碳鋼及合金鋼應(yīng)用與區(qū)別

鋼鐵材料的特征品種繁多、性能豐富礦藏豐富，冶煉加工相對(duì)容易，價(jià)格較低應(yīng)用廣泛，是最重要的工程材料碳鋼及合金鋼的應(yīng)用與區(qū)別工具鋼結(jié)構(gòu)鋼不銹鋼碳鋼與合金鋼的比較

碳鋼的特點(diǎn)冶煉加工容易成本低,應(yīng)用廣可熱處理強(qiáng)化回火穩(wěn)定性差淬透性差基本相強(qiáng)度低,韌性差不能滿足特殊性能要求

合金鋼的特點(diǎn)冶煉加工困難成本高回火穩(wěn)定性高淬透性高基本相強(qiáng)度高,韌性好能滿足特殊性能要求使用性能：

以強(qiáng)韌性為主工藝性能：

以可焊性、淬透性為主常用鋼種：碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼等

工程用鋼：建筑、橋梁、船舶、車輛滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼耐磨鋼機(jī)器用鋼結(jié)構(gòu)鋼§3結(jié)構(gòu)鋼

(普通)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)：Q195

Q215

Q235

Q255

Q275

A、B

A、B、C、D

A、B成分特點(diǎn)：低C，高S、P，高非金屬夾雜性能特點(diǎn)：冶煉容易、冶金質(zhì)量差、機(jī)械性能低

可焊性、塑性好、工藝性好使用狀態(tài)：熱軋空冷S＋F用途：工程結(jié)構(gòu)件（鋼板、鋼筋、型鋼等）

普通機(jī)械零件（少）

Wc

低時(shí)可用作焊接、鉚接件等；

重要零件用Q235C、Q235D

(普通)碳素結(jié)構(gòu)鋼GB/T700-1988標(biāo)準(zhǔn)GB700-79標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分和力學(xué)性能均須保證A類鋼——保證力學(xué)性能，B類鋼——保證化學(xué)成分，C類鋼——保證化學(xué)成分及力學(xué)性能。Q195A1；B1Q215A2；C2Q235A3；C3Q255A4；C4Q275C5碳素結(jié)構(gòu)鋼新、老標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)對(duì)照牌號(hào)：

08、10、15、20、……、75、80、85（F）成分特點(diǎn)：

Wc：0.08%～0.85%C，S、P≯0.04%性能特點(diǎn)：冶金質(zhì)量較好、塑性韌性高、淬透性及回火穩(wěn)定性差使用狀態(tài)：使用前一般都要經(jīng)過熱處理（滲碳、淬火、回火等）用途：比較重要的零件，如齒輪、軸、連桿、彈簧等優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)：

或：16Mn、09MnV、09MnNb、15MnTi、14MnVTiRe成分特點(diǎn)：

Q295

Q345

Q390

Q420

Q460

A、B

A～E

A～E

A～E

C、D、E低合金(WMe

<

3%)低C(Wc

<

0.2%)保證鋼的韌性、焊接性和冷成形性能Mn、V、Ti、Nb、Cu、P、Si、Re①提高F的強(qiáng)度(Mn、Si)②細(xì)化晶粒(V、Ti、Nb)

提高σs、σb、ak③增加P，并使之細(xì)化(Mn)④彌散強(qiáng)化(V、Ti、Nb)

⑤提高耐蝕性(Cu、P)⑥脫硫、去氣，使鋼材凈化，改善韌性和工藝性能(Re)性能特點(diǎn)：

①

σ(σs)高、σs/σb高減重20%～30%②具有良好的塑性和足夠的韌性③具有較高的冷加工成形性④具有良好的可焊性、耐蝕性⑤低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度低合金結(jié)構(gòu)鋼使用狀態(tài)：熱軋或正火，S＋F用途：強(qiáng)度較高的工程結(jié)構(gòu)件鋼號(hào)舊鋼號(hào)主要化學(xué)成分，%機(jī)械性能CMnSi，s

，MPab

，MPa5，%Q29509MnNb

12Mn0.160.80

~1.500.5529557023Q34516Mn

16MnRe0.18

~0.201.00

~1.600.5534563021~22Q39016MnNb

15MnTi0.201.00

~1.600.5539065019~20Q42014MnVTiRe

15MnVN0.201.00

~1.700.5542068018~19Q46014MnMoV

18MnMoNb0.201.00

~1.700.5546072017常用低合金結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)、成分、性能

（厚度(直徑)16mm，AKV≥34J）調(diào)質(zhì)鋼性能特點(diǎn)：調(diào)質(zhì)處理后具有S回綜合性能加工性能成分特點(diǎn)：

①

中碳（0.25%～0.50%）

②低合金（≤3.5

%）提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、B

強(qiáng)化鐵素體:Mn、Si、Cr、Ni

細(xì)化晶粒:Ti、V

防止第二類回火脆性:W、Mo加工工藝路線：下料→鍛造→預(yù)備熱處理→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→表面強(qiáng)化→裝配調(diào)質(zhì)目的：

①為表面淬火作組織準(zhǔn)備；②獲得最終心部組織組織：主體：S回表層：M回正火或退火淬火+高溫回火淬火+低溫回火回火索氏體調(diào)質(zhì)鋼螺桿破碎機(jī)主軸柴油機(jī)連桿分類及用途：低淬透性(D0油<30～40mm，45、40Cr、40MnB)較小尺寸重要零件，如齒輪、軸、螺栓

中淬透性(D0油≈40～60mm，40CrNi、35CrMo)大中型零件，如曲軸、連桿

高淬透性(D0油>60mm,40CrNiMo、40CrMnMo、38CrMoAlA)大截面重載零件，如汽輪機(jī)主軸和葉輪汽輪機(jī)主軸調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼成分特點(diǎn)中高碳：碳素彈簧鋼為0.6~0.9%C

合金彈簧鋼為0.45~0.7%C

主加元素：Si、Mn、Cr、V低S、P及非金屬夾雜：保證表面質(zhì)量高疲勞強(qiáng)度高——用于制造利用彈性變形儲(chǔ)存能量或緩和沖擊的零件性能特點(diǎn)：高的σs，σs/σb；高的σ-1；足夠的韌性，耐震動(dòng)、抗沖擊高的淬透性提高屈強(qiáng)比、淬透性、回火穩(wěn)定性、細(xì)化晶粒熱處理特點(diǎn)：熱軋彈簧(>φ10mm大截面彈簧)：熱成型→淬火+中溫回火→噴丸冷軋彈簧(<φ10mm彈簧）：淬火+中溫回火→冷成型→去應(yīng)力→噴丸彈簧鋼大型熱卷彈簧彈簧的表面質(zhì)量防止表面脫碳；避免表面缺陷；進(jìn)行噴丸處理，使表面產(chǎn)生壓應(yīng)力使用狀態(tài)組織：T回冷卷螺旋壓縮彈簧彈簧鋼65Mn、60Si2Mn：較大截面彈簧(汽車、拖拉機(jī)、機(jī)車板簧和螺旋彈簧)50CrV：大截面、大載荷、耐熱的彈簧用途汽車板簧火車螺旋彈簧冷成形彈簧的生產(chǎn)過程

高而均勻的硬度和耐磨性高的b和接觸疲勞強(qiáng)度足夠的韌性、淬透性和耐蝕性高的純凈度工作條件承受高接觸應(yīng)力(達(dá)3000~3500MPa)周期性交變載荷(頻率達(dá)數(shù)萬次/分)和摩擦滾動(dòng)軸承鋼——用于制造軸承套和滾動(dòng)體的專用鋼種向心球軸承滾針軸承圓柱滾子軸承性能要求滾動(dòng)軸承鋼成分特點(diǎn):高碳：0.95~1.10%C主加元素——Cr，提高淬透性、耐磨性和耐蝕性輔加元素——Mn、Si，提高淬透性熱處理特點(diǎn)：球化退火+淬火+低溫回火冷處理(-60~-80℃)，時(shí)效（120～140℃,10～20h）減少A’、穩(wěn)定尺寸、去應(yīng)力

組織：回火M＋細(xì)顆粒碳化物＋少量A’

應(yīng)用：GCr15：中小型軸承，冷沖模，量具，絲錐GCr15SiMn：大型、特大型軸承

滾動(dòng)軸承鋼軸承生產(chǎn)車間滾動(dòng)軸承鋼的熱處理滲碳鋼

表面：高的硬度、耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度心部：應(yīng)有較高的韌性和塑性、足夠的強(qiáng)度在高的滲碳溫度下奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大，并有良好的淬透性工作條件承受沖擊載荷及交變應(yīng)力作用表面受強(qiáng)烈磨損——用于制造滲碳零件的專用鋼種性能要求成分特點(diǎn):低碳：0.10~0.25%C加入提高淬透性元素Cr、Ni、Mn、B加入阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素Ti、V、W、Mo滲碳鋼分類及應(yīng)用：低淬透性合金滲碳鋼15Cr、20Cr、20Mn2用于受力小的耐磨件，如柴油機(jī)的活塞銷、凸輪軸中淬透性合金滲碳鋼20CrMn、20CrMnTi、20Mn2TiB用于中等載荷的耐磨件，如變速箱齒輪。高淬透性合金滲碳鋼18Cr2NiWA、20Cr2Ni4A用于大載荷的耐磨件，如柴油機(jī)曲軸。

活塞銷(20Cr)柴油機(jī)曲軸變速箱齒輪按用途分為:刃具鋼模具鋼量具鋼模具刃具量具§4工具鋼刃具鋼的基本要求性能要求

①高硬度(≥HRC60)

②高的耐磨性

③高的彎曲強(qiáng)度和足夠的韌性

④高的熱穩(wěn)定性（熱硬性）組織要求:硬而細(xì)小的碳化物均勻分布在強(qiáng)而韌的鋼基體中冶金質(zhì)量：優(yōu)質(zhì)或高級(jí)優(yōu)質(zhì)刃具鋼包括：碳素工具鋼、低合金工具鋼和高速鋼——用來制造各種切削刀具的鋼種切削加工一、刃具鋼鍛造球化退火機(jī)加工淬火+低溫回火正火+球化退火碳素工具鋼牌號(hào)：T7、T8、T9、……、T12

T13（A）成分特點(diǎn)：高C

(0.65%～1.35%)、低S、P性能特點(diǎn)：高H，工作溫度低時(shí)有較好的耐磨性；工藝性好，淬透性低，熱硬性差工藝路線：消除鍛造應(yīng)力；降低硬度，便于切削加工；使球化，為淬火做準(zhǔn)備。獲得高硬度、高耐磨性最終組織碳化物網(wǎng)組織球化退火后組織T12鋼正常淬火組織M回＋粒狀Fe3C

+A'最終組織：

尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、低速低溫硬度高的工具T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13韌性高

硬度高

T7、T8：沖頭、鑿子、錘子等承受沖擊的工具

T9、T10、T11：鉆頭、刨刀、絲錐等低速切削工具及冷作模具

T12、T13：銼刀、手鋸條、刮刀、量規(guī)、樣套等耐磨工具及量具碳素工具鋼應(yīng)用：（碳素工具鋼+合金元素）高C（

0.9~1.5%）+

低合金（＜5%）合金元素作用：提高淬透性:Cr、Mn、Si

提高耐回火性：Si、Cr

提高耐磨性、細(xì)化晶粒、阻止鋼過熱:W、V低合金工具鋼成分特點(diǎn)：性能要求:HRC＞60，使用溫度200~300℃，有一定的強(qiáng)度和韌性絲錐板牙扳手低合金工具鋼熱處理:球化退火（+機(jī)加工）+淬火（油冷）+低溫回火最終組織：回火M+合金碳化物+少量A'各種薄刃刀具；截面較大、形狀復(fù)雜、變形小的模具。應(yīng)用：9SiCrCrWMn高速鋼型材提高硬度、耐磨性（W、V、Cr、Mo）提高淬透性（Cr）提高回火穩(wěn)定性（W、V）細(xì)化晶粒（V）高速鋼——制造高速切削刃具用鋼典型鋼種：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2成分特點(diǎn)：

高C（wC=0.65~1.65%）

高合金（＞10%）高速鋼性能特點(diǎn)：高硬度和耐磨性——“鋒鋼”高熱硬性——“高速鋼”高淬透性——“風(fēng)鋼”較高的強(qiáng)度、韌性交叉反復(fù)鍛嚴(yán)控始鍛、終鍛溫度鍛后緩冷鍛造高速鋼鑄態(tài)組織高速鋼加工及熱處理特點(diǎn)：球化退火消除鍛造應(yīng)力均勻破碎后的碳化物降低硬度，便于加工為淬火、回火做準(zhǔn)備[W18Cr4V鋼退火工藝][退火組織（索氏體+顆粒狀碳化物）]高速鋼機(jī)加工需預(yù)熱淬火溫度高多種冷卻方式淬火高速鋼回火：需560℃多次回火磨削回火M+粒狀碳化物+少量A'M回+顆粒狀碳化物+A’（少量）高速鋼淬火后組織:[M+碳化物+A']使用狀態(tài)下組織:M+碳化物+A’孔鉆仿型銑刀銑刀齒輪滾刀插齒刀圓鋸片應(yīng)用——高速切削刃具：車刀、鉆頭、銑刀等高速鋼模具鋼的基本要求①高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性

②足夠的韌性

③高的淬透性和淬硬性④良好的工藝性能模具鋼分類：冷作模具鋼熱作模具鋼塑料模具鋼——用來制造模具的工具鋼二、模具鋼——用于制造對(duì)冷狀態(tài)下的工件進(jìn)行壓制成型的模具——用于制造對(duì)高溫狀態(tài)下的工件進(jìn)行壓力加工的模具——使細(xì)粉或顆粒狀塑料壓制成形的模具用鋼冷作模具鋼——常溫下使金屬或非金屬變形的模具（冷沖、冷鐓、冷擠壓、拉絲模、搓絲板、沖裁用模具、粉末壓制模具等冷鐓模具工作溫度：T工作≯200℃～300℃受力特點(diǎn)：壓力、彎曲應(yīng)力、沖擊力、摩擦力失效形式：磨損、崩刃、斷裂、變形等性能要求：高硬度（58HRC～62HRC）高耐磨性(特別是表面抗磨損能力)高淬透性足夠的強(qiáng)度(包括抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度)足夠的韌性和疲勞抗力熱處理變形小良好的工藝性能汽車外板冷沖模Cr12鋼冷作模具鋼成分特點(diǎn)：高C（wC

＞

1.0%）加入Cr、Mo、W、V等合金元素提高硬度、耐磨性提高淬透性提高回火穩(wěn)定性細(xì)化晶粒常用鋼種：T10、9Mn2V、9SiCr、CrWMn——小型、輕載模具Cr12、Cr12MoV——大型、復(fù)雜、重載、高精度、高耐磨模具高速鋼——熱硬性要求高的模具熱處理特點(diǎn):

碳素工具鋼低合金工具鋼球化退火（+機(jī)加工）+淬火+低溫回火冷作模具鋼

Cr12型冷模具鋼的熱處理方案：

①

一次硬化法

工藝：低溫淬火（950℃～1000℃）+低溫回火（150℃～180℃）

性能：高硬度（HRC61～64），高耐磨性，韌性較好，淬火變形小

應(yīng)用：重載模具

②二次硬化法

工藝：高溫淬火（1100℃～1150℃）+

510℃～520℃多次回火（三次）性能：硬度60HRC～62HRC，紅硬性和耐磨性都較高，韌性較差應(yīng)用：受強(qiáng)烈磨損，工作溫度在400℃～450℃的模具

Cr12型鋼熱處理后組織：回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體冷作模具鋼熱鍛壓鑄熱擠壓熱作模具鋼包括錘鍛模、熱擠壓模和壓鑄模三類工作溫度：T工作=

400℃～600℃受力特點(diǎn)：高沖擊、強(qiáng)摩擦、大而不均勻的熱應(yīng)變和熱壓力失效形式：高溫氧化、崩裂、塌陷、磨損、龜裂等性能要求：

①

高的熱硬性和高溫耐磨性；

②

高的抗氧化性能和耐腐蝕性能；

③

高的熱強(qiáng)性和足夠的韌性；

④

高的熱疲勞抗力；

⑤高的淬透性和導(dǎo)熱性成分特點(diǎn)：中碳（0.3%～0.6%）保證高強(qiáng)度、高韌性、較高硬度(HRC35～52)和熱疲勞抗力合金元素的作用：提高淬透性（Cr、Ni、Mn、Si、W、Mo）提高回火穩(wěn)定性（Cr、Ni、Mo、W、V）提高高溫強(qiáng)度、耐熱疲勞性能（Mo、W、V）細(xì)化晶粒、增加鋼的韌性（Ni、V）防止第二類回火脆性（Mo、W）熱作模具鋼常用鋼種及應(yīng)用5CrMnMo、5CrNiMo、5CrMnSiMoV：韌性高、熱硬性不太高的熱鍛模3Cr2W8V、4Cr5MoVSi

：熱強(qiáng)性更好的大型鍛壓模或壓鑄模熱作模具鋼汽車四缸壓鑄模熱處理特點(diǎn):預(yù)備熱處理：完全退火或等溫退火最終熱處理：熱鍛?！慊?模面中溫回火、模尾高溫回火

回火后組織：回火屈氏體和回火索氏體；壓鑄?！^高溫度淬火+略高于二次硬化峰值的溫度回火3～4次回火后組織：回火馬氏體+粒狀碳化物

熱作模具鋼塑料模具鋼包括熱塑性塑料模具和熱固性塑料模具一定的綜合性能（強(qiáng)度、硬度、耐磨性等）良好的工藝性（切削加工性、熱處理變形小、補(bǔ)焊性能好）良好的導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性、低的熱膨脹系數(shù)良好的可拋光性和鏡面質(zhì)量一定的耐腐蝕性低的導(dǎo)磁系數(shù)塑料模具鋼工作溫度：T工作=

<

200℃受力特點(diǎn)：性能要求：承受溫度、壓力、侵蝕和磨損的作用，形狀復(fù)雜、加工難度大

塑料模具鋼的分類和應(yīng)用非合金型塑料模具鋼

45、50、55等：形狀簡(jiǎn)單、小型、精度要求不高、使用壽命不需要很長(zhǎng)

T7、T8～T12：形狀較簡(jiǎn)單、小型、耐磨性要求較高的熱固性塑料模具滲碳型塑料模具鋼

10、20、20Cr、12CrNi3、20CrMnTi、20CrMnMo等

優(yōu)點(diǎn)：切削加工性能良好；具有較高的強(qiáng)度，而且心部具有較好的韌性；模具表面硬度高、耐磨性高、拋光性能良好；塑性好，可采用冷擠壓成型，無需切削加工，適于大批量生產(chǎn)

缺點(diǎn)：熱處理工藝較復(fù)雜、變形大塑料模具鋼

調(diào)質(zhì)硬化型塑料模具用鋼（預(yù)硬型塑料模具鋼）

40Cr、42CrMo、38CrMoAl、3Cr2Mo、3Cr2NiMnMo等

工藝過程：熱加工后的模塊→調(diào)質(zhì)處理→刻模加工成型→使用

優(yōu)點(diǎn)：成型后不需最終熱處理→避免熱處理而引起的變形和裂紋

應(yīng)用：形狀復(fù)雜的大、中型精密塑料模具時(shí)效硬化型塑料模具鋼

25CrNi3MoAl、10Ni3MnCuAl等

工藝過程：固溶硬化后變軟→切削加工成型→時(shí)效處理

優(yōu)點(diǎn)：綜合性能很高，熱處理變形很小，焊接性能好，可進(jìn)行表面氮化

應(yīng)用：適于制造復(fù)雜、精密、高壽命的塑料模具

塑料模具鋼整體淬硬型塑料模具鋼低合金工具鋼：9SiCr、9Mn2V、CrWMn、9Cr-WMn冷作模具鋼：Cr12、Cr12Mo1V1、Cr12MoV熱作模具鋼：5CrMnMo、5CrNiMo、4Cr5MoSiV、4Cr3Mo2MnVbB優(yōu)點(diǎn)：使用狀態(tài)具有高硬度、高耐磨性和長(zhǎng)的使用壽命應(yīng)用：用于壓制熱固性塑料、交合強(qiáng)化塑料(尼龍型強(qiáng)化或玻璃纖維強(qiáng)化塑料)

大批量生產(chǎn)，要求模具使用壽命很長(zhǎng)的塑料模具

耐腐蝕型塑料模具鋼

Cr13型M耐蝕鋼、9Cr18高碳高鉻M不銹鋼、1Cr18Ni9Ti型A不銹鋼等

用途：生產(chǎn)化學(xué)性腐蝕塑料(如聚氯乙烯或聚苯乙烯添加抗燃劑等)制品模具塑料模具鋼①尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、精度要求不高的量具：低碳鋼滲碳、中碳鋼表面淬火、碳素工具鋼、低合金工具鋼

T10A、T12A、9SiCr等②精密量具：滾動(dòng)軸承鋼、冷作模具鋼等

GCr15、CrWMn等③接觸腐蝕介質(zhì)的量具：不銹鋼三、量具鋼性能特點(diǎn)：高硬度和耐磨性、高尺寸穩(wěn)定性、熱處理變形小、足夠的韌性成分特點(diǎn)：高碳（0.9%～1.5%）+

Cr、W、Mn等合金元素應(yīng)用：——用來制造各種測(cè)量工具的鋼種

量具鋼的熱處理特點(diǎn)預(yù)備熱處理：采用球化退火或調(diào)質(zhì)處理最終熱處理：淬火+（-70～-80℃）冷處理+低溫回火+時(shí)效處理

最終組織：回火M+碳化物+Ar120～130℃，保溫幾～幾十小時(shí)，使M、Ar穩(wěn)定，消除內(nèi)應(yīng)力三、量具鋼——用來制造各種測(cè)量工具的鋼種

不銹鋼——在腐蝕介質(zhì)中具有很高的抗腐蝕能力的鋼金屬腐蝕的概念

（1）化學(xué)腐蝕——金屬與化學(xué)介質(zhì)直接產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)（2）電化學(xué)腐蝕——金屬在腐蝕介質(zhì)中形成原電池，陽極失去電子被腐蝕電化學(xué)腐蝕過程示意圖(c)