第四章工業用鋼教學目的：1、

了解鋼的分類方法、編號及用途

學會選擇材料2、

了解雜質元素對鋼性能的影響金屬工藝學---國家級精品課程鋼是含碳量小于2.11%的鐵碳合金。鋼的種類繁多。一、鋼的分類按化學成分分類：碳素鋼（以鐵、碳為主要合金元素）

合金鋼（除鐵碳外還人為加入其它元素）按用途分類：結構鋼工具鋼特殊鋼按質量分類：普通鋼（P≤0.045%，S≤0.050%）優質鋼（P、S均≤0.035%）高級優質鋼（P≤0.035%，S≤0.030%）按含碳量分類：低碳鋼中碳鋼高碳鋼雜質對鋼性能的影響鋼中基本元素為：Fe、C；雜質元素主要有：Si、Mn、S、P。1.Si、Mn是煉鋼時用硅鐵、錳鐵脫氧后殘留在鋼中的雜質元素。在碳鋼中wsi≤0.37%wMn=0.25%--0.8%對力學性能影響不大。但作為合金元素，可提高鋼的力學性能。Si（1）可清除鋼中的FeO，脫氧能力比Mn強。它與鋼液中的FeO能結成密度較小的硅酸鹽以爐渣的形式被除去。從而消除FeO對鋼的不良影響（2）硅能溶入鐵素體中，使鐵素體強化，從而提高鋼的強度和硬度，但降低塑性和韌性。當含硅量不多時，其對鋼的性能影響不大。（3）總起來說，硅也是一種有益的元素。作為雜質其含量應小于0.4%。Mn（1）可清除鋼中的FeO，改善鋼的品質。錳從FeO中奪取氧形成MnO進入爐渣，從而把鋼中的FeO還原成鐵，改善鋼的質量。（2）減輕硫的有害作用，降低鋼的脆性，改善鋼的熱加工性能。（MnS在高溫時有一定塑性，切削加工中MnS能起斷屑作用，因此改善了鋼的切削加工性，這類鋼稱作易切削鋼)（3）在室溫下錳能大部分溶入鐵素體中形成含錳鐵素體的置換固溶體，使鐵素體強化，提高鋼的強度和硬度。（4）錳在碳鋼中的質量分數一般為0.25%～0.80%，最高可達1.2%。總起來說，錳是一種有益的元素。S是在煉鋼時由礦石和燃料帶入鋼中的→熱脆，是有害元素。P是由礦石帶入鋼中的→冷脆，是有害元素。因此衡量鋼質量的主要指標為鋼中的S、P含量。S一般控制在0.065%以下,P一般控制在0.045%以下。2.S、PS硫可與鐵生成FeS，FeS與Fe能形成低熔點（985℃）的共晶體，且分布在晶界上。當鋼材在1000℃～1200℃進行熱壓力加工時，由于共晶體熔化，從而導致熱加工時開裂。這種金屬在高溫時出現脆裂的現象，稱為“熱脆”。P磷在鋼中能全部溶于鐵素體中，提高鐵素體的強度和硬度。但在室溫下卻使鋼的塑性和韌性急劇下降（Fe3P而使鋼的脆性增加），產生低溫脆性，這種現象稱為冷脆。磷的有害作用在一定條件下可以轉化，例如鋼中加入適量的磷還可以提高鋼材的耐大氣腐蝕性能。在炮彈用鋼中加入較多磷，可增大鋼的脆性，使炮彈在爆炸時碎片增多，從而增加了殺傷力。P二、碳素鋼碳素鋼是含碳量在1.5%以下，并含有硅、錳、硫、磷等雜質的金屬材料。按含碳的質量分數分類低碳鋼0.0218%＜wc≤

0.25%；中碳鋼0.25%＜wc＜

0.60%；高碳鋼0.60%＜wc≤1.3%。按照鋼的用途和質量可分為：碳素結構鋼、優質碳素結構鋼、碳素工具鋼。

（1）碳素結構鋼1）含碳量小于0.38%。Ws≤0.035--0.05%Wp≤0.035%--0.045%2）組織：F+P數字后標注字母A、B、C、D，表示鋼材質量等級不同，從A到D含磷、硫量的依次降低，A級質量最差，D級質量最好。鎮靜鋼的符號Z、TZ可不標注。屈服強度及代號(Q195～Q275)質量等級符號(A、B、C、D)脫氧方法(F、b、Z、TZ)牌號表示方法：

Q235－A·FQ表示屈服點碳素結構鋼用途這類鋼材雖然含有有害雜質較多，但冶煉方法簡單、工藝性好，價格低廉，性能上能滿足一般工程結構和普通零件的要求，工業上應用十分廣泛。其中Q235是最常用的碳素結構鋼。常用來制作橋梁、建筑等框架結構，化工容器外殼，各種車輛，不重要的軸類、螺栓螺母和墊圈，鍛件、沖壓件、焊接件等。碳素結構鋼的牌號、成分、性能及應用（GB700—1988）牌號等級化學成份，%脫氧方法力學性能應用舉例CSPσs,MPaσb,MPaδ,%Q195—0.06～0.12≤0.050≤0.045F、b、Z195315～390≥33用于載荷不大的結構件、鉚釘、墊圈、地腳螺栓、開口銷、拉桿、螺紋鋼筋、沖壓件和焊接件。Q215A0.09～0.15≤0.050≤0.045F、b、Z215335～410≥31B≤0.045Q235A0.14～0.22≤0.050≤0.045F、b、Z235375～460≥26用于結構件、鋼板、螺紋鋼筋、型鋼、螺栓、螺母、鉚釘，拉桿、齒輪、軸、連桿Q235C、D可用作重要焊接結構件。B0.12～0.20≤0.045C≤0.18≤0.040≤0.040ZD≤0.17≤0.035≤0.035TZQ255A0.18～0.28≤0.050≤0.045Z255410～510≥24強度較高，用于承受中等載荷的零件，如鍵、鏈、拉桿、轉軸、鏈輪、鏈環片、螺栓及螺紋鋼筋等。B≤0.045Q275—0.28～0.38≤0.050≤0.045Z275490～610≥20（2）優質碳素結構鋼1）化學成分：WC≤1.0%

Wsp≤0.035%2）根據含碳量的不同分類：

低碳鋼（含碳量一般低于0.3%）中碳鋼（含碳量一般低于0.6%）高碳鋼優質碳素結構鋼的牌號：

08、……45、……60wC：0.08%、0.45%、0.60%wS.P≤0.035%，2位數,表示含碳量的萬分數優質碳素結構鋼的性能及應用10~25鋼屬于低碳鋼，具有良好的塑性，優良的鍛造、沖壓、焊接性能。通常軋制成薄板或鋼帶；常用來制作受力不大，而塑性與韌性要求較高的機械零件，如容器、普通墊圈、螺釘、螺母和沖壓件、焊接件等。也常用作滲碳用鋼。經滲碳、淬火及低溫回火后制作表面要求耐磨并承受一定沖擊載荷的機械零件，如凸輪，齒輪等。10～25#鋼的應用法蘭盤銷子墊圈螺釘30、35、40、45、50、55鋼屬中碳鋼，經調質處理（淬火+高溫回火）后，可獲得良好的綜合力學性能，即具有較高的強度和較高的塑性、韌性。主要用于制造齒輪、軸類等零件。例如40、45鋼常用于制造汽車、拖拉機的曲軸、連桿、一般機床齒輪和其它受力不大的軸類零件。其中由于45鋼的強度和塑性配合得好，因此成為機械制造業中應用最廣泛的鋼種。30～55#鋼的應用連桿曲軸齒輪聯軸器60、65、70、75、80鋼屬高碳鋼，經熱處理（淬火+中溫回火）后具有高的彈性極限。常用于制作負荷不大、尺寸較小（截面尺寸小于12~15mm）的彈簧，如調壓、調速彈簧、測力彈簧、冷卷彈簧，和鋼絲繩等。60#以上鋼的應用彈簧板簧彈簧墊圈（3）碳素工具鋼

1）化學成分：Wc=0.65%--1.35%2）牌號：T+數字表示，

T—碳、

數字表示千分含量。對于硫、磷含量較低的優質碳素工具鋼，則在數字后面加A。例子見下頁。3)組織：P+F或P+Fe3CⅡ4)性能：具有很高的硬度和耐磨性，但淬透性差，熱硬性差。5)用途：用于制作手動和低速切削的工具和要求不高的量具和模具等

碳素工具鋼的牌號，如：

T8……T12A

高級優質鋼碳素工具鋼

wC：0.8%1.2%（千分之幾）碳素工具鋼都是WC為0.7%~1.4%的優質碳鋼,若是高級優質鋼則加A。含碳量越高，則硬度和耐磨性越好，而韌性越差。碳素工具鋼的牌號、成分及用途（GB1298-1986）牌號化學成分，%退火硬度HB不大于淬火溫度，℃淬火硬度HRC用途舉例CSiMnSP不大于T70.65~0.74≤0.35≤0.400.0300.035187800~820≥62

承受沖擊，韌性較好、硬度適當的工具，如扁鏟、沖頭、手鉗、大錘、改錐、木工工具、壓縮空氣工具。T80.75~0.84≤0.35≤0.400.0300.035187780~800T90.85~0.94≤0.35≤0.400.0300.035192760~780韌性中等，硬度高的工具，如沖頭、木工工具、鑿巖工具。T100.95~1.04≤0.35≤0.400.0300.035197不受劇烈沖擊、高硬度耐磨的工具，如車刀、刨刀、絲錐、鉆頭、手鋸條。T111.05~1.14≤0.35≤0.400.0300.035207T121.15~1.24≤0.35≤0.400.0300.035207不受沖擊、要求高硬度高耐磨的工具、如銼刀、刮刀、精車刀、絲錐、量具。T131.25~1.35≤0.35≤0.400.0300.035217

T8

T10T12鏨子鋸條銼刀

我們在制造銼刀、鋸條、鏨子等工具時若選材不當會出現哪些情況？思考題三、合金鋼為了改善鋼的某些性能，特意加入一種或幾種合金元素所煉成的鋼。化學成分：

C＜0.2%，∑合金元素＜5%，常加合金元素：Mn、Si、V、Nb、Ti、Re、Cu、N等。合金鋼的性能特點（a）具有較高的強度、塑性和沖擊韌性，特別是低溫沖擊韌性。（b）具有良好的焊接性。（c）具有較高的抗腐蝕性。合金鋼分類1.合金結構鋼

合金結構鋼是優質鋼，其的牌號表示方法：數字+元素符號+數字

25

Cr2

Ni4

W（萬分之幾）wS.P≤0.035%，與優質結構鋼相同元素符號及含量（百分之幾）含量＜1.5%不標數字根據性能用途不同優質合金結構鋼又可分為滲碳鋼、調制鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼等。1）合金滲碳鋼典型零件：變速箱齒輪、齒輪等常用的20CrMnTi鋼。2）合金調質鋼典型零件：受沖擊載荷較大的齒輪常用40Cr、40CrMnMo等

3）彈簧鋼典型零件：汽車減振彈簧常用55Si2Mn2.合金工具鋼合金工具鋼都屬于高級優質鋼，其牌號方法：數字+元素符號+數字

9Mn2V

Cr12MoV含碳量標千分之幾（WC<1%）含碳量不標出（WC≥1%）合金元素的表示方法與合金結構鋼相同合金工具鋼的典型牌號低合金刃具鋼9SiCr，常用作板牙、絲錐、鉸刀、冷沖模等。高速鋼

W18Cr4VW18Cr4V2Co8W6Mo5Cr4V2

W9Mo3Cr4V制作各種高速切削刃具，如車刀、銑刀、鉆頭、拉刀等，高速鋼不論含碳量多少都不標注，例如W18Cr4V，碳的質量分數WC＝0.70%~0.80%，鋼號前不標數字。3.特殊性能的鋼特殊性能的鋼是指具有特殊的物理、化學性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等。

不銹鋼通常是不銹鋼（耐大氣、蒸汽和水等弱腐蝕介質腐蝕的鋼）和耐酸鋼（耐酸、堿、鹽等強腐蝕介質腐蝕的鋼）的統稱，全稱不銹耐酸鋼。鉻是不銹鋼中最重要的合金元素，其在不銹鋼中的含量一般為11.50%-32.10%。廣泛用于化工、石油、衛生、食品、建筑、航空、原子能等行業。1)不銹鋼不銹鋼分類與常用牌號

不銹鋼按其室溫下金相組織不同分為如下幾類：

鐵素體型；奧氏體型；馬氏體型；雙相型（鐵素體+奧氏體）；(奧氏體型不銹鋼約占不銹鋼總產量的70％)

鐵素體不銹鋼：

碳含量較低（<0.15%）、鉻含量較高（12％～30％），體心立方晶體結構。耐蝕性優于馬氏體不銹鋼。（Cr是鐵素體形成元素，致使此類鋼從室溫到高溫（1000℃左右）均為單相鐵素體；塑性加工、切削加工和焊接性較優）。

性能特點：耐蝕性和抗氧化性較高，導熱性較好，常用于耐酸性和抗氧化性要求高的零件。但機械性能較差，多用于受力不大的零件。

常見的鐵素體不銹鋼有0Cr13、1Cr17、1Cr28等。

馬氏體不銹鋼：碳含量較高（0.1%～1.0%），鉻含量中（12%～18%）。此類鋼只在氧化性介質中(如大氣、海水、氧化性酸)耐蝕，而在非氧化性介質中(如鹽酸、堿溶液等)耐蝕性很低；（鋼的耐蝕性隨鉻含量的降低和碳含量的增加而降低，鋼的強度、硬度和耐磨性則隨碳的增加而改善）。

性能特點：因含碳較高，故具有較高的強度、硬度和耐磨性，但耐蝕性稍差，塑性和可焊性也較差。多用于力學性能要求較高、耐蝕性能要求一般的零件，如彈簧、汽輪機葉片、水壓機閥等。這類鋼是在淬火、回火處理后使用的。

常用的有：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、9Cr18、9Cr18MoV