金屬材料與熱處理 第2版 課件 第五單元 非合金鋼

第五單元非合金鋼

鋼的分類按化學(xué)成分分類非合金鋼（碳素鋼）低合金鋼合金鋼含碳量在0.0218％～2.11％的鐵碳合金，稱為非合金鋼，俗稱碳鋼。非合金鋼是工業(yè)中應(yīng)用量最多的材料，它冶煉方便、價(jià)格便宜，性能能滿足一般的工程需要。除鐵、碳外，鋼中還常存有硅、錳、磷、硫、氮、氫、氧等雜質(zhì)。鋼中五大元素：碳、硅、錳、磷、硫模塊一常存雜質(zhì)元素及其作用來源有害影響煉鋼時(shí)加入的脫氧劑。能消除FeO夾雜對鋼的不良影響，少量能溶入F中起固溶強(qiáng)化作用，提高鋼的強(qiáng)度、硬度。過多會造成塑性下降，沖擊性能變差。0.4%有益元素Si≤來源有害影響煉鋼時(shí)加入的脫氧劑。能與S化合形成MnS，減輕S的有害影響；少量能溶入F中起固溶強(qiáng)化作用。過多會造成塑性下降。1.2%有益元素Mn硅、錳雖有益，但也不是多多益善；鋼中規(guī)定：WSi<0.4%，WMn<1.2%

S來源有害影響煉鋼原料和燃料。在鋼中形成FeS,FeS與Fe形成低熔點(diǎn)（985℃）共晶體分布在晶界上，使得對鋼進(jìn)行熱加工時(shí)容易脆化開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆。P來源有益作用有害影響煉鋼原料和燃料。引起鋼的塑性和韌性急劇下降，尤其在低溫時(shí)脆性更大，這種現(xiàn)象稱為冷脆。少量能溶入F中，使強(qiáng)度、硬度顯著提高。硫、磷有害，應(yīng)該嚴(yán)格控制含量。3.氣體元素N：鋼中過飽和N在常溫放置過程中會發(fā)生時(shí)效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除時(shí)效傾向。O：鋼中的氧化物夾雜易成為疲勞裂源。H：原子態(tài)的過飽和氫時(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)，會產(chǎn)生很高內(nèi)壓，形成裂紋，內(nèi)壁為白色，稱白點(diǎn)或發(fā)裂。鋼中白點(diǎn)模塊二

鋼材產(chǎn)品及命名方法4/22/2025一、鋼材產(chǎn)品的種類由生鐵經(jīng)冶煉直接得到的產(chǎn)品為粗鋼，固體狀態(tài)稱鋼坯或鋼錠。粗鋼通過軋制、鍛造、拉拔、擠壓等壓力加工方法加工后成為鋼材。常用的鋼材產(chǎn)品有型材、板材、管材、金屬制品等四大品種。4/22/20251.型材型材是通過軋制等壓力加工工藝制成的具有特定幾何截面和尺寸的實(shí)心長條鋼材。鋼型材品種很多，按其斷面形狀不同又分簡單斷面和復(fù)雜斷面兩種。前者包括圓鋼、方鋼、扁鋼、六角鋼和角鋼；后者包括鋼軌、工字鋼、槽鋼、窗框鋼和異型鋼等。4/22/20254/22/20254/22/2025直徑在5.0～10mm的小圓鋼和l0mm以下的螺紋鋼稱為線材，因大多通過卷線機(jī)卷成盤卷供應(yīng)，也稱盤條或盤圓。其橫截面通常為圓形、橢圓形、方形、矩形、六角形、八角形、半圓形等。4/22/20252.板材板材是一種寬厚比和表面積都很大的扁平鋼材。板材一般分為薄板、中板和厚板，厚度4mm以下為薄板，厚度4～20mm為中板，厚度＞20mm為厚板，厚度＞60mm的鋼板稱為特厚板，薄板又分為冷軋板和熱軋板兩種。4/22/20254/22/2025寬度比較小、長度很長的鋼板稱為鋼帶，列為一個(gè)獨(dú)立的品種。電工硅鋼薄板，也叫硅鋼片或矽鋼片。3.管材管材是一種中空截面的長條鋼材。按其截面形狀不同可分圓管、方形管、六角形管和各種異形截面鋼管。按加工工藝不同又可分無縫鋼管和焊管鋼管兩大類。4/22/20254.金屬制品金屬制品包括鋼絲、鋼絲繩、鋼鉸線和其他制品。鋼絲是用直徑為6～9mm的熱軋線材再經(jīng)拉拔而成的，按形狀不同分圓鋼絲、扁形鋼絲和三角形鋼絲等。4/22/2025改善鋼材品種結(jié)構(gòu)4/22/2025二、鋼材產(chǎn)品的長度尺寸鋼材長度尺寸是各種鋼材的最基本尺寸，是指鋼材的長、寬、高、直徑、半徑、內(nèi)徑、外徑以及壁厚等數(shù)值。鋼材長度的法定計(jì)量單位是米(m)、厘米(cm)、毫米(mm)。在現(xiàn)行習(xí)慣中，也有用英寸(")表示的，但它不是法定計(jì)量單位。4/22/2025型鋼的長度尺寸如下表所示。鋼板的長度尺寸一般以厚度d的毫米(mm)數(shù)標(biāo)定，而鋼帶的長度尺寸則以寬度U和厚度d的毫米(mm)數(shù)標(biāo)定。鋼管的長度尺寸一般以鋼管的外徑D、內(nèi)徑和壁厚S的毫米(mm)數(shù)標(biāo)定。4/22/20254/22/2025我國鋼材的編號是采用漢語拼音字母、化學(xué)元素符號和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法。采用漢語拼音字母表示鋼產(chǎn)品的名稱、用途、特性和工藝方法時(shí)，一般從代表鋼產(chǎn)品名稱的漢字的漢語拼音中選取第一個(gè)字母。三、我國鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法常用鋼產(chǎn)品的名稱、用途、特性和工藝方法表示符號（GB/T221—2000）名稱符號位置名稱符號位置碳素結(jié)構(gòu)鋼Q頭橋梁用鋼q尾低合金高強(qiáng)度鋼Q頭鍋爐用鋼g尾易切削鋼Y頭焊接氣瓶用鋼HP尾碳素工具鋼T頭車輛車軸用鋼LZ頭(滾珠)軸承鋼G頭機(jī)車車軸用鋼JZ頭焊接用鋼H頭沸騰鋼F尾鉚螺鋼ML頭半鎮(zhèn)靜鋼b尾船用鋼國際符號鎮(zhèn)靜鋼Z尾汽車大梁用鋼L尾特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ尾壓力容器用鋼R尾質(zhì)量等級A.B.C.D.E尾三、常用非合金鋼1.按鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分低碳鋼w(C)≤

0.25%

中碳鋼0.25%<w(C)

<0.6%高碳鋼w(C)

>0.6%2．按鋼的質(zhì)量分普通碳素鋼Ws、Wp≤0.045%優(yōu)質(zhì)碳素鋼Ws、Wp≤0.035%高級優(yōu)質(zhì)鋼（標(biāo)A）Ws≤0.020%Wp≤0.030%特級優(yōu)質(zhì)鋼（標(biāo)E）Ws≤0.015%Wp≤0.025%3．按鋼的用途分碳素結(jié)構(gòu)鋼（工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件用鋼）碳素工具鋼（刃具、量具和模具用鋼）鑄鋼

4．按鋼脫氧程度分：沸騰鋼（標(biāo)F）、鎮(zhèn)靜鋼（標(biāo)Z，可省略）

半鎮(zhèn)靜鋼（標(biāo)b）2.碳鋼的牌號、性能及用途碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼鑄造碳鋼1.碳素結(jié)構(gòu)鋼Q×××AF屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度Rel的值質(zhì)量等級：A、B、C、D、E脫氧方法沸騰鋼F半鎮(zhèn)靜鋼b鎮(zhèn)靜鋼Z特殊鎮(zhèn)靜鋼TZQ

235—A·F沸騰鋼A等級Rel≥235MPa屈服強(qiáng)度成分熱處理性能典型牌號含碳量較低，Wc<0.30%正火，使用時(shí)不進(jìn)行熱處理。較高的強(qiáng)度，良好的塑性與韌性；并具有良好的焊接性。Q235Q195、Q215、Q235、Q275一般橋梁、建筑結(jié)構(gòu)，普通機(jī)械零件，如螺釘、螺母等?？捎糜谑芰^大的機(jī)械零件，如鏈輪、拉桿等。應(yīng)用

常用碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q195、Q215、Q235A、Q235B

塑性較好，有一定的強(qiáng)度，通常軋制成鋼筋、鋼板、鋼管等，可用于做橋梁、建筑物等構(gòu)件，也可用做普通螺釘、螺帽、鉚釘?shù)?。Q235C、Q235D可用于重要的焊接件。Q275強(qiáng)度較高，可軋制成型鋼、鋼板作構(gòu)件用。這類鋼常在熱軋狀態(tài)下使用，不再進(jìn)行熱處理。但對某些零件，也可以進(jìn)行正火、調(diào)質(zhì)、滲碳等處理，以提高其使用性能。

2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

用兩位數(shù)字表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分?jǐn)?shù)。45

——表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。*說明：①含Mn量為0.7%~1.2%，在兩位數(shù)字后加元素符號“Mn”，如40Mn。②對于沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼,在鋼號后分別加字母F和b，如08F、10b。③高級優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號后加字母A，如20A。08F

———表示W(wǎng)c為0.08%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，屬沸騰鋼。65Mn

———表示W(wǎng)c為0.65%、含錳量較高（WMn=0.7%~1.2%)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。成分熱處理性能典型牌號Wc=0.05%-0.85%，多數(shù)為低中碳成分，少數(shù)高碳。一般使用時(shí)必須進(jìn)行熱處理。較高強(qiáng)度，較好塑性與韌性。性能變化范圍較大。

4508F、20、45、65冷沖壓件，如汽車和儀表外殼、容器、罩子等。冷沖壓件、焊接件和標(biāo)準(zhǔn)件、滲碳件等零件。調(diào)質(zhì)件：機(jī)床齒輪、機(jī)床主軸、曲軸、連桿等重要零件。彈性件和耐磨件：小尺寸彈簧、低速車輪等應(yīng)用

常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼08F

塑性好，可制造冷沖壓零件；

10、20鋼

冷沖壓性與焊接性能良好，可用作沖壓件及焊接件，經(jīng)過熱處理（如滲碳）也可以制造軸、銷等零件；

35、40、45、50鋼

經(jīng)熱處理后，可獲得良好的綜合機(jī)械性能，用來制造齒輪、軸類、套筒等零件；60、65鋼

主要用來制造彈簧、鋼絲繩等。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼使用前一般都要經(jīng)過熱處理。

齒輪螺栓

曲軸彈簧3.碳素工具鋼

T（“碳”）+兩位數(shù)字（表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)）。T8

——表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%的碳素工具鋼。T12A

——表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.20%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。T12A高級優(yōu)質(zhì)

Wc=1.2%碳素工具鋼T７、Ｔ８、Ｔ９、Ｔ１０Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１３成分熱處理性能典型牌號Wc=0.70%-1.30%，高碳鋼必須經(jīng)淬火回火處理。高的硬度，良好的耐磨性，一定的塑性與韌性。

T8、T10、T12A承受振動、沖擊的工具，如沖頭、大錘、木工工具。T7、T8、T10、T12、T13A用于需要較高耐磨性和一定韌性的工具，如手工鋸條、剪金屬用剪刀。不受振動和沖擊的耐磨工具，如絲錐、銼刀、絞刀、板牙、量具等。應(yīng)用

形狀復(fù)雜或體積大，用壓力加工難以成型；切削加工較為困難；力學(xué)性能要求高；需要鑄造成型；含碳量通常不超過0.6%。5.鑄造碳鋼ZG+兩組數(shù)字（分別表示最小屈服強(qiáng)度和最小抗拉強(qiáng)度）。例：ZG310-570

—表示最小屈服點(diǎn)為310MPa、最小抗拉強(qiáng)度為570MPa的鑄造碳鋼。ZG200-400Rm≥400MPaRel≥200MPa鑄鋼成分熱處理性能典型牌號Wc=0.20%-0.60%，低中碳鑄造成形，經(jīng)熱處理后使用。較高的硬度、強(qiáng)度和塑性、韌性，即綜合力學(xué)性能較好。

ZG200-400ZG200-400、ZG270-500、ZG310-570用于受力不大，要求良