1、第七章第七章 钢铁材料钢铁材料7.1 钢中常存杂质元素对其性能的影响钢中常存杂质元素对其性能的影响7.2 合金元素在钢中的主要作用合金元素在钢中的主要作用7.3 钢的分类与牌号钢的分类与牌号7.4 结构钢结构钢7.5 工具钢工具钢7.6 特殊性能钢特殊性能钢7.7 铸铁铸铁7.1 钢中常存杂质元素对其性能的影响钢中常存杂质元素对其性能的影响钢中常存的杂质元素有：钢中常存的杂质元素有：硅、锰、硅、锰、硫、磷、硫、磷、氢、氮、氧氢、氮、氧1.硅和锰硅和锰的影响的影响好处：硅、锰均可溶于铁素体，使钢的强度、硬度升高好处：硅、锰均可溶于铁素体，使钢的强度、硬度升高固溶强化；固溶强化；锰易与硫生成锰易与
2、硫生成MnS，可降低硫的有害作用，可降低硫的有害作用(热脆热脆)。硅、锰都可作为脱氧。硅、锰都可作为脱氧剂并提高淬透性。剂并提高淬透性。坏处：硅可显著降低钢的塑性、韧性；硅易与氧生成脆性夹杂物坏处：硅可显著降低钢的塑性、韧性；硅易与氧生成脆性夹杂物SiO2；MnS量过多也会恶化钢的性能。量过多也会恶化钢的性能。Si、Mn量一般控制在：量一般控制在：wSi 0.5%；wMn 0.8%（有益元素有益元素）。）。2.硫和磷硫和磷的影响的影响好处：适量的磷溶于铁素体，明显提高强度、硬度。提高切削加工性好处：适量的磷溶于铁素体，明显提高强度、硬度。提高切削加工性害处：硫的存在导致钢在热加工时产生脆性开裂
3、害处：硫的存在导致钢在热加工时产生脆性开裂 热脆热脆；磷溶于铁素体中强烈地降低了钢的塑性、韧性，磷溶于铁素体中强烈地降低了钢的塑性、韧性，尤其是低温韧性，尤其是低温韧性，并使冷并使冷 脆转化温度升高；过多的磷也会生成脆转化温度升高；过多的磷也会生成 Fe3P化合物，在晶界上偏化合物，在晶界上偏析而增加脆性析而增加脆性冷脆冷脆。硫、磷一般是硫、磷一般是有害有害元素元素，需严格控制其含量。，需严格控制其含量。wS 0.05%；wP 0.045%7.1 钢中常存杂质钢中常存杂质元素对其性能的影响元素对其性能的影响3.气体元素的影响气体元素的影响（1）氢氢 对钢的危害极大，微量的氢即可引起对钢的危害极
4、大，微量的氢即可引起“氢脆氢脆”，导致塑韧，导致塑韧性性下降，甚至在钢中产生微裂纹（即下降，甚至在钢中产生微裂纹（即“白点白点”或或“发裂发裂”）。）。生产中常通过锻后保温缓冷措施或预防白点退火（去氢退火）生产中常通过锻后保温缓冷措施或预防白点退火（去氢退火）工艺来降低钢件的氢脆倾向。工艺来降低钢件的氢脆倾向。7.1 钢中常存杂质钢中常存杂质元素对其性能的影响元素对其性能的影响三、气体元素的影响三、气体元素的影响（2）氮氮 固溶于铁素体中将引起固溶于铁素体中将引起“应变时效应变时效”，即冷塑性变形的低，即冷塑性变形的低碳碳钢在室温放置或加热一定时间后强度增加而塑性、韧性降低的现象。钢在室温放置
5、或加热一定时间后强度增加而塑性、韧性降低的现象。在钢中加入与氮亲合力大的在钢中加入与氮亲合力大的Al、V、Ti、Nb等元素而形成细小弥等元素而形成细小弥散分布的氮化物，提高强韧性，降低氮的应变时效作用。散分布的氮化物，提高强韧性，降低氮的应变时效作用。7.1 钢中常存杂质钢中常存杂质元素对其性能的影响元素对其性能的影响三、气体元素的影响三、气体元素的影响（3）氧氧 少部分溶于铁素体中，大部分以各自氧化物夹杂的形式存少部分溶于铁素体中，大部分以各自氧化物夹杂的形式存在，使钢的强度、塑性与韧性、尤其是疲劳性能降低。在，使钢的强度、塑性与韧性、尤其是疲劳性能降低。故应对钢进行故应对钢进行脱氧脱氧，可
6、加入，可加入Si、Mn等脱氧剂。等脱氧剂。据浇注前钢液脱氧程度不同据浇注前钢液脱氧程度不同,可将钢分为可将钢分为 镇静钢（镇静钢（充分脱氧充分脱氧）、）、沸腾钢（沸腾钢（不完全脱氧）不完全脱氧）和介于两者之间的和介于两者之间的 半镇静钢。半镇静钢。7.1 钢中常存杂质钢中常存杂质元素对其性能的影响元素对其性能的影响一、合金元素在钢中的存在形式一、合金元素在钢中的存在形式二、合金元素对铁碳相图的影响二、合金元素对铁碳相图的影响三、合金元素对钢热处理的影响三、合金元素对钢热处理的影响7.2 合金元素在钢中的主要作用合金元素在钢中的主要作用同为Si、Mn等非Fe、C元素，为何在碳素钢中称为元素，而在
7、合金钢中则称为合金元素？为了改善钢的某种性能，的元素称为合金元素，而在炼钢过程中作为脱氧剂或者由于其它某种原因残留在钢中的称为杂质元素！1.固溶体固溶体 合金元素溶入钢中的合金元素溶入钢中的F、A、M中，其直接的作用是中，其直接的作用是固溶强化固溶强化。2.化合物化合物 合金渗碳体合金渗碳体：（：（Fe、Mn）3C 等。等。特殊碳化物特殊碳化物：VC、TiC、WC、MoC、Cr7C3、Cr23C6等。等。合金元素形成合金元素形成碳化物碳化物的直接作用是的直接作用是弥散强化弥散强化。3.游离态游离态合金元素对铁素体硬度和韧性的影响合金元素对铁素体硬度和韧性的影响一、合金元素在钢中的存在形式一、合
8、金元素在钢中的存在形式7.2 合金元素在钢中的主要作用合金元素在钢中的主要作用7.2 合金元素在钢中的主要作用合金元素在钢中的主要作用一、合金元素在钢中的存在形式一、合金元素在钢中的存在形式合金元素对铁素体硬度和韧性的影响合金元素对铁素体硬度和韧性的影响二、合金元素对铁碳平衡相图的影响二、合金元素对铁碳平衡相图的影响1.对临界温度的影响对临界温度的影响（1）降低临界温度）降低临界温度A1、A3 凡是扩大奥氏体相区的元素如凡是扩大奥氏体相区的元素如Ni、Mn、Co、N等，均可使等，均可使A1、A3点降低，如点降低，如ZGMn13、1Cr18Ni9等。等。（2）提高临界温度）提高临界温度A1、A3
9、 凡是扩大铁素体相区的元素如凡是扩大铁素体相区的元素如Si、Mo、Cr、W、V等，均可使等，均可使A1、A3点提高，如点提高，如1Cr17是单相铁素体钢是单相铁素体钢。7.2 合金元素在钢中的主要作用合金元素在钢中的主要作用二、合金元素对铁碳平衡相图的影响二、合金元素对铁碳平衡相图的影响2.对对E、S点位置的影响点位置的影响（使使S0.77%、E2.11%）（1）几乎所有的合金元素均使几乎所有的合金元素均使E点左移点左移，其中，其中W、Ti、V、Nb作用最强。作用最强。如如 W18Cr4V、Cr12MoV 属莱氏体钢。属莱氏体钢。（2）在大多数情况下，几乎所有的合金元素也使）在大多数情况下，几
10、乎所有的合金元素也使S点左移点左移，如如 4Cr13 属过共析钢。属过共析钢。7.2 合金元素在钢中的主要作用合金元素在钢中的主要作用三、合金元素对钢热处理的影响三、合金元素对钢热处理的影响1.对钢加热时奥氏体形成过程的影响对钢加热时奥氏体形成过程的影响（1）对奥氏体化的影响）对奥氏体化的影响 绝大多数合金元素（尤其是碳化物形成元素）绝大多数合金元素（尤其是碳化物形成元素）对奥氏体化过程都有不同程度的对奥氏体化过程都有不同程度的阻碍与延缓阻碍与延缓作用。作用。（2）对奥氏体晶粒度的影响）对奥氏体晶粒度的影响 Ti、V、Zr、Nb 等强碳化物形成元素强烈等强碳化物形成元素强烈 阻止奥氏体晶粒长大
11、阻止奥氏体晶粒长大，起，起细化晶粒细化晶粒作用；作用；W、Mo、Cr 等元素的阻止等元素的阻止 作用中等；作用中等；Ni、Si、Cu等的作用微弱；等的作用微弱；Mn、P则提高了奥氏体晶粒则提高了奥氏体晶粒 的长大倾向，如的长大倾向，如 65Mn、60Si2Mn 要注意防止过热。要注意防止过热。7.2 合金元素在钢中的主要作用合金元素在钢中的主要作用三、合金元素对钢热处理的影响三、合金元素对钢热处理的影响2.对钢冷却时过冷奥氏体转变过程的影响对钢冷却时过冷奥氏体转变过程的影响（1）除）除Co外，固溶于外，固溶于 A 中的所有合金元素都将使中的所有合金元素都将使C曲线右移，曲线右移，提高淬透性提高
12、淬透性，如，如 Cr、Ni、Si、Mn、B等等 5 种元素作用显著。种元素作用显著。（2）除除Co、Al外，固溶于外，固溶于A中的合金元素使中的合金元素使Ms、Mf下降，下降，增加淬火后增加淬火后 AR 的量的量，如，如 W18Cr4V 淬火后淬火后 AR 达达 30%40%。7.2 合金元素在钢中的主要作用合金元素在钢中的主要作用3.对淬火钢回火过程的影响对淬火钢回火过程的影响（1）提高钢的回火稳定性（回火抗力）提高钢的回火稳定性（回火抗力）表现明显的有强碳化物形成表现明显的有强碳化物形成元素（元素（V、Nb、W、Mo、Cr）和）和 Si 元素，回火后硬度不易降低；或元素，回火后硬度不易降低
13、；或在达到相同硬度、强度的条件下，可在更高的温度下回火，这样韧性在达到相同硬度、强度的条件下，可在更高的温度下回火，这样韧性会更好。会更好。回火温度控制韧性回火温度控制韧性。（2）产生二次硬化产生二次硬化 含含Cr、W、Mo、V等元素，在等元素，在 450 600回回火，析出细小、弥散的火，析出细小、弥散的W2C、Mo2C、VC等，导致等，导致 二次硬化二次硬化，有助于，有助于提高热硬性。提高热硬性。（3）影响了高温回火脆性影响了高温回火脆性 如加入适量的如加入适量的Mo、W或予以快冷可有效或予以快冷可有效抑制该类回火脆性。抑制该类回火脆性。三、合金元素对钢热处理的影响三、合金元素对钢热处理的
14、影响7.2 合金元素在钢中的主要作用合金元素在钢中的主要作用三、合金元素对钢热处理的影响三、合金元素对钢热处理的影响7.2 合金元素在钢中的主要作用合金元素在钢中的主要作用三、合金元素对钢热处理的影响三、合金元素对钢热处理的影响7.2 合金元素在钢中的主要作用合金元素在钢中的主要作用7.3 钢的分类与牌号钢的分类与牌号一、钢的分类一、钢的分类按用途分类按用途分类 按化学成分分类按化学成分分类 按按质量质量分类分类 按冶炼方法分类按冶炼方法分类 按金相组织分类按金相组织分类一、钢的分类一、钢的分类7.3 钢的分类与牌号钢的分类与牌号二、钢的牌号表示方法二、钢的牌号表示方法1.中国钢号表示方法（中
15、国钢号表示方法（GB221-1979）由三部分结合组成：由三部分结合组成：化学元素符号化学元素符号，表示钢中所含化学元素种类（采用国际化学元素符号）。，表示钢中所含化学元素种类（采用国际化学元素符号）。汉语拼音字母，表示产品的名称、用途、冶炼方法等。汉语拼音字母，表示产品的名称、用途、冶炼方法等。阿拉伯数字阿拉伯数字，表示钢中主要，表示钢中主要化学元素含量（质量百分数）化学元素含量（质量百分数）或产品的主要或产品的主要性能参数或代号）。性能参数或代号）。7.3 钢的分类与牌号钢的分类与牌号二、钢的牌号表示方法二、钢的牌号表示方法7.3 钢的分类与牌号钢的分类与牌号二、钢的牌号表示方法二、钢的牌
16、号表示方法7.3 钢的分类与牌号钢的分类与牌号中国主要钢号表示方法说明（续表）中国主要钢号表示方法说明（续表）二、钢的牌号表示方法二、钢的牌号表示方法7.3 钢的分类与牌号钢的分类与牌号二、钢的牌号表示方法二、钢的牌号表示方法2.世界各国钢铁产品牌号表示方法世界各国钢铁产品牌号表示方法7.3 钢的分类与牌号钢的分类与牌号（1）美国美国 ANSI（美国国家标准）（美国国家标准）AISI （美国钢铁协会标准）（美国钢铁协会标准）ASTM（美国材料与试验协会标准）（美国材料与试验协会标准）ASME（美国机械工程师协会标准）（美国机械工程师协会标准）AMS （航天材料规格）（航天材料规格）API （美
17、国石油协会标准）（美国石油协会标准）AWS （美国焊接协会标准）（美国焊接协会标准）SAE （美国机动车工程师协会标准）（美国机动车工程师协会标准）MIL （美国军用标准）（美国军用标准）QQ （美国联邦政府标准）（美国联邦政府标准）二、钢的牌号表示方法二、钢的牌号表示方法2.世界各国钢铁产品牌号表示方法世界各国钢铁产品牌号表示方法7.3 钢的分类与牌号钢的分类与牌号（2）日本）日本 JIS （日本工业标准调查会制定）（日本工业标准调查会制定）（3）德国）德国 DIN （德国标准化协会制定）（德国标准化协会制定）（4）英国）英国 BS （英国标准学会制定）（英国标准学会制定）（5）法国）法国
18、NF （法国标准化协会制定）（法国标准化协会制定）按使用特性分类按使用特性分类 结构钢结构钢 包括包括工程结构工程结构用钢用钢 和和 机器制造机器制造用钢用钢。机器制造用钢机器制造用钢 用来制造各种机械零件（如轴、齿轮、连杆、弹用来制造各种机械零件（如轴、齿轮、连杆、弹簧、紧固件等），它们大都是用优质钢或特殊质量钢（高级优质簧、紧固件等），它们大都是用优质钢或特殊质量钢（高级优质钢），都要经过热处理后使用。钢），都要经过热处理后使用。工程结构用钢工程结构用钢 主要用于各种工程结构和机械产品中要求不高的主要用于各种工程结构和机械产品中要求不高的结构零件，此类钢多数情况下是在结构零件，此类钢多数情
19、况下是在热轧空冷热轧空冷状态下使用。包括碳素结状态下使用。包括碳素结构钢和低合金结构钢构钢和低合金结构钢。7.4 结构钢结构钢机器制造用钢机器制造用钢 按照热处理分为：按照热处理分为：1.淬火淬火+回火状态下使用回火状态下使用 淬火淬火+高温高温回火回火调质钢调质钢 淬火淬火+中温回火中温回火弹簧钢弹簧钢 淬火淬火+低温回火低温回火滚动轴承钢滚动轴承钢2.化学热处理后使用化学热处理后使用 渗碳钢、渗氮钢渗碳钢、渗氮钢7.4 结构钢结构钢3.表面淬火后使用表面淬火后使用 高、中频感应加热淬火高、中频感应加热淬火+低温回火低温回火 7.4 结构钢结构钢 一、碳素结构钢一、碳素结构钢 二、低合金结构
20、钢二、低合金结构钢 三、表面硬化钢三、表面硬化钢 四、调质钢四、调质钢 五、弹簧钢五、弹簧钢 六、滚动轴承钢六、滚动轴承钢 七、超高强度钢七、超高强度钢 八、其它专用结构钢八、其它专用结构钢一、碳素结构钢一、碳素结构钢1.普通质量碳素结构钢（简称普通质量碳素结构钢（简称普通碳素结构钢普通碳素结构钢）（1）用途用途 一般工程用热轧钢板、钢带、型钢、棒钢等，用量约占钢材总一般工程用热轧钢板、钢带、型钢、棒钢等，用量约占钢材总 量的量的70。（2）性能性能 可焊性，塑性好。可焊性，塑性好。（3）成分特点和钢种成分特点和钢种 碳的平均质量分数为碳的平均质量分数为 0.06%0.38%，满足一般，满足一
21、般工程结构及普通零件的性能要求。一般以热轧空冷状态供应。使用状态下工程结构及普通零件的性能要求。一般以热轧空冷状态供应。使用状态下的组织为的组织为 P+F，如如 Q 235 和和 Q 275。7.4 结构钢结构钢表表7-3（普通）碳素结构钢的牌号、成分、性能与应用（普通）碳素结构钢的牌号、成分、性能与应用一、碳素结构钢一、碳素结构钢7.4 结构钢结构钢一、碳素结构钢一、碳素结构钢7.4 结构钢结构钢汽车零部件材料选用举例（汽车零部件材料选用举例（1）一、碳素结构钢一、碳素结构钢7.4 结构钢结构钢2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢 表表7-4 优质碳素结构钢的力学性能和用途优质碳素结构钢的力学性
22、能和用途一、碳素结构钢一、碳素结构钢7.4 结构钢结构钢一、碳素结构钢一、碳素结构钢7.4 结构钢结构钢一、碳素结构钢一、碳素结构钢7.4 结构钢结构钢冲压件冲压件:（1）冷轧深冲低）冷轧深冲低C薄钢板薄钢板形状复杂，受力不大。形状复杂，受力不大。（2）热轧低合金或碳素厚钢板）热轧低合金或碳素厚钢板形状复杂，受力较大。形状复杂，受力较大。汽车冲压汽车冲压常用常用05F、08F、10F、15F、20F/08b/08、10、15、20、30等，车身最常用等，车身最常用08Al。汽车专用钢板汽车专用钢板09Mn、16Mn、06Ti、10Ti等。等。一、碳素结构钢一、碳素结构钢7.4 结构钢结构钢汽车
23、零部件材料选用举例（汽车零部件材料选用举例（2）二、低合金结构钢二、低合金结构钢1.低合金高强度钢低合金高强度钢(HSLA)（1）性能）性能 高强度，高强度，s300 MPa ；足够的塑性、韧性及低温韧性足够的塑性、韧性及低温韧性；良好的焊接性和冷、热塑性加工性能。良好的焊接性和冷、热塑性加工性能。（2）成分）成分 低碳低碳，wc 0.20%；低合金低合金，主加元素主加元素 Mn，辅加元素辅加元素 V、Ti、Nb、Al，特殊元素特殊元素Cu、P。Mn 的作用是强化铁素体，增加珠光体的量。的作用是强化铁素体，增加珠光体的量。V、Ti、Nb 等起细化晶粒和弥散强化作用。等起细化晶粒和弥散强化作用。
24、加加 Cu、P 可提高耐蚀性。可提高耐蚀性。加加 RE 可提高韧性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。可提高韧性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。7.4 结构钢结构钢二、低合金结构钢二、低合金结构钢（4）典型钢号典型钢号 武汉长江大桥武汉长江大桥 Q235 主跨主跨128m 南京长江大桥南京长江大桥 Q345(16Mn)主跨主跨160m 九江长江大桥九江长江大桥 Q420(15MnVN)主跨主跨216m 7.4 结构钢结构钢表表7-5 低合金高强度结构钢的牌号与用途举例低合金高强度结构钢的牌号与用途举例（3）热处理热处理 热轧空冷热轧空冷 （S+F）二、低合金结构钢二、低合金结构钢7.4 结构钢结构钢典
25、型低合金结构钢应用典型低合金结构钢应用Q345钢钢(16Mn)综合性能好，综合性能好，用于用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。Q390钢钢 含含V、Ti、Nb，强度高，强度高，用于用于中等压力的容器中等压力的容器。Q460钢钢 含含Mo、B，正火组织为贝正火组织为贝氏体，强度高，用于氏体，强度高，用于石化中温高压石化中温高压容器。容器。7.4 结构钢结构钢二、低合金结构钢二、低合金结构钢7.4 结构钢结构钢40t龙门吊主梁龙门吊主梁 Q345（16Mn）二、低合金结构钢二、低合金结构钢7.4 结构钢结构钢某大型桁架拱桥钢结构某大型桁架拱桥钢结构 主拱板主拱板 Q37
26、0qD 厚厚36mm节点板节点板 Q345qD 厚厚20mm二、低合金结构钢二、低合金结构钢7.4 结构钢结构钢汽车零部件材料选用举例（汽车零部件材料选用举例（3）三、表面硬化钢三、表面硬化钢根据热处理工艺不同，可分为三类：根据热处理工艺不同，可分为三类：渗碳钢渗碳钢、渗氮钢渗氮钢和和表面淬火用钢表面淬火用钢。1.渗碳钢渗碳钢 表层高硬度（表层高硬度（58HRC）和高耐磨性）和高耐磨性；心部良好强韧性心部良好强韧性；优良的热处理工艺性能，如淬透性。优良的热处理工艺性能，如淬透性。2.渗碳钢成分渗碳钢成分 低碳低碳，一般，一般 wc=0.10%0.25%；合金元素，主加合金元素为合金元素，主加合
27、金元素为Cr、Mn、Ni、B等等，提高淬透性；，提高淬透性；辅加合金元素为辅加合金元素为Mo、W、V、Ti等，阻止晶粒长大。等，阻止晶粒长大。7.4 结构钢结构钢三、表面硬化钢三、表面硬化钢3.渗碳钢热处理渗碳钢热处理 一般是一般是先先正火正火，后后淬火、低温回火淬火、低温回火。热处理后的组织热处理后的组织 表层表层：细针状细针状 M回回+K+AR 58 64 HRC 心部：心部：F+P 或或 低碳低碳 M回回+F 35 45 HRC7.4 结构钢结构钢三、表面硬化钢三、表面硬化钢7.4 结构钢结构钢20CrMnTi钢齿轮的热处理工艺规范钢齿轮的热处理工艺规范 三、表面硬化钢三、表面硬化钢7.
28、4 结构钢结构钢 4.常用渗碳钢常用渗碳钢（1）低淬透性低淬透性渗碳钢渗碳钢 b 800 MPa，DC油油=20 35 mm，如如 20、20Cr、20Mn2、20MnV，活塞销、小齿轮、链条等。活塞销、小齿轮、链条等。三、表面硬化钢三、表面硬化钢7.4 结构钢结构钢（2）中淬透性中淬透性渗碳钢渗碳钢 b 1200 MPa，DC油油 100 mm，如，如 18Cr2Ni4WA，飞机、坦克曲轴与齿轮。飞机、坦克曲轴与齿轮。增压柴油机曲轴增压柴油机曲轴柴油机曲轴柴油机曲轴表表7-6 常用主要渗碳钢牌号、热处理、性能与用途常用主要渗碳钢牌号、热处理、性能与用途7.4 结构钢结构钢三、表面硬化钢三、表
29、面硬化钢渗碳钢应用渗碳钢应用凸轮机构：凸轮机构：接触表面受到强烈接触表面受到强烈的摩擦磨损。的摩擦磨损。7.4 结构钢结构钢7.4 结构钢结构钢三、表面硬化钢三、表面硬化钢汽车零部件材料选用举例（汽车零部件材料选用举例（4）三、表面硬化钢三、表面硬化钢7.4 结构钢结构钢齿轮强化：齿轮强化：喷丸强化喷丸强化（1）连续撞击，残余压应力）连续撞击，残余压应力；（2）ARM，残余压应力，残余压应力。最大剪切应力出现在齿根部和齿轮过渡区圆角半径处；最大剪切应力出现在齿根部和齿轮过渡区圆角半径处；主动面和从动面两个齿面都承受着不断增加的负载。主动面和从动面两个齿面都承受着不断增加的负载。强化强化重点重点
30、主动面、从动面和齿根部位。主动面、从动面和齿根部位。三、表面硬化钢三、表面硬化钢7.4 结构钢结构钢我国我国汽车用齿轮用钢汽车用齿轮用钢：1.我国汽车产量我国汽车产量 1999 183.2万辆万辆 2005 576万辆万辆 2007 888万辆万辆 2008 1000万辆万辆 21.5 世界第三世界第三2.7个系列个系列 （1）Cr钢钢 （2）Cr-Mo钢钢 （3）Mn-Cr钢钢 （4）Mn-Cr-B钢钢 （5）Cr-Ni-Mn钢钢 （6）Cr-Ni-Mo钢钢 （7）Cr-Mn-Ti系列钢系列钢3.钢的质量指标钢的质量指标 （1）纯净度）纯净度 （2）非金属夹杂物）非金属夹杂物 （3）淬透性）
31、淬透性 （4）晶粒度）晶粒度渗氮钢渗氮钢 极高的表面硬度与耐磨性，咬合与擦伤倾向小；极高的表面硬度与耐磨性，咬合与擦伤倾向小；疲劳性能大幅提高，零件缺口敏感性大大降低疲劳性能大幅提高，零件缺口敏感性大大降低；有一定的耐热性和一定的耐蚀性；有一定的耐热性和一定的耐蚀性；热处理变形小，尺寸精度高。热处理变形小，尺寸精度高。如如38CrMoAlA，机床丝杆、镗杆机床丝杆、镗杆等。等。7.4 结构钢结构钢三、表面硬化钢三、表面硬化钢7.4 结构钢结构钢三、表面硬化钢三、表面硬化钢7.4 结构钢结构钢三、表面硬化钢三、表面硬化钢 传统上传统上表面淬火钢表面淬火钢采用的是中碳碳素结构钢和中碳合金采用的是中
32、碳碳素结构钢和中碳合金结构钢（如结构钢（如45钢、钢、40Cr），其），其 wc=0.40%0.50%；为保证；为保证心部韧性，心部韧性，新研制出低淬透性钢（如新研制出低淬透性钢（如55Tid）。）。7.4 结构钢结构钢三、表面硬化钢三、表面硬化钢四、调质钢四、调质钢（1）碳含量）碳含量 wc=0.25%0.50%，多为，多为0.4%左右，左右，以保证调质处理以保证调质处理后优良的强度和韧性配合。后优良的强度和韧性配合。（2）合金元素）合金元素 主加元素主加元素Mn、Si、Cr、Ni、B等等，主要作用是提高调质钢的淬透主要作用是提高调质钢的淬透性，次要作用是固溶强化作用性，次要作用是固溶强化作
33、用；辅加元素为辅加元素为Mo、W、V等强碳化物形成元素，等强碳化物形成元素，Mo、W的主要作用的主要作用是抑制高温回火脆性，次要作用是改善淬透性；是抑制高温回火脆性，次要作用是改善淬透性；V起细晶强韧化和弥起细晶强韧化和弥散强化作用散强化作用；几乎所有的合金元素均提高了调质钢的回火稳定性。几乎所有的合金元素均提高了调质钢的回火稳定性。7.4 结构钢结构钢四、调质钢四、调质钢1.预先热处理预先热处理 可进行正火（碳及合金元素含量较低，如可进行正火（碳及合金元素含量较低，如40钢）、钢）、退火（碳及合金元素含量较高，如退火（碳及合金元素含量较高，如42CrMo）、正火）、正火+高温回火（高淬高温回
34、火（高淬透性调质钢，如透性调质钢，如40CrNiMo）。）。2.最终最终热处理热处理 淬火淬火+高温回火高温回火，并可以继续，并可以继续渗氮、表面淬火渗氮、表面淬火强化和强化和表面形变强化（如曲轴轴颈的滚压强化）表面形变强化（如曲轴轴颈的滚压强化）以提高耐磨性和疲劳性能。以提高耐磨性和疲劳性能。3.使用状态下的组织为：使用状态下的组织为：S回回7.4 结构钢结构钢回火索氏体回火索氏体四、调质钢四、调质钢7.4 结构钢结构钢四、调质钢四、调质钢7.4 结构钢结构钢四、调质钢四、调质钢7.4 结构钢结构钢举举 例例：40Cr做拖拉机连杆螺栓工艺路线工艺路线：下料锻造退火（或正火）退火（或正火）粗加
35、工调质调质精加工装配技术要求技术要求：处理后组织为回火索氏体，30-38HRC调质处理工艺调质处理工艺：温度时间840525油冷水冷525保温后水冷是否保温后水冷是否属于淬火工艺，能否得属于淬火工艺，能否得到到M组织？组织？返回返回四、调质钢四、调质钢7.4 结构钢结构钢四、调质钢四、调质钢7.4 结构钢结构钢汽车零部件材料选用举例（汽车零部件材料选用举例（5）四、调质钢四、调质钢7.4 结构钢结构钢入口活套连接轴（镀入口活套连接轴（镀Zn线工程）线工程）轴头：轴头：Q345 管子：管子：20钢钢 法兰：法兰：42CrMo锻件锻件五、弹簧钢五、弹簧钢（1）高的弹性极限高的弹性极限 e 和屈强比
36、和屈强比s/b 以保证优良的弹性性能；以保证优良的弹性性能；（2）高的疲劳极限；高的疲劳极限；（3）足够的塑性和韧性以防止冲击断裂；足够的塑性和韧性以防止冲击断裂；（4）良好的热处理和塑性加工性能，特殊条件下的耐热性或耐蚀性等。良好的热处理和塑性加工性能，特殊条件下的耐热性或耐蚀性等。（1）中、高碳）中、高碳 碳素碳素弹簧钢弹簧钢wc=0.6%0.9%，合金合金弹簧钢弹簧钢 wc=0.45%0.70%。（2）合金元素）合金元素 主加元素为主加元素为Si、Mn、Cr等等，主要作用是提高淬透性、，主要作用是提高淬透性、固溶强化基体并提高回火稳定性；辅加元素为固溶强化基体并提高回火稳定性；辅加元素为
37、Mo、W、V等，作用等，作用 是防止是防止Si引起的脱碳缺陷、引起的脱碳缺陷、Mn引起的过热缺陷并提高回火稳定性及引起的过热缺陷并提高回火稳定性及 耐热性。耐热性。7.4 结构钢结构钢弹簧选弹簧选淬透性高淬透性高的材料的材料 五、弹簧钢五、弹簧钢7.4 结构钢结构钢五、弹簧钢五、弹簧钢（1）热轧热轧弹簧弹簧 尺寸尺寸 10 mm 热轧成型热轧成型 淬火淬火+中温回火中温回火 喷丸喷丸（2）冷轧冷轧弹簧弹簧 尺寸尺寸 11.7%，提高基体电极电位提高基体电极电位 。基体表面形成钝化基体表面形成钝化 膜膜 ，Cr、Al、Si 可生成钝化膜可生成钝化膜（Cr 最有效）；最有效）；Cr含量大于含量大于
38、13%时，形成单相时，形成单相F；Mo、Cu可进一步增强钝化作用。可进一步增强钝化作用。影响基体组织类型影响基体组织类型（C、Ni、Mn、N为为A 形成元素，形成元素，Cr、Si、Ti、Nb、Mo为为F 形成元素形成元素，Ti、Nb可防止可防止A钢晶间腐蚀钢晶间腐蚀）。）。一、不锈钢一、不锈钢7.6 特殊性能钢特殊性能钢一、不锈钢一、不锈钢7.6 特殊性能钢特殊性能钢表表 7-19（续（续1）一、不锈钢一、不锈钢7.6 特殊性能钢特殊性能钢表表 7-19（续（续1）一、不锈钢一、不锈钢7.6 特殊性能钢特殊性能钢表表7-19（续（续2）一、不锈钢一、不锈钢7.6 特殊性能钢特殊性能钢不锈钢复合
39、板槽不锈钢复合板槽 槽母材槽母材-Q235BQ235B 基层基层强度强度（又称（又称“双金属复合钢板双金属复合钢板”）+321B321B-不锈钢复合板不锈钢复合板 复层复层耐腐蚀耐腐蚀一、不锈钢一、不锈钢7.6 特殊性能钢特殊性能钢汽车零部件材料选用举例汽车零部件材料选用举例（9）不锈钢在汽车上的应用不锈钢在汽车上的应用化油器针阀、空气压缩机阀片等化油器针阀、空气压缩机阀片等 1.M不锈钢不锈钢 wc=0.1%1.0%，wCr=12%18%此类钢此类钢只在氧化性介质中耐蚀只在氧化性介质中耐蚀，而在非氧化性介质中，而在非氧化性介质中耐蚀性很低。耐蚀性很低。低、中碳的低、中碳的Cr13型和高碳的型
40、和高碳的 Cr18型，其淬透性良好。型，其淬透性良好。1Cr13、2Cr13 进行进行调质处理调质处理得到得到 S回回；3Cr13、4Cr13及及9Cr18进行进行淬火淬火+低温回火低温回火处理，得到处理，得到 M回回。一、不锈钢一、不锈钢7.6 特殊性能钢特殊性能钢 不锈钢不锈钢按正火组织不同按正火组织不同可分为可分为M 型、型、F 型、型、A 型、型、双相型及沉淀硬化型等双相型及沉淀硬化型等 5 类。类。一、不锈钢一、不锈钢7.6 特殊性能钢特殊性能钢重型燃气轮机壳体重型燃气轮机壳体 0Cr11Ni2MoVNb马氏体不锈钢马氏体不锈钢 工作环境温度工作环境温度500600，加工费用，加工费
41、用80万元万元/t。要求：高温下组织稳定，不蠕变。要求：高温下组织稳定，不蠕变。2.F 不锈钢不锈钢 wc 0.15%，wCr=12%30%（1）耐蚀性）耐蚀性优于优于M 不锈钢不锈钢，从室温到高温（从室温到高温（1000）均为）均为单相单相F，不可进行热处理强化不可进行热处理强化，塑性加工、切削加工和焊接性较优。塑性加工、切削加工和焊接性较优。（2）0Cr13、1Cr17、1Cr28等，等，加加 Mo、Ti、Cu 等合金元素进一步提高耐蚀性。等合金元素进一步提高耐蚀性。一、不锈钢一、不锈钢7.6 特殊性能钢特殊性能钢 F 不锈钢不锈钢耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有耐酸蚀，抗氧化能力强，塑
42、性好。但有脆化脆化倾向倾向:475脆化脆化 加热加热到到450550停留，产生脆化停留，产生脆化；再加热到再加热到600快冷可消除。快冷可消除。相相脆化脆化 600 800长期加热长期加热，析出硬而脆的，析出硬而脆的 相。相。一、不锈钢一、不锈钢7.6 特殊性能钢特殊性能钢 3.A 不锈钢不锈钢 低碳（低碳（wc 17%25%）和高镍和高镍（wNi=8%29%）。）。18-8型钢型钢用量最大，有用量最大，有1Cr18Ni9，1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9 等；加等；加Mo、Cu、Si 等合金元素可显著提高在某些等合金元素可显著提高在某些特殊腐蚀条件下的耐蚀性。特殊腐蚀条件下的耐蚀性。（
43、1）主要缺点：主要缺点：强度低强度低;晶间腐蚀倾向大。晶间腐蚀倾向大。一、不锈钢一、不锈钢7.6 特殊性能钢特殊性能钢（2）热处理：）热处理：固溶处理固溶处理，加热到，加热到1100使碳化物溶解后水冷。使碳化物溶解后水冷。组织为组织为单相单相A。晶间腐蚀晶间腐蚀 沿晶粒周界发生腐蚀，危害很大沿晶粒周界发生腐蚀，危害很大.贫贫Cr Cr 由于由于CrCr2323C C6 6析出于晶界，使晶界附近析出于晶界，使晶界附近CrCr含量降到含量降到12%12%以下，在介质以下，在介质加加 TiTi、NbNb，则先于，则先于CrCr与与C C形成不易溶形成不易溶 A A 的碳化物的碳化物,避免晶界贫避免晶
44、界贫CrCr。晶间腐蚀晶间腐蚀一、不锈钢一、不锈钢7.6 特殊性能钢特殊性能钢 （3）A 不锈钢不锈钢常用钢种常用钢种 1Cr18Ni91Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti 广泛用于广泛用于化工设备及管道化工设备及管道A A 不锈钢不锈钢耐酸泵耐酸泵（1）原来：）原来：ZG2Cr13，因氧化夹杂、气孔等，导致腐蚀、渗漏等严重问题。因氧化夹杂、气孔等，导致腐蚀、渗漏等严重问题。（2）改用）改用316L不锈钢（相当于我国不锈钢（相当于我国ZG00Cr17Ni14Mo2）一、不锈钢一、不锈钢7.6 特殊性能钢特殊性能钢热水辊热水辊=筒体筒体 0Cr18Ni9+封头封头 Q235
45、B+轴头轴头 40Cr 一、不锈钢一、不锈钢7.6 特殊性能钢特殊性能钢（4）A 不锈钢不锈钢应力腐蚀应力腐蚀（在特定合金（在特定合金-环境体系中，应力与腐蚀共同环境体系中，应力与腐蚀共同 作用引起的破坏）作用引起的破坏）A 不锈钢易发生。不锈钢易发生。含含Cl的介质的介质 中中，裂纹为树枝状裂纹为树枝状。一、不锈钢一、不锈钢7.6 特殊性能钢特殊性能钢 4.双相不锈钢双相不锈钢 主要是主要是AF双相不锈钢，在双相不锈钢，在18-8基础上调整基础上调整Cr、Ni含含量，并加入适量量，并加入适量 Mn、Mo、W、Cu、N 等合金元素，等合金元素，通过通过合适的热处理而形成。合适的热处理而形成。具
46、有良好的韧性、焊接性能、较高的屈服强度和优良的耐具有良好的韧性、焊接性能、较高的屈服强度和优良的耐蚀性。蚀性。典型双相不锈钢：典型双相不锈钢：1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5Mo3N。一、不锈钢一、不锈钢7.6 特殊性能钢特殊性能钢 5.沉淀硬化不锈钢沉淀硬化不锈钢 在已有的不锈钢中单独或复合加入硬化元素在已有的不锈钢中单独或复合加入硬化元素 （如（如 Ti、Al、Mo、Nb、Cu等），通过适当的热处理而获得高的强等），通过适当的热处理而获得高的强 度、韧性及较好耐蚀性。度、韧性及较好耐蚀性。有马氏体沉淀硬化不锈钢（如有马氏体沉淀硬化不锈钢（如0Cr17Ni4Nb）、）、马氏体时
47、效不锈钢、马氏体时效不锈钢、奥氏体奥氏体-马氏体沉淀硬化不锈钢（如马氏体沉淀硬化不锈钢（如0Cr17Ni7Al）。）。一、不锈钢一、不锈钢7.6 特殊性能钢特殊性能钢二、耐热钢二、耐热钢 1.性能性能（1）高的热化学稳定性。）高的热化学稳定性。（2）高的热强性（高温强度）高的热强性（高温强度）蠕变极限蠕变极限 高温长期载荷下对高温长期载荷下对缓慢塑性变形（蠕变）缓慢塑性变形（蠕变）的抗力。的抗力。例：例：表示表示700、1000 h的总蠕变量达到的总蠕变量达到0.2时的蠕变极限。时的蠕变极限。持久强度持久强度 高温长期载荷下对高温长期载荷下对断裂断裂的抗力。的抗力。例：例：表示表示700、10
48、00 h的断裂应力。的断裂应力。7.6 特殊性能钢特殊性能钢70010007000.2/1000二、耐热钢二、耐热钢7.6 特殊性能钢特殊性能钢二、耐热钢二、耐热钢 2.成分与组织成分与组织（1）提高抗氧化性提高抗氧化性 Cr、Al、Si 是常用的抗氧化性元素是常用的抗氧化性元素 微量稀土（微量稀土（RE）元素，如）元素，如Y、La等等 渗金属表面处理（如渗渗金属表面处理（如渗Cr、Al、Si）（2）提高热强性提高热强性 基体固溶强化元素基体固溶强化元素Cr、Ni、W、Mo等等 第二相沉淀强化元素第二相沉淀强化元素V、Ti、Nb、Al 微量微量晶界强化晶界强化元素元素B与稀土与稀土RE7.6
49、特殊性能钢特殊性能钢二、耐热钢二、耐热钢（1）抗氧化钢（不起皮钢）抗氧化钢（不起皮钢）铁素体型铁素体型抗氧化钢抗氧化钢 低中低中Cr型型 1Cr3Si、1Cr6Si2Ti；Cr13型型 1Cr13SiAl Cr18型型 1Cr18Si2；Cr25型型 1Cr25Si2 奥氏体型奥氏体型抗氧化钢抗氧化钢 Cr-Ni型型 3Cr18Ni25Si2 节节Ni型型 2Cr20Mn9Ni2Si2N 无无Cr-Ni型型 6Mn18Al15Si2Ti7.6 特殊性能钢特殊性能钢二、耐热钢二、耐热钢（2）热强钢热强钢 珠光体珠光体热强钢热强钢：12CrMo、15CrMoV、35CrMo 马氏体马氏体热强钢：热
50、强钢：1Cr11MoV、4Cr9Si2 奥氏体奥氏体热强钢：热强钢：1Cr18Ni12Ti、4Cr14Ni14W2Mo7.6 特殊性能钢特殊性能钢晶界晶界和晶内的强度和晶内的强度随温度的变化随温度的变化二、耐热钢二、耐热钢7.6 特殊性能钢特殊性能钢 在高温下晶界为在高温下晶界为薄弱薄弱部位。部位。为了提高热强性，应当减少晶界，采用为了提高热强性，应当减少晶界，采用粗晶金属粗晶金属。常用耐热钢常用耐热钢:（1）珠光体珠光体耐热钢耐热钢 12CrMo、15CrMoV（低合金钢（低合金钢）Cr 提高抗氧化性提高抗氧化性 Mo 提高热强性提高热强性(TR)V 弥散强化弥散强化 热处理：热处理：正火正
