第七章碳素钢与合金钢

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1、第七章第七章 碳素钢与合金钢碳素钢与合金钢 钢是以铁、碳为主要成分的合金，其碳的质量分数一般小于2.11%，按化学成分可以分为碳素钢（简称为碳钢）与合金钢两大类。 第一节第一节 钢的分类与编号钢的分类与编号 一、钢的分类一、钢的分类 1按用途分类 （1）结构钢 包括建筑及工程用结构钢和机械制造用结构钢两类。建筑及工程用结构钢是指用于建筑、桥梁、船舶、锅炉或其它工程上制造金属结构的钢，如碳素结构钢、低合金高强度结构钢等；机械制造用结构钢是指用于制造机械设备中结构零件的钢，包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。 （2）工具钢 工具钢是指用于制造各种工具的钢，按工具用途不同，可分为刃具钢、模具钢

2、和量具钢。 （3）特殊性能钢 特殊性能钢是指用特殊方法生产、具有特殊物理、化学性能或力学性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢、超高强度钢等。 2按化学成分分类 （1）碳素钢 碳素钢是指碳的质量分数小于2.11%，并含有少量锰、硅、硫、磷等杂质元素的铁碳合金。按碳的质量分数可分为低碳钢（wC0.25%）、中碳钢（wC=0.25%0.6%）、高碳钢（wC0.6%）。 （2）合金钢 合金钢是指在碳钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一些元素（称为合金元素）而获得的多元合金。按合金元素总的质量分数可分为低合金钢（wMe5%）、中合金钢（wMe=5%10%）、高合金钢（wMe10%）。

3、另外，根据钢中主要合金元素种类不同，还可将合金钢分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。 3按质量分类 根据钢中有害杂质硫、磷的质量分数多少可分为普通质量钢（wS=0.035%0.050%，wP=0.035%0.045%）、优质钢（wS0.035%，wP0.035%）、高级优质钢（wS=0.020%0.030%，wP=0.025%0.030%）、特级优质钢（wS0.015%，wP0.025%）。 4按冶炼时脱氧程度和浇注制度分类 （1）沸腾钢 沸腾钢是指脱氧不完全的钢，浇注时在钢锭模里产生沸腾现象，因而得名。其特点是材料利用率高，成本低，组织不致密，力学性能较低。 （2）镇静钢 镇静钢是指脱氧完全

4、的钢，浇注时钢液镇静，没有沸腾现象，故称为镇静钢。其特点是组织致密，力学性能较高，质量均匀，但成本较高，材料利用率较低。 （3）半镇静钢 它是脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间的钢，浇注时沸腾现象较沸腾钢弱。其质量、成本、材料利用率均介于沸腾钢与镇静钢之间，生产过程较难控制，故使用量不大。 （4）特殊镇静钢 特殊镇静钢是指采用特殊脱氧工艺冶炼的脱氧完全的钢，其脱氧程度、质量及性能比镇静钢高。 二、钢的编号二、钢的编号 1碳素结构钢 碳素结构钢的牌号由“屈”字汉语拼音的字首Q、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）和脱氧方法符号（F、b、Z、TZ）四个部分按顺序组成。例如，Q235-AF表示屈服

5、点为235MPa、A级质量的沸腾钢。F、b、Z、TZ依次表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢，一般Z和TZ在牌号表示中可省略。 2优质碳素结构钢 优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分之几。例如，45表示平均碳的质量分数为0.45%的优质碳素结构钢。优质碳素结构钢按锰的质量分数不同，分为普通锰（wMn=0.25%0.80%）和较高锰（wMn=0.70%1.20%）两组，较高锰的优质碳素结构钢在两位数字后面再加符号Mn，如65Mn。如果是沸腾钢则在两位数字后面加符号F，如08F。专用优质碳素结构钢在牌号尾部加用途符号，如锅炉用钢表示为20g。 3碳素工具钢

6、 碳素工具钢的牌号由“碳”字汉语拼音的字首T与数字组成，数字表示钢中平均碳的质量分数的千分之几。例如，T8表示平均碳的质量分数为0.8%的优质碳素工具钢。如果是高级优质钢则在数字后面加符号A，如T8A。较高锰（wMn=0.40%0.60%）的碳素工具钢则在数字后面加符号Mn，如T8Mn、T8MnA。 4铸造碳钢 铸造碳钢的牌号由“铸”、“钢”二字汉语拼音的字首ZG与两组数字组成，第一组数字表示屈服点的数值（单位为MPa），第二组数字表示抗拉强度（单位为MPa）。例如，ZG200-400表示最低屈服点为200 MPa，最低抗拉强度为400 MPa的铸造碳钢。 5低合金高强度结构钢 低合金高强度结

7、构钢的牌号由“屈”字汉语拼音的字首Q、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）和脱氧方法符号（F、b、Z、TZ）四个部分按顺序组成。例如，Q390A表示屈服点为390MPa、A级质量的低合金高强度结构钢。一般Z和TZ在牌号表示中可省略。 6合金结构钢与合金弹簧钢 合金结构钢与合金弹簧钢的牌号由两位数字、元素符号与数字组成，前面两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分之几，元素符号表示钢中所含合金元素，元素符号后面的数字则表示该元素平均质量分数的百分之几。合金元素的平均质量分数1.5%时，一般只标明元素符号而不标含量；当平均质量分数1.5%、2.5%、3.5%，时，则在合金元素符号后面分别用

8、数字2、3、4，表示其平均质量分数。例如，40Cr表示平均碳的质量分数为0.4%，平均铬的质量分数小于1.5%的合金结构钢。如果是高级优质钢则在牌号的后面加符号A，如38CrMoAlA。 7滚动轴承钢 滚动轴承钢的牌号由“滚”字汉语拼音的字首G、元素符号Cr和数字组成，数字表示钢中平均铬的质量分数的千分之几。例如，GCr15表示平均铬的质量分数为1.5%的滚动轴承钢。在滚动轴承钢的牌号中不表示碳的质量分数。若含有其它合金元素时，这些合金元素的表示方法与合金结构钢的相同，如GCr15SiMn。由于滚动轴承钢都是高级优质钢，所以在牌号后面就不用再加符号A了。 8合金工具钢 合金工具钢的牌号也是由数

9、字、元素符号与数字组成的，前面的数字表示平均碳的质量分数的千分之几，但当碳的质量分数1%时，则不予标出。合金元素及其质量分数的表示方法与合金结构钢的相同。例如，9SiCr表示平均碳的质量分数为0.9%、平均硅、铬的质量分数均小于1.5%的合金工具钢。 对于高速工具钢，无论其碳的质量分数多少，在牌号中均不予表示，如W18Cr4V。 合金工具钢与高速工具钢都是高级优质钢，在牌号后面也不必再标符号A。 9不锈钢与耐热钢 不锈钢与耐热钢的牌号表示方法与合金工具钢的基本相同，只是当碳的质量分数0.08%及0.03%时，在牌号前分别冠以“0”及“00”，如0Cr21Ni5Ti、00Cr30Mo2等。第二节

10、第二节 常存杂质对钢的影响常存杂质对钢的影响 一、锰一、锰 锰在钢中作为杂质存在时，其质量分数一般在0.8%以下，它主要来源于炼钢的原料生铁及脱氧剂锰铁合金。锰有很好的脱氧能力，能将钢中的FeO还原成铁，改善钢的质量；锰还能与硫优先形成MnS，从而减轻硫的有害作用，降低钢的脆性，改善钢的热加工性能；在室温下，大部分锰溶于铁素体中，起固溶强化作用。锰是一种有益杂质。 二、硅二、硅 硅在钢中作为杂质存在时，其质量分数一般在0.4%以下，它主要来源于生铁及脱氧剂硅铁合金。硅有较强的脱氧能力，能消除FeO对钢的不良影响；在室温下，硅能溶入铁素体中，起固溶强化作用。硅也是一种有益杂质。 三、硫三、硫 硫

11、是由生铁及燃料带入到钢中的杂质。固态下硫在铁中的溶解度极小，一般是以FeS形式存在于钢中。由于FeS塑性很差，故硫的质量分数较多的钢脆性较大；FeS与Fe能形成低熔点（985）的共晶体，分布于奥氏体晶界上，当钢加热到约1200进行热加工时，晶界上的共晶体熔化，使钢材在热加工过程中沿晶界开裂，这种现象称为热脆。为了消除硫的有害作用，必须增加钢中锰的质量分数。化合物MnS的熔点高（1620），并呈颗粒状分布，高温下具有一定的塑性，可避免热脆现象的产生。 硫化物是非金属夹杂物，它的存在会降低钢的力学性能，并在轧制过程中形成热加工纤维组织。 通常情况下，硫是有害杂质，在钢中的质量分数必须严格控制。但锰