常用金属材料基础知识

常用金属材料基础知识 常用金属材料基础知识教材 第1章：金属材料名称常用基础术语 1．基础术语： 黑色金属：铁和铁的合金均称为黑色金属。如钢、生铁、铁合金、铸铁等。 纯 铁：纯度很高的铁，化学纯铁含碳量几乎为零，工业纯铁含碳量<0.05%。 纯铁是很软的，一般不应用到实际中。 铁碳合金：以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。如钢 和生铁。 生 铁：把铁矿石放到高炉中冶炼而成的，含碳量2％～4.3％（也有资料称3.5%—5.5%、2.11%-6.67%）的铁碳合金称为生铁。生铁质硬而脆，缺乏韧性， 几乎没有塑性变形能力，因此不能通过锻造、轧制、拉拔等方法加工成形，主要 用来炼钢和制造铸件，如白口铁、灰口铁和球墨铸铁。也有习惯上把炼钢生铁叫 做生铁，把铸造生铁简称为铸铁。 白 口 铁：碳以Fe3C形态分布的生铁称为白口铁，其断口呈银白色，质硬而 脆，不能进行机械加工，是炼钢的原料，故又称炼钢生铁。 灰 口 铁：碳以片状石墨形态分布的生铁称为灰口铁，其断口呈银灰色，由于 石墨质软并有润滑作用，因而这种生铁具有良好的易切削、耐磨和铸造性能等优 点。但是，由于有片状石墨的存在，降低了它的抗拉强度，使它不能锻轧，只能 用于制造各种铸件，如铸造机床床座、铁管等。因此，通常把这种生铁叫做铸造 生铁。 球墨铸铁：碳以球状石墨分布则称球墨铸铁，其机械性能、加工性能接近于钢。 钢：含碳量在0.04%-2.3%之间（也有资料称0.03%-1.2%）的铁碳合金称为钢。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。 有色金属：又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、 铝等。 第2章：钢的分类基础知识 1．按品质进行分类 ?普 通 钢：P?0.045% S?0.050%（如普通碳素结构钢Q195、Q235等） ?优 质 钢：P?0.035% S?0.035%（如优质碳素结构钢20号、45号钢等） ?高级优质钢：P?0.035% S?0.030%（比优质钢更优质，一般在钢号后加 A以示区别，如08A等） 2．按化学成份进行分类 1）碳素钢： ?低碳钢：C?0.25% F ?中碳钢：C?0.25~0.60% ?高碳钢：C?0.60% 2）合金钢： ?低合金钢（合金元素总含量?5%）； ?中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）； ?高合金钢（合金元素总含量＞10%）。 3．按成形方法分类： ?锻钢 ?铸钢 ?热轧钢 ?冷拉钢。 4．按金相组织分类 1）退火状态的： ?亚共析钢（铁素体+珠光体）； ?共析钢（珠光体）； ?过共析钢（珠光体+渗碳体）； ?莱氏体钢（珠光体+渗碳体）。 2）正火状态的： ?珠光体钢 ?贝氏体钢 ?马氏体钢 ?奥氏体钢。 3）无相变或部分发生相变的 5．按用途分类 1）建筑及工程用钢： ?普通碳素结构钢； ?低合金结构钢； ?钢筋钢。 2）结构钢 ?机械制造用钢： ?调质结构钢； ?表面硬化结构钢：包括渗碳钢、渗氨钢、表面淬火用钢； ?易切结构钢；(d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。 ?弹簧钢 ?轴承钢 3）工具钢： ?碳素工具钢； ?合金工具钢； ?高速工具钢。 4）特殊性能钢： ?不锈耐酸钢； ?耐热钢：包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢； ?电热合金钢； ?耐磨钢； ?低温用钢； ?电工用钢。 5）专业用钢 如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。 6．综合分类 * 1）普通钢 ?碳素结构钢： ?低合金结构钢 ?特定用途的普通结构钢 2）优质钢（包括高级优质钢） ?结构钢： ?优质碳素结构钢 ?合金结构钢 ?弹簧钢 ?易切钢 ?轴承钢 ?特定用途优质结构钢。 ?工具钢： ?碳素工具钢 ?合金工具钢 ?高速工具钢。 ?特殊性能钢： ?不锈耐酸钢 ?耐热钢 r ] ?电热合金钢 ?电工用钢 ?高锰耐磨钢。 8．按冶炼方法分类 1）按炉种分 ?平炉钢： ?酸性平炉钢 ] ?碱性平炉钢。 ?转炉钢： ?酸性转炉钢 ?碱性转炉钢 或?底吹转炉钢 ?侧吹转炉钢 ?顶吹转炉钢。 ?电炉钢： ?电弧炉钢 ?电渣炉钢 ?感应炉钢 ?真空自耗炉钢 ?电子束炉钢。 2）按脱氧程度和浇注 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 分 ?沸腾钢 ?半镇静钢 ?镇静钢 ?特殊镇静钢。 第3章：金属材料机械性能基础知识 1．1 金属材料机械性能基础术语： 1）屈服点（σs）： 钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，此时应力不增加或开始有所下降， 而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时 的最小应力值即为屈服点。 设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs =Ps/Fo(MPa)，MPa称为兆帕等于N（牛顿）/mm2，（MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2） 2）屈服强度 有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服 特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2 。 3）抗拉强度（σb） 材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵 抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。 设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度σb= Pb/Fo （MPa）。 4）抗压强度（σlc） 材料试样受压力时，在压坏前所承受的最大应力。 5）抗弯强度（σcb） : 材料试样受弯曲力时，在破坏前所承受的最大应力。 4）伸长率（δs） 材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。 5）屈强比（σs/σb） 钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结 构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75，合金结构钢为0.84-0.86。 6）硬度 k 硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之 一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏 硬度。 ?布氏硬度（HB） 以一定的载荷（一般3000kg）把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬 度值（HB），单位为公斤力/mm2 （N/mm2）。 ?洛氏硬度（HR） 当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。 它是用一个顶角120?的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的 不同，分三种不同的标度来表示： HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料 （如硬质合金等）。 HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬 度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。 HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料 （如淬火钢等）。 ?维氏硬度（HV） 以120kg以内的载荷和顶角为136?的金刚石方形锥压入器压入材料表面， 用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值（HV） 1．2 力学性能与可成形性及使用性能的关系 要使钢板获得所需的形状，必须使其永久变形，所采取的工艺可以是局部或整 体弯曲、深冲、张拉或这些成型方法的组合。 （1）薄钢板的屈服强度表示出成形后的可成形性和强度，对普通碳素钢板的成 形，屈服点值过高，常常有可能发生过大的回弹、成形时容易破断，磨具磨损快 以及由于塑性不良而出现缺陷。然而材料的屈服点小于140Mpa时，又可能经受不住成形过程中施加的应力，对用于较复杂或复杂成形加工或冲压加工的钢板， 通常要求具有比较低的屈服强度值，而且屈服比值愈小，由钢板的成形性能愈好。 （2）中厚板的冷态可成形性与材料的屈服强度和伸长率有直接关系。屈服强度 值愈低，产生永久变形所需的应力愈小；伸长率值愈高，高的延展性可以允许承 受大的变形量而不致断裂。 （3）对用于建筑结构、桥梁及机械结构件的钢板，为防止构件断裂，要求钢板 材料具有特点的抗拉强度，而为防止构件变形，又要求钢板材料具有一定的屈服 强度，因此对这类用途的钢材都要求规定抗拉强度、屈服强度的最小值或范围值。 （4）对用于承受冲击负荷变形，例如船舶、桥梁、石油、天然气管线用钢板， 为防止其使用中发生脆性断裂，又要求其具有一定足够高的冲击韧性-冲击功值。 第4章：常用金属材料中各种化学成分对性能的影响 1．生铁： 生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰、磷和硫等元素。这些元素对生铁的性能均 有一定的影响。 碳（C）：在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳（石墨），主要存在于铸造 生铁中，另一种是化合碳（碳化铁），主要存在于炼钢生铁中，碳化铁硬而脆， 塑性低，含量适当可提高生铁的强度和硬度，含量过多，则使生铁难于削切加工， 这就是炼钢生铁切削性能差的原因。石墨很软，强度低，它的存在能增加生铁的 铸造性能。 硅（Si）：能促使生铁中所含的碳分离为石墨状，能去氧，还能减少铸件的气 眼，能提高熔化生铁的流动性，降低铸件的收缩量，但含硅过多，也会使生铁变 硬变脆。 锰（Mn）：能溶于铁素体和渗碳体。在高炉炼制生铁时，含锰量适当，可提高 生铁的铸造性能和削切性能，在高炉里锰还可以和有害杂质硫形成硫化锰，进入 炉渣。 磷（P）：属于有害元素，但磷可使铁水的流动性增加，这是因为硫减低了生铁 熔点，所以在有的制品内往往含磷量较高。然而磷的存在又使铁增加硬脆性，优 良的生铁含磷量应少，有时为了要增加流动性，含磷量可达1.2%。 硫（S）：在生铁中是有害元素，它促使铁与碳的结合，使铁硬脆，并与铁化合 成低熔点的硫化铁，使生铁产生热脆性和减低铁液的流动性，顾含硫高的生铁不 适于铸造细件。铸造生铁中硫的含量规定最多不得超过0.06%（车轮生铁除外）。 2．钢： 2．1元素在钢中的作用 2．1．1 常存杂质元素对钢材性能的影响 钢除含碳以外，还含有少量锰(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)、氧（O）、氮（N）和氢（H）等元素。这些元素并非为改善钢材质量有意加入的，而是由矿石及冶 炼过程中带入的，故称为杂质元素。这些杂质对钢性能是有一定影响，为了保证 钢材的质量，在国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 中对各类钢的化学成分都作了严格的规定。 1）硫 硫来源于炼钢的矿石与燃料焦炭。它是钢中的一种有害元素。硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中，FeS和 Fe形成低熔点(985?)化合物。而钢材的热加工温度 一般在1150～1200?以上，所以当钢材热加工时，由于 FeS化合物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为“热脆”。含硫量愈高，热脆现象愈严重，故必 须对钢中含硫量进行控制。高级优质钢：S＜0.02%～0.03%；优质钢：S＜0.03%～0.045%；普通钢：S＜0.055%～0.7%以下。 2）磷 磷是由矿石带入钢中的，一般说磷也是有害元素。磷虽能使钢材的强度、硬 度增高，但引起塑性、冲击韧性显著降低。特别是在低温时，它使钢材显著变脆， 这种现象称"冷脆"。 冷脆使钢材的冷加工及焊接性变坏，含磷愈高，冷脆性愈 大，故钢中对含磷量控制较严。高级优质钢： P＜0.025%；优质钢： P＜0.04%；普通钢： P＜0.085%。 3）锰 锰是炼钢时作为脱氧剂加入钢中的。由于锰可以与硫形成高熔点(1600?)的 MnS，一定程度上消除了硫的有害作用。锰具有很好的脱氧能力，能够与钢中的 FeO成为MnO进入炉渣，从而改善钢的品质，特别是降低钢的脆性，提高钢的 强度和硬度。因此，锰在钢中是一种有益元素。一般认为，钢中含锰量在0.5%～0.8%以下时，把锰看成是常存杂质。技术条件中规定，优质碳素结构钢中，正常 含锰量是0.5%～0.8%；而较高含锰量的结构钢中，其量可达0.7%～1.2%。 4）硅 硅也是炼钢时作为脱氧剂而加入钢中的元素。硅与钢水中的FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去，因此硅是一种有益的元素。硅在钢中溶于铁素体内 使钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。镇静钢中的含硅量通常在0.1%～0.37%，沸腾钢中只含有0.03%～0.07%。由于钢中硅含量一般不超过0.5%，对钢性能影响不大。 5）氧 氧在钢中是有害元素。它是在炼钢过程中自然进入钢中的，尽管在炼钢末期 要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧，但不可能除尽。氧在钢中以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等夹杂形式，使钢的强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有 严重影响。 6）氮 铁素体溶解氮的能力很低。当钢中溶有过饱和的氮，在放置较长一段时间后 或随后在200～300?加热就会发生氮以氮化物形式的析出，并使钢的硬度、强 度提高，塑性下降，发生时效。钢液中加入Al、Ti或V进行固氮处理，使氮固 定在AlN、TiN或VN中，可消除时效倾向。 7）氢 钢中溶有氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。白点常在轧制的厚板、大锻件中 发现，在纵断面中可看到圆形或椭圆形的白色斑点；在横断面上则是细长的发丝 状裂纹。锻件中有了白点，使用时会发生突然断裂，造成不测事故。因此，化工 容器用钢，不允许有白点存在。 氢产生白点冷裂的主要原因是因为高温奥氏体 冷至较低温时，氢在钢中的溶解度急剧降低。当冷却较快时，氢原子来不及扩散 到钢的表面而逸出，就在钢中的一些缺陷处由原子状态的氢变成分子状态的氢。 氢分子在不能扩散的条件下在局部地区产生很大压力，这压力超过了钢的强度极 限而在该处形成裂纹，即白点。 2．1．2为了合金化而加入的合金元素，最常用的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、 钒，钛，铌、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。 1）硅 ?提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低； ?硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比； ?耐腐蚀性。硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。 含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。 缺点：使钢的焊接性能恶化。 2）锰 ?锰能提高钢的淬透性。 ?锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。 ?锰对钢的高温瞬时强度有所提高。 缺点： ?含锰较高时，有较明显的回火脆性现象； ?锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒 元素如钼、钒、钛等来克服： ?当锰的质量分数超过1％时，会使钢的焊接性能变坏； ?锰会使钢的耐锈蚀性能降低。 3）铬在钢中的作用 ?铬可提高钢的强度和硬度。 ?铬可提高钢的高温机械性能。 ?使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性 ?阻止石墨化 ?提高淬透性。 缺点： ?铬是显著提高钢的脆性转变温度 ?铬能促进钢的回火脆性。 4）镍在钢中的作用 ?可提高钢的强度而不显著降低其韧性； ?镍可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性； ?改善钢的加工性和可焊性； ?镍可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐蚀。 5）钼在钢中的作用 ?钼对铁素体有固溶强化作用。 ?提高钢热强性 ?抗氢侵蚀的作用。 ?提高钢的淬透性。 缺点： 钼的主要不良作用是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。 6）钨在钢中的作用 ?提高强度 ?提高钢的高温强度。 ?提高钢的抗氢性能。 ?是使钢具有热硬性。因此钨是高速工具钢中的主要合金元素。 7）钒在钢中的作用 ?热强性。 ?钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能。 8）钛在钢中的作用 ?钛能改善钢的热强性，提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度； ?并能提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使钢在高压下对氢的稳定性高达 600?以上，在珠光体低合金钢中，钛可阻止钼钢在高温下的石墨化现象。因此， 钛是锅炉高温元件所用的热强钢中的重要合金元素之一。 9）铌在钢中的作用 ?铌和碳、氮、氧都有极强的结合力，并与之形成相应的极为稳定的化合物， 因而能细化晶粒，降低钢的过热敏感性和回火脆性。 ?有极好的抗氢性能。 ?铌能提高钢的热强性 10）硼在钢中的作用 ； ?提高钢的淬透性。 ?提高钢的高温强度。强化晶界的作用。 11）铝在钢中的作用 ?用作炼钢时的脱氧定氮剂，细化晶粒，抑制低碳钢的时效，改善钢在低温时 的韧性，特别是降低了钢的脆性转变温度； ?提高钢的抗氧化性能。曾对铁铝合金的抗氧化性进行了较多的研究；4％AI 即可改变氧化皮的结构，加入6％A1可使钢在980C以下具有抗氧化性。当铝和铬配合并用时，其抗氧化性能有更大的提高。例如，含铁50％一55％、铬30％ 一35％、铝10％一15％的合金，在1 400C高温时，仍具有相当好的抗氧化性。由于铝的这一作用，近年来，常把铝作为合金元素加入耐热钢中。 ?此外，铝还能提高对硫化氢和V2O5，的抗腐蚀性。 缺点： ?脱氧时如用铝量过多，将促进钢的石墨化倾向。 ?当含铝较高时．其高温强度和韧性较低。 2．2合金元素对钢的主要工艺性能的影响： 钢的主要工艺性能有：冷态成型性、切削性、焊接性能、热处理工艺性、铸造 性能等 2．2．1 合金元素对钢的冷态成型性的影响 : 冷态成型性：冷态成型包括许多不同的冷成型工艺，如深冲、拉延成型和弯 曲等。其冷态成型工艺性能优劣涉及被变形材料的成分、组织和冷变形工艺参量 （模具形状、变形量、变形速度、润滑条件等）。 与冷态成型性有关的材料性能参量有： ?低的屈服强度 ?高的延伸率 ?高的均匀伸长率 ?高的加工硬化率（n值） ?高的深冲性参量（r值） ?适当而均匀的晶粒度； ?控制夹杂物的形状和分布； ?游离渗碳体的数量和分布。 1）冷轧薄钢板： 碳：碳含量增加会使拉延能力变坏，因此绝大部分钢板都采用低碳钢。 锰：锰的影响和碳相似，但适当的含量可以减轻硫的不良作用。 磷、硅：磷和硅溶于铁素体引起强化并略影响塑性，降低拉延性能。 2）热轧钢板 选用冲压用热轧钢板时，既要考虑强度要求，也要考虑冲压性能。 碳：碳是对热轧钢板冲压性能影响最大的元素。对于冲压用的热轧钢板，一般 不宜以增加碳的办法来提高强度，应采用添加合金元素来提高钢的强度。 硫：硫在钢中形成硫化物夹杂，在轧制中拉长，分割金属基体降低塑性，影响 冲压性能。 2．2．2 合金元素对钢的切削加工性的影响 非金属夹杂物是决定钢的切削性的主要因素。非金属夹杂物的类型、大小、 形状、分布和体积百分数不同，对切削性的影响也不同。 为了达到改善钢的切削性的目的，这些非金属夹杂物必须满足下列四个条件： ?在切削运动平面上，夹杂物必须作为应力集中源，从而引起裂纹和脆化切屑的 作用。 ?夹杂物必须具有一定的塑性，而不致切断金属的塑性流变，从而损害刃具的表 面。 ?夹杂物必须在刃具的前面与切屑之间形成热量传播的障碍。 ?夹杂物必须具有光滑的表面，而不能在刃具的侧面作为磨料。 钢的切削性的提高主要还是通过加入易削添加剂，例如S、P、Pb、Bi、Ca、Se(硒)、Te(碲)等。 ? 硫是了解最清楚和广泛应用的易削添加剂。 当钢中含足够量的Mn时，S的加入将形成MnS夹杂物。加S的碳钢可以提高切削速度25％或更高，它取决于钢的成分和S的加入量。 约1％体积份额的MnS, 可以使高速钢刃具的磨损速率迅速下降。MnS夹杂物在切削剪切区作为应 力集中源，可以起裂纹源的作用，并随后引起切屑断裂。因此，随着MnS体积份额的增加，切屑破断能力得到改善。 MnS夹杂物还可能在切屑刃具表面沉积 为MnS薄层，这种薄层可以降低刃具与切屑的摩擦，导致切削温度和切屑力的 降低，并减少刃具的磨损或成为热量传播的障碍，从而延长刃具的使用寿命。 ? Pb是仅次于S的常用易削添加剂。 Pb对切削加工性的有益效应，不取决于MnS的存在，因而可以加到低S钢和加S钢中。在不添加S的钢中，Pb以分散的质点形式分布于钢中。在加S钢中，Pb首先与MnS结合。与S相似，Pb可以作为内部润滑剂降低摩擦力，并转过 来降低剪切抗力，并减小切屑与刃具的接触面积，从而降低刃具的磨损。 ? 近年来许多注意力已经转到通过Ca脱氧生产易削结构钢上。 %`{O g-N!S 通过用Ca-Si和Si-Fe合金控制脱氧，可以形成特定的CaO-MnO-SiO2-Al2O3四元非金属夹杂物，它在机加工时，将在刃具磨损表面沉积为一个薄层（约20μm）。这种薄层是磨损的障碍，因而可延长碳化物刃具的使用寿命。 2．2．3合金元素对钢的焊接性的影响 钢的焊接性是一个很复杂的工艺性能，因为它既与焊接裂纹的敏感性有关， 又与服役条件和试验温度下所要求的韧性有密切联系。 ? 一般认为，高强度低合金钢的焊接性是良好的，并且随含碳量的降低，焊接 性得到改善。 ? 为此，国际焊接协会根据统计数据，采用碳当量为比较的基础，由加入的各 元素来计算和评定钢材的焊接性能。 其近似公式如下： 碳当量 = C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5 式中：元素符号代表该元素重量百分比。 碳当量越低，焊接性能越好。 碳当量?0.35%，焊接性能良好；碳当量?0.4-0.5%，焊接就较困难。 不高的一般工程结构。 Q345Q390 综合力学性能好，焊接性能、冷热加工性能和耐蚀性能均好，C、 D、E级钢具有良好的低温韧性。主要用于船舶，锅炉，压力容器，石油储罐， 桥梁，电站设 备，起重运输机械及其他较高载荷的焊接结构件。 Q420 强度高，特别是在正火或正火加回火状态有较高的综合力学性能。主 要 用于大型船舶，桥梁，电站设备，中、高压锅炉，高压容器，机车车辆，起 重机械，矿山机 械及其他大型焊接结构件。 Q460 强度最高，在正火，正火加回火或淬火加回火状态有很高的综合力学 性 能，全部用铝补充脱氧，质量等级为C、D、E级，可保证钢的良好韧性的备 用钢种。用于各 种大型工程结构及要求强度高，载荷大的轻型结构。 2．3优质碳素结构钢： 牌号 主要性能和用途 普通含锰量 08 用途：用于轧制薄板，深冲制品、油桶、高级搪瓷制品，也可用于制作管子， 垫片及心部强度要求不高的渗碳和氰化零件，电焊条等。 08F 性能：冷塑性好，易成形；焊接性能优良，时效敏感；切削性：冷拉 正火态较退火态良好。 用途：用于轧制薄板，深冲制品、油桶、高级搪瓷制品，也可用于制作管 子， 垫片及心部强度要求不高的渗碳和氰化零件，电焊条等。 10 用途：拉杆、夹头、钢管、垫片、垫圈、铆钉、机床上的表面硬化零件、 焊接零件等。 10F 性能：冷塑性好，板材正火或高温回火后性能极佳；切削性：冷拉正 火较退火态好，易焊接。 用途：用4mm以下冷压深冲制品，如深冲器皿、炮弹弹体。也可制造锅炉管、 油 桶顶盖及钢带、钢丝、焊接件、机械零件。 1515F 用途：紧固件、冲模锻件、冷拉制品以及螺钉、螺栓、法兰盘等低 负荷零件。 20 用途：用于不经常受很大应力而要求很大韧性的各种零件，如杠杆、轴 套、螺钉、拉杆、起重钩等。 25 用作热锻和热冲压的机械零件，金属切削机床上氰化零件，以及重型和 中型机 械制造中负荷不大的轴、辊子、连接器、垫圈、螺栓、螺帽等，还可用 作铸钢件。 30 用途：重型和一般机械中的轴、拉杆、套环、套筒轴、丝杆、螺钉以及 汽缸、机架等。 35 性能：冷塑性尚好，各种焊接性能良好，切削性好，用于制作受力不大 的机械零件及中小尺寸锻件。 用途：转轴、曲轴、轴销、杠杆、连杆、横梁、汽缸、套筒、螺母、垫圈 等。 40 用途：金属切削机床的零件，重型和中型机械中的曲轴、齿轮、轴、连 接杆等。 45 性能：中碳优质高强度钢，淬透性低，一般正火态使用；只有要求高的 零件才进行ML4调质。冷塑性一般；切削性：退火，正火比调质时，适于氢焊 和氩孤焊，不适于气焊。 用途：用以制造蒸汽透平机、压缩机、泵的运动零件；还可代替渗碳钢制造 齿轮、轴 、活塞销等零件(零件需经高频或火焰表面淬火)；并可用作铸件。 50 用于制造耐磨性要求高、动载荷及冲击作用不大的零件，如铸造齿轮、 拉杆、 轧辊等；制造比较次要的弹簧、农机上的掘土犁铧、重负荷的心轴与轴 等，并可制造铸件。 55 用于制造连杆、轧辊、齿轮、扁弹簧、轮圈、轮缘等，也可作铸件。 60-65 用于制造弹簧、弹簧圈、各种垫圈、离合器以及制造一般机械中的 轴、轧 辊、偏心轴等。 70-85 用来制造弹簧和发条、制造钢丝绳用的钢丝及高硬度的机件、如犁、 铧、 电车车轮等。 较高含锰量 15Mn 用途：中心部分机械性能要求较高的渗碳零件和焊接零件，例如齿轮、凸轮轴、活塞销、联轴器、拖杆等；不渗碳则可用于受力不大 而要求韧性较好的零件，如支架、铰链、螺钉、螺母和铆焊结构件等。 20 Mn 25Mn 30Mn 主要用来制造螺拴、螺帽、螺钉杠杆、掣动踏板等。并可用冷拉制 造在 高应力下工作的细小零件，如农机上的钩、环、链等。 35Mn 40Mn 用于制造承受疲劳负荷下的零件，如曲轴、连杆等；也可用作高应 力下 工作的螺钉、螺帽等。 45Mn 50Mn 用于制造耐磨性要求高、在高负荷下热处理的零件，如齿轮、齿轮 轴 、摩擦盘、滚子及弹簧。 55Mn 4．合金结构钢 合金结构钢简称合结钢，是在优质碳素结构钢的基础上，适当地加入一种或数 种合金元素(总量＜5%)而制成的钢种。 5．易切削结构钢用途 易切削结构钢简称易切钢，是含有少量易削元素，具有良好的被切削加工性能 的钢种。 牌号 主要用途 Y12硫磷复合低碳易切削钢 是现有易切削钢中磷含量最多的一个钢种。常用 于制造对力 学性能要求不高的各种机器和仪器仪表零件，如螺栓、螺母、销钉、 轴、管接头等。 Y12Pb含铅易切削钢 被切削加工性好，不存在性能上的方向性，并有较高的 力学性能， 常用于制造较重要的机械零件、精密仪表零件等。 Y15复合高硫低硅易切削钢 是我国自行研制成功的钢种，被切削性高于Y12钢，常用于制 造不重要的标准件，如螺栓、螺母、管接头、弹簧座等。 Y15Pb Y15Pb同Y12Pb，被切削加工性更好。 Y20低硫磷复合易切削钢 被切削加工性优于20钢而低于12钢，可进行渗碳处理，常用于 制造要求表面硬、心部韧性高的仪器、仪表、轴类耐磨零件。 Y30低硫磷复合易切削钢 力学性能较高，被切削加工性也有适当改善，可制 造强度要求 较高的标准件。 Y35 Y35同Y30钢，可调质处理。 Y40Mn高硫中碳易切削钢 有较高的强度、硬度和良好的被切削加工性，适 于加工要求刚 性高的机床零部件，如机床丝杠、光杠、花键轴、齿条等。 Y45Ca钙硫复合易切削钢 不仅被切削性好，而且热处理后具有良好的力学性 能，适于制 造较重要的机器结构件，如机床齿轮轴、花键轴、拖拉机传动轴等。 6．常用弹簧钢特性及用途 弹簧钢是用于制造弹簧或其他弹性元件的钢种，按成分分为碳素弹簧钢和合金 弹簧钢。 65Mn 性能：碳素弹簧钢，最后热处理为淬火和回火；其强度较高，淬透性 较大，脱碳倾向小，但有过热敏感性，易出现淬火裂纹，并有回火脆性。在退火 状态下切削加工性尚好，焊接性好，冷变形塑性低，带材可供一般弯曲。 用途：用于制造弹簧及犁铧等。 50CrVA 性能：合金弹簧钢，钢的最后热处理为淬火和回火，热处理后具有 较好的韧性，高的比例极限和强度极限，具有高的疲劳强度，并有高的淬透性（与 65Si2MnWA的淬透性相类似）与较低的过热敏感性；零件使用温度程300?时，其弹性仍可保持。钢的切削加工尚好，冷变形时塑性低，焊接性差。 用途：用于制造弹簧 7．滚动轴承钢特性和用途 滚动轴承钢简称轴承钢或滚珠钢，是用于制造各种滚动轴承的套圈和滚动体的 钢种。 8．碳素工具钢特性和用途 碳素工具钢简称碳工钢，其冷、热加工性能，耐磨性能好，价格低廉，在工具 钢中是被广泛采用的钢种。 T7 为亚共析钢，淬火回火后具有较高的强度和韧性，且有一定的硬度，但 热硬性低 ，淬透性差、淬火变形大。常用于制造能承受振动和撞击，要求较高 韧性，但切削性能要求 不太高的工具，如凿子、冲头等小尺寸风动工具，木工 用锯和凿，简单胶木模、锻模、剪刀 、手锤、镰刀等。 T8 为共析钢，淬火回火后具有较高的硬度和耐磨性，但热硬性低，淬透性 差、加热时容易过热，变形也大，塑性强度也较低。常用于不受大冲击，需要较 高硬度和耐磨性的工 具，如简单的模子和冲头、切削软金属的刀具、木工用的 铣刀和斧、凿、錾、圆锯片以及钳 工装配工具、虎钳钳口等。 T8Mn 性能同T8近似，但因加入了锰，淬透性较好，淬硬层较深。用途同 T88，但可制造断面较大的工具。 T9 性能同T8，但因碳含量较高一些，故硬度和耐磨性较高，韧性较差一些。 常用作硬度较高，有一定韧性，但不受剧烈震动冲击的工具，如中心铳、冲模、 冲头、木工切削工 具以及饲料机刀片、凿岩石凿子等。 T10 为过共析钢，在淬火加热时不易过热，仍保持细晶粒。韧性尚可，强度 及耐磨 性均较T7-T9高些，但热硬性低，淬透性仍然不高，淬火变形大。这种 钢应用较广，适于制 造切削条件较差、耐磨性要求较高且不受突然和剧烈冲击 振动而需要一定的韧性及具有锋利 刃口的各种工具，如车刀、刨刀、钻头、丝 锥、扩孔刀具、螺丝板牙、铣刀手锯锯条、小尺 寸冷切边模及冲孔模，低精度 而形状简单的量具(如卡板等)，也可用作不受较大冲击的耐磨零件。 T11 为过共析钢，其碳含量介于T10、T12之间，具有较好的综合力学性能(如强度、硬 度、耐磨性及韧性等)。用途与T10钢基本相同，但不如T10钢广泛。 T12 含碳高、耐磨性好，但脆性较大。用作不受冲击的各种工具和耐磨零件， 如车刀 、铣刀、丝锥、扳牙、锉刀、刮刀、以及小的冷切边模、冲孔模等。 T13 是碳工钢中碳含量最高的钢种，耐磨性最高，也最脆。用途与T12钢基本相同，也可 用作不受冲击而要求极高耐磨性的机械零件。 9．合金工具钢用途 合金工具钢简称合工钢，是在碳工钢的基础上加入合金元素而形成的钢种。 10．高速工具钢主要用途 高速工具钢简称高工钢或高速钢，俗称“锋钢”或“风钢”是一种适用于高速 切削的高碳高合金工具钢，其突出特点是具有很高的热硬性。 第7章：主要加工和交付形式钢板的性能特点和用途 1．酸洗板： 酸洗规格一般为 1.0 - 6.0 * 800 - 1650mm。产品包括低中、高强度级别的冲压 用钢、汽车结构用钢等，主要以钢卷形式交货。 工艺特点： 用盐酸将热轧钢板上的氧化铁皮清除后得到漂亮、光滑的表面。 产品特点 1）降成本，用酸洗板代替冷轧板，可以为企业节约成本。 2）表面质量好，与普通热轧板相比，热轧酸洗板去除了表面氧化铁皮，提高 了钢材的表面质量，便于焊接、涂油和上漆。 3）尺寸精度高，平整后，可使板型发生一定变化，从而减少不平度的偏差。 4）提高了表面光洁度，增强了外观效果。 主要用途： 1）汽车行业 热轧酸洗在汽车行业主要用途如下：汽车底盘系统，包括大梁、副梁等。车 轮，包括轮辋、轮辐射等。驾驶室内板。车厢板，主要是各种卡车的车厢底板。 其它冲压件，包括防撞保险杠、刹车间闸套等一些汽车内部小零件。 2）机械行业 （不含汽车）主要包括纺织机械、矿山机械、风机以及一些通用机械。 3）轻工家电 家电，主要用于制造压缩机的壳体、支架，热水器内胆等。化工油桶。 4）其他 自行车零件、各种焊管、电气柜、高速公路护栏、超市货架、仓库货架、栅 栏、铁梯以及各种形状的冲压件。 热轧酸洗牌号使用参考对照表 类别 牌号 汽车结构用 SAPH370 ; SAPH400 SAPH440 SAPH450 CQ SPHC DQ SPHD DDQ SPHE 一般结构用 SS330 SS400 2．热轧镀锌板 热轧镀锌板市场发展状况热轧镀锌板是以热板为基板经过酸洗后直接镀锌，与 传统镀锌板相比，由于少了冷轧这道工序而有着明显的成本优势，在建筑、汽车 制造、钢板仓制造、铁路客车制造、高速公路护栏板、制造等行业有着良好的发 展前景。 随着热轧工艺技术的发展，热轧产品质量不断提高，厚度逐渐减薄，采用热 轧薄板为原料生产热轧镀锌板替代了原来传统的单张镀锌，不仅拓宽了热轧镀锌 板的使用范围，而 且也挤占了以冷轧板为基板的热镀锌板市场份额。在国际上， 热轧镀锌板已经得到广泛的应用。 3．彩色涂层钢板 是以镀锌板为基板，经过表面脱脂、磷化、铬酸盐等处理后，涂上有机涂料经 烘烤而成的产品，它是一种复合材料，兼有钢板和有机材料两者的优点，既有钢 板的机械强度和易成型的性能，又有有机材料良好的装饰性，耐腐蚀性。广泛应 用于建筑领域的瓦楞板、夹芯板、装饰用板及部分家电用板。 牌号 用途 TSt01 TSt02 建筑领域的瓦楞板、夹芯板、装饰用 TSt02G 钢窗用料 TSECC TSECCB 家电、OA办公设备、家具、内装饰用 ; TstE28 TstE34 大跨度拱形建筑用 4．镀锡板 镀锡薄钢板和钢带，也称马口铁，这种钢板（带）表面镀了锡，有很好的耐蚀 性，且无毒，可用作罐头的包装材料，电缆内外护皮，仪表电讯零件，电筒等小 五金。 5．沸腾钢板、镇静钢板和半镇静钢板 5．1沸腾钢板是由普通碳素结构钢沸腾钢热轧成的钢板。沸腾钢是一种脱氧不 完全的钢，只用一定量的弱脱氧剂对钢液脱氧，钢液含氧量较高，当钢水注入钢 锭模后，碳氧反应产生大量气体，造成钢液沸腾，沸腾钢由此而得名。沸腾钢含 碳量低，由于不用硅铁脱氧，钢中含硅量也低（Si<0.07%）。沸腾钢的外层是在 沸腾所造成的钢液剧烈搅动的条件下结晶成的，故表层纯净、致密，表面质量好， 有很好的塑性和冲压性能，没有大的集中缩孔，切头少，成材率高，而且沸腾钢 生产工艺简单，铁合金消耗少，钢材成本低。沸腾钢板大量用于制造各种冲压件， 建筑及工程结构及一些不太重要的机器结构零部件。但沸腾钢心部杂质较多，偏 析较严重，组织不致密，力学性能不均匀。同时由于钢中气体含量较多，故韧性 低，冷脆和时效敏感性较大，焊接性能也较差。故沸腾钢板不适于制造承受冲击 载荷、在低温条件下工作的焊接结构及其他重要结构。 5．2镇静钢板是由普通碳素结构钢镇静钢热轧制成的钢板。镇静钢是脱氧完全 的钢，钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铝等进行充分脱氧，钢液含氧量低（一般为 0.002-0.003%），钢液在钢锭模中较平静，不产生沸腾现象，镇静钢由此得名。 在正常操作条件下，镇静钢中没有气泡，组织均匀致密；由于含氧量低，钢中氧 化物夹杂较少，纯净度较高，冷脆和时效倾向小；同时，镇静钢偏析较小，性能 比较均匀，质量较高。镇静钢的缺点是有集中缩孔，成材率低，价格较高。因此， 镇静钢材主要用于低温下承受冲击的构件、焊接结构及其他要求强度较高的构 件。 5．3半镇静钢 脱氧程度介于镇静钢与沸腾钢之间，质量与性能也介于二者之 间。 低合金钢板都是镇静钢和半镇静钢钢板。由于强度较高，性能优越，能节约大 量钢材，减轻结构重量，其应用已越来越广泛。 6．共析钢、亚共析钢、过共析钢 6．1共析钢 碳溶解在铁的晶格中形成固溶体，碳溶解到α——铁中的固溶体叫铁素体，溶解到γ——铁中的固溶体叫奥氏体。铁素体与奥氏体都具有良好的塑性。当铁碳 合金中的碳不能全部溶入铁素体或奥氏体中时，剩余出来的碳将与铁形成化合物 ——碳化铁（Fe3C）这种化合物的晶体组织叫渗碳体，它的硬度极高，塑性几 乎为零。 从反映钢的组织结构与钢的含碳量和钢的温度之间关系的铁碳平衡状态图上 可见，当碳的含量正好等于0.77%时，即相当于合金中渗碳体（碳化铁）约占12%， 铁素体约占88%时，该合金的相变是在恒温下实现的。即在这种特定比例下的渗 碳体和铁素体，在发生相变时，如果消失两者同时消失（加热时），如果出现则 两者又同时出现，在这一点上这种组织与纯金属的相变类似。基于这个原因，人 们就把这种由特定比例构成的两相组织当作一种组织来看待，并且命名为珠光 体，这种钢就叫做共析钢。即含碳量正好是0.77%的钢就叫做共析钢，它的组织是珠光体。 6．2亚共析钢 常用的结构钢含碳量大都在0.5%以下，由于含碳量低于0.77%，所以组织中 的渗碳体量也少于12%，于是铁素体除去一部分要与渗碳体形成珠光体外，还会 有多余的出现，所以这种钢的组织是铁素体+珠光体。碳含量越少，钢组织中珠光体比例也越小，钢的强度也越低，但塑性越好，这类钢统称为亚共析钢。 6．3过共析钢 工具用钢的含碳量往往超过0.77%，这种钢组织中渗碳体的比例超过12%，所 以除与铁素体形成珠光体外，还有多余的渗碳体，于是这类钢的组织是珠光体+ 渗碳体。这类钢统称为过共析钢。 7．热连轧钢板： 热连轧钢板、带产品，是以板坯（主要为连铸坯）为原料，经加热后由粗轧机 组及精轧机组制成带钢。从精轧最后一架轧机出来的热钢带通过层流冷却至设定 温度，由卷取机卷成钢带卷，冷却后的钢带卷，根据用户的不同需求，经过不同 的精整作业线（平整、矫直、横切或纵切、检验、称重、包装及标志等）加工而 成为钢板、平整卷及纵切钢带产品。 由于热连轧钢板产品具有强度高，韧性好，易于加工成型及良好的可焊接性等 优良性能，因而广泛应用于船舶、汽车、桥梁、建筑、机械、压力容器等制造行 业。各种不同用途，对钢板的材质性能、表面质量及尺寸、外形精度等要求也各 不相同，因此，必须对热轧钢板产品的品种、材质、特性及其用途有所了解，才 能做到经济、合理利用。 随着热轧尺寸精度、板形、表面质量等控制新技术的日益成熟以及新产品的不 断问世，热连轧钢板、带产品得到了越来越广泛的应用并在市场上具有越来越强 的竞争力。 热连轧钢板产品包括带（卷）及由其剪切而成的钢板。而钢带（卷）又可分为 直发卷及精整卷（分卷，平整分卷及纵切带卷）。由于直发卷未经重卷，未切除 钢带头尾尺寸变化部分并且未经矫直和平整，因此直发卷带有舌头和鱼尾，并且 容易发生头尾厚度、宽度不均，边部浪形，折边、塔形以及开卷后出现折皱（腰 折）等缺陷，因此对钢板的表面质量，板形要求比较高的用途而言，不宜选用热 轧直发卷，而应选用经过精整线重卷、平整的平整卷。 8．钢的冷拉（扎）和热扎（锻）状态： 金属材料在冷拉或冷轧后不再进行专门的热处理而直接交货的状态。与热轧 (锻)状态相比，冷拉(轧)状态的金属材料尺寸精度高、表面质量好、表面粗糙度 低，并有较高的力学性能。但易遭受腐蚀或生锈，其包装、储运都有较严格的要 求，需在库房内保管，并应注意库房内的温湿度控制。 金属材料在热轧或热锻后不再进行专门的热处理，冷却后直接交货的状态。热 轧(锻)的终止温度一般为800～900?，之后一般在空气中冷却，因而热轧(锻)状 态相当于正火处理。热轧(锻)状态交货的金属材料，由于表面覆盖有一层氧化膜， 因而具有一定的耐蚀性，储运保管的要求不像冷拉(轧) 交货的材料那样严格，如大、中型型钢、中厚钢板可以在露天货场或经苫盖后存放。