第五章低合金钢和合金钢
一、名词解释
1.合金元素为了改善钢的某些性能或使之具有某些特殊性能，在炼钢时有意加入的元素，称为合金元素。
2.合金钢含有一种或数种有意添加的合金元素的钢，称为合金钢。
3.耐回火性淬火钢件在回火时抵抗软化的能力，称为耐回火性(或回火稳定性)。
4.二次硬化铁碳合金在一次或多次回火后提高其硬度的现象称为二次硬化。
5.不锈钢不锈钢是指用来抵抗大气腐蚀或能抵抗酸、碱、盐等化学介质腐蚀的钢。
6.耐热钢耐热钢是指在高温下不发生氧化，并且有较高热强性的钢。
二、填空题
1.低合金钢按主要质量等级分为普通质量低合金钢、优质低合金钢和特殊质量低合金钢。
2.合金钢按主要质量等级可分为优质合金钢和特殊质量合金钢。
3.特殊物理性能钢包括永磁钢、软磁钢钢、无磁钢和高电阻钢等。
4.机械结构用钢按用途和热处理特点,分为合金渗碳钢钢、合金调质钢、合金弹簧钢
和超高强度钢等。
5.不锈钢按其使用时的组织特征分为铁素体型不锈钢、奥氏体型不锈钢、马氏体型不锈钢、奥氏体-铁素体型不锈钢和沉淀硬化型不锈钢五类。
6.钢的耐热性包括抗氧化性和高温热强性两个方面。
7．60Si2Mn是合金弹簧钢，它的最终热处理方法是淬火+中温回火。
8．高速钢刀具在切削温度达600℃时，仍能保持高硬度和耐磨性。
9．铬不锈钢为了达到耐腐蚀的目的，其铬的质量分数至少为 13% 。
三、选择题
1．合金渗碳钢渗碳后必须进行 A 处理后才能使用。
A.淬火加低温回火；
B.淬火加中温回火；
C.淬火加高温回火。
2.将下列合金钢牌号归类。
耐磨钢B；合金弹簧钢A；合金模具钢 C ；不锈钢 D。
A.60Si2MnA；
B.ZGMn13-1；
C.Cr12MoV；
D.2Cr13。
3.为下列零件正确选材：
机床主轴C；汽车、拖拉机变速齿轮D；板弹簧E ；滚动轴承B ；贮酸槽A；坦克履带F。
A.1Cr18Ni9；
B.GCr15；
C.40Cr；
D.20CrMnTi；
E.60Si2MnA；
F.ZGMn13-3。
4.为下列工具正确选材：
高精度丝锥B；热锻模E；冷冲模A；医用手术刀片C；麻花钻头D。
A.Cr12MoVA；
B.CrWMn；
C.7Cr17；
D.W18Cr4V；
E.5CrNiMo。
四、判断题
1.大部分低合金钢和合金钢的淬透性比非合金钢好。(对)
2.3Cr2W8V钢一般用来制造冷作模具。(错)
3.GCr15钢是滚动轴承钢，其铬的质量分数是15%。(错)
4.Cr12MoVA钢是不锈钢。(错)
5.40Cr钢是最常用的合金调质钢。(对)
五、简答题
1.与非合金钢相比，合金钢有哪些优点?
答：合金钢的力学性能比非合金钢好，主要是因为合金元素提高了钢的淬透性和耐回火性，以及细化了奥氏体晶粒，使铁素体固溶强化效果增强。此外，某些合金钢具有良好的耐腐蚀性、抗氧化性、热硬性、耐磨性等特殊性能。但合金钢的优点大多要通过热处理才能发挥出来。
2.合金元素在钢中以什么形式存在?对钢的性能有哪些影响?
答：合金元素在钢中以合金铁素体和合金碳化物形式存在。它们提高了合金钢的强度、硬度和耐磨性。
3.一般来讲，相同碳的质量分数的合金钢比非合金钢淬火加热温度高、保温时间长，这是什么原因?
答：合金钢的奥氏体形成过程，基本上与非合金钢相同，也包括奥氏体的形核、长大、碳化物的溶解和奥氏体的均匀化。在奥氏体形成过程中，除Fe、C原子扩散外，还有合金元素原子的扩散。由于合金元素的扩散速度较慢，且大多数合金元素(除Ni、Co外)均减慢碳的扩散速度；加之合金碳化物比较稳定，不易溶入奥氏体中，因此，在不同程度上减缓了奥氏体的形成过程。所以，为了获得均匀的奥氏体，大多数合金钢需加热到更高的温度，并保温更长的时间。
4.说明在一般情况下非合金钢用水淬火，而合金钢用油淬火的道理。
答：由于非合金钢淬透性低，所以，用水淬火；而合金钢由于淬透性较高，所以，可以用油淬火。
5.合金元素对钢回火转变有哪些影响?有什么好处?
答：合金元素对钢回火时组织与性能的变化，都有不同程度的影响，主要是提高钢的耐回火性，有些合金元素还造成二次硬化现象和产生钢的回火脆性。
6.说明下列牌号属何类钢?其数字和符号各表示什么?
20Cr 9CrSi 60Si2Mn GCr15 1Cr13 Cr12
答：20Cr是合金渗碳钢，W C=0.2%，W Cr=1%；
9CrSi是合金工具钢，W C=0.9%，W Cr=1%，W Si=1%；
60Si2Mn是合金弹簧钢，W C=0.6%，W Si=2%，W Mn=1%；
GCr15是滚动轴承钢，W C=0.95~1.15%，W Cr=1.5%；
1Cr13是不锈钢，W C=0.1%，W Cr=13%；
Cr12是合金工具钢，W C≥1.0%，W Cr=12%.
7.试列表比较合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢碳的质量分数、典型牌号、常用最终热处理、主要性能及用途。
答：合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢碳的质量分数、典型牌号、常用最终热处
8.高速钢有何性能特点?回火后为什么硬度会增加?
答：高速钢的主要优点是经过科学的热处理后，具有较高的红硬性，能够在600℃以下保持较高的硬度和耐磨性，用其制作的刀具的切削速度比一般工具钢高得多，而且高速钢的强度也比碳素工具钢和低合金工具钢约高30%～50%。此外，高速钢还具有很好的淬透性，在空气冷却的条件下也能淬硬。但高速钢的导热性差，在热加工时要特别注意。
在回火过程中，残余奥氏体转变为马氏体，同时淬火马氏体也弥散析出细小碳化物，所以，高速钢经三次回火后，钢产生“二次硬化”现象，导致钢的硬度略有提高。
9.不锈钢和耐热钢有何性能特点?并举例说明其用途。
答：不锈钢的化学成分特点是铬和镍的质量分数高，一般W Cr≥13%，这样不锈钢中的铬在氧化介质中能形成一层致密的具有保护作用的Cr2O3薄膜，覆盖住整个不锈钢表面，防止不锈钢被不断地氧化和腐蚀。
在耐热钢中主要含有铬、硅、铝等合金元素。这些元素在高温下与氧作用，在钢表面形成一层致密的高熔点氧化膜(Cr2O3、Al2O3、SiO2)，能有效地保护钢在高温下不被氧化。另外，加入Mo、W、Ti等元素是为了阻碍晶粒长大，提高耐热钢的高温热强性。
10.耐磨钢常用牌号有哪些?它们为什么具有良好的耐磨性和良好的韧性?并举例说明其用途。
常用的耐磨钢牌号有ZGMn13-1、ZGMn13-2、ZGMn13-3、ZGMn13-4等。
耐磨钢水韧处理后，其韧性与塑性好，硬度低(180～220HBS)，它在较大的压应力或冲击力的作用下，由于表面层的塑性变形，迅速产生冷变形强化，同时伴随有形变马氏体转变，使表面硬度急剧提高到52～56HRC。耐磨钢常用于制造坦克和拖拉机履带板、球磨机衬板、挖掘机铲齿、破碎机牙板、铁路道岔等。
11.比较冷作模具钢与热作模具钢碳的质量分数、性能要求、热处理工艺有何不同?
低合金高强度结构钢GB/T 1591-2008 一，范围 本标准规定了低合金高强度结构钢的牌号、尺寸、外形、重量及允许偏差、技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志和质量证明书。 二，规范引用文件 GB/T 222 钢的成品化学成分允许偏差 GB/T 223.5 钢铁酸溶硅和全硅含量的测定还原性硅酸盐分 分光光度法 GB/T 223.9 钢铁及合金铝含量的测定铬天青S分光光度法 GB/T 223.12钢铁及合金化学分析方法碳酸钠分离-二笨碳酰 二肼光度法测铬含量 GB/T 223.14钢铁及合金化学分析方法钽试剂萃取光度法测定钒含量 GB/T 223.16钢铁及合金化学分析方法变色酸光度法测钛含量GB/T 223.19钢铁及合金化学分析方法新亚铜灵三氯甲烷萃取光度法测定铜含量 GB/T 223.23钢铁及合金镍含量的测定丁二酮肟分光光度法 GB/T 223.26 钢铁及合金钼含量的测定硫氰酸盐分光光度法GB/T 223.37钢铁及合金化学分析方法蒸馏分离腚酚蓝光度法测定氮含量 GB/T 223.40 钢铁及合金铌含量的测定氯磺酚S分光光度法
GB/T 223.62钢铁及合金化学分析方法乙酸丁酯萃取光度法测定磷含量 GB/T 223.63钢铁及合金化学分析方法高锰酸钾光度法测锰量GB/T 223.67 钢铁及合金硫含量的测定次甲基蓝分光光度法GB/T 223.69 钢铁及合金碳含量的测定管式炉燃烧气体容量法GB/T 223.78钢铁及合金化学分析方法姜黄素直接光度法测定硼含量 GB/T 228 金属材料室温拉伸试验方法(ISO 6892) GB/T 229 金属材料夏比摆锤冲击试验方法验方法(ISO 148) GB/T 232 金属材料弯曲试验方法(ISO 7438) GB/T 247 钢板和钢带包装、标志、质量证明书的一般规定GB/T 2101 型钢验收包装、标志、质量证明书的一般规定GB/T 2975 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样的制备(ISO 377) GB/T 4336 碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析法GB/T 5313 厚度方向性能钢板(ISO 7778) GB/T 17505 钢及钢产品交货一般技术要求(ISO 404) GB/T 20066 钢和铁化学成分测定用试样的取样和制样方法(ISO 14284) GB/T 20125低合金钢多元素的测定(ISO 7778)电感耦合等离子体原子发射光谱法 YB/T 冶金技术标准的数值修约与检测数据的判定原则
低合金高强钢的焊接性 钢铁研究总院田志凌 1 前言 低合金高强（HSLA）钢的焊接性主要包括两个方面，其一是裂纹敏感性，其二是焊接热影响区的力学性能。过去40年，在钢材焊接性的研究方面，我国几代科技工作者进行了卓有成效的工作[1-5]。 在过去的40年，HSLA钢取得了显著进展，精炼技术、微合金钢技术、控轧控冷技术、形变热处理（TMCP）等一些先进技术的应用，使得现代HSLA钢的焊接性大大改善，尤其是HAZ冷列裂纹敏感性大大降低，粗晶区韧性大幅度提高，高效率、大线能量焊接工艺得以应用。然而，新的问题也伴随着出现，如母材的低碳当量高强度化使得冷裂纹从HAZ转移到焊缝金属中，多层焊接头中的局部脆性区问题等。本文将论述HSLA钢制造技术的进步给焊接性带来的变化，以及技术发展趋势。 2 HSLA钢的技术进步及其对焊接性的改善 过去40年，低成本、高性能是钢铁行业技术进步的主要发展方向，从焊接性的角度来看，影响最大的是精炼技术和轧制技术。 2.1 精炼技术的影响 焊接热裂纹、液化裂纹曾经是低碳钢、低合金钢焊接的一个重要问题，随着铁水预处理、碱氧炉炼钢、钢包精炼、真空精炼等精炼技术的采用，钢中S、P等杂质元素的含量越来越低，热裂纹、液化裂纹发生的频率已降得非常低。 以管线钢为例，目前的超纯净冶炼技术能够达到如下水平： P≤20ppm, S≤5ppm, N≤20ppm, O≤10ppm, H≤1.0ppm 此外，上世纪80年代以来，模铸已逐渐被连铸所代替，2001年我国的连铸比已超过90%，高均匀性连铸技术的应用，大大降低了铸坯中间偏析。 一方面，S、P等杂质元素的含量越来越低，另一方面，杂质元素的偏析程度越来越小，因此，HSLA钢焊接性评定中已不再进行热裂纹、液化裂纹敏感性评定。 2.2 轧钢技术和微合金化的影响 在上世纪五、六十年代，最广泛应用的结构钢就是C-Mn钢，钢材的强度主要靠提高C 的含量和合金元素的含量来实现，强度越高，冷裂纹敏感性就越大。 控制轧制的应用始于六、七十年代，控制轧制与正火处理相结合，能够降低钢的碳当量，提高钢材的抗裂性能，同时HAZ的韧性也得到了一定程度的提高。然而，生产力的发展要求采用大线能量焊接，如造船业，焊接效率是加快制造进度、降低成本的关键因素，而对于轧制原有状态和正火状态钢而言，大线能量焊接使得HAZ晶粒变得粗大，同时在粗晶区形成韧性很差的上贝氏体组织，针对这一技术问题，确立了Ti处理技术（1975年之前）：根据钢中存在的氮（N）量，适当加入Ti，使TiN成细粒状均匀分布，TiN能够抑制奥氏体晶粒长大，促进晶内铁素体的形核。基于同一机理，微合金化技术得以发展，利用Nb, V, Ti 等微量元素形成细小的碳氮化物生产的细晶粒钢，能够适应较大线能量焊接，图1为Nb, V, Ti三种微合金元素形成的第二相粒子的溶解曲线，由此可见TiN对晶粒长大的阻力最大，Nb(CN)次之，VC最小。
普通低合金结构钢 普通低合金结构钢 随着工业交通和科学技术的发展，普通碳素钢已不能满足重要工程结构和新型机器设 备的需要。近40多年来普通低合金钢得到迅速的发展。这类钢合金元素较低，其屈服极 限比碳素钢高25％至100％以上，时效倾向小，并具有良好的焊接性和耐蚀性。这类钢一 般是在热轧和正火下使用，生产过程简单，成本低廉，适宜于大生产，因此广泛用于制造 桥梁、船舶、车辆、工业和民用建筑、管道、起重运输机械等。使用普通低合金钢代替普 通碳素钢可以节省钢材20％～30％以上，减轻运输机械的自重，增加有效载重，可以使一些机械的结构得到改善，并能增加使用寿命。 一、对普通低合金结构钢的性能要求 对一般用途的普通低合金结构钢，主要有一下要求： （一）良好的综合力学性能 采用普通低合金结构钢的主要目的是减轻金属结构的重量，提高其可靠性，因此首先 要求钢材具有较高的屈服强度，但由于其工作条件的复杂性，钢材还应具有良好的综合性能。例如船舶在航行时承受较大的静载荷，海浪冲击及风力反复作用而产生的交变疲劳载荷，有的还在北方寒冷低温海域行驶。在制造过程中钢材还经受剪切、冷弯、焊接等加工 工序以及由此可能产生的时效脆性。普通低合金钢的缺口冲击韧性在室温下往往出现大幅 度的下将和上下波动，此时钢已经从韧性状态转化为脆性状态，也就是钢的“脆性转化温度”已经升高到室温附近所致。造成脆性转化温度上升的主要原因是钢的冶金质量和金相 组织，后者包括晶粒大小、相的形态和第二相的沉淀等。因此对于普通低合金钢不仅要求 具有一定的冲击韧性，而且更为重要的是要求具有尽可能低的脆性转化温度，以防止钢的 脆性断裂。譬如在我国常以－40℃为脆性转化温度的检验标准。对于特殊低温设备或结构，则提出更低的温度指标。 除去上述的常温、低温冲击韧性以及脆性转化温度以外，还有另一项涉及冲击韧性检 验的问题，即钢的“时效敏感性“。普通低合金钢材经常承受冷加工，经冷加工以后在较 长的使用时期或存放时期内，钢材会逐渐变脆，冲击韧性大幅度下降，这就是应变时效现象，也称为时效脆化。应变时效脆化程度的大小是用”时效敏感性“来表示的。时效敏感 性的测量方法及定义是：将预先拉伸10％的板状试样，在250℃温度下经过1小时人工时效，然后制成冲击试样，测出室温冲击韧性，再与原材料的冲击韧性比较，其差值与原材 料冲击韧性值的百分比就是该材料时效敏感性。一般要求比值不得大于50％，同时应变时效后的冲击值应不小于30～35J。 普通低合金结构钢按屈服强度分为Q295AB、Q345CDE、Q390ABCDE、Q420ABCDE、 Q460ABCDE。A级不要求冲击，B级室温冲击，C级0℃冲击，D级－20℃冲击，E级－40℃ 冲击。桥梁用钢分为Q235qCD、Q345qCDE、Q370qCDE、Q420qCDE。C级0℃冲击，D级－20℃
低合金钢分类 文章来源：钢铁E站通低合金钢分类 根据国家标准GB/T 13304《钢分类》第二部分“钢按主要质量等级和主要性能及使用特性分类”，低合金钢分类如下。 低合金钢按主要质量等级分为普通质量低合金钢、优质低合金钢、特殊质量低合金钢三类： (1)普通质量低合金钢 普通质量低合金钢是指不规定生产过程中需要特别控制质量要求的供作一般用途的低合金钢。应同时满足下列条件： 1)合金含量较低(符合对低合金钢的合金元素规定含量界限值的规定)； 2)不规定热处理(退火、正火、消除应力及软化处理不作为热处理对待)； 3)如产品标准或技术条件中有规定，其特性值应符合下列条件： 硫或磷含量最高值：≥%； 抗拉强度最低值：≤690MPa； 屈服点或屈服强度最低值：≤360MPa； 伸长率最低值：≤26％； 弯心直径最低值：≥2×试样厚度； 冲击功最低值(20C，V型纵向标准试样)：≤27J。 注：①力学性能的规定值指厚度为3～16mm钢材的纵向或横向试样测定的性能。 ②抗拉强度、屈服点或屈服强度特性值只适用于可焊接的低合金高强度结构钢。 4)未规定其他质量要求。 普通质量低合金钢主要包括： ①一般用途低合金结构钢，规定的屈服强度不大于360MPa，如GB/T 1591规定的 Q295A、Q345A；
②低合金钢筋钢，如GB 1499规定的20MnSi、20MnTi、20MnSiV、25MnSi、 20MnNbb； ③铁道用一般低合金钢．如GB 11264规定的低合金轻轨钢45SiMnP、50SiMnP； ④矿用一般低合金钢，如GB/T 3414规定的M510、M540、M565热轧钢。 (2)优质低合金钢 优质低合金钢是指除普通质量低合金钢和特殊质量低合金钢以外的低合金钢，在生产过程中需要特别控制质量(例如降低硫、磷含量，控制晶粒度，改善表面质量，增加工艺控制等)，以达到比普通质量低合金钢特殊的质量要求(例如良好的抗脆断性能、良好的冷成形性能等)，但这种钢的生产控制和质量要求，不如特殊质量低合金钢严格。 优质低合金钢主要包括： ①可焊接的高强度结构钢，规定的屈服强度大于360MPa而小于420MPa的一般用途低合金结构钢，如GB/T 1591规定的Q295B、Q345B、Q345C、Q345D、Q345E、 Q390A、Q390B、Q390C，Q390D、Q390E； ②锅炉和压力容器用低合金钢，如GB 713规定的16Mng、12Mng、15MnVg； YB/T5139规定的16MnR；GB 6653规定的HP295、HP325、HP345、HP365；GB 6654规定的16MnR、15MnVR、15MnVNR；GB 6479规定的16Mn、15MnV； ③造船用低合金钢，如GB 712规定的AH36、DH36、EH36； ④汽车用低合金钢，如GB/T3273规定的09MnREL、06TiL、08TiL、09SiVL、16MnL、16MnREL： ⑤桥梁用低合金钢，如YB 168规定的12Mnq、12MnVq、16Mnq、15MnVq、 15MnVNq，YB(T)10规定的16Mnq、16MnCuq、15MnVq、15MnVNq； ⑥自行车用低合金钢，如YB/T 5064、YB/T 5066、YB/T 5067、YB/T 5068规定的 12Mn、15Mn、19Mn；
常用合金钢（知识扩展）一.合金钢分类与编号二.低合金结构钢Q345、Q420 三. 机器零件用钢40Cr、65Mn、60Mn2Si、20Cr、20CrMnTi、GCr15 四.合金工具钢9SiCr、CrWMn、W18Cr4V、Cr124Cr5MoSiV 五.特殊性能钢1Cr13、9Cr18、1Cr17、1Cr18Ni9Ti、ZGMn13 合金钢分类 1.按合金元素含量多少分类：按合金元素含量多少分类：按合金元素含量多少分类低合金钢（合金总量低于5 %）中合金钢（合金总量为5 %～10 %）高合金钢（合金总量高于10 %）2.按用途分类：按用途分类：按用途分类合金结构钢低合金结构钢(也称普通低合金钢) 合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢滚珠轴承钢合金工具钢合金刃具钢(含低合金刃具钢、高速钢) 合金模具钢(含冷模具钢、热模具钢) 量具用钢特殊性能钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢合金钢编号首部用数字标明碳质量分数: 结构钢以万分之一为单位的数字（两位数), 工具钢和特殊性能钢以千分之一为单位的数字（一位数）来表示碳质量分数,而工具钢的碳质量分数超过1%时，碳质量分数不标出。在表明碳质量分数数字之后，用元素的化学符号表明钢中主要合金元素，质量分数由其后面的数字标明:平均质量分数少于 1.5%时不标数, 平均质量分数为 1.5%～2.49%、 2.5%～3.49%……时,相应地标以2、3……。专用钢用其用途的汉语拼音字首来标明. 如GCr15表示碳质量分数约1.0%、铬质量分数约 1.5%(特例)的滚珠轴承钢. Y40Mn,表示碳质量分数为0.4%、锰质量分数少于 1.5%的易切削钢. 普通低合金钢Q345 用途主要用于制造桥梁,船舶,车辆,锅炉,压力容器,输油输气管道,大型钢结构等.在热轧空冷状态下使用,组织为细晶粒的F+P,不再热处理. 化学成分wt% C Mn Si V Nb Ti 0.015 0.18 ～ 1.0 ～0.55 0.02 0.20 1.6 ～0.15 ～0.06 厚度mm <16 16～35 35～50 σs MPa ≥345 ≥325 ≥295 σb MPa 470～630 0.02 ～0.2 机械性能δ5 % Akv(20℃) J 34 21～22 GB/T1591-1994 Q345包括旧钢号12MnV ,14MnNb ,16Mn ,18Nb ,16MnCu Q420 普通低合金钢在正火状态下使用,组织为F+S 化学成分wt% V Nb Ti 0.02 ～0.2 0.015 ～0.06 0.02 ～0.2 δ5 % C ≤0.20 厚度mm <16 Mn Si Cr ≤0.40 Ni ≤0.70 1.0 ～0.55 1.7 34 18～19 16～35 GB/T1591-1994 ≥380 35～50 Q345包括旧钢号15MnVN ,14MnVTiRE 机械性能σs MPa σb MPa ≥420 520～680 ≥400 Akv(20℃) J 合金调质钢(低淬透性) 40Cr 热处理毛坯尺寸＜25mm 用途：用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件,如机床齿轮、主轴、汽车发动机曲轴、连杆、螺栓、进气阀主要化学成分wt% C Mn Si Cr Mo 机械性能（≥）退火态H B 淬火℃回火℃σb σs δ5 ψ Akv % % J MP MP a a 0.37 0.5 0.17 0.8 0.07 850 520 980 785 9 45 47 2 0 油水～～～～～0.44 0.8 0.37 1.1 0.12 7 油（GB/T3077－1999）合金弹簧钢钢号C 65Mn 60Mn2Si 主要成分w % Mn Si Cr 热处理淬火℃回火℃机械性能σs MPa σb MPa δ10 ψ % % 65Mn 0.62 ～0.70 60Si2 0.56 Mn ～0.64 0.90 ～1.20 0.60 ～0.90 0.17 ～0.37 1.50 ～2.00 ≤ 830 540 0.25 油800 1000 8 30 ≤ 870 480 1200 1300 5 0.35 油GB/T1222-1985 25 65Mn 60Mn2Si钢应用举例：截面≤25mm的弹簧，例如车箱缓冲卷簧合金渗碳钢(低淬透性合金渗碳钢低淬透性) 20Cr 低淬透性用途：可制造汽车、拖拉机中的变速齿轮,内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件.能同时承受强烈的摩擦磨损,较大的交变载荷,特别是冲击载荷机械性能（≥）主要化学成分wt% 热处理℃C Mn Si Cr 渗预淬回σb σs δ ψ Akv 5 碳备火火MP M J % % a P 处 a 理0.17 0.5 0.20 0.7 9 ～～～～3 0.24 0.8 0.40 1.0 0 8 8 0 水油780 2 0 ～820 0 水, 油8 3 5 5 4 0 毛坯尺寸m m 10 4 47 ＜0 1 5 GB/T3077-1999 合金渗碳钢(中淬透性合金渗碳钢中淬透性) 中淬透性20CrMnTi 主要化学成分wt% C Mn Si Cr Ti 毛渗预淬回σb σs δ ψ Ak 坯尺v 碳备火火MP MP % % 2 0 寸处℃m a a 理J m 9 3 0 8 8 0 油7 2 7 0 0 0 油1 85 1 4 55 < 0 0 0 5 15 8 GB/T3077-1999 0 热处理℃机械性能（≥）0.17 0.80 0.1 1.0 7～～～～0.23 1.10 0.3 1.3 7 0.04 ～0.10 滚珠轴承钢GCr15 用途：制造滚动轴承的滚动体(滚珠、滚柱、滚针),内外套圈等. 或制造精密量具、冷冲模、机床丝杠等耐磨件. 淬回
低合金钢定义 中国钢产量已突破6亿吨，钢材数量不再是主要矛盾，钢材品种结构不合理的矛盾十分突出。当前行业的主要任务是努力提高产品的市场竞争力，站在可持发展的新起点上，把大力开发低合金钢列入发展战略的重要内容。许多普钢企业在钢材品种结构调整和编制科技发展规划中，已意识到低合金钢生产是提高产品技术含量和附加值的关键，对低合金钢开发中碰到的种种问题心中无数，一些科技管理干部觉得“成也低合金钢，败也低合金钢”，迫切要求对低合金钢有个全面的了解。 按国际标准，把钢区分为非合金钢和合金钢两大类，非合金钢是通常叫做碳素钢的一大钢类，钢中除了铁和碳以外，还含有炉料带入的少量合金元素Mn、Si、Al，杂质元素P、S及气体N、H、O等。合金钢则是为了获得某种物理、化学或力学特性而有意添加了一定量的合金元素Cr、Ni、Mo、V，并对杂质和有害元素加以控制的另一类钢。原则上讲，合金钢分为低合金钢、中合金钢和高合金钢，顾名思义，以含有合金元素的总量来加以区分，总量低于3%称为低合金钢，5～10%为中合金钢，大于10%为高合金钢。在国内习惯上又将特殊质量的碳素钢和合金钢称为特殊钢，全国31家特钢企业专门生产这类钢，如优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、碳素弹簧钢、合金弹簧钢、轴承钢、不锈钢、耐热钢、电工钢，还包括高温合金、耐蚀合金和精密合金等等。 在钢的分类上，近年虽努力向国际通用标准靠拢，但还有许多不
同之处。 ①随着特钢向“特”、“精”、“高”发展，向深加工方向延伸，特钢的领域越来越窄。美国特钢协会将特钢定位在工模具钢、不锈钢、电工钢、高温合金和镍合金。日本把结构钢和高强度钢归并在特钢范畴。随着中国普钢企业的技术改造和工艺进步，特钢企业的产品领域也在缩小，1999年普钢厂已生产特钢产品总量的34%。 ②国外的低合金钢，实际上是我们所熟悉的低合金高强度钢，属于特殊钢范畴，在美国叫做高强度低合金钢（HSLA—Steel），俄罗斯及东欧各国称为低合金建筑钢，日本命名为高张力钢。而在国内，首先是把低合金钢划入了普钢范围，概念上的区别导致在产品质量上的差异。在名称上也几经变化，如低合金建筑钢、普通低合金钢、低合金结构钢，至1994年叫做低合金高强度结构钢（GB/T1591—94）。到目前为止，从发表的资料文献来看，低合金钢的名称仍然随着国家、企业和作者而异。 ③低合金钢与碳素钢、低合金钢与合金钢之间，明确划出的概念是不存在的。在国外，50年代曾给低合金钢下过定义
碳钢 主要指力学性能取决于钢中的碳含量，而一般不添加大量的合金元素的钢，有时也称为普碳钢或碳素钢。 碳钢也叫碳素钢，指含炭量WC小于2%的铁碳合金。 碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。 按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类，碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种； 按冶炼方法可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢； 按脱氧方法可分为沸腾钢（F）、镇静钢（Z）、半镇静钢（b）和特殊镇静钢（T Z）； 按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（WC ≤ 0.25%）,中碳钢（WC0.25%—0.6%）和高碳钢（WC>0.6%）； 按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、优质碳素钢（含磷、硫较低）和高级优质钢（含磷、硫更低）和特级优质钢。 一般碳钢中含碳量较高则硬度越大，强度也越高，但塑性较低。 按国际标准，把钢区分为非合金钢和合金钢两大类，非合金钢是通常叫做碳素钢的一大钢类，钢中除了铁和碳以外，还含有炉料带入的少量合金元素Mn、Si、Al，杂质元素P、S及气体N、H、O等。合金钢则是为了获得某种物理、化学或力学特性而有意添加了一定量的合金元素Cr、Ni、Mo、V，并对杂质和有害元素加以控制的另一类钢。 原则上讲，合金钢分为低合金钢、中合金钢和高合金钢，顾名思义，以含有合金元素的总量来加以区分，总量低于3%称为低合金钢，5～10%为中合金钢，大于10%为高合金钢。在国内习惯上又将特殊质量的碳素钢和合金钢称为特殊钢，全国31家特钢企业专门生产这类钢，如优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、碳素弹簧钢、合金弹簧钢、轴承钢、不锈钢、耐热钢、电工钢，还包括高温合金、耐蚀合金和精密合金等等。在钢的分类上，近年虽努力向国际通用标准靠拢，但还有许多不同之处。 ①随着特钢向“特”、“精”、“高”发展，向深加工方向延伸，特钢的领域越来越窄。美国特钢协会将特钢定位在工模具钢、不锈钢、电工钢、高温合金和镍合金。日本把结构钢和高强度钢归并在特钢范畴。随着我国普钢企业的技术改造和工艺进步，特钢企业的产品领域也在缩小，1999年普钢厂已生产特钢产品总量的34%。 ②国外的低合金钢，实际上是我们所熟悉的低合金高强度钢，属于特殊钢范畴，在美国叫做高强度低合金钢（HSLA—Steel），俄罗斯及东欧各国称为低合金建筑钢，日本命名为高张力钢。而在国内，首先是把低合金钢划入了普钢范围，概念上的区别导致在产品质量上的差异。在名称上也几经变化，如低合金建筑钢、普通低合金钢、低合金结构钢，至1994年叫做低合金高强度结构钢（GB/T1591—94）。到目前为止，从发表的资料文献来看，低合金钢的名称仍然随着国家、企业和作者而异。
低合金钢品种
微合金化钢知识讲座二低合金钢主要品种 编辑条目 第二部分低合金钢主要品种 2.1 焊接高强度钢 焊接高强度钢，又叫做可焊接低合金高强度结构钢，是低合金高强度钢钢类的主体。 它有三个基本属性： 第一，较低的碳含量，有良好的焊接性。 第二，屈服强度高于普通碳素钢，作为结构用材时，钢的屈服强度参与结构的强度设计。 第三。以高强度为基础，根据用途的不同要求，具有不同的特性，如抗时效、抗冲击、抗韧性撕裂，抗缺口敏感、耐火性等等。 我国的焊接高强度钢的主要钢种牌号已纳入GB ／T1591—94中，由此派生的低合金专用钢分类及标准： 锅炉用钢 BG713—86，YBG741—87 压力容器用钢 GB5681—85，GB6653—86， GB6654—86 GB6655—86，GB6479—86，GB3513 造船用钢 GB712—88
汽车用钢 GB3273—82 桥梁用钢 YB(T)60—81 自行车用钢 GB3647—83，GB3696—83 保证厚度方向性能钢 GB5313 管材用钢 GB479—86，GB8162—87 GB8163—87，YB231—70 核能用钢 舰船用钢 兵器用钢等。 焊接高强度钢的合金设计，放在第一位考虑的是钢的强度，强化机制包括固溶强化、析出强化、细晶强化、位错及亚结构强化、以及相变的组织强化。此5种强化机制的组合，可以生产出屈服强度由295MPa～880Mpa不同级别的焊接高强度钢，以及不同强度和韧性匹配的强韧钢等级。 焊接性是焊接高强度钢的基本属性，要求在一定的焊接条件下，容易得到优良的焊缝及热影响区，具有与母材相当的力学性能和加工工艺性能。钢的化学成分对焊接性的影响从表2可见。提高焊接性能的有效措施是降低碳含量、降低P、S含量，选用适宜的合金元素。
碳钢及普通低合金钢的焊接 1.什么是碳素钢？常用的有哪几种？ 答：碳素钢也叫碳钢。常用焊接的有低碳钢（含C≤0.25%）和中碳钢 （含C=0.25%--0.60%）；优质碳素结构钢（08、10、15、20、25、30、35、40、45）2.为什么叫普通低合金钢？它们是如何分类的？ 答：在普通低合金钢中，除碳以外，还含有少量其他元素，如：锰、硅 、钒、钼、钛、铝、铌、铜、硼、磷、稀土等，性能发生变化，得到比一般碳钢更优良的性能，如：高强度钢、耐蚀钢、低温钢、耐热钢等。 3.什么是金属材料的机械性能？ 答：强度、硬度、朔性、韧性、耐疲劳和蠕变性能等。 4.什么是钢材的工艺性能？ 答：钢材承受各种冷热加工的能力，如：可切削性、可锻性、可铸性和可焊接性等。 5.什么是金属的焊接性？ 答：在一定的焊接工艺条件下获得优质焊接接头的难易程度。包括两方面的内容： 一是接合性能，又称工艺可焊性；二是使用性能，又称使用可焊性。 6.为什么ER50-6实心焊丝使用十分普遍？它适合哪些钢材？ 答：ER50-6实心焊丝（如：唐山神钢MG-51T）适合的钢材有： 〈1〉普通碳素结构钢：Q215 Q235 Q255 Q275 〈2〉优质碳素结构钢： 08 10 15 20 25 30 35 40 45 15Mn 20Mn 25Mn 30Mn 35Mn 〈3〉碳素铸钢：ZG200-400H ZG230-450H ZG275-485H 〈4〉压力容器用碳素钢： 20R 〈5〉锅炉用碳素钢： 20g 〈6〉桥梁用碳素结构钢： 16q 〈7〉核压力容器用碳素钢： 20HR 〈8〉汽车制造用碳素结构钢： 08Al 15Al 〈9〉普通低合金高强度结构钢：Q295 （09MnV、09MnNb、09Mn2） Q345 （14MnNb、16Mn、16MnRE）Q390 （15MnV、15MnTi、16MnNb） Q420 （15MnVN、14MnVTiRE） 〈10〉船体用低合金高强度结构钢 AH32 DH32 EH32 AH36 〈11〉压力容器用低合金高强度结构钢 16MnR 15MnVR 15MnVNR 〈12〉锅炉用低合金高强度结构钢 16Mng 19Mng 22Mng 〈13〉桥梁用低合金高强度结构钢 16Mnq（16MnCuq）15MnVq 15MnVNq 〈14〉石油天然气管道用低合金高强度结构钢 S290 S315 S360 S380 S415 7.为什么低合金高强钢会出现裂纹？有哪些影响因素？ 答：随含碳量和合金元素的增加，产生冷裂纹的敏感性增加。产生冷裂纹的三要素是：〈1〉焊接接头中产生淬硬的马氏体组织〈2〉焊接接头中扩散氢〔H〕含量高 〈3〉焊接接头中有较高的残余应力 8.为什么防止冷裂纹要采取工艺措施？ 答：防止冷裂纹要采取的工艺措施有： 〈1〉建立低氢的焊接环境 〈2〉制定合理的焊接工艺和焊接顺序
第五章低合金钢与合金钢 引言：碳素钢应用很广泛，但也存在缺点，如：强度和韧性不能兼备（回忆碳素钢与含C量的关系），∴造成使用问题。又：碳素钢淬透性差，不能用于大型零件，∴加入合金元素，成为合金钢。 一、合金钢概述： 1、定义：加入合金元素的钢。如：C r、N i、M n、S i、M o、W、T i、B、N b、A l、R e（稀土元素）。 即：加入合金元素的含C量小于 2.11%的F e—C合金。 2、合金元素在钢中存在形态： （1）合金F：合金元素的原子溶入F晶格形成的固溶体。 合金F=α-F e（C、M n、S i、C r、N i……） 固溶强化：使合金强度、硬度提高，当合金元素量适当时，（M n、S i ＜1.0%；C r＜1.5%；N i＜5%）不但提高强度、硬度，还提高韧性。 （2）合金碳化物：合金元素和碳形成化合物。 T i C、W C、V C、M o C 强度比渗C体还硬。 第二相强化：碳化物可以提高钢的强度、硬度，也使塑性、韧性下降。 3、合金元素对钢性能影响： （1）可以提高钢的强度，硬度（同时，量合适时，还可不降低塑性、韧性）。 （2）可以提高淬透性（除C o外） （3）可以细化晶粒（细化晶粒的方法） T i、N b、V、M o细化，B微量可以细化 （4）提高了回火稳定性 （5）产生二次硬化：W、V、M o回火到500C以上时，出现大量W C、V C，以微粒出现在边界。∴高温时硬度提高。 （6）可以使钢获得特殊的性能： 不锈钢：C r N i；耐磨钢：M n；耐热钢：W、M o、V 二、合金钢的牌号： 牌号可经看出许多内容：含量、热处理等。 1、低合金钢=碳素结构钢差不多。 Q390A（Q295-Q460）Q235A F（Q175-Q275） 屈390m p a A级A级沸
真理惟一可靠的标准就是永远自相符合--- 碳素结构钢及低合金高强钢焊接方法（一）)焊接(编者按：本文原为高力生教授、潘际銮院士和闫炳义高级技师 后的一个书”参加三峡总公司召开的“三峡工程金属结构焊接专家咨 询会面意见。编者将其节录整编成文予以发表，以期对三峡工程金属 结构焊接技术的提高有所裨益。本文已经原作者审阅1 可焊性好的钢种，其160Q216MnR和摘要：三峡工程压力钢管选用焊 接方法首选气保焊。设为首页在预制厂应推广实心焊丝气保焊，在实 验基础上推广药芯焊丝气保焊，推广气电立焊；在工地安装立足于手 工焊的基础上推广气保护焊。这些方法必将带来巨大的效益。 三峡工程目前正在施工的重要结构主要有电站压力钢管、水轮机座和 船闸门，其中水轮机座的施工工艺质量由国外公司负责，其余两项由 国内制造商和施工单位承包，闸门制造多由国内知名船厂承担，具焊
接工艺比较成熟，相对船体制造的没备和工艺已不是什么难事；由于材料的低合金钢，所以今后的主要问题是工地安装时，(Q345)为强度级别较低如何提高效率，降低成本。14压力钢管的制作和安装将成为主要矛盾，工程前期共有压力钢管低合金高强610U2，上段为由于材料复杂22500t条，约，(16MnR下段为 真理惟一可靠的标准就是永远自相符合--- ，安装位(φ12499mm)58mm)，特别是管道直径大钢)，板厚度大(最厚达置复杂，因此不同于常规管道的制作和安装。三峡工程金属此次有幸参加了三峡开发总公司工程建设部组织的“，受益匪浅，但由于时间太短，会前对几个承结构焊接技术专家咨询会”包单位的工作和试验资料未及仔细学习，所以有些意见未能允分表达，现对有些观点加以说明。1．三峡工程压力钢管的选材思想和实践是成功2 都是可焊性60kg级的610U2的上段选用16MnR、下段选日本NKK(CF
第七章合金钢 碳钢具备很多优点，在机器制造业中获得了广泛应用。但是碳钢淬透性低、回火抗力差、不具备特殊的物理、化学性能，且屈强比低，约为0.6。而合金钢屈强比一般为0.85～0.9。在零件设计时，屈服强度是设计的依据。所以，碳钢的强度潜力不能充分发挥。为了满足使用要求，必须选用合金钢。 1、合金元素对钢中基本相有哪些影响？ 答：⑴与碳亲合力很弱的合金元素，溶入铁素体内形成合金铁素体，对基体起固溶强化作用，与碳不发生化合反应。 ⑵与碳亲合力较强的合金元素，一般能置换Fe3C中的铁原子，形成合金Fe3C。合金Fe3C较Fe3C稳定性略高，硬度较为提高，是低合金钢中存在的主要碳化物。 ⑶与碳亲合力很强的合金元素，且含量大于5％，易形成特殊碳化物。它比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度、耐磨性和回火稳定性。 2、普通低合金钢与含碳量相同的碳素钢相比有什么特点？这类钢常用于哪些场合？钢中合金元素主要作用是什么？ 答：普通低合金钢是一种低碳、低合金含量的结构钢，其含碳量＜0.2％，合金元素含量＜3％。与具有相同含碳量的碳素钢相比具有较高的强度，较高的屈服强度，因此，在相同受载条件下，使结构的重量减轻20～30％。具有较低的冷脆转变温度（-30℃）。 普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。因此它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。 钢中合金元素的主要作用：Mn—强化铁素体基体；V、Ti—细化铁素体晶粒，形成碳化物起弥散强化的作用；Cu、P—提高钢对大气的抗蚀能力。 3、普通低合金钢常用于哪些场合？对性能有何要求？如何达到这些性能要求？ 答：普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。 由于它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。因此对它的性能要求如下：良好的综合力学性能，ζs＝350～650 MPa，δ＝16～23％，αk＝60～70 J/cm2；良好的焊接性、冷热加工性；较好的抗蚀性；低的冷脆转化温度，一般为-30℃。 为了达到这些要求，普通低合金钢碳含量低，一般为0.1～0.2％；合金元素含量低，一般＜3％。主加元素Mn用来强化铁素体基体；辅加元素V、Ti用来形成碳化物起弥散强化的作用，同时细化铁素体晶粒；Cu、P用来提高钢对大气的抗蚀能力。 4、合金钢与碳钢相比，为什么它的力学性能好？热处理变形小？为什么合金工具钢的耐磨性、热硬性比碳钢高？ 答：合金钢中的合金元素能溶入铁素体基体起固溶强化作用，只要加入量适当并不降低钢的韧性；除了Co和Al外，其它合金元素均使C曲线右移，使合金钢淬火时临界冷却速度下降，淬透性提高，从而使力学性能在工件整个截面上均匀（特别是ζs和αk）。故合金钢力学性能好。 合金钢淬透性高，临界冷却速度小，故可用较小的冷却速度进行淬火，使热应力大大降低，所以，合金钢的热处理变形小。 合金工具钢中存在合金渗碳体和特殊炭化物，比碳素工具钢中的渗碳体具有更高的硬度和稳定性，弥散度高，故耐磨性高。
低合金钢简介 目录 第一部分 参考文献 (1) 第二部分 低碳合金钢的发展和应用 (1) 2.1低碳合金钢的发展 (1) 2.2低碳合金钢的应用 (2) 第三部分 低碳钢的简介 (3) 第四部分 低碳合金高强度钢的焊接性 (4) 4.1焊接热影响区组织和性能 (4) 4.2热应变脆化 (4) 4.3冷裂纹敏感性 (5) 4.4热裂纹敏感性 (5) 4.5再热裂纹敏感性 (5) 4.6层状撕裂倾向 (5) 第五部分 Q345钢焊接工艺 (6) 5.1材料介绍 (6) 5.2焊接施工流程 (6) 5.3焊接工艺参数的选择 (7) 5.31焊接材料的选用 (7) 5.32坡口形式 (7) 5.33焊接方法的选择 (7) 5.34焊接热输入的控制 (8) 5.35焊接接头的力学性能 (8) 5.36焊接电流 (9) 5.37预热温度：预热及焊道层间温度 (9) 5.38焊后热处理参数 (10) 第六部分 总结 (11) Q345焊接工艺总结 (11)
低合金钢的焊接工艺分析 参考文献： 焊接冶金学-材料焊接性机械工业出版社李亚江 金属焊接性基础化学工业出版社孟庆森 金属学与惹出了机械工业出版社崔忠圻覃耀春 金属工艺学哈尔滨工业大学出版社邢忠文张学仁 金属材料焊接工艺机械工业出版社李荣雪 金属材料焊接工艺化学工业出版社雷玉成 结构钢的焊接冶金工业出版社荆洪阳（译）1．低合金钢的发展和应用 随着科学的发展和技术的进步，焊接结构设计日趋向高参数、轻量化及大型化发展，对钢材的性能提出可越来越高的要求。低合金钢由于性能优异和经济效益显著，在焊接结构中得到了越来越广泛的应用。 低合金钢的发展大体经历了三个阶段。20世纪20年代以前，工程上钢结构的制造主要采用铆接，设计参数主要是抗拉强度。钢的强化主要是靠碳以及单一合金元素，如Mn、Si、Cr等，总质量分数达到2%~3%,甚至更高一些。20世纪20~60年代，钢结构制造中逐步采取了焊接技术，设计参数要考虑材料的屈服强度、韧性、和焊接性要求。为了防止焊接裂纹，刚的化学成分低碳多合金化发展方向，碳的质量分数一般在0.2%一下，含2~4个有利于焊接性的合金元素并铺以热处理强化等工艺措施。20世纪70年代以后，低合金高强度钢得到快速发展，钢中碳的质量分数降低到0.1%一下，有的钢向超低碳含量方向发展。Ti、V、Nb等合金微量元素逐步引起关注，而且像多元复合合金化方向发展。 现代低合金钢的重大进展，自20世纪70年代以来，世界范围内低合金高强度钢的发展进入了一个全新时期，以控制轧制技术和微合金化的冶金学为基础，形成了现代低合金高强度钢即微合金化钢的新概念。进入80年代，一个涉及广泛工业领域和专用材料门类的品种开发，借助于冶金工艺技术方面的成就达到了顶峰。在钢的化学成分—工艺—组织—性能的四位一体的关系中，第一次突出了钢的组织和微观精细结构的主导地位，也表明低合金钢的基础研究已趋于成熟，以前所未有的新的概念进行合金设计。 低合金钢的应用，低合金钢在建筑、桥梁。工程机械等产业不能得到广泛的应用。当合金钢用于桥梁、海上建筑和起重机械等重要焊接结构时，应根据结构的最低温度提出冲击韧度的要求。对于在大气环境下工作的低合金结构钢，冲击吸收功（0℃、V形缺口冲击试样）至少应达到27J的最对要求。 对于车辆、船舶、工程机械的运动结构，减轻自重可以节约能源，提出运载能力和工业效率。因此采用焊接性好的低碳调质钢可以促进工程结构向大量化、轻量化和高效能方向发展。由于壁厚减薄，重量减轻，从而减少了焊接工作量，为野外施工，吊装创造了条件。这类钢强韧性和综合性能好，可以大大提高设备的耐用性，延长期使用寿命。WCF-80钢是我国继WCF-62之后开发的焊接裂纹敏感性小的高强度焊接结构钢，这种钢具有很高的抗冷裂纹和低温韧性，主要用于大型水电站、石化和露天煤矿等。 抗拉强度700MPa的低碳调质钢又较好的缺口冲击韧度，可用于低温下服役
合金钢 一、填空题 1.合金钢按主要用途可分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢三大类。 2.合金钢按合金元素总量高低可分为低合金钢、中合金钢和高合金钢三种。 3.合金结构钢又细分为普通低合金结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、 合金弹簧钢和滚动轴承钢五类。 4.调质钢的含碳量一般在0.25%至0.5 %之间。 5.合金刃具钢分为低合金刃具钢和高速钢两类。 6.高速钢在600℃以下工作时，硬度仍保持在HRC60以上，具有高的红硬性。 二、判断题（对的打“√”，错的打“×”） 1.合金钢是多种钢混合而成的混合物。（×） 2.合金钢因为含有合金元素，所以比碳钢淬透性差。（×） 3.大部分合金钢淬透性都比碳钢好。（√） 4.除Fe、C外还含有其他元素的钢就是合金钢。（×） 5.低合金钢是指含碳量低于0.25%的合金钢。（×）
6.40Cr是最常用的合金调质钢。（√） 7.合金结构钢都是高级优质钢。（×） 8.合金工具钢都是高级优质钢。（√） 9.钢的淬透性是指钢淬火时能够达到的最高硬度。（×） 10.碳钢淬透性比合金钢好（×） 11.3Cr2W8V的平均含碳量为0.3%，所以它是合金结构钢。（×） 12.GCr15是滚动轴承钢，但又可以制造柴油机中的精密偶件。（√） 13.特殊性能钢简称特类钢。（×） 14.16Mn的含碳量为0.16%，是较高含锰量的优质碳素结构钢。（×） 15.W6Mo5Cr4V2是高速钢。（√） 16.Cr12MoV是不锈钢。（×） 17.1Cr18Ni9Ti是合金工具钢。（×） 18.60Si2Mn是合金弹簧钢。（√） 19.GCr15既可做滚动轴承，也可做量具。（√） 20.含铬的钢都是不锈钢。（×）
低合金钢发展历史 早期低合金钢的发展 低合金钢的出现可以追溯到19世纪的1870年，一种碳含量0.64~0.9%和铬含量0.54~0.68%、抗拉强度685MPa、弹性极限410MPa钢，第一次被采用于工程结构，建造了跨度158.5m的拱形桥梁。但这种钢不理想也是十分明显的，需要轧后热处理，难以机械加工，耐蚀性又不好。随后一个多世纪里，世界各国不断探索，早期低合金钢的发展有三个标志： 1）由单一元素合金化向多元素合金化发展。 1895年曾采用0.4~0.56%C和3.5%Ni的钢建造了俄国的“鹰”级驱逐舰，该钢的加工性比初期的铬钢要好得多，屈服强度在355MPa。20世纪初还用8000多吨含镍的钢建造了跨度为442m的桥梁，美中不足的是这种钢的合金资源有限，成本又高。此后开发了1.25%Si的低合金钢，建造了横渡大西洋的船舶和跨度110m的桥梁，俄国利用铁铜混生矿源，曾开发了0.7~1.1%Cu的低合金钢用于造船、建桥，这种钢导电性好，抗腐蚀性优良。 长达30多年的生产和应用经验的积累，发现多元合金化的低合金钢综合性能更佳，经济上更划算，开发了二元合金化的Ni-Cr、Cr-Mn、Mn-V低合金钢，和三元复合合金化的Cr-Mn-V、Cr-Mn-Si、Mn-Cu-P等低合金钢。用途上也扩大到了锅炉、容器、建筑和铁塔等方面。20世纪20年代全世界的低合金钢产量达到200万吨。 2）赋予低合金钢的第一特征：低碳、可焊接。 在工程结构广泛采用焊接技术之后，给低合金钢发展带来深远的影响。为减小焊接热影响区硬化和开裂、焊接接头延性恶化，把低合金钢的碳含量由0.6%降到0.4%，随后又降至0.2%，至60年代末再降至0.18%，提出了焊接碳当量的可焊性判据。为了获得高强度钢不断增高的强度需求，出现了两条发展途径，一个是提高合金含量，另一个是热处理手段，各有利弊，至今屈服强度高于600MPa的钢仍采用热处理，E级和F级船板仍规定正火状态使用，再如铁路钢轨仍有合金化轨和全长淬火轨的两种生产方式。 3）注意到钢的冷脆性和时效敏感性。 二战期间大量“自由”轮在运行中断裂及许多锅炉、容器的失效，注意到了钢冷脆倾向与钢的粗晶结构和有害元素P、S的含量有关，而钢的时效倾向是由钢中N所致，从而采取了降硫、铝细晶化合控制终轧温度等优化工艺。为了钢结构的安全使用和寿命，同时还开发了低温夏氏V型缺口冲击、温度梯度双重拉伸、零塑性转折落锤及BDWTT落锤撕裂等试验方法及制订了相应的断裂韧性判据。 我国低合金钢的发展
低合金钢的主要品种包括下列7种： 焊接高强度钢；合金冲压钢；低合金耐腐蚀钢；低合金耐磨损钢；低合金耐低温钢；低合金建筑钢筋；低合金钢轨钢。 1.什么是低合金钢轨钢? 钢轨是铁路轨道的主要部件，是冶金产品中一个专用钢材品种，钢轨承受列车的重量和动载，受力复杂，轨面磨耗，轨头受冲击，还要受较大的弯曲应力，主要的损伤形式有：磨损主要是上股侧磨和下股压溃，屈服强度不足引起的波浪磨耗以及韧塑性低导致的脆断、剥落、掉块、轨头劈裂、焊缝裂纹等。所以对钢轨钢的基本要求包括：耐磨性、抗压溃性、抗脆断性、抗疲劳和良好的焊接性。 按强度等级划分钢轨应分为下列几类： (1)标准钢轨，抗拉强度685～835MPa； (2)耐磨钢轨，抗拉强度880～1030MPa； (3)特级钢轨，抗拉强度1082～1225MPa； (4)抗拉强度>1400MPa的钢轨在研制中。 20世纪初采用的是50kg/m轨，现在国际标准轨为60kg/m，美国重轨为77kg/m，俄国和东欧各国为75kg/m轨。 铁路运输和铁道建设在我国国民经济中占有重要的地位，“十一五”期间和未来10年，对钢轨的需求量会越来越大，质量要求也会越来越高。 2.提高钢轨强度和综合性能的途径有哪些? 有以下两条： (1)热处理强化。在碳素钢或C—Mn钢轨基础上采用在线余热淬火，离线的淬火回火处理或欠速淬火工艺。20世纪80年代发展起来的在线热处理方式，也叫做全长淬火工艺，节能省工、投资少、生产周期短。 (2)在0.7％～0.75％C钢中添加Cr、Mn、Mo、Nb等合金元素，获得980～1250MPa抗拉强度。比较两种强化方法，热处理轨表面耐磨，但内部较差，耐蚀性不能改善。合金化轨里外质量一致，可以考虑改善耐蚀性。 目前国内执行GB 2585—8l标准，主要的钢种牌号有C—Mn钢的U71Mn轨和微合金化的PD3轨和NbRE轨。 我国铁路建设，在“六五”和“八五”期间，以解决运输能力制约国民经济发展“瓶颈”问题，主攻“重载”，在现有设施基础上扩大编组。从“九五”起，提速和高速已成为铁路科技进步的主要体现。通过改造既有轨道结构和研制新型机车车辆，使客车运行速度提高到200km/h，所谓“高速”，指建成200km/h以上的专线客运列车的运行速度。对“重载”列车的钢轨要求耐磨损，抗疲劳。对“高速”列车的钢轨则要求无缺陷和高平直度。 1.什么是低合金耐腐蚀钢? 钢铁材料在自然界或在工作条件下，无时无刻不同程度地受着周围环境中的某些物质的侵害，这种侵害可能是化学的，电化学的，也可能是物理作用引起的。但主要是电化学腐蚀的形式。低合金耐腐蚀钢就是能够抵抗上述腐蚀的一类钢种。 什么是电化学腐蚀呢?从宏观上看，由两种不同电位的材料，构成腐蚀的阳极和阴极对时，在周围电解质的作用下，电位高的阳极成为牺牲者，而电位相对较低的阴极得到了保护。从微观上看，两种不同组织之间，基本相与钢中夹杂物、沉淀相之间，也构成了这样阳极一阴极的“微电池”，一方被溶解，另一方受保护，甚至材料表面上存在的划痕等各种缺陷所构成的不均匀，也会造成腐蚀。这是最简单的材料腐蚀的道理。