第五章工業(yè)用鋼

第五章工業(yè)用鋼以鐵為主要元素，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在2%以下，并含有其他元素的材料稱(chēng)為鋼.按照化學(xué)成分分為：碳鋼和合金鋼兩大類(lèi)。碳鋼：指碳含量Wc<2.11%的鐵碳合金。合金鋼：指為改善鋼的組織、性能，在冶煉時(shí)特意加入合金元素的鋼。一、碳鋼中的長(zhǎng)存雜質(zhì)元素及其作用碳鋼中除鐵以外的主要元素是碳，其它長(zhǎng)存的雜質(zhì)元素有硅、錳、硫、磷等，還有熔煉中夾雜進(jìn)入的氧、氫、氮等氣體元素。第一節(jié)碳鋼1、有益元素錳——能溶于F，使F強(qiáng)化，也能溶于滲碳體，提高其硬度；能增加并細(xì)化P，從而提高鋼的強(qiáng)度和硬度；可與S形成MnS，以消除硫的有害作用。硅——能溶于F使之強(qiáng)化，從而使鋼的強(qiáng)度、硬度、彈性都得到提高。2.有害元素:硫——形成低熔點(diǎn)的FeS，使鋼產(chǎn)生熱脆。熱脆：

FeS與Fe形成的熔點(diǎn)（985℃）共晶體分布在晶界上當(dāng)鋼加熱到1000-1200℃進(jìn)行鍛壓或軋制時(shí)，由于晶界上的共晶體已經(jīng)熔化，使鋼在晶界開(kāi)裂。這種現(xiàn)象稱(chēng)熱脆。磷——部分溶于F形成固溶體，部分在結(jié)晶時(shí)形成脆性很大的Fe3P，使鋼在室溫下的塑、韌性急劇下降。冷脆：低溫時(shí)由磷導(dǎo)致鋼嚴(yán)重變形的現(xiàn)象稱(chēng)鋼的冷脆通常鋼材的質(zhì)量等級(jí)以硫磷含量的控制來(lái)劃分3.氣體元素（鋼中有害元素）:N：鋼中過(guò)飽和N在常溫放置過(guò)程中會(huì)發(fā)生時(shí)效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除時(shí)效傾向。O：鋼中的氧化物易成為疲勞裂紋源。H：原子態(tài)的過(guò)飽和氫時(shí)將降低韌性,

引起氫脆。當(dāng)氫在缺陷處以分子態(tài)析出時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高內(nèi)壓，形成微裂紋，其內(nèi)壁為白色，稱(chēng)白點(diǎn)或發(fā)裂。鋼中白點(diǎn)O、H、N三種氣體元素在高溫時(shí)融入鋼液，而在固態(tài)鋼中溶解度極小，冷卻時(shí)來(lái)不及溢出而積聚在組織中形成高壓細(xì)微氣孔，使鋼的塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度急劇降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成裂紋、脆斷，是必須嚴(yán)格控制的有害元素。二、碳鋼的分類(lèi)、牌號(hào)和用途（一）碳鋼的分類(lèi)

1、按碳的含量分類(lèi)：

（1）低碳鋼Wc=0.08%～0.25%，

塑性好，多用作沖壓、焊接和滲碳工件。

（2）中碳鋼Wc=0.25%～0.6%，

強(qiáng)度和韌度均較高，熱處理后有良好的綜合力

學(xué)性能，多用作要求良好強(qiáng)韌度的各種重要結(jié)

構(gòu)零件。

（3）高碳鋼Wc=0.60%～1.4%，

硬度較高，多用作工具、模具和量具等工件。2、按質(zhì)量分類(lèi)：

（1）普通鋼鋼中S≤0.050%，P≤0.045%

（2）優(yōu)質(zhì)鋼鋼中S≤0.035%，P≤0.035%

（3）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼S≤0.030%，P≤0.030%

3、按用途分類(lèi)

（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于建筑、橋梁等工程結(jié)構(gòu)和各種機(jī)械零件（如齒輪、軸、螺柱、彈簧等）

（2）碳素工具鋼主要用于各類(lèi)刀具、量具和模具，如絲錐、扳牙、刮刀、鋸條、沖模等。

（3）專(zhuān)用鋼包括鍋爐鋼、船用鋼、易切鋼等。

4、按鋼液脫氧程度分類(lèi)

（1）沸騰鋼（F）沸騰鋼脫氧不完全，組織不致密，成分不均勻，性能較差。

（2）鎮(zhèn)靜鋼（Z）鎮(zhèn)靜鋼脫氧完全，組織致密，成分較均勻，性能較好。優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼多為鎮(zhèn)靜鋼，通常不再標(biāo)注鎮(zhèn)靜鋼代號(hào)。

（3）半鎮(zhèn)靜鋼（b）半鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間。二、 碳鋼的牌號(hào)性能及主要用途1、碳素結(jié)構(gòu)鋼：用途：薄板，鐵絲，釘，小軸，螺栓等?；瘜W(xué)成分：Wc=0.09%--0.33%WMn=0.37%--0.65%Wsi=0.30%

Ws≤0.035--0.05%Wp≤0.035%--0.045%牌號(hào)：Q+屈服點(diǎn)數(shù)值+質(zhì)量等級(jí)符號(hào)+脫氧方法符號(hào)質(zhì)量等級(jí)：用A、B、C、D、E表示硫磷含量不同例：Q235AF代表屈服點(diǎn)σS=235MPa，質(zhì)量為A級(jí)的沸騰碳素結(jié)構(gòu)鋼組織：較多的F+較少的P性能：因?yàn)樘嫉?，焊接性能?、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：化學(xué)成分：Wc=0.08%--0.85%Wsi=0.17%--0.37%Wsp≤0.035%

牌號(hào)：兩位數(shù)字+符號(hào)表示數(shù)字表示含碳量萬(wàn)分之幾，40表示鋼中平均含碳量為0.40%。若鋼中錳的含量較高時(shí)，在數(shù)字后面附化學(xué)元素符號(hào)Mn60Mn表示鋼中平均含碳量為0.60%，Mn的含量為0.70%～1.00%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。符號(hào)如果是F則表示是沸騰鋼。例：08F15F1)低碳鋼化學(xué)成分：Wc≤0.15%組織：退火狀態(tài)下，組織為較多的F和較少P性能：σ和HBS低，而δ.ak好，焊接性好。用途：08F、10F、15F冷變形加工成型件機(jī)殼、容器。

10~25鋼各種標(biāo)準(zhǔn)件、軸套、容器等。2)中碳鋼化學(xué)成分：Wc=0.30%～0.6%組織：F+P，性能：σ、HBS比低碳鋼略高，而δ、ak略低。具有良好的綜合力學(xué)性能，切削加工性好，但焊接性一般。用途：用于制作主軸及連桿等重要的機(jī)械零件。3)高碳鋼化學(xué)成分：WC>0.60%組織：T回（淬火+中溫回火）性能：在淬火+中溫回火后，具有較高的σ和良好彈性也叫彈簧鋼。具有較好的耐磨性和中等硬度。用途：主要用于制作彈簧和易磨損的零件?；瘜W(xué)成分：Wc=0.65%--1.35%

牌號(hào)：用“T”加數(shù)字表示，該數(shù)字表示鋼中平均含碳量的千倍。T8：表示碳的平均含碳量為0.8%的碳素工具鋼。3、碳素工具鋼組織：M回（淬火+低溫回火處理）性能：具有很高的硬度和耐磨性，但淬透性差，熱硬性差。用途：用于制作手動(dòng)和低速切削的工具和要求不高的量具和模具等第三節(jié)合金鋼合金鋼是為了改善鋼的某些性能，在碳素鋼的基礎(chǔ)上加入某些合金元素所煉成的鋼。如Mn、Cr、Si、Ni、W、V、Ti等合金含量低于3%，含碳量的也較低的稱(chēng)低合金鋼鋼中的合金元素超過(guò)低合金鋼的限度時(shí)，稱(chēng)為合金鋼低合金鋼與含碳量相同的碳素鋼相比，具有較高的強(qiáng)度、塑性、韌性和耐腐蝕性，具有良好的焊接性能，廣泛應(yīng)用于橋梁、汽車(chē)、鐵道、鍋爐等設(shè)備。按主要性能和使用特性分類(lèi)

分為可焊接的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、低合金耐候鋼、低合金鋼筋鋼、鐵道用低合金鋼、礦用低合金鋼、其他低合金鋼等。

一、低合金鋼和合金鋼的分類(lèi)及牌號(hào)低合金鋼的牌號(hào)

表示方法與碳素結(jié)構(gòu)鋼相同，以字母Q，后三數(shù)字表示其最低屈服強(qiáng)度，最后以符號(hào)表示質(zhì)量等級(jí)例：Q345A。表示屈服強(qiáng)度不低于345MPa的A級(jí)低合金高強(qiáng)鋼。1、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低碳（0.10%～0.25%），wMe<3%。主加元素為Mn和硅其強(qiáng)化了鐵素體，提高了強(qiáng)度；V、Ti和Ni等元素使晶粒細(xì)化，使韌性提高。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼大多數(shù)是在熱軋退火或正火狀態(tài)下使用，一般不再進(jìn)行熱處理。在橋梁、船舶、車(chē)輛、鍋爐、壓力容器、起重機(jī)械等鋼結(jié)構(gòu)件中應(yīng)用廣泛。例如Q345。船舶橋梁2、低合金耐候鋼耐候鋼即大氣腐蝕鋼，實(shí)在低碳鋼的基礎(chǔ)上加入少量的合金元素，如Cu、Gr、Ni、Mo、Ti、V等，使其在金屬表面形成保護(hù)層，以提高鋼材的耐腐蝕性。耐候鋼又分為焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼和高耐候性結(jié)構(gòu)鋼焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼（12MnCuCr）具有良好的焊接性能，適用于橋梁建筑及其他要求耐候性的結(jié)構(gòu)件；高耐候性結(jié)構(gòu)鋼的耐候性比較好，適用于車(chē)輛、建筑、塔架和其他要求高耐候性的鋼結(jié)構(gòu)。3、低合金專(zhuān)業(yè)用鋼在低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展了一些專(zhuān)門(mén)用途的低合金專(zhuān)業(yè)用鋼，如低合金鋼筋鋼、鐵道用低合金鋼、礦用低合金鋼、汽車(chē)用低合金鋼等，根據(jù)使用性能的要求可對(duì)各類(lèi)鋼的化學(xué)成分作相應(yīng)的調(diào)整。2、合金鋼的分類(lèi)及牌號(hào)

（2）按主要性能和使用特性分類(lèi)

分為工程結(jié)構(gòu)用合金鋼、機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼、軸承鋼、工具鋼、不銹鋼、耐蝕和耐熱鋼、特殊物理性能鋼等。我國(guó)合金鋼的編號(hào)是按照合金鋼中的含碳量+所含合金元素的種類(lèi)（元素符號(hào)）+含量一般牌號(hào)的首部是表示碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)字，對(duì)于結(jié)構(gòu)鋼，以萬(wàn)分?jǐn)?shù)計(jì)；對(duì)于工具鋼以千分?jǐn)?shù)計(jì)。1、合金結(jié)構(gòu)鋼60Si2Mn09Mn22、合金工具鋼9Mn2V平均含碳量<1.0%時(shí)，牌號(hào)前以千分之幾表示CrWMn平均含碳量≥1.0%時(shí)，牌號(hào)前不標(biāo)數(shù)字高速工具鋼牌號(hào)中不標(biāo)出含碳量W18Cr4