金屬工藝學(xué) 第3版 課件 10 鋼鐵材料

金屬工藝學(xué)單元三鋼鐵材料模塊四

低合金鋼和合金鋼的分類(lèi)、牌號(hào)及用途一、低合金鋼和合金鋼的分類(lèi)

(一)低合金鋼的分類(lèi)1.低合金鋼按主要質(zhì)量等級(jí)分類(lèi)按主要質(zhì)量等級(jí)分類(lèi)，低合金鋼可分為普通質(zhì)量低合金鋼、優(yōu)質(zhì)低合金鋼和特殊質(zhì)量低合金鋼三類(lèi)。2.低合金鋼按主要性能及使用特性分類(lèi)按主要性能及使用特性分類(lèi)，低合金鋼可分為可焊接的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（如16MnNb等）、低合金耐候鋼（如Q295GNH、Q235NH等）、低合金鋼筋鋼（如20MnSi等）、鐵道用低合金鋼（如低合金重軌鋼U70Mn、U71MnSiCu等，鐵路用異型鋼09V等）、礦用低合金鋼（如20MnVK等）和其它低合金鋼。

(二)合金鋼的分類(lèi)

合金鋼中合金元素規(guī)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)界限值總量是WMe≥5.43%，并且合金鋼是按其主要質(zhì)量等級(jí)和主要性能或使用特性分類(lèi)的。1．合金鋼按主要質(zhì)量等級(jí)分類(lèi)按主要質(zhì)量等級(jí)分類(lèi)，合金鋼可分為優(yōu)質(zhì)合金鋼和特殊質(zhì)量合金鋼兩類(lèi)。2.合金鋼按主要性能及使用特性分類(lèi)按主要性能及使用特性分類(lèi)，合金鋼可分為工程結(jié)構(gòu)用合金鋼(如一般工程結(jié)構(gòu)用合金鋼、合金鋼筋鋼、高錳耐磨鋼等)；機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼(如調(diào)質(zhì)處理合金結(jié)構(gòu)鋼、表面硬化合金結(jié)構(gòu)鋼、合金彈簧鋼等)；不銹、耐蝕和耐熱鋼(如不銹鋼、抗氧化鋼和熱強(qiáng)鋼等)；工具鋼(如合金工具鋼、高速工具鋼)；軸承鋼(如高碳鉻軸承鋼、不銹軸承鋼等)；特殊物理性能鋼，如軟磁鋼、永磁鋼、無(wú)磁鋼（如0Cr16Ni14）等；其它，如鐵道用合金鋼等。

二、低合金鋼和合金鋼的牌號(hào)

(一)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由代表屈服強(qiáng)度的“屈”字的漢語(yǔ)拼音首位字母Q、規(guī)定的最小上屈服強(qiáng)度數(shù)值、交貨狀態(tài)代號(hào)、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（B、C、D、E）4個(gè)部分按順序組成。例如，Q355ND表示屈服強(qiáng)度ReH≥355MPa，交貨狀態(tài)為正火（或正火軋制），質(zhì)量等級(jí)為D級(jí)的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。如果是專(zhuān)用結(jié)構(gòu)鋼，一般在低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)表示方法的基礎(chǔ)上再附加鋼產(chǎn)品的用途符號(hào)，如Q345HP表示焊接氣瓶用鋼、Q345R表示鍋爐和壓力容器用鋼、Q420q表示橋梁用鋼等。

(二)合金鋼(包括部分低合結(jié)構(gòu)鋼)的牌號(hào)1．合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)

合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)編寫(xiě)方法是采用“二位數(shù)字+合金元素符號(hào)+數(shù)字”。前面的“二位數(shù)字”表示合金結(jié)構(gòu)鋼的平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)分只之幾；后面的“數(shù)字”表示所含合金元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百分之幾。例如，60Si2Mn表示W(wǎng)(C)=0.60%、W(Si)=2%、W(Mn)＜1.5%的合金結(jié)構(gòu)鋼。

如果合金結(jié)構(gòu)鋼為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼的牌號(hào)后面加“A”，如60Si2MnA；如果為特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼的牌號(hào)后面加“E”。2．合金工具鋼的牌號(hào)當(dāng)合金工具鋼中W(C)＜1.0%時(shí)，牌號(hào)前的“數(shù)字”以千分之幾(一位數(shù))表示；當(dāng)合金工具鋼中W(C)≥1%時(shí)，牌號(hào)前不標(biāo)出碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)字。例如，9Mn2V表示W(wǎng)(C)=0.9%，W(Mn)=2%、W(V)＜1.5%的合金工具鋼；CrWMn表示鋼中W(C)≥1.0%、W(Cr)＜1.5%、W(W)＜1.5%、W(Mn)＜1.5%的合金工具鋼；高速鋼的W(C)=0.7～1.5%，但在高速鋼的牌號(hào)中不標(biāo)出碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)值，如W18Cr4V鋼。

(二)合金鋼(包括部分低合結(jié)構(gòu)鋼)的牌號(hào)3．高碳鉻軸承鋼的牌號(hào)高碳鉻軸承鋼牌號(hào)前面冠以漢語(yǔ)拼音字母“G”，其后為鉻元素符號(hào)Cr，鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以千分之幾表示，其余合金元素與合金結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)規(guī)定相同，如GCr04鋼、GCr15鋼、GCr15SiMn鋼等。4．不銹鋼和耐熱鋼的牌號(hào)不銹鋼和耐熱鋼的牌號(hào)表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼基本相同，當(dāng)W(C)≥0.04%時(shí)，推薦取兩位小數(shù)，如10Cr17Mn9Ni4N鋼；當(dāng)W(C)≤0.03%時(shí)，推薦取3位小數(shù)，如022Cr17Ni7N鋼。

三、鋼鐵及合金牌號(hào)統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)體系（GB/T17616-2013）鋼鐵及合金牌號(hào)統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)體系，簡(jiǎn)稱(chēng)“ISC”。它規(guī)定了鋼鐵及合金產(chǎn)品統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)的編制原則、結(jié)構(gòu)分類(lèi)、管理及體系表等內(nèi)容。統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)由固定的6位數(shù)組成，如圖3-12所示。左邊第一位用大寫(xiě)的拉丁字母作前綴（一般不使用“I”和“O”字母），后接5位阿拉伯?dāng)?shù)字，如“A×××××”表示合金結(jié)構(gòu)鋼，“B×××××”表示軸承鋼，“L×××××”表示低合金鋼，“S×××××”表示不銹鋼和耐熱鋼，“T×××××”表示工具鋼，“U×××××”表示非合金鋼。

四、低合金鋼

（一）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼與非合金鋼相比，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼具有較高的強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性及良好的焊接性，而且其價(jià)格與非合金鋼接近。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼廣泛用于制造橋梁、車(chē)輛、船舶、建筑等。常用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼有：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等。

（二）低合金耐候鋼耐候鋼是指耐大氣腐蝕鋼。焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼的牌號(hào)是由“Q+數(shù)字+NH”組成。其中“Q”是“屈”字漢語(yǔ)拼音字母的字首，數(shù)字表示鋼的最低屈服強(qiáng)度數(shù)值，字母“NH”是“耐候”二字漢語(yǔ)拼音字母的字首，牌號(hào)后綴質(zhì)量等級(jí)代號(hào)（C、D、E），如Q355NHC表示屈服強(qiáng)度大于355Mpa，質(zhì)量等級(jí)為C級(jí)的焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼。高耐候性結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)是由“Q+數(shù)字+GNH”組成。與焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼不同的是“GNH”表示“高耐候”三字漢語(yǔ)拼音字母的字首。含Cr、Ni元素的高耐候性結(jié)構(gòu)鋼在其牌號(hào)后面后綴字母“L”，如Q345GNHL鋼。焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼適用于橋梁、建筑及其他要求耐候性的鋼結(jié)構(gòu)。高耐候性結(jié)構(gòu)鋼適用于機(jī)車(chē)車(chē)輛、建筑、塔架和其他要求高耐候性的鋼結(jié)構(gòu)。

（三）低合金專(zhuān)業(yè)用鋼

低合金專(zhuān)業(yè)用鋼有：鍋爐用鋼、壓力容器用鋼、船舶用鋼、橋梁用鋼、汽車(chē)用鋼、鐵道用鋼、自行車(chē)用鋼、礦山用鋼、工程建設(shè)混凝土及預(yù)應(yīng)力用鋼和建筑結(jié)構(gòu)用鋼等。

三、鋼鐵及合金牌號(hào)統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)體系（GB/T17616-2013）鋼鐵及合金牌號(hào)統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)體系，簡(jiǎn)稱(chēng)“ISC”。它規(guī)定了鋼鐵及合金產(chǎn)品統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)的編制原則、結(jié)構(gòu)分類(lèi)、管理及體系表等內(nèi)容。統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)由固定的6位數(shù)組成，如圖3-12所示。左邊第一位用大寫(xiě)的拉丁字母作前綴（一般不使用“I”和“O”字母），后接5位阿拉伯?dāng)?shù)字，如“A×××××”表示合金結(jié)構(gòu)鋼，“B×××××”表示軸承鋼，“L×××××”表示低合金鋼，“S×××××”表示不銹鋼和耐熱鋼，“T×××××”表示工具鋼，“U×××××”表示非合金鋼。

四、低合金鋼（一）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼與非合金鋼相比，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼具有較高的強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性及良好的焊接性，而且其價(jià)格與非合金鋼接近。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼廣泛用于制造橋梁、車(chē)輛、船舶、建筑等。常用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼有：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等。

（二）低合金耐候鋼耐候鋼是指耐大氣腐蝕鋼。焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼的牌號(hào)是由“Q+數(shù)字+NH”組成。其中“Q”是“屈”字漢語(yǔ)拼音字母的字首，數(shù)字表示鋼的最低屈服強(qiáng)度數(shù)值，字母“NH”是“耐候”二字漢語(yǔ)拼音字母的字首，牌號(hào)后綴質(zhì)量等級(jí)代號(hào)（C、D、E），如Q355NHC表示屈服強(qiáng)度大于355Mpa，質(zhì)量等級(jí)為C級(jí)的焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼。高耐候性結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)是由“Q+數(shù)字+GNH”組成。與焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼不同的是“GNH”表示“高耐候”三字漢語(yǔ)拼音字母的字首。含Cr、Ni元素的高耐候性結(jié)構(gòu)鋼在其牌號(hào)后面后綴字母“L”，如Q345GNHL鋼。焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼適用于橋梁、建筑及其他要求耐候性的鋼結(jié)構(gòu)。高耐候性結(jié)構(gòu)鋼適用于機(jī)車(chē)車(chē)輛、建筑、塔架和其他要求高耐候性的鋼結(jié)構(gòu)。

（三）低合金專(zhuān)業(yè)用鋼低合金專(zhuān)業(yè)用鋼有：鍋爐用鋼、壓力容器用鋼、船舶用鋼、橋梁用鋼、汽車(chē)用鋼、鐵道用鋼、自行車(chē)用鋼、礦山用鋼、工程建設(shè)混凝土及預(yù)應(yīng)力用鋼和建筑結(jié)構(gòu)用鋼等。

五、合金鋼（一）工程結(jié)構(gòu)用合金鋼工程結(jié)構(gòu)用合金鋼按其用途又可分為一般工程用合金鋼、壓力容器用合金鋼、合金鋼筋鋼、地質(zhì)石油鉆探用鋼、高錳耐磨鋼等。常用高錳耐磨鋼有ZG120Mn7Mo1、ZG110Mn13Mo1、ZG100Mn13、ZG120Mn13、ZG120Mn13Cr2、ZG120Mn13W1、ZG120Mn7Ni3、ZG90Mn14Mo1、ZG120Mn17、ZG120Mn17Cr2等。高錳耐磨鋼不易切削加工，但其鑄造性能好，一般是鑄造后再經(jīng)熱處理后使用。高錳耐磨鋼常用于制造拖拉機(jī)履帶板、球磨機(jī)襯板、挖掘機(jī)鏟齒與履帶板、破碎機(jī)牙板、鐵路道岔等。

（二）常用機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼

機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼按其用途和熱處理特點(diǎn)，可分為合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼和超高強(qiáng)度鋼等。1．合金滲碳鋼用于制造滲碳零件的合金鋼稱(chēng)為合金滲碳鋼。常用合金滲碳鋼有：20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、20MnVB鋼等，主要用于制作齒輪、小軸、活塞銷(xiāo)、球頭銷(xiāo)，汽車(chē)和拖拉機(jī)的各種變速齒輪、傳動(dòng)件等。2．合金調(diào)質(zhì)鋼

合金調(diào)質(zhì)鋼是在中碳鋼(30、35、40、45、50)的基礎(chǔ)上加入一種或數(shù)種合金元素，以提高淬透性和耐回火性，使之在調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學(xué)性能的鋼。常用合金調(diào)質(zhì)鋼有：40Cr、40MnB、40CrNi、40CrMnMo鋼等，主要用于制作齒輪、套筒、軸、進(jìn)氣閥、連桿，汽車(chē)轉(zhuǎn)向軸、半軸、蝸桿，燃汽輪機(jī)葉片、轉(zhuǎn)子等。3．合金彈簧鋼合金彈簧鋼用于制造截面積較大、屈服強(qiáng)度較高的重要彈簧。彈簧按加工成形方法分類(lèi)，可分為冷成形彈簧和熱成形彈簧。冷成形彈簧是指彈簧直徑小于10mm的彈簧（如鐘表彈簧、儀表彈簧、閥門(mén)彈簧等）。熱成形彈簧是指彈簧直徑大于10mm的彈簧，其熱成形后進(jìn)行淬火和中溫回火，以提高彈簧鋼的彈性極限和疲勞強(qiáng)度，如汽車(chē)板彈簧、火車(chē)緩沖彈簧等多用60Si2Mn、50CrVA來(lái)制造。4．超高強(qiáng)度鋼超高強(qiáng)度鋼一般是指Rs＞1370Mpa、Rm＞1500Mpa的特殊質(zhì)量合金結(jié)構(gòu)鋼。超高強(qiáng)度鋼按其化學(xué)成分和強(qiáng)韌化機(jī)制分類(lèi)，可分為低合金超高強(qiáng)度鋼、二次硬化型超高強(qiáng)度鋼、馬氏體時(shí)效鋼和超高強(qiáng)度不銹鋼四類(lèi)。超高強(qiáng)度鋼主要用于航空和航天工業(yè)。

（三）高碳鉻軸承鋼高碳鉻軸承鋼用于制作量具、模具、低合金刃具等。常用高碳鉻軸承鋼有：GCr15、GCr15SiMn、GCr15SiMo等。（四）合金工具鋼合金工具鋼是用于制造刃具、耐沖擊工具、模具、量具等的鋼種。1．制作量具及刃具用的合金工具鋼常用的制作量具及刃具用的合金工具鋼是9SiCr鋼、9Cr2鋼、CrWMn鋼、Cr2鋼和9Mn2V鋼等，主要用來(lái)制造淬火變形小、精度高的低速切削工具（冷剪切刀、板牙、絲錐、鉸刀、搓絲板、拉刀、圓鋸）、冷沖模、量具（量規(guī)、精密絲杠）和耐磨零件。制作量具及刃具用的合金工具鋼的熱處理工藝是：鍛造后進(jìn)行球化退火，加工零件后進(jìn)行淬火，淬火冷卻介質(zhì)一般用油或鹽浴進(jìn)行馬氏體分級(jí)淬火或貝氏體等溫淬火，淬火后再進(jìn)行低溫回火。

（四）合金工具鋼2．制作耐沖擊工具的合金工具鋼耐沖擊工具主要是指風(fēng)動(dòng)工具、金屬冷剪刀片、鉚釘沖頭、沖孔沖頭等。常用的制作耐沖擊工具的合金工具鋼有：4CrW2Si鋼、5CrW2Si鋼、6CrW2Si鋼等。此類(lèi)鋼一般需要經(jīng)過(guò)淬火加中溫回火后使用。3．制作冷作模具的合金工具鋼冷作模具主要是指冷沖模、冷拔模、冷擠壓模等。常用的制作冷作模具的合金工具鋼有：Cr12MoV鋼、Cr12鋼、CrWMn鋼等。此類(lèi)鋼一般需要淬火加低溫回火后使用，而且熱處理后變形小。4．制作熱作模具用的合金工具鋼

熱作模具主要是指熱鍛模、壓鑄模、熱擠壓模等。常用的制作熱作模具的合金工具鋼有：5CrNiMo鋼、5CrMnMo鋼、3Cr2W8V鋼、8Cr3鋼等。此類(lèi)鋼一般需要調(diào)質(zhì)處理或淬火加中溫回火后使用，而且熱處理后變形小。5．