1、第四節第四節 常見工業用鋼的性能及用途常見工業用鋼的性能及用途一、結構鋼一、結構鋼 二、工具鋼二、工具鋼 三、特殊性能鋼三、特殊性能鋼 一、結構鋼一、結構鋼 1.1.工程構件用鋼工程構件用鋼 （1）普通碳素工程構件用鋼）普通碳素工程構件用鋼（2）低合金高強度鋼）低合金高強度鋼 2.2.機器零件用鋼機器零件用鋼 （1）滲碳鋼）滲碳鋼 （2）調質鋼）調質鋼 （3）彈簧鋼）彈簧鋼 （4）滾動軸承鋼）滾動軸承鋼 一、結構鋼一、結構鋼 1.1.工程構件用鋼工程構件用鋼 工程構件用鋼是應用較廣泛的鋼種之一，用工程構件用鋼是應用較廣泛的鋼種之一，用于國防、化工、石油、電站、車輛、造船、橋梁、于國防、化工、石

2、油、電站、車輛、造船、橋梁、建筑等國民經濟部門，制造各種重要構件。建筑等國民經濟部門，制造各種重要構件。建筑構件建筑構件鋼橋梁鋼橋梁（1）普通碳素工程構件用鋼）普通碳素工程構件用鋼（2）低合金高強度鋼）低合金高強度鋼 高的彈性極限、剛度、可焊性和冷變形高的彈性極限、剛度、可焊性和冷變形性，好的耐大氣、水腐蝕性，低的屈強比性，好的耐大氣、水腐蝕性，低的屈強比s/b以防脆斷。以防脆斷。成分要求：成分要求：C% 0.25%加入微量的加入微量的V、Ti、Nb、Zr、Ca、RE性能要求性能要求:（1）普通碳素工程構件用鋼）普通碳素工程構件用鋼 普碳鋼易于冶煉、價格低廉，性能也基本普碳鋼易于冶煉、價格低廉

3、，性能也基本滿足了一般工程構件的要求，所以在工程上滿足了一般工程構件的要求，所以在工程上用量很大。產量約占鋼總產量的用量很大。產量約占鋼總產量的70% 普碳鋼含碳量較低；通常以熱軋狀態供普碳鋼含碳量較低；通常以熱軋狀態供應，一般不經熱處理強化，只保證機械性能應，一般不經熱處理強化，只保證機械性能及工藝性能便可。及工藝性能便可。 Q235，既有較高的塑性又有適中的強度，是既有較高的塑性又有適中的強度，是應用最廣泛的一種普碳鋼，即可用做較重要的建應用最廣泛的一種普碳鋼，即可用做較重要的建筑構件、車輛及橋梁等的各種型材，又可用于制筑構件、車輛及橋梁等的各種型材，又可用于制做一般的機器零件，也可進行熱

4、處理。做一般的機器零件，也可進行熱處理。Q195、Q215，有較高的延伸率，易于加工，有較高的延伸率，易于加工，常用作螺釘、農業機械等。常用作螺釘、農業機械等。 Q235Q275具有較高的強度和硬度，延伸率具有較高的強度和硬度，延伸率也較大，大量用做建筑結構，軋制成各種型材。也較大，大量用做建筑結構，軋制成各種型材。多邊型角鋼多邊型角鋼鋼筋鋼筋螺紋鋼螺紋鋼螺釘螺釘（2）低合金高強度鋼）低合金高強度鋼 低合金高強度鋼含有少量合金元素，具有較低合金高強度鋼含有少量合金元素，具有較高強度，高強度，1噸低合金高強度鋼可頂噸低合金高強度鋼可頂1.22.0噸普碳噸普碳鋼使用，從而可減輕構件重量，提高使用的

5、可靠鋼使用，從而可減輕構件重量，提高使用的可靠性并節約鋼材。這類鋼主要用來制造各種要求強性并節約鋼材。這類鋼主要用來制造各種要求強度較高的工程結構，例如船舶、車輛、高壓容器、度較高的工程結構，例如船舶、車輛、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結構等。它在建筑、石油、輸油輸氣管道、大型鋼結構等。它在建筑、石油、化工、鐵道、造船、機車車輛、鍋爐容器、農機化工、鐵道、造船、機車車輛、鍋爐容器、農機農具等許多部門得到廣泛的應用。農具等許多部門得到廣泛的應用。萬噸遠洋萬噸遠洋輪輪壓力容器壓力容器南京長江大橋南京長江大橋 16Mn最具有代表性。最具有代表性。16Mn是二十世紀三是二十世紀三十年代發展起來的世界

6、上第一種低合金高強十年代發展起來的世界上第一種低合金高強度鋼，它屬于度鋼，它屬于350 MPa級別，它是目前我國級別，它是目前我國用量最多，產量最大的一種低合金高強度鋼。用量最多，產量最大的一種低合金高強度鋼。熱處理：熱處理：高壓容器高壓容器調質處理；調質處理；S回；回；一般工件一般工件熱軋狀態下使用熱軋狀態下使用(或正火或正火)，FP；發展趨勢：發展趨勢：1 1）微合金化與軋制合理結合，達到更高的強度；）微合金化與軋制合理結合，達到更高的強度；2 2）通過合金化改變基體組織；）通過合金化改變基體組織；3 3）超低碳化。）超低碳化。 指用于制造各種機器零件、如軸類、齒輪、指用于制造各種機器零件

7、、如軸類、齒輪、彈簧和軸承等所用的鋼種。彈簧和軸承等所用的鋼種。機械性能要求機械性能要求具有高的強度、塑性和韌具有高的強度、塑性和韌 性，具有良好的疲勞強度和耐磨性。一般性，具有良好的疲勞強度和耐磨性。一般 都經過熱處理后使用。都經過熱處理后使用。工藝性能工藝性能具有良好的切削加工性能和熱具有良好的切削加工性能和熱 處理工藝性能。處理工藝性能。 機器零件用鋼包括：機器零件用鋼包括： 優質碳素結構鋼和合金結構鋼。優質碳素結構鋼和合金結構鋼。2.2.機器零件用鋼機器零件用鋼 （1）滲碳鋼）滲碳鋼 （2）調質鋼）調質鋼 （3）彈簧鋼）彈簧鋼 （4）滾動軸承鋼）滾動軸承鋼 （1）滲碳鋼）滲碳鋼 滲碳鋼

8、常用在受沖擊和磨損條件下工作的一滲碳鋼常用在受沖擊和磨損條件下工作的一些機械零件，如汽車、拖拉機上的變速齒輪、內些機械零件，如汽車、拖拉機上的變速齒輪、內燃機上的凸輪、活塞銷等，要求表面硬、耐磨，燃機上的凸輪、活塞銷等，要求表面硬、耐磨，而零件心部則要求有較高的韌性和強度以承受沖而零件心部則要求有較高的韌性和強度以承受沖擊。通常尺寸小的、受力小的，采用低碳鋼，而擊。通常尺寸小的、受力小的，采用低碳鋼，而尺寸大的、受力大的則采用低碳合金鋼。尺寸大的、受力大的則采用低碳合金鋼。 a.a.滲碳鋼的工作條件及對性能的要求滲碳鋼的工作條件及對性能的要求 為了滿足為了滿足“外硬內韌外硬內韌”的要求，這類鋼

9、一般都的要求，這類鋼一般都采用低碳鋼采用低碳鋼(WC0.10.25%)，經過滲碳后，零件的，經過滲碳后，零件的表面變為高碳的，而心部仍是低碳的，通過淬火表面變為高碳的，而心部仍是低碳的，通過淬火+低溫回火后使用。零件低溫回火后使用。零件表面組織表面組織為回火為回火M+碳化物碳化物+少量殘余少量殘余A，硬度達，硬度達HRC5862，滿足耐磨的要，滿足耐磨的要求，而求，而心部組織心部組織是低碳是低碳M，保持較高的韌性，滿，保持較高的韌性，滿足承受沖擊載荷的要求。對于大尺寸的零件，由足承受沖擊載荷的要求。對于大尺寸的零件，由于淬透性不足，零件的心部淬不透，仍保持原來于淬透性不足，零件的心部淬不透，仍

10、保持原來的珠光體的珠光體+鐵素體組織；這時由于是低碳的，組織鐵素體組織；這時由于是低碳的，組織中鐵素體占比例很大，因而韌性指標比較高，能中鐵素體占比例很大，因而韌性指標比較高，能滿足滿足“外硬內韌外硬內韌”的要求。的要求。b.b.滲碳鋼的成分和鋼種滲碳鋼的成分和鋼種 低淬透性滲碳鋼：低淬透性滲碳鋼： WMe2%，D水水=2025，如如20Cr、 20Mn2等，用于小尺寸、等，用于小尺寸、小載荷的小齒輪、凸輪、活塞銷等；小載荷的小齒輪、凸輪、活塞銷等；中淬透性滲碳鋼：中淬透性滲碳鋼： WMe4%，D油油=2560，如如20CrMnTi、20CrMn等，用于制造承受中等載荷、有足夠等，用于制造承受

11、中等載荷、有足夠沖擊韌性和耐磨性的汽車、拖拉機齒輪等零件；沖擊韌性和耐磨性的汽車、拖拉機齒輪等零件；高淬透性滲碳鋼：高淬透性滲碳鋼： WMe7.5%，D油油100，如如18Cr2Ni4WA,用于用于制造高載荷、高摩擦的飛機、坦克的主軸和主制造高載荷、高摩擦的飛機、坦克的主軸和主動齒輪；動齒輪；活塞銷活塞銷( 20Cr )c.c.滲碳鋼的熱處理滲碳鋼的熱處理 滲碳滲碳+淬火淬火+低溫（低溫（180200）回火）回火下料下料鍛造鍛造正火正火加工齒形加工齒形滲碳滲碳預冷淬火低回預冷淬火低回磨齒磨齒20CrMnTi20CrMnTi鋼制造齒輪的熱處理工藝分析鋼制造齒輪的熱處理工藝分析制造工制造工藝路線藝

12、路線熱處理工藝曲線熱處理工藝曲線表層：表層：高高M回回A碳化物；碳化物；5864HRC;心部：心部：F低低M回；回；3545HRC;1) 正火：正火：使組織均勻化、細化、改善切削加工性能；使組織均勻化、細化、改善切削加工性能；2) 滲碳：滲碳：在在930滲碳滲碳7小時，滲層厚小時，滲層厚1.21.6mm；3) 預冷至預冷至870，油淬低回：，油淬低回：提高齒輪表面的含碳量，為淬火作準備；提高齒輪表面的含碳量，為淬火作準備；預冷的目的在于減少淬火變形，滲層中可以析預冷的目的在于減少淬火變形，滲層中可以析出二次滲碳體，減少殘余出二次滲碳體，減少殘余A量。經淬火和低溫量。經淬火和低溫回火后獲得高齒面

13、硬度、耐磨性和疲勞強度，回火后獲得高齒面硬度、耐磨性和疲勞強度，并保持心部的強度和韌性；并保持心部的強度和韌性；20CrMnTi鋼經上述處理后可獲得高耐磨性滲鋼經上述處理后可獲得高耐磨性滲層，心部有較高的強度和良好的韌性，適宜制層，心部有較高的強度和良好的韌性，適宜制造承受高速中載并且抗沖擊和耐磨損的零件。造承受高速中載并且抗沖擊和耐磨損的零件。如汽車、拖拉機的后橋和變速箱齒輪、離合器如汽車、拖拉機的后橋和變速箱齒輪、離合器軸、傘齒輪和一些重要的軸類零件。軸、傘齒輪和一些重要的軸類零件。（2）調質鋼）調質鋼 a.a.調質鋼的工作條件及對性能的要求調質鋼的工作條件及對性能的要求 淬火后組織：淬火

14、后組織：馬氏體馬氏體+殘余奧氏體殘余奧氏體+碳化物。碳化物。高溫回火后：高溫回火后：回火索氏體（回火索氏體（M分解，碳化物彌分解，碳化物彌 散析出，殘余散析出，殘余A轉變轉變) 綜合力學性能好，用于受力較復雜的重要結綜合力學性能好，用于受力較復雜的重要結構零件。如汽車后橋半軸、連桿、螺栓以及各構零件。如汽車后橋半軸、連桿、螺栓以及各種軸類零件。種軸類零件。 調質鋼即淬火調質鋼即淬火+高溫回火后使用的優質碳高溫回火后使用的優質碳素鋼和合金結構鋼。素鋼和合金結構鋼。汽輪機主軸b.b.調質鋼的成分特點和鋼種調質鋼的成分特點和鋼種 調質鋼的調質鋼的C%=0.300.50%，屬中碳鋼，含，屬中碳鋼，含碳

15、量在這一范圍內可保證鋼的綜合性能，過低碳量在這一范圍內可保證鋼的綜合性能，過低則影響鋼的強度指標，過高則韌性顯得不足。則影響鋼的強度指標，過高則韌性顯得不足。 一般碳素調質鋼的含碳量偏上限，對于合一般碳素調質鋼的含碳量偏上限，對于合金調質鋼，隨合金元素的增加，含碳量趨于下金調質鋼，隨合金元素的增加，含碳量趨于下限。限。高淬透性調質鋼：高淬透性調質鋼：典型鋼種為典型鋼種為40CrNiMoA， WMe 為為4 %10%，D油油= 60100mm，多半為鉻鎳鋼。，多半為鉻鎳鋼。 鉻、鎳的適當配合，可大大提高淬透性，并能獲得鉻、鎳的適當配合，可大大提高淬透性，并能獲得 比較優良的綜合機械性能。用于制造

16、大截面、承受比較優良的綜合機械性能。用于制造大截面、承受 重負荷的重要零件，如汽輪機主軸、壓力機曲軸、重負荷的重要零件，如汽輪機主軸、壓力機曲軸、 航空發動機曲軸等。航空發動機曲軸等。低淬透性調質鋼：低淬透性調質鋼：典型鋼種是典型鋼種是40Cr， WMe2.5 % ， D油油=3040 mm，廣泛用于制造一般尺寸的，廣泛用于制造一般尺寸的 重要零件，如軸、齒輪、連桿螺栓等。重要零件，如軸、齒輪、連桿螺栓等。35SiMn、 40MnB是為節約鉻而發展的代用鋼種。是為節約鉻而發展的代用鋼種。中淬透性調質鋼：中淬透性調質鋼：典型鋼種為典型鋼種為40CrNi，D油油= 40 60mm，WMe4%，用于

17、制造截面較大、承受較，用于制造截面較大、承受較 重載荷的零件，如曲軸、連桿等。重載荷的零件，如曲軸、連桿等。c.c.調質鋼的熱處理調質鋼的熱處理 預備熱處理預備熱處理正火或退火正火或退火最終熱處理最終熱處理淬火淬火+高溫回火（調質）高溫回火（調質） S回回 要求具有良好綜合機械性能要求具有良好綜合機械性能表面淬火表面淬火+低溫回火低溫回火 （中碳（中碳M體）體） 要求零件具有特別高的強度要求零件具有特別高的強度調質：調質：830加熱、油淬、得到加熱、油淬、得到M，然后在，然后在525回火，為防止第二類回火脆性，在回回火，為防止第二類回火脆性，在回火的冷卻過程中采用水冷，最終使用狀態下火的冷卻過

18、程中采用水冷，最終使用狀態下的組織為的組織為S回，綜合力學性能好，耐沖擊。回，綜合力學性能好，耐沖擊。下料下料鍛造鍛造退火退火粗機加工粗機加工調質調質精加工精加工裝配裝配40Cr鋼制造拖拉機上的連桿、螺栓工藝路線：鋼制造拖拉機上的連桿、螺栓工藝路線：退火（或正火）：退火（或正火）：預備熱處理改善鍛造組織，預備熱處理改善鍛造組織，消除缺陷，細化晶粒；調整硬度、便于切削消除缺陷，細化晶粒；調整硬度、便于切削加工；為淬火做好組織準備。加工；為淬火做好組織準備。（3）彈簧鋼）彈簧鋼 彈簧是各種機器和儀表中的重要零件。它是利彈簧是各種機器和儀表中的重要零件。它是利用彈性變形用彈性變形吸收能量吸收能量以緩

19、和振動和沖擊，或依靠以緩和振動和沖擊，或依靠彈性彈性儲存能量儲存能量來起驅動作用。故要來起驅動作用。故要求制造彈簧的材料具有高的彈性極求制造彈簧的材料具有高的彈性極（即具有高的屈服點或屈強比），（即具有高的屈服點或屈強比），高的疲勞極限與足夠的塑性和韌性。高的疲勞極限與足夠的塑性和韌性。a.a.彈簧鋼的工作條件及對性能的要求彈簧鋼的工作條件及對性能的要求大型熱卷彈簧大型熱卷彈簧簧彈絲簧彈絲 汽車板簧汽車板簧火車螺旋彈簧火車螺旋彈簧b.b.彈簧鋼的成分特點和鋼種彈簧鋼的成分特點和鋼種 C0.450.7%加入加入Si Si 、MnMn： 提高淬透性和屈強比。但提高淬透性和屈強比。但Si會促使鋼材表

20、面會促使鋼材表面在加熱時脫碳，在加熱時脫碳， Mn則使鋼易于過熱。則使鋼易于過熱。重要的彈簧加入重要的彈簧加入 CrCr、V V和和W W： 更高的淬透性，不易脫碳和過熱，而且有更更高的淬透性，不易脫碳和過熱，而且有更高的高溫強度和韌性。高的高溫強度和韌性。c.c.彈簧鋼的熱處理彈簧鋼的熱處理 熱成形彈簧熱成形彈簧 熱卷成形熱卷成形淬火中回淬火中回噴丸噴丸成品成品回火：回火：得到得到T回組織，具有很高的屈服強度和回組織，具有很高的屈服強度和 彈性極限，并有一定的塑性和韌性。彈性極限，并有一定的塑性和韌性。噴丸：噴丸：使表面強化并在表面產生殘余壓應力，使表面強化并在表面產生殘余壓應力， 以提高疲

21、勞強度。以提高疲勞強度。冷成形彈簧冷成形彈簧 冷拔（或冷拉）后冷卷成型冷拔（或冷拉）后冷卷成型去應力退火去應力退火是消除內應力和穩定尺寸的定型處理，即加熱是消除內應力和穩定尺寸的定型處理，即加熱到到250300，保溫一段時間，從爐內取出空，保溫一段時間，從爐內取出空冷即可使用。冷即可使用。 （4）滾動軸承鋼）滾動軸承鋼 a.a.滾動軸承鋼的工作條件及對性能的要求滾動軸承鋼的工作條件及對性能的要求 工作時承受很高、很集中的周期性交變載荷，工作時承受很高、很集中的周期性交變載荷，所以常常是接觸疲勞破壞。因此要求滾動軸承所以常常是接觸疲勞破壞。因此要求滾動軸承鋼具有高而均勻的硬度，高的彈性極限和接觸鋼具有高而均勻的硬度，高的彈性極限和接觸疲勞強度，足夠的韌性和淬透性，一定的抗腐疲勞強度，足夠的韌性和淬透性，一定的抗腐蝕能力。蝕能力。用于制造滾動軸承的鋼。用于制造滾動軸承的鋼。滾珠軸滾珠軸承承滾針軸承滾針軸承滾柱軸承滾柱軸承b.b.滾動軸承鋼的成分特點及鋼種滾動軸承鋼的成分