为中合金钢，大于10%为高合金钢。在国内习惯上又将特殊质量的碳素钢和合金钢称为特殊钢，全国31家特钢企业专门生产这类钢，如优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、碳素弹簧钢、合金弹簧钢、轴承钢、不锈钢、耐热钢、电工钢，还包括高温合金、耐蚀合金和精密合金等等。在钢的分类上，近年虽努力向国际通用标准靠拢，但还有许多不同之处。 ①随着特钢向“特”、“精”、“高”发展，向深加工方向延伸，特钢的领域越来越窄。美国特钢协会将特钢定位在工模具钢、不锈钢、电工钢、高温合金和镍合金。日本把结构钢和高强度钢归并在特钢范畴。随着我国普钢企业的技术改造和工艺进步，特钢企业的产品领域也在缩小，1999年普钢厂已生产特钢产品总量的34%。 ②国外的低合金钢，实际上是我们所熟悉的低合金高强度钢，属于特殊钢范畴，在美国叫做高强度低合金钢（HSLA—Steel），俄罗斯及东欧各国称为低合金建筑钢，日本命名为高张力钢。而在国内，首先是把低合金钢划入了普钢范围，概念上的区别导致在产品质量上的差异。在名称上也几经变化，如低合金建筑钢、普通低合金钢、低合金结构钢，至1994年叫做低合金高强度结构钢（GB/T1591—94）。到目前为止，从发表的资料文献来看，低合金钢的名称仍然随着国家、企业和作者而异。

碳钢及普通低合金钢的焊接

碳钢及普通低合金钢的焊接 1.什么是碳素钢？常用的有哪几种？ 答：碳素钢也叫碳钢。常用焊接的有低碳钢（含C≤0.25%）和中碳钢 （含C=0.25%--0.60%）；优质碳素结构钢（08、10、15、20、25、30、35、40、45）2.为什么叫普通低合金钢？它们是如何分类的？ 答：在普通低合金钢中，除碳以外，还含有少量其他元素，如：锰、硅 、钒、钼、钛、铝、铌、铜、硼、磷、稀土等，性能发生变化，得到比一般碳钢更优良的性能，如：高强度钢、耐蚀钢、低温钢、耐热钢等。 3.什么是金属材料的机械性能？ 答：强度、硬度、朔性、韧性、耐疲劳和蠕变性能等。 4.什么是钢材的工艺性能？ 答：钢材承受各种冷热加工的能力，如：可切削性、可锻性、可铸性和可焊接性等。 5.什么是金属的焊接性？ 答：在一定的焊接工艺条件下获得优质焊接接头的难易程度。包括两方面的内容： 一是接合性能，又称工艺可焊性；二是使用性能，又称使用可焊性。 6.为什么ER50-6实心焊丝使用十分普遍？它适合哪些钢材？ 答：ER50-6实心焊丝（如：唐山神钢MG-51T）适合的钢材有： 〈1〉普通碳素结构钢：Q215 Q235 Q255 Q275 〈2〉优质碳素结构钢： 08 10 15 20 25 30 35 40 45 15Mn 20Mn 25Mn 30Mn 35Mn 〈3〉碳素铸钢：ZG200-400H ZG230-450H ZG275-485H 〈4〉压力容器用碳素钢： 20R 〈5〉锅炉用碳素钢： 20g 〈6〉桥梁用碳素结构钢： 16q 〈7〉核压力容器用碳素钢： 20HR 〈8〉汽车制造用碳素结构钢： 08Al 15Al 〈9〉普通低合金高强度结构钢：Q295 （09MnV、09MnNb、09Mn2） Q345 （14MnNb、16Mn、16MnRE）Q390 （15MnV、15MnTi、16MnNb） Q420 （15MnVN、14MnVTiRE） 〈10〉船体用低合金高强度结构钢 AH32 DH32 EH32 AH36 〈11〉压力容器用低合金高强度结构钢 16MnR 15MnVR 15MnVNR 〈12〉锅炉用低合金高强度结构钢 16Mng 19Mng 22Mng 〈13〉桥梁用低合金高强度结构钢 16Mnq（16MnCuq）15MnVq 15MnVNq 〈14〉石油天然气管道用低合金高强度结构钢 S290 S315 S360 S380 S415 7.为什么低合金高强钢会出现裂纹？有哪些影响因素？ 答：随含碳量和合金元素的增加，产生冷裂纹的敏感性增加。产生冷裂纹的三要素是：〈1〉焊接接头中产生淬硬的马氏体组织〈2〉焊接接头中扩散氢〔H〕含量高 〈3〉焊接接头中有较高的残余应力 8.为什么防止冷裂纹要采取工艺措施？ 答：防止冷裂纹要采取的工艺措施有： 〈1〉建立低氢的焊接环境 〈2〉制定合理的焊接工艺和焊接顺序

碳钢及合金钢经渗铬或渗钒处理

碳钢及合金钢经渗铬或渗钒处理，表面获得铬或钒的碳化物层。该层具有高硬度、高耐摩性、抗某些介质腐蚀等优良性能。 以硼砂为主要成份的硼砂熔盐渗铬、渗钒具有设备简单、操作方便、无需保护气氛、盐浴稳定性好，无公害等特点。 该项目1981年获机械科学院和机械工业部科研成果二等奖，渗铬、渗钒的操作要领相同（唯渗剂略有区别），现以渗铬为例加以说明： 一、渗铬(渗钒)工艺及操作要领。 1. 渗铬工艺：1000±50℃，常用950±10℃；保温3-6小时。不同材质工件的处理温度和保温时间，视其对渗层厚度的要求而定。 2. 予处理：如工件带锈和附着油污，渗铬前需酸洗去锈或用酒精、汽油除油。 3. 渗铬操作：渗铬剂的熔化温度约为740℃左右。在连续生产过程中由于工件带出和熔盐本身的消耗使 熔盐变浅，需不断补充新盐。 4. 后处理：零件渗铬后，根据使用方法的不同，后处理工艺亦不同，需分别对待。 a. 仅要求表面耐磨、抗介质腐蚀而对基体无强度要求的零件为渗铬→空冷→沸水清除粘附残盐。 b. 对基体有一定强度要求的本质细晶粒钢件：渗铬→淬火(水或油)→在加有缓蚀剂的沸腾的5％硫酸水 溶液(以下简称含酸沸水)中煮去未脱落的残盐→回火。 c. 淬火温度高于渗铬温度的高合金钢：渗铬后随炉升温→淬火→含酸沸水煮去残盐→回火。 d. 对基体强度有严格要求的本质粗晶粒钢件，渗铬后要重新加热淬火，加热淬火最好在无氧化气氛中 进行。工序为渗铬→空冷→含酸沸水清洗→升温→淬火(水或油)→回火。 二、质量检查： 1. 宏观检查；渗件表面呈银白色。用挫刀轻沿表面挫动无痕迹，即可确认已有渗铬层(纯铁渗铬不采用

此方法)。 2. 微观检查：渗铬时放入相同材质的试块，渗后检查渗层厚度及显微硬度。根据不同使用要求碳钢及合金钢渗铬件的渗层厚度5-20微米(且均匀)即为合格。渗层硬度(负荷100克)应在HVl400-1800范围内。 三、渗铬(钒)剂的回收： 工件空冷过程中表面粘附的盐部分脱落，可直接回收重用。淬火时大部分粘附的盐自行脱落，可在淬火槽下部安置铁丝筐回收，去油后重用。溶解于含酸沸水中的渗剂静置24小时后，在清洗槽内壁结晶析出，亦可回收重用。 四、适用范围和注意事项： 1. 要求耐磨的工模具，耐蚀的各种阀门、阀杆、密封面以及要求抗高温氧化(渗钒不能抗氧化)的热作 模具等处理后均可显著提高寿命。 2. 渗剂应储存在干燥通风处，切勿受潮。未用完的盐，须及时将内塑料袋封口，以防吸收空气中的 水份。每次添加的渗剂务于炉旁低温烘干。 3. 清洗水中加5％H2SO4和适量乌洛托品(缓蚀剂)，可以提高清洗效率。 五、包装： 采用外铁桶、内双层塑料袋、每桶25kg。

第七章 合金钢简答题

第七章合金钢 碳钢具备很多优点，在机器制造业中获得了广泛应用。但是碳钢淬透性低、回火抗力差、不具备特殊的物理、化学性能，且屈强比低，约为0.6。而合金钢屈强比一般为0.85～0.9。在零件设计时，屈服强度是设计的依据。所以，碳钢的强度潜力不能充分发挥。为了满足使用要求，必须选用合金钢。 1、合金元素对钢中基本相有哪些影响？ 答：⑴与碳亲合力很弱的合金元素，溶入铁素体内形成合金铁素体，对基体起固溶强化作用，与碳不发生化合反应。 ⑵与碳亲合力较强的合金元素，一般能置换Fe3C中的铁原子，形成合金Fe3C。合金Fe3C较Fe3C稳定性略高，硬度较为提高，是低合金钢中存在的主要碳化物。 ⑶与碳亲合力很强的合金元素，且含量大于5％，易形成特殊碳化物。它比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度、耐磨性和回火稳定性。 2、普通低合金钢与含碳量相同的碳素钢相比有什么特点？这类钢常用于哪些场合？钢中合金元素主要作用是什么？ 答：普通低合金钢是一种低碳、低合金含量的结构钢，其含碳量＜0.2％，合金元素含量＜3％。与具有相同含碳量的碳素钢相比具有较高的强度，较高的屈服强度，因此，在相同受载条件下，使结构的重量减轻20～30％。具有较低的冷脆转变温度（-30℃）。 普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。因此它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。 钢中合金元素的主要作用：Mn—强化铁素体基体；V、Ti—细化铁素体晶粒，形成碳化物起弥散强化的作用；Cu、P—提高钢对大气的抗蚀能力。 3、普通低合金钢常用于哪些场合？对性能有何要求？如何达到这些性能要求？ 答：普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。 由于它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。因此对它的性能要求如下：良好的综合力学性能，ζs＝350～650 MPa，δ＝16～23％，αk＝60～70 J/cm2；良好的焊接性、冷热加工性；较好的抗蚀性；低的冷脆转化温度，一般为-30℃。 为了达到这些要求，普通低合金钢碳含量低，一般为0.1～0.2％；合金元素含量低，一般＜3％。主加元素Mn用来强化铁素体基体；辅加元素V、Ti用来形成碳化物起弥散强化的作用，同时细化铁素体晶粒；Cu、P用来提高钢对大气的抗蚀能力。 4、合金钢与碳钢相比，为什么它的力学性能好？热处理变形小？为什么合金工具钢的耐磨性、热硬性比碳钢高？ 答：合金钢中的合金元素能溶入铁素体基体起固溶强化作用，只要加入量适当并不降低钢的韧性；除了Co和Al外，其它合金元素均使C曲线右移，使合金钢淬火时临界冷却速度下降，淬透性提高，从而使力学性能在工件整个截面上均匀（特别是ζs和αk）。故合金钢力学性能好。 合金钢淬透性高，临界冷却速度小，故可用较小的冷却速度进行淬火，使热应力大大降低，所以，合金钢的热处理变形小。 合金工具钢中存在合金渗碳体和特殊炭化物，比碳素工具钢中的渗碳体具有更高的硬度和稳定性，弥散度高，故耐磨性高。

钢碳钢和合金钢(终审稿)

钢碳钢和合金钢 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-

碳素钢1.概述 钢分为碳素钢（简称碳钢）和合金两大类。 碳钢是指含碳量小于2.11%并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金。工业用碳钢的含碳量一般为0.05%～1.35%。 为了提高钢的力学性能、工艺性能或某些特殊性能（如耐腐蚀性、耐热性、耐磨性等），冶炼中有目的地加入一些合金元素（如Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti 等），这种钢称为合金钢。 合金钢的分类方法有多种，常见的有以下两种。 （1）按用途分类分为三类： 合金结构钢，用于制造各种性能要求更高的机械零件和工程构件； 合金结构钢，用于制造各种性能要求更高的刃具、量具和模具； 特殊性能钢，具有特殊物理和化学性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。（2）铵合金元素总含量多少分类分为三类： 低合金钢，合金元素总含量小于5%； 中合金钢，合金元素总含量为5%～10%； 高合金钢，合金元素总含量大于10%。 2．合金钢牌号的表示方法 合金钢是按钢材的含碳量以及所含合金元素的种类和数量编号的。 ①钢号首部是表示含碳量以及所含合金结构钢与碳素结构钢相同，以万分之一的碳作为单位，如首部数字为45，则表示平均含碳量为0.45%；合金工具钢以千分之一的碳作为单位，如首部数字为5，则表示平均含碳量为0.5%。

②在表示含碳量的数字后面，用元素的化学符号表示出所含的合金元素。合金元素的含量以百分之几表示，当平均含量小于1.5%时，只标明元素符号，不标含量。如25Mn2V，表示平均含碳量为0.25%，含锰量约为2%，含钒量小于1.5%的合金结构钢。又如9SiCr，表示平均含碳量为0.9%，含硅、铬都少于1.5%的合金工具钢。 ③对于含碳量超过1.0%的合金工具钢，则在牌号中不表示含碳量。如CrWMn钢，表示含碳量大于1.0%并含有铬、钨、锰三种合金元素的合金工具钢。但也有特例，高速钢的含碳量小于1.0%，牌号中也不表示含碳量。如W18Cr4V钢，其含碳量仅为0.7%～0.8%。 ④特殊性能钢牌号中也不表示方法基本上与合金工具钢相同。如2Cr13，表示平均含碳量为0.2%，含铬量约为13%的不锈钢。 ⑤有些特殊用钢，则用专门的表示方法，如滚动轴承钢，其牌号以G表示，不标含碳量，铬的平均含量用千分之几表示。如GCr15，表示含铬量为1.5%的滚动轴承钢。 ⑥对于高级优质钢，在钢号末尾加一个“A”字，如38CrMoAIA。 低合金工具钢中常用的有9Mn2v、9SiCr、CrWMn等。9SiCr可用于制作丝锥、板牙等。由于铬、硅同时加入，淬透性明显提高，油淬直径可达40~50mm；同时还能强化铁素体，尤其是硅的强化作用显着；另外Cr还能细化碳化物，使之均匀分部，因而耐磨性提高，不易崩刀；Si还能提高回火稳定性，使钢在250~300℃仍能保持HRC60以上。9SiCr可采用分级或等温淬火，以减少变形，因而常用于指作形状复杂的、要求变形小的刀具。 硅使钢在加热时容易脱碳，退火后硬度偏高（HB217~241），造成切削加工困难，热处理时要予以注意。

钢碳钢和合金钢精修订

钢碳钢和合金钢 SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#

碳素钢 1.概述 钢分为碳素钢（简称碳钢）和合金两大类。 碳钢是指含碳量小于2.11%并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金。工业用碳钢的含碳量一般为0.05%～1.35%。 为了提高钢的力学性能、工艺性能或某些特殊性能（如耐腐蚀性、耐热性、耐磨性等），冶炼中有目的地加入一些合金元素（如Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等），这种钢称为合金钢。 合金钢的分类方法有多种，常见的有以下两种。 （1）按用途分类分为三类： 合金结构钢，用于制造各种性能要求更高的机械零件和工程构件； 合金结构钢，用于制造各种性能要求更高的刃具、量具和模具； 特殊性能钢，具有特殊物理和化学性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。 （2）铵合金元素总含量多少分类分为三类： 低合金钢，合金元素总含量小于5%； 中合金钢，合金元素总含量为5%～10%； 高合金钢，合金元素总含量大于10%。 2．合金钢牌号的表示方法 合金钢是按钢材的含碳量以及所含合金元素的种类和数量编号的。 ①钢号首部是表示含碳量以及所含合金结构钢与碳素结构钢相同，以万分之一的碳作为单位，如首部数字为45，则表示平均含碳量为0.45%；合金工具钢以千分之一的碳作为单位，如首部数字为5，则表示平均含碳量为0.5%。 ②在表示含碳量的数字后面，用元素的化学符号表示出所含的合金元素。合金元素的含量以百分之几表示，当平均含量小于1.5%时，只标明元素符号，不标含量。如 25Mn2V，表示平均含碳量为0.25%，含锰量约为2%，含钒量小于1.5%的合金结构钢。又如9SiCr，表示平均含碳量为0.9%，含硅、铬都少于1.5%的合金工具钢。 ③对于含碳量超过1.0%的合金工具钢，则在牌号中不表示含碳量。如CrWMn钢，表示含碳量大于1.0%并含有铬、钨、锰三种合金元素的合金工具钢。但也有特例，高速钢的含碳量小于1.0%，牌号中也不表示含碳量。如W18Cr4V钢，其含碳量仅为0.7%～0.8%。 ④特殊性能钢牌号中也不表示方法基本上与合金工具钢相同。如2Cr13，表示平均含碳量为0.2%，含铬量约为13%的不锈钢。 ⑤有些特殊用钢，则用专门的表示方法，如滚动轴承钢，其牌号以G表示，不标含碳量，铬的平均含量用千分之几表示。如GCr15，表示含铬量为1.5%的滚动轴承钢。 ⑥对于高级优质钢，在钢号末尾加一个“A”字，如38CrMoAIA。 低合金工具钢中常用的有9Mn2v、9SiCr、CrWMn等。9SiCr可用于制作丝锥、板牙等。由于铬、硅同时加入，淬透性明显提高，油淬直径可达40~50mm；同时还能强化铁素体，尤其是硅的强化作用显着；另外Cr还能细化碳化物，使之均匀分部，因而耐磨性提高，不易崩刀；Si还能提高回火稳定性，使钢在250~300℃仍能保持HRC60以上。 9SiCr可采用分级或等温淬火，以减少变形，因而常用于指作形状复杂的、要求变形小的刀具。

碳钢及合金钢气体渗碳的要求

材料標準程序规范 吸热式气氛的气体渗碳 I. 范围: 定义碳钢及合金钢气体渗碳的要求。 II. 图纸上如何规定渗碳要求： 图纸上应有如下说明： 例如： 1. 渗碳工艺按照规范规定的_________工艺（见第VII段） 2. 渗碳层深度（见第IV和V段） 3. 渗碳层硬度（见第V段） 4. 心部硬度（选择性, 见第V段） III. 热处理供应商： 如果XX公司零件由供应商渗碳处理（热处理加工商），冶金专家应该负责确定供应商的能力是否达到图纸及规范要求。公司应该为供应商提供以下文件作为指导： 1. 最新版的规范及零件图纸。 2. 工艺参数，工装情况，像料盘，夹具，装炉量和照片等实际生产情况，如果零件原先是由 XX公司自己渗碳处理的话。 供应商随后应向XX提供用试产的热处理零件及其详细工艺过程和设备状况。XX的热处理工艺参数表应该使用并提供具体的信息。当评价一家新的供应商时，供应商要求提供炉号，定碳片和金相检查报告。并且供应商在没有得到XX公司书面批准同意之前不得变更工艺。 IV. 渗碳层深度 1. 有效渗碳层深度 有效渗碳层深度是指从零件表面到洛氏硬度HRC50（HV513）处的距离。样品抛光后， 用载荷为100至500克的显微硬度计测量，然后利用硬度转换表格将显微硬度转化为 HRC。除非图纸另有注明，有效渗碳层深度就用这种方法测定。 2. 渗碳层总深度 渗碳层总深度是指从零件表面到渗层与心部组织分界处的距离（浸蚀后的暗、淡区域分界 处）。试样抛光浸蚀后在100倍下目测。渗碳层总深度要比有效渗碳层深度更深。 3. 磨削允许量 零件加工前要求的渗碳层深度应该是图纸要求的渗碳层深度加上磨削量 组织要求 所有的组织检查必须抛光腐蚀后进行。 1. 渗碳零件的渗碳层组织至少是90％以上的回火马氏体。 2. 渗碳层组织不能有大块的相互连接的碳化物，但是颗粒状的碳化物可以接受。 3. 对于合金钢（如8620，4320），芯部组织不能有超过5％的铁素体。 4. 渗碳层表面不允许超过0，0125mm的氧化/脱碳层。 5. 从零件表面到0.10mm的渗碳层区域内不能有超过10％的残余奥氏体。残余奥氏体的金相检查应 该在400X下进行。

(推荐)合金钢的类别与牌号

碳素钢、合金钢的类别以及牌号 一、碳素钢的分类、合金钢的分类 碳素钢：含碳量大于0.0218%,小于2.11%的碳素合金钢。 1、碳素钢的分类： 1）按含碳量分：低碳钢（含碳量小于0.25%)、中碳钢（含碳量0.25%----0.60%)、高碳钢（含碳量大于0.60%） 2）按用途分：结构钢（含碳量小于0.70%）、工具钢（含碳量大于0.70%） 3）按质量（硫、磷含量大小）分：普通钢、优质钢、高级优质钢。 2、合金钢的分类 按用途分：合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢 按合金含量分：低合金钢（小于5％）、中合金钢（5％－－10％）、高合金钢（大于10％）。 二、碳素钢、合金钢的牌号 产品牌号的表示，一般采用汉语拼音字母，化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法来表示 采用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表产品名称的汉语拼音中选取第一个字母。当和另一个产品所选用的字母重复时，可改用第二个字母或第三个字母，或同时选取两个汉字中的第一个拼音字母。 1、碳素结构钢和低合金高强度结构牌号表示方法以上用钢通常分为通用钢和专用钢两大类。 通用结构钢采用代表屈服点的拼音字母“Q”。屈服点数值(单位为MPa)和规定的质量等级、脱氧方法等符号，按顺序组成牌号。例如：碳素结构钢牌号表示为：Q235AF，Q235BZ；低合金高强度结构钢牌号表示为：Q345C，Q345D。碳素结构钢的牌号组成中，镇静钢符号“Z”和特殊镇静钢符号“TZ”可以省略，例如：质量等级分别为C 级和D级的Q235钢，其牌号表示应为Q235CZ和Q235DTZ，但可以省略为Q235C和 Q235D

AISI标准-碳素钢和合金钢牌号表示方法

AISI标准中碳素钢和合金钢牌号表示方法 AISI标准中，碳素钢和合金钢牌号的表示方法基本相同。大都采用四位阿拉伯数字表示，间或在中间或末尾加入字母。例如：1005，94B15，3140等。四位数字中的前两位数字表示钢种类型极其主要合金元素含量。后两位数字表示钢的平均含碳量为万分之几的数值。 1. 第一位数（或第一、二位数）表示如下类别号：1—碳素钢，2—镍钢，3—镍铬钢，4—钼钢，5—铬钢，61—铬钒钢，8—低镍铬钢，92—硅锰钢，93、94、97、98—铬镍钼钢。 2. 第二位数（类别号为二位数者无此项）表示如下钢种或合金元素含量： 碳素钢：0—一般碳素钢,1—易切削钢，3—锰结构钢。 钼钢：1—铬钼钢，3和7—镍铬钼钢，6和8—镍钼钢，0、4、5—含Mo量不同的钼钢。 镍和镍铬钢：用百分数表示平均含镍量。 铬钢：0—铬含量较低，1—铬含量较高。 低镍铬钢：6、7、8、1表示镍和铬含量一定，钼含量不同。6表示钼含量0.15～0.25，7表示钼含量0.2～0.3，8表示钼含量0.3～0.4，1表示钼含量0.08～0.15。 3. 第三、四位数表示含碳量平均值，以万分之几表示。 有些钢号中间插入B或L：B—含硼钢，L—含铅钢。 末尾加“H”时，表示对淬透性有一定要求的钢种。有些加前置字母“M”或“MT”：M—机械级，MT—机械用管材 P.S: 不锈钢和耐热钢牌号表示方法 采用AISI标准的编号系统，牌号由三位阿拉伯数字组成，第一位数表示钢的类别。第二、三位数表示顺序号。 钢的类别号：1—沉淀硬化不锈钢，2—Cr-Mn-Ni-N 奥氏体钢，3—CrNi奥氏体钢，4—高铬马氏体和低碳高铬铁素体钢，5—低碳马氏体钢。

GOST 8479-70 结构钢、碳钢和合金钢锻件一般技术规范

结构钢、碳钢和合金钢锻件的一般技术规范GOST 8479-70 违反标准追究法律责任 该标准涵盖了一般意义上的直径（厚度）至800mm，由锻造法或热模法制造的结构钢、碳钢、低合金钢和合金钢锻件。 该标准规定了锻件类别和对验收、交货的基本技术要求。 该标准不能代替现行的针对其他类型锻件的标准和技术规范，其他类型锻件指对生产方法、表面质量、采用专门热处理方式等有特别要求的锻件。 1.技术要求 1.1锻件生产应当符合该标准，按照由既定程序确定的图纸和具体产品的技术规范文件来进行生产。锻件按照测试类型分为以下几组，见表 1. （变更条款，变更号No3） 1.2由消费者指定锻件类别，在工件图纸上技术要求栏指出类别号码。 1.3按照消费者要求，锻件交货应当进行该标准之外的附加测试类型（白点测试，包曼试验、超声波探伤和潜望检测、剩余应力值的测定、工作温度下的屈服强度、测定工作温度下和零下温度下的冲击韧性、钢结构的宏观微观分析、弯曲试验、测定晶粒值等）。在这种情况下，锻件可归入表1中的以下类别： II, III, IV, V. 表1 锻件类型 I

II III 测试类型 不需测试 测定硬度 测定硬度 1.测试拉力 2.测定冲击韧性 3.测定硬度 1.测试拉力 2.测定冲击韧性 3.测定硬度成批次条件 同种或不同钢牌号锻件 同种或不同钢牌号锻件，同时进行热处理同种或不同钢牌号锻件，按照同样的方 式进行热处理- 硬度同上屈服强度收缩冲击韧性- 屈服强度收缩冲击韧性-交货性能IV 同一炉钢锻件，同时进行热处理 V 每个锻件都单独对待 （完整版联系翻译者获取Q1） 2.测试方法

3.汽车材料教案-碳钢及合金钢

教学设计

教学过程 教学环节教师讲授、指导（主导）内容 学生学习、 操作（主体）活动 时间 分配 一二、组织教学 师生问候，教师自我介绍。 课程讲授 一、碳钢 （一）杂质 碳钢中的杂质元素对性能的影响 锰、硅——有益； 硫、磷----有害杂质； （二）分类： 1）按化学成分分类：低碳钢、中碳钢、高碳钢 2）按用途分类：结构钢、工具钢、特殊性能钢 3）按质量分类：普通钢、优质钢、高级优质钢 1、普通碳素结构钢： 牌号用Q+屈服强度值+等级+脱氧方法。如： Q235-A.F 即表示屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。 2.优质碳素结构钢 钢号用平均碳含量的万分数的数字表示。如：08F，20A，45， 15Mn。（F表沸腾钢） （0.20%C，后有“A”表高级优质钢）（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 3.碳素工具钢 0.65------1.35C%，用以制作刃具、量具、模具 钢号用平均碳含量的千分数的数字和T一起表示。如：T10A, T9 , T12, （1.0%C，A表示高级优质碳素工具钢）（0.9%C）（ 1.2%C,） 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。 学生起来问好，调 整状态，认真听教 师讲话。 学生通过对课程内 容了解，从而能够 对本科目产生浓厚 的学习兴趣。 教师提出学习 要求，同时也调动 学生学习的积极 性。 通过教师的讲解、 举例、对比，学生 能够加深对知识的 记忆。 2分 10分 5分 10分 10分

碳钢及合金钢硬度与强度核算值

碳钢及合金钢硬度与强度核算值（摘自GB/T1172-1999) 洛氏表面洛氏 维氏布氏HRC HRA HP 15N HR 30N HR 45N HV HBW 20.060.268.840.719.2226225 20.560.469.041.219.8228227 21.060.769.341.720.4230229 21.561.069.542.221.0233232 22.061.269.842.621.5235234 22.561.570.043.122.1238237 23.061.770.343.622.7241240 23.562.070.644.023.3244242 24.062.270.844.523.9247245 24.562.571.145.024.5250248 25.062.871.445.525.1253251 25.563.071.645.925.7256254 26.063.371.946.426.3259257 26.563.572.246.926.9262260 27.063.872.447.327.5266263 27.564.072.747.828.1269266 28.064.373.048.328.7273269 28.564.673.348.729.3276273 29.064.873.549.229.9280276 29.565.173.849.730.5284280 30.065.374.150.231.1288283 30.565.674.450.631.7292287 31.065.874.751.132.3296291 31.566.174.951.632.9300294 32.066.475.252.033.5304298 32.566.675.552.534.1308302 33.066.975.853.034.7313306 33.567.176.153.435.3317310 34.067.476.453.935.9321314 34.567.776.754.436.5326318 35.067.977.054.837.0331323 35.568.277.255.337.6335327 36.068.477.555.838.2340332 36.568.777.856.238.8345336 37.069.078.156.739.4350341 37.569.278.457.240.0355345 38.069.578.757.640.6360350 38.569.779.058.141.2365355 39.070.079.358.641.8371360 39.570.379.659.042.4376365 40.070.579.959.543.0381370 40.570.880.260.043.6387375 41.071.180.560.444.2393381 41.571.380.860.944.8398386 42.071.681.161.345.4404392 42.571.881.461.845.9410397 43.072.181.762.346.5416403 43.572.482.062.747.1422409 44.072.682.363.247.7428415

常用碳素结构钢和合金钢的性能及用途

常用碳素结构钢和合金钢的性能及用途 按钢质量高低（S,P含量分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢）普通碳素结构钢根据屈服强度的不同分为5个钢号：Q195, Q215, Q235, Q255，Q275 Q235A特征： Q235A级钢根据GB700-88规定与A3钢相对应，其韧性和塑性较好，并有良好的热加工性和焊接性能，一般在热轧状态下使用。Q235A 级钢用途比较广泛，用其轧制的型钢，钢筋，钢板，钢管等可用于制造各种焊接构件，桥梁及一般不重要的极其零件如螺栓，连杆，铆钉，套环，拉杆等。 Q235B 属于普通碳素钢，与优质碳素钢的主要区别在于对碳含量及性能范围要求，以及对硫磷等残余元素的限制较宽，一般在热轧状态下使用，应用范围：Q235B主要用于建筑，桥梁工程上制作质量要求较高发的焊接结构件。 10钢 10钢为含碳量较低的优质碳素结构钢，具有适当的强度，较好的塑性及良好的焊接性能，为提高表面硬度可进行渗碳和氰化处理。 适用范围：该钢的产品有钢板，钢带，钢管，锻件，冲压件等，广泛用于机械产品中。 15钢 15钢属于低碳钢，其强度，硬度低，而塑性，韧性高。锻造性能及

焊接性能良好，冷塑变形能力高，但切削时不宜得到光洁的表面。 适用范围：用于制造受力不大，韧性要求较高的机械零部件。 20钢 20钢的强度比15钢稍高，很少淬火使用，这种钢焊接性能优良，其切削加工性可以通过将钢加热到880到900度水淬来改善，当HB为137—174时，相对加工性为65%，这种钢无回火脆性。 应用范围：用于不经受很大应力而要求很大韧性的各种机械零件，例如杠杆，轴套，螺钉，拉杆，起重钩等。也用于制造压力低于6.05Mp 及温度低于450度的在非腐蚀介质中使用的管子，导管等零件，还可以用于表面硬度要求较高，而心部要求不大的渗碳类零件与氰化零件，如轴套，链条的滚子，轴以及不重要的齿轮，链轮等。 25钢 25钢属于优质碳素钢，它既保证化学成分，又保证力学性能，和普通碳素钢相比，P, S含量较低，钢中非金属杂质五较少，质量比较好，该钢在渗碳时晶粒易长大，一般不直接淬火，因为其淬透性低，需要用水或者盐水做冷介质，变形较大。 应用范围：进行渗碳或者碳氰处理之后，可用于指导摩擦片，活塞销。 不重要的齿轮等，经正火处理以后可以做温度-20到475度的压力容器锻件用钢。此外，还可以用于制造重型和中型机械中负荷不大的轴，棍子，连接器，垫圈，螺栓。螺钉等。还可以做铸钢件。 30钢 30钢为优质他素结构钢，属于调质类钢，一般经淬火，回火或正火后使

钢：碳钢和合金钢

碳素钢 1.概述 钢分为碳素钢（简称碳钢）和合金两大类。 碳钢是指含碳量小于2.11%并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金。工业用碳钢的含碳量一般为0.05%～1.35%。 为了提高钢的力学性能、工艺性能或某些特殊性能（如耐腐蚀性、耐热性、耐磨性等），冶炼中有目的地加入一些合金元素（如Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等），这种钢称为合金钢。 合金钢的分类方法有多种，常见的有以下两种。 （1）按用途分类分为三类： 合金结构钢，用于制造各种性能要求更高的机械零件和工程构件； 合金结构钢，用于制造各种性能要求更高的刃具、量具和模具； 特殊性能钢，具有特殊物理和化学性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。 （2）铵合金元素总含量多少分类分为三类： 低合金钢，合金元素总含量小于5%； 中合金钢，合金元素总含量为5%～10%； 高合金钢，合金元素总含量大于10%。 2．合金钢牌号的表示方法 合金钢是按钢材的含碳量以及所含合金元素的种类和数量编号的。 ①钢号首部是表示含碳量以及所含合金结构钢与碳素结构钢相同，以万分之一的碳作为单位，如首部数字为45，则表示平均含碳量为0.45%；合金工具钢以千分之一的碳作为单位，如首部数字为5，则表示平均含碳量为0.5%。 ②在表示含碳量的数字后面，用元素的化学符号表示出所含的合金元素。合金元素的含量以百分之几表示，当平均含量小于1.5%时，只标明元素符号，不标含量。如25Mn2V，表示平均含碳量为0.25%，含锰量约为2%，含钒量小于1.5%的合金结构钢。又如9SiCr，表示平均含碳量为0.9%，含硅、铬都少于1.5%的合金工具钢。

③对于含碳量超过1.0%的合金工具钢，则在牌号中不表示含碳量。如CrWMn钢，表示含碳量大于 1.0%并含有铬、钨、锰三种合金元素的合金工具钢。但也有特例，高速钢的含碳量小于1.0%，牌号中也不表示含碳量。如W18Cr4V钢，其含碳量仅为0.7%～0.8%。 ④特殊性能钢牌号中也不表示方法基本上与合金工具钢相同。如2Cr13，表示平均含碳量为0.2%，含铬量约为13%的不锈钢。 ⑤有些特殊用钢，则用专门的表示方法，如滚动轴承钢，其牌号以G表示，不标含碳量，铬的平均含量用千分之几表示。如GCr15，表示含铬量为1.5%的滚动轴承钢。 ⑥对于高级优质钢，在钢号末尾加一个“A”字，如38CrMoAIA。 低合金工具钢中常用的有9Mn2v、9SiCr、CrWMn等。9SiCr可用于制作丝锥、板牙等。由于铬、硅同时加入，淬透性明显提高，油淬直径可达40~50mm；同时还能强化铁素体，尤其是硅的强化作用显著；另外Cr还能细化碳化物，使之均匀分部，因而耐磨性提高，不易崩刀；Si还能提高回火稳定性，使钢在250~300℃仍能保持HRC60以上。9SiCr可采用分级或等温淬火，以减少变形，因而常用于指作形状复杂的、要求变形小的刀具。 硅使钢在加热时容易脱碳，退火后硬度偏高（HB217~241），造成切削加工困难，热处理时要予以注意。 CrWMn钢的含碳量为0.90%~1.05%,铬、钨、锰同时加入，使钢具有更高的硬度（64~66HRC）和耐磨性，但红硬性不如9CrSi。但CrWMn钢热处理后变形小，故称微变形钢。主要用来制造较精密的低速刀具，如长铰刀、拉刀等。 碳素钢是指碳含量低于2%，并有少量硅、锰以及磷、硫等杂质的铁碳合金。工业上应用的碳素钢碳含量一般不超过1.4%。这是因为含碳量超过此量后，钢表现出很大的硬脆性，并且加工困难，失去生产和使用价值。碳素钢按其质量不同可分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢二类。优质碳素结构钢规定硫、磷的允许含量比普通碳素钢低，所以综合机械性能比普通碳素钢好。 (1)生产制造方法。碳素钢的冶炼通常在转炉、平炉中进行。转炉一般冶炼普通碳素钢，而平炉可以冶炼各种优质钢。近年来氧气顶吹转炉炼钢技术发展很快，有趋势可代替平炉炼钢。将炼好的钢液注入钢锭模，就得到各种钢锭。钢锭经过锻压或轧制后便加工成各种形状的钢材和锻件。钢锭经过压力加工后，能够改善钢的内部组织和夹杂物分布，所以同样成分的钢材要比钢锭的性能优越一些。 (2)用途。碳素钢主要用来制造强度要求不高的机器零件和各种金属构件。广泛应用于机械制造的各个方面。如农业机械、机床、船舶等。它是一种应用最广、用途最大的钢材。 2.主要生产及输往国家、地区 我国的鞍山钢厂、宝山钢厂、上海钢厂、太原钢厂、重庆钢厂、天津钢厂等是出口碳素钢的主要产地。一般碳素钢多加工成型材，如角钢、扁钢、工字钢等输往日本、香港、东南亚、中东等国家和地区。 3.主要进口生产国家 我国主要从日本、俄罗斯、德国、东欧等国家进口。与其他钢类相比，碳素钢进口数量最多。进口到货后缺重问题较为突出。收用货部门要加强到货后重量的验收。 4.种类