第七章合金钢
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第七章低合金钢与合金钢精品PPT课件
分类：按用途和热处理特点，
机械结构用合 金钢
合金渗碳钢 合金调质钢 合金弹簧钢 超高强度钢
1、合金渗碳钢
含碳量为0.1%--0.2%,以保障心部具有足够的韧性，合金含量小于3%。主加 元素为Cr、Mn、钛、钒，提高了淬透性，使晶粒细化，耐磨性提高。 热处理：一般是渗碳后淬火、低温回火
主要用于表面要求硬而
低合金钢主要用于各种工程结构，如房屋、桥 梁、船舶等； 机械制造用钢主要用于制造各种机械零件，通 常是优质或高级优质合金结构钢。
（一）低合金结构钢
成分：低合金钢是在碳素结构钢的基础上，加 入少量的合金元素（一般合金元素总量小于 3%）的工程用钢。
分类：按主要性能及使用特性， 低合金高强度结构钢
低合金结构钢 低合金耐候钢
W18Cr4V
3、滚动轴承钢
牌号：G+Cr+含碳量（千分之几表示） GCr15SiMn
4、特殊性能钢
牌号：与合金工具钢基本相同 当含碳量≤0.08%时，牌号前加“0”
当含碳量≤0.03%时，牌号前加“00”
0Cr19Ni9 00Cr30Mo2
第三节、低合金钢
低合金 结构钢
根据用途不同，
合金结构钢分为 机械制 造用钢
低合金专业用钢等
1、低合金高强度结构钢
低碳（0.10%～0.25%），wMe<3%。 主加元素为Mn和硅其强化了铁素体，提高了强度； V、Ti和Ni等元素使晶粒细化，使韧性提高。 低合金高强度结构钢大多数是在热轧退火或正火状态下使用，一般不再进行热处 理。 在桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器、起重机械等钢结构件中应用广泛。例如 Q345。
1、合金元素对加热时奥氏体形成的影响
➢除Mn 元素外,所有合金元素的加 入,均使奥氏体的形成速度减慢。
机械结构用合 金钢
合金渗碳钢 合金调质钢 合金弹簧钢 超高强度钢
1、合金渗碳钢
含碳量为0.1%--0.2%,以保障心部具有足够的韧性，合金含量小于3%。主加 元素为Cr、Mn、钛、钒，提高了淬透性，使晶粒细化，耐磨性提高。 热处理：一般是渗碳后淬火、低温回火
主要用于表面要求硬而
低合金钢主要用于各种工程结构，如房屋、桥 梁、船舶等； 机械制造用钢主要用于制造各种机械零件，通 常是优质或高级优质合金结构钢。
（一）低合金结构钢
成分：低合金钢是在碳素结构钢的基础上，加 入少量的合金元素（一般合金元素总量小于 3%）的工程用钢。
分类：按主要性能及使用特性， 低合金高强度结构钢
低合金结构钢 低合金耐候钢
W18Cr4V
3、滚动轴承钢
牌号：G+Cr+含碳量（千分之几表示） GCr15SiMn
4、特殊性能钢
牌号：与合金工具钢基本相同 当含碳量≤0.08%时，牌号前加“0”
当含碳量≤0.03%时，牌号前加“00”
0Cr19Ni9 00Cr30Mo2
第三节、低合金钢
低合金 结构钢
根据用途不同，
合金结构钢分为 机械制 造用钢
低合金专业用钢等
1、低合金高强度结构钢
低碳（0.10%～0.25%），wMe<3%。 主加元素为Mn和硅其强化了铁素体，提高了强度； V、Ti和Ni等元素使晶粒细化，使韧性提高。 低合金高强度结构钢大多数是在热轧退火或正火状态下使用，一般不再进行热处 理。 在桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器、起重机械等钢结构件中应用广泛。例如 Q345。
1、合金元素对加热时奥氏体形成的影响
➢除Mn 元素外,所有合金元素的加 入,均使奥氏体的形成速度减慢。
第七章合金钢热
第七章合金钢热
7. 3 结构钢
7.3.1 低合金高强度钢 这类材料是用来制造桥梁、船舶、大型钢结构等。
用它来代替普通碳素结构钢，屈服强度提高25%～100%。
1)对低合金高强度钢的性能要求
（1）高强度 屈服点在300MPa以上。在保证塑性和韧性 的条件下，应尽量提高其强度。
（2）高韧性
（3）良好的焊接性能和冷成形性能 要求有较高的抗腐 蚀能力。
第七章合金钢热
2)化学成分特点 碳 含 量 较 低 （ wc＜0.20%）， 合 金 元 素 含 量 较 少 （wMe＜3%），其主加元素为Mn，辅加元素为Nb、Ti、V、 RE。 碳会使焊接性和冷成型性下降，使韧性明显下降， 韧脆转变温度升高，钢的碳质量分数不超过0.2%。 元素Mn的主要作用是固溶强化铁素体，降低奥氏体 晶粒的长大，获得细小的铁素体晶粒；热轧时固溶在奥 氏体内，冷却时弥散析出，起到析出沉淀的作用。 少量的Cu 提高钢抗腐蚀能力，少量的稀土元素可 改善韧性和工艺性能。
第七章合金钢热
7.1.2 合金元素对铁碳相图的影响
（1）扩大γ相区元素 它们使A4点上升，A3点下降，奥氏体相稳定 存在的温区扩大，使S点、E点向左下方移动。具有这一类影响的元 素有Ni、Mn、Co、C、N、Cu等。 （2）缩小γ相区元素 它们使A4点下降；A3点上升，缩小了γ相的 存在范围，使S点、E点向左上方移动。具有这一类影响的元素有Cr、 V、Mo、W、Ti、Si、Al、P、B、Nb等。
6.2 钢的分类与编号 6.2.1 分类方法
从1991年起，实施了新的钢分类方法（GB/T13304—1991）， 它是参照国际标准制订的。
（1）按化学成分分
按合金元素种类分 按合金元素含量分
锰钢 铬钢 硼钢 铬镍钢 硅锰钢 低合金钢（合金元素含量小于5%）
7. 3 结构钢
7.3.1 低合金高强度钢 这类材料是用来制造桥梁、船舶、大型钢结构等。
用它来代替普通碳素结构钢，屈服强度提高25%～100%。
1)对低合金高强度钢的性能要求
（1）高强度 屈服点在300MPa以上。在保证塑性和韧性 的条件下，应尽量提高其强度。
（2）高韧性
（3）良好的焊接性能和冷成形性能 要求有较高的抗腐 蚀能力。
第七章合金钢热
2)化学成分特点 碳 含 量 较 低 （ wc＜0.20%）， 合 金 元 素 含 量 较 少 （wMe＜3%），其主加元素为Mn，辅加元素为Nb、Ti、V、 RE。 碳会使焊接性和冷成型性下降，使韧性明显下降， 韧脆转变温度升高，钢的碳质量分数不超过0.2%。 元素Mn的主要作用是固溶强化铁素体，降低奥氏体 晶粒的长大，获得细小的铁素体晶粒；热轧时固溶在奥 氏体内，冷却时弥散析出，起到析出沉淀的作用。 少量的Cu 提高钢抗腐蚀能力，少量的稀土元素可 改善韧性和工艺性能。
第七章合金钢热
7.1.2 合金元素对铁碳相图的影响
（1）扩大γ相区元素 它们使A4点上升，A3点下降，奥氏体相稳定 存在的温区扩大，使S点、E点向左下方移动。具有这一类影响的元 素有Ni、Mn、Co、C、N、Cu等。 （2）缩小γ相区元素 它们使A4点下降；A3点上升，缩小了γ相的 存在范围，使S点、E点向左上方移动。具有这一类影响的元素有Cr、 V、Mo、W、Ti、Si、Al、P、B、Nb等。
6.2 钢的分类与编号 6.2.1 分类方法
从1991年起，实施了新的钢分类方法（GB/T13304—1991）， 它是参照国际标准制订的。
（1）按化学成分分
按合金元素种类分 按合金元素含量分
锰钢 铬钢 硼钢 铬镍钢 硅锰钢 低合金钢（合金元素含量小于5%）
第七章 合金钢简答题
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，σs＝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℃。
第七章 合金元素在钢中作用
4．常用钢种
40 40 4ZSiMn 低淬透性合金调质钢 Cr、 MnB、 38 40 中淬透性合金调质钢 CrMoAl、 CrNi 高淬透性合金调质钢 CrMnMo、 Cr Ni4WA 40 25 2
四、合金弹簧钢
1．弹簧性能特点
要求必须具有高的弹性极限，高的屈 要求必须具有高的弹性极限， 强比（Gs/50）高的疲劳强度（ 强比（Gs/50）高的疲劳强度（尤其 是缺口疲劳强度） 是缺口疲劳强度）及足够韧性。
4.合金元素对M相变温度也有影响 4.合金元素对M
大多数合金元素使Ms点下降 大多数合金元素使Ms点下降
第二节 合金钢的分类与编号
一、合金钢分类 通用分类方法有 : 1．按合金元素的质量分数 2．按合金元素的种类分：铬钢、锰钢、铬镍 按合金元素的种类分：铬钢、锰钢、 钢、硅锰钼钒钢等 3．按主要用途分
建 筑 及 工 程 用 结 构 钢 结构钢 机 械 制 造 用 结 构 钢 工 具 钢 特 殊 性 能 钢
二、合金钢的牌号
命名原则：由钢中碳的质量分数、 命名原则：由钢中碳的质量分数、 合金元素的种类和质量分数的组合 来表示。 来表示。当钢中合金元素的平均质 量分数<1.5%钢号中只标出元素符 量分数<1.5%钢号中只标出元素符 不标明元素的平均质量分数。 号，不标明元素的平均质量分数。 >1.5%、2.5%、3.5%在元素符 当>1.5%、2.5%、3.5%在元素符 号的后面相应标出2 ……。 号的后面相应标出2、3、4……。
例：20crMnTi钢制造汽车变速箱 20crMnTi钢制造汽车变速箱 齿轮工艺路线： 齿轮工艺路线： 锻造 正火 加工齿形 局部镀 铜（防渗碳） 渗碳 防渗碳） 预冷淬火+ 预冷淬火+ 低温回火 喷丸 磨齿 20crMnTi汽车变速齿轮热处理工 20crMnTi汽车变速齿轮热处理工 艺曲线及显微组织与力学性能。 艺曲线及显微组织与力学性能。
合金钢的分类牌号
4
《化工设备设计基础》
第七章 化工设备常用材料
７.１金属材料的基本性能
7.2 碳钢
7.3合金钢的分类、牌号
1
《化工设备设计基础》
1.按化学成分分类
• 低合金钢 合金元素的总含量不大于5%的钢 • 中合金钢 合金元素总含量在5~10%的钢。 • 高合金钢 合金元素总含量大于10%的钢。
2
《化工设备设计基础》
•
普通低合金钢 在普通碳钢的基础上加入少量合金元素 （一般合金总含量小于3%）所得到的合金钢。 • 普通低合金钢的牌号 由表示平均含碳量万分数的数字， 加上表示所含主要主要合金元素的元素符号和表示合金 元素平均含量的百分数的数字组成。 – 平均含碳量小于千分之一的用“0”表示 – 小于万分之三的用“00”表示； – 平均合金含量小于1.5%者在牌号中只标出合金元素 符号，不注合金含量； – 平均含金量为1.5~2.49%，2.50~3.49%……时，相 应的注为2，3，……。在牌号后面加“R”表示容器用 钢。 • 合金结构钢 是在优质碳钢基础上加入适量的一种或几种 合金元素而形成的合金钢，比优质碳钢的综合性能好。
3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
《化工设备设计基础》
• 不锈钢及不锈耐酸钢 一般把在空气、水中及一些弱腐蚀性 介质中能耐腐蚀的合金钢叫不锈钢。在酸和其他强腐蚀性 介质中耐蚀的合金钢叫做不锈耐酸钢。 • 主要合金元素为铬，铬含量在12~30%， 平均含碳量 低于千分之一的不锈钢为铁素体不锈钢；高于千分之一的 为马氏体不锈钢。 • 主要元素为铬、镍或铬、锰的不锈钢，由于镍及锰都具有 扩展相区使钢的组织在常温下仍为奥氏体的能力，因而称 为奥氏体不锈钢。 • 耐热钢 高温设备要求材料在高温下具有良好的化学稳定 性和热强性。化学稳定性是指钢材抵抗高温气体腐蚀的能 力，一般说主要是指高温抗氧化性。在钢中加入铬、铝、 硅等合金元素，可以提高钢的抗氧化性。
《化工设备设计基础》
第七章 化工设备常用材料
７.１金属材料的基本性能
7.2 碳钢
7.3合金钢的分类、牌号
1
《化工设备设计基础》
1.按化学成分分类
• 低合金钢 合金元素的总含量不大于5%的钢 • 中合金钢 合金元素总含量在5~10%的钢。 • 高合金钢 合金元素总含量大于10%的钢。
2
《化工设备设计基础》
•
普通低合金钢 在普通碳钢的基础上加入少量合金元素 （一般合金总含量小于3%）所得到的合金钢。 • 普通低合金钢的牌号 由表示平均含碳量万分数的数字， 加上表示所含主要主要合金元素的元素符号和表示合金 元素平均含量的百分数的数字组成。 – 平均含碳量小于千分之一的用“0”表示 – 小于万分之三的用“00”表示； – 平均合金含量小于1.5%者在牌号中只标出合金元素 符号，不注合金含量； – 平均含金量为1.5~2.49%，2.50~3.49%……时，相 应的注为2，3，……。在牌号后面加“R”表示容器用 钢。 • 合金结构钢 是在优质碳钢基础上加入适量的一种或几种 合金元素而形成的合金钢，比优质碳钢的综合性能好。
3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
《化工设备设计基础》
• 不锈钢及不锈耐酸钢 一般把在空气、水中及一些弱腐蚀性 介质中能耐腐蚀的合金钢叫不锈钢。在酸和其他强腐蚀性 介质中耐蚀的合金钢叫做不锈耐酸钢。 • 主要合金元素为铬，铬含量在12~30%， 平均含碳量 低于千分之一的不锈钢为铁素体不锈钢；高于千分之一的 为马氏体不锈钢。 • 主要元素为铬、镍或铬、锰的不锈钢，由于镍及锰都具有 扩展相区使钢的组织在常温下仍为奥氏体的能力，因而称 为奥氏体不锈钢。 • 耐热钢 高温设备要求材料在高温下具有良好的化学稳定 性和热强性。化学稳定性是指钢材抵抗高温气体腐蚀的能 力，一般说主要是指高温抗氧化性。在钢中加入铬、铝、 硅等合金元素，可以提高钢的抗氧化性。
机械工程材料第七章合金钢ppt课件
（五）应用举例
以20CrMnTi合金渗碳钢制造的汽车变速齿轮 为例，说明其热处理方法的选定和工艺的安排。
技术要求：渗碳层厚度1.2～1.6mm，表面碳浓度 为1.0%，齿顶硬度58～60HRC，心部硬度30～ 45HRC。
1、工艺路线
锻造→正火→加工齿轮→渗碳→预冷淬火+ 低温回火→喷丸→磨齿（精磨）
➢各种调质钢的性能特点和用途见表7-6（P178~ 179）
碳素调质钢 ： 25、30、35、40、45、50 力学性能不高，只适用于尺寸和受力较小的零件。
合金调质钢 ：合金元素提高淬透性和力学性能， 故适用于尺寸较大、负荷较重的零件。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
(1)退火或正火+高温回火 合金元素多的中碳结构钢 (2)正火 中碳结构钢或合金元素少的结构钢
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
3、调质处理
调质：淬火+高温回火
组织：回火索氏体（回火S）
性能： 强度、塑性和韧性均较高，即具有良好的综合力学 性能； 缺口敏感性小；接触疲劳强度、耐磨性较低。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
第一节
合金结构钢
一、低合金结构钢 二、易切削钢 三、渗碳钢 四、调质钢 五、弹簧钢 六、滚动轴承钢
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
以20CrMnTi合金渗碳钢制造的汽车变速齿轮 为例，说明其热处理方法的选定和工艺的安排。
技术要求：渗碳层厚度1.2～1.6mm，表面碳浓度 为1.0%，齿顶硬度58～60HRC，心部硬度30～ 45HRC。
1、工艺路线
锻造→正火→加工齿轮→渗碳→预冷淬火+ 低温回火→喷丸→磨齿（精磨）
➢各种调质钢的性能特点和用途见表7-6（P178~ 179）
碳素调质钢 ： 25、30、35、40、45、50 力学性能不高，只适用于尺寸和受力较小的零件。
合金调质钢 ：合金元素提高淬透性和力学性能， 故适用于尺寸较大、负荷较重的零件。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
(1)退火或正火+高温回火 合金元素多的中碳结构钢 (2)正火 中碳结构钢或合金元素少的结构钢
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
3、调质处理
调质：淬火+高温回火
组织：回火索氏体（回火S）
性能： 强度、塑性和韧性均较高，即具有良好的综合力学 性能； 缺口敏感性小；接触疲劳强度、耐磨性较低。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
第一节
合金结构钢
一、低合金结构钢 二、易切削钢 三、渗碳钢 四、调质钢 五、弹簧钢 六、滚动轴承钢
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
第七章 合金的熔炼
12
5．还原期
氧化期结束后扒去氧化渣，造稀薄渣覆盖钢液表面， 减少降温和吸气。 渣料组成比为，石灰：萤石：砖块＝4：1.5：0.2，渣 料加入量相当于钢液重量的2％~3％。 还原初期加锰铁预脱氧、锰铁加入量按规格成分下限 含锰量计算。 预脱氧后开始造还原渣，它有很好的脱氧脱硫能力。 还原渣有两种，即白渣和电石渣。白渣适于冶炼含碳 量低于0.35％的钢种，电石渣适于冶炼含碳量高于 0.25％的钢种。
20
铝合金的熔炼
根据所熔炼的合金种类和熔化炉的种类决定铝 合金的具体工艺流程，一般的流程：
21
熔炼前的各项准备
(一)配料计算及调整合金成分的办法
(二)金属炉料的准备
(三)非金属材料的准备
22
1. 配料的原则
1)在保证产品质量的前提条件下，根据产品的用途和加工要 求，应充分利用重熔的废料，尽量少用新料，把成分合 格的废料都利用掉；对于质量、性能要求高的产品， 则 应少用废料，多用高品位的新料。 2)多次使用废料的比例，应考虑尽量使用低品位的纯金属， 废料多次循环使用后，炉料质量降低(杂质增加、含气量 增加)和可能出现遗传效应的情况，一般＜50％。 3)如加入的合金元素熔点比基体金属高很多，或在基体金 属易产生偏析、或其本身极易烧损，或要求其含量精确 控制的，多采用中间合金而不采用纯金属。
29
7)氟硅酸钠、氟硼酸钠：应平铺在盘内(厚度在10～15mm左 右)，在350～400℃的烘箱内烘烤3h，然后按规定比例与六 氯乙烷混合压块，或与其他材料配合使用。在使用前仍要在 120℃温度下烘烤1h。 8)氯化铝：使用的应在120～150℃温度下烘烤3～4h，再放入 干燥器或110～120℃的烘烤箱中备用。 9)无毒精炼剂：为了避免氯气、六氯乙烷等产生刺激性气体的 危害而选用硝酸钠(或硝酸钾)、石墨粉、冰晶石、食盐及耐 火砖屑等成分，技不同比例配制成精炼剂。例如，34％ NaNO3 46％石墨粉＋2％冰晶石(Na3AlF6)＋10％NaCl＋30 ％耐火砖屑。先将上述原料在120温度下烘烤1～1.5h，然后 用100＃～150＃筛过筛，筛后将混合物在模具内压成Φ 45x 30的圆饼，放入干燥器中或100℃左右的烘箱中备用。
5．还原期
氧化期结束后扒去氧化渣，造稀薄渣覆盖钢液表面， 减少降温和吸气。 渣料组成比为，石灰：萤石：砖块＝4：1.5：0.2，渣 料加入量相当于钢液重量的2％~3％。 还原初期加锰铁预脱氧、锰铁加入量按规格成分下限 含锰量计算。 预脱氧后开始造还原渣，它有很好的脱氧脱硫能力。 还原渣有两种，即白渣和电石渣。白渣适于冶炼含碳 量低于0.35％的钢种，电石渣适于冶炼含碳量高于 0.25％的钢种。
20
铝合金的熔炼
根据所熔炼的合金种类和熔化炉的种类决定铝 合金的具体工艺流程，一般的流程：
21
熔炼前的各项准备
(一)配料计算及调整合金成分的办法
(二)金属炉料的准备
(三)非金属材料的准备
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1. 配料的原则
1)在保证产品质量的前提条件下，根据产品的用途和加工要 求，应充分利用重熔的废料，尽量少用新料，把成分合 格的废料都利用掉；对于质量、性能要求高的产品， 则 应少用废料，多用高品位的新料。 2)多次使用废料的比例，应考虑尽量使用低品位的纯金属， 废料多次循环使用后，炉料质量降低(杂质增加、含气量 增加)和可能出现遗传效应的情况，一般＜50％。 3)如加入的合金元素熔点比基体金属高很多，或在基体金 属易产生偏析、或其本身极易烧损，或要求其含量精确 控制的，多采用中间合金而不采用纯金属。
29
7)氟硅酸钠、氟硼酸钠：应平铺在盘内(厚度在10～15mm左 右)，在350～400℃的烘箱内烘烤3h，然后按规定比例与六 氯乙烷混合压块，或与其他材料配合使用。在使用前仍要在 120℃温度下烘烤1h。 8)氯化铝：使用的应在120～150℃温度下烘烤3～4h，再放入 干燥器或110～120℃的烘烤箱中备用。 9)无毒精炼剂：为了避免氯气、六氯乙烷等产生刺激性气体的 危害而选用硝酸钠(或硝酸钾)、石墨粉、冰晶石、食盐及耐 火砖屑等成分，技不同比例配制成精炼剂。例如，34％ NaNO3 46％石墨粉＋2％冰晶石(Na3AlF6)＋10％NaCl＋30 ％耐火砖屑。先将上述原料在120温度下烘烤1～1.5h，然后 用100＃～150＃筛过筛，筛后将混合物在模具内压成Φ 45x 30的圆饼，放入干燥器中或100℃左右的烘箱中备用。
工程材料7合金钢
2、对过冷奥氏体转变的影响 ⑴ 对C曲线和淬透性的影响：除Co外，凡溶入奥氏
体的合金元素均使C曲线右移，淬透性提高。 常用提高淬透性的元素为Mn、Mo、Si、Cr、Ni、B。 ⑵ 对Ms、Mf点的影响 除Co、 Al外，所有元素 使Ms、Mf点下降，钢中 A'增多。
3、对回火转变的影响 ⑴ 提高耐回火性： ⑵ 产生二次硬化 ⑶ 防止第二类回火脆性（高温，与P有关） 碳钢
⑵ Ti、 V、 Cr、Mo、 W、 Si、Al等元素缩小奥氏体区。
锰对奥氏体相区的影响
铬对奥氏体相区的影响
A、扩大γ区并与γ -Fe无限互溶的Fe-Me 相图（Me=Mn、Ni、Co)室温下形成单 相A
B、部分扩大γ区的Fe-Me 相图（Me=C、N、Cu)
与a-Fe有限互溶
与a-Fe无限互溶
3、常用钢号及用途
①低淬透性（油淬临界直径30-
40mm）:
40Cr,40MnB一般尺寸重要零件,
如齿轮,主轴
圆
锥
②中淬透性（油淬临界直径4060mm）:
齿 轮
35CrMo截面尺寸较大零件,
如曲轴,连杆.
③高淬透性（油淬临界直径60100mm）:
40CrNiMo大截面重载重要零件,如汽 轮机主轴、叶轮、航空发动机轴
焊接用钢及合金
T ××××× U ××××× W ×××××
低合金钢
L ×××××
§7-2 结构钢
§7-2-1 工程构件用钢 一、工程构件用钢对性能的要求
使用性能以强韧性为主。 工艺性能以可焊性、冷变形性为主。 合金结构钢除少量为中高合金钢外，其余都是
低合金钢。
二、低合金高强度结构钢
1、性能要求:
C、缩小并封闭γ区，与a-Fe有 限互溶的Fe-Me相图
第七章合金钢
二、编号方法：
按 （ GB221-79 ） 的 规 定 ， 合 金 钢 结 构 钢与合金工具钢均采用下述方法编号：
数字+化学元素+数字
⒈合金结构钢的编号
第一部份数字为：含碳量的万分数； 第二部分化学元素：即钢中所含合金元素;； 第三部分数字：合金含量。以合金平均含
量的百分数表示。 含量≤1.5％时，无数字；若含量等于、大 于1.5％、2.5％、3.5％….时，分别以数字2、 3、4、….表示。
例1：
60Si2Mn －表示含碳0.57～0.65％，
含Si ﹥1.5％，Mn含量≤1.5％的合金钢。 例2：
40Cr －表示含碳0.37～0.45％，
Cr含量≤1.5％的铬钢。
Hale Waihona Puke ⒉合金工具钢的编号第一部份数字：含碳千分数 ，当 含碳量≥1％时不标数字；合金元素同结构钢； 合金元素含量同结构钢。
例：
一、对钢中基本相产生影响 碳钢室温下的基本相，为铁素体F，渗碳体
Fe3C 。一般非碳化物元素溶入F体，形成合金铁素 体（固溶体）；碳化物元素则置换 Fe3C中的铁原子， 形成渗碳体型碳化物和合金渗碳体（化合物）。
凡能溶入铁素体的元素，只要在适当的含量范 围内，就都不同程度地使其硬度、韧性有所提高。
（见书P91下）
合金元素提强的机理：
① 固溶强化作用：
形成合金铁素体时，由于溶入元素原子直 径与原晶格中Fe原子的直径有差别，引起铁素 体晶格畸变，使塑性变形抗力增大。
若合金元素的原子半径与Fe的原子半径相 差较大；两者晶格类型相差较大，则造成的畸 变加大，其固溶强化效果也越显著，使合金铁 素体强度↑。
② 细晶提强作用：
9SiCr－含碳0.9％，Si 、Cr≤1.5％的合
低合金钢和合金钢
• 碳化物形成元素中，有些元素（如Mn）与碳的亲 合力较弱，除少量可溶于渗碳体中形成合金渗碳 体外，大部分仍溶于铁素体或奥氏体中。
• 而与碳亲和力较强的一些碳化物形成元素（如Cr、 Mo、W等），当其含量较少时，多半溶于渗碳体 中，形成合金渗碳体；当含量较高时，则可能形 成新的特殊的合金碳化物。
• 与碳亲合力很强的碳化物形成元素（如Nb、Ti、 Zr等），几乎总是与碳形成特殊的碳化物。
高级优质 Wc = 1.2%
碳素工具钢
4.铸造碳钢
ZG 200 - 400
Rm≥ 400MPa Rel ≥ 200MPa
铸钢
• 由于碳钢具有较好的机械性能和工艺性 能，并且产量大、价格较低，因此它是 机械工程上应用十分广泛的金属材料。
• 随着科学技术和工业的发展，对材料提 出了更高的要求，如更高的强度，抗高 温、高压、低温，耐腐蚀、磨损以及其 它特殊物理、化学性能的要求，碳钢已 不能完全满足要求。
合金钢的分类
按合金元素含量多少，分为 • 低合金钢（合金元素总量低于5%） • 中合金钢（合金元素总量为5%-10%） • 高合金钢（合金元素总量高于10%）
合金钢的分类
按用途分类 • 合金结构钢 • 合金工具钢 • 特殊性能钢
合金钢的分类
按所含的主要合金元素，分为 • 铬钢（Cr-Fe-C) • 铬镍钢（Cr-Ni-Fe-C) • 锰钢（Mn-Fe-C) • 硅锰钢（Si-Mn-Fe-C)
碳化物的影响 碳化物是钢中的重要相之一，碳化物的类型、数量、大小、
形状及分布对钢的性能有很重要的影响。
➢ 熔点、硬度、耐磨性最高。
合金钢的分类
按小试样正火或铸态组织，分为 • 珠光体钢 • 马氏体钢 • 铁素体钢 • 奥氏体钢 • 莱氏体
工程材料学-7合金钢
热、耐磨、电磁等性能。
§7.1 钢中合金元素的作用
7.1.1 对钢中基本相的影响 1、溶于铁素体，形成合金铁素体 非碳化物形成元素(Ni、Si、Al、Cu、Co) 及过剩
的碳化物形成元素。
Si、Mn对强度、硬度 提高显著。Cr、Ni在适当范 围内提高韧性。
钢带
§7.1 钢中合金元素的作用
2、形成碳化物 合金元素与
2. 低合金高强度钢的编号 根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以 采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之 几）＋化学元素符号，按顺序表示，如16Mn。
转炉炼钢
热连轧钢板
§7.2 合金钢的分类与编号
3. 合金工具钢的编号
一位数字＋元素符号＋数字+质量判别
平均含碳量， 单位为0.1%， 但超过1.0%及 高合金工具钢
概论
碳钢的优点： ■ 价格低廉，便于获得，容易加工。 ■ 通过改变含碳量和进行不同的热处理，能满足许多 工程上的需求。
碳钢的缺点： ■ 淬透性低，回火抗力差，基本相软弱。 ■ 对于一些特殊的性能要求：如耐热、耐低温、耐腐 蚀、高耐磨等，碳钢也无法满足。
——通过钢的合金化来提高钢的性能。
概论
为了提高钢的力学、工艺、物理或化学性能， 在冶炼时特意往钢中加入的一些化学元素(即通常 称为合金元素)，所得到的钢称为合金钢。 改善对象 ■ 提高强度； ■ 提高淬透性； ■ 提高高温强度、热硬性； ■ 提高抗氧化、耐腐蚀、耐
模锻 精加工
860℃正 火
650℃高温回 火
机加工
550℃高温回火（水冷） 850℃淬火（油冷）
§7.3 合金结构钢
4、常用钢号及用途 低淬透性钢：
D0油<30~40mm, 常用 40Cr, 用于制造较小的 齿轮、轴、螺栓等。
§7.1 钢中合金元素的作用
7.1.1 对钢中基本相的影响 1、溶于铁素体，形成合金铁素体 非碳化物形成元素(Ni、Si、Al、Cu、Co) 及过剩
的碳化物形成元素。
Si、Mn对强度、硬度 提高显著。Cr、Ni在适当范 围内提高韧性。
钢带
§7.1 钢中合金元素的作用
2、形成碳化物 合金元素与
2. 低合金高强度钢的编号 根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以 采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之 几）＋化学元素符号，按顺序表示，如16Mn。
转炉炼钢
热连轧钢板
§7.2 合金钢的分类与编号
3. 合金工具钢的编号
一位数字＋元素符号＋数字+质量判别
平均含碳量， 单位为0.1%， 但超过1.0%及 高合金工具钢
概论
碳钢的优点： ■ 价格低廉，便于获得，容易加工。 ■ 通过改变含碳量和进行不同的热处理，能满足许多 工程上的需求。
碳钢的缺点： ■ 淬透性低，回火抗力差，基本相软弱。 ■ 对于一些特殊的性能要求：如耐热、耐低温、耐腐 蚀、高耐磨等，碳钢也无法满足。
——通过钢的合金化来提高钢的性能。
概论
为了提高钢的力学、工艺、物理或化学性能， 在冶炼时特意往钢中加入的一些化学元素(即通常 称为合金元素)，所得到的钢称为合金钢。 改善对象 ■ 提高强度； ■ 提高淬透性； ■ 提高高温强度、热硬性； ■ 提高抗氧化、耐腐蚀、耐
模锻 精加工
860℃正 火
650℃高温回 火
机加工
550℃高温回火（水冷） 850℃淬火（油冷）
§7.3 合金结构钢
4、常用钢号及用途 低淬透性钢：
D0油<30~40mm, 常用 40Cr, 用于制造较小的 齿轮、轴、螺栓等。
第07章 合金钢
2.4.3 出现第二类回火脆性
钢在淬火后回火时， 在一定的温度范围内， 韧性出现谷值，表现 出明显的脆化现象称 为回火脆性。
回火脆性包括：
第一类回火脆性在200~400℃范围内回火后出现，难 以避免，因此碳钢和合金钢的回火不宜在这个温度进 行。一般认为，低温回火脆性是由于马氏体分解时沿 马氏体条或片的界面析出断续的薄壳状碳化物所致。
部分合金钢在500-650℃回火后缓冷时，也出现韧性 下降，称为第二类回火脆性，通常认为是部分合金元 素如Ni、Cr、Mn或杂质S、P等在晶界处出现偏聚有 关，只要在回火后采用较快的速度冷却，如在水或油 中冷却，就可以避免第二类回火脆性的产生。
第三节
合金结构钢
结构钢主要用来制造工程构件，是机械、交通、石化、建
Re(稀土)、Al
1.2 合金钢分类
1) 按用途分类
结 构 钢 — 主要用来制造承受力结构零部件，其中就热处
理或专门构件的类型可分别称呼为调质钢、渗
碳钢、弹簧钢、轴承钢等。 工模具钢 — 主要用来制造加工其它零件的工具或模具，其 中又分为刃具钢、模具钢、量具钢等。 特 殊 钢 — 具有特殊性能而作某项专用的钢，其中又分为
内容目录
1. 分类及编号 2. 合金元素在钢中的作用 3. 合金结构钢
4. 机器零件用钢
5. 合金工具钢
6. 特殊钢
第一节 1.1 合金钢介绍
钢的分类及编号
为了提高钢的力学、工艺、物理或化学性能，在冶炼时特 意往钢中加入的一些化学元素(即通常称为合金元素)，所 得到的钢称为合金钢。
改善对象
提高强度
提高淬透性
提高高温强度、热硬性 提高抗氧化、耐腐蚀、耐热、耐磨、电磁等特殊性能
钢中常用合金元素 钢的成分中含有的元素一般除Fe、C外，还包括：
合金钢的基础知识
Q3性能好 船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。 船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。
东风号远洋轮船Q345
Q390钢含 、Ti、Nb，强度高， 钢含V、 、 ，强度高， 钢含 用于中等压力的容器。 用于中等压力的容器。
南京长江大桥Q345
Q460钢含 、B，正火组织为 ， 钢含Mo、 ，正火组织为B， 钢含 强度最高，用于石化中温高压容 强度最高， 器。
第七章 合金钢
1. 2. 3. 4. 合金钢的基础知识 合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢
§1 合金钢的基础知识
碳钢：价格低，但力学性能低，淬透性低，回火抗力差， 碳钢：价格低，但力学性能低，淬透性低，回火抗力差，不 能满足特殊性能要求（如耐热、耐低温、耐蚀等）。 能满足特殊性能要求（如耐热、耐低温、耐蚀等）。 在碳钢的基础上，加入某些合金元素而得到的钢。 合金钢 ：在碳钢的基础上，加入某些合金元素而得到的钢。 一．合金元素对钢中基本相的影响 相图的影响。 二．合金元素对Fe-Fe3C相图的影响。 合金元素对 相图的影响 合金元素对钢的热处理的影响。 三． 合金元素对钢的热处理的影响。
连 杆
40Cr钢制造连杆螺栓的热处理工艺曲线 钢制造连杆螺栓的热处理工艺曲线
四．弹簧钢
成分： 成分： 中高碳：碳素弹簧钢0.6～ ① 中高碳：碳素弹簧钢 ～0.9%C，合金弹簧钢 ，合金弹簧钢0.45～ ～ 0.70%C，经淬火加中温回火后得到回火托氏体组织，能较 ，经淬火加中温回火后得到回火托氏体组织， 好地保证弹簧的性能要求。 好地保证弹簧的性能要求。 ② 合金元素 主加元素为Si、 等 主加元素为 、Mn等，其主要作用是提高淬透 基体； 性、回火稳定性、强化F基体；辅加元素为 、W、V等 回火稳定性、强化 基体 辅加元素为Mo、 、 等 强碳化物形成元素，主要作用有防止 引起的脱碳缺陷 引起的脱碳缺陷， 强碳化物形成元素，主要作用有防止Si引起的脱碳缺陷， 并细化晶粒及进一步提高弹性极限与屈强比。 并细化晶粒及进一步提高弹性极限与屈强比。
第七章 合金钢
合金元素对热处理过程的影响
3、残余奥氏体量（A′% ） 除Co、Al外，大部分合金元素使Ms ，A′ 。
4、回火转变
●提高回火稳定性——把回火转变过程向较高温度推移。 ●甚至出现二次硬化： 1）Ti、V、W、Mo等[→γ （M）]，在500~600℃沉淀析出 特殊碳化物，起沉淀（弥散）硬化作用； 2）A′稳定，500~600℃仍不分解，回火冷却时转变成M, 称二次淬火。 ●消除第二类回火脆性：Mo、W
2007-05-12 21
机械工程材料精品课程
机械结构钢
2.调质钢
曲轴
连杆
齿轮
机床主轴
2007-05-12 22
机械工程材料精品课程
调质钢
调质钢定义：
调质钢指采用调质处理（淬火＋高温回火，获得回火索氏 体组织）作为预先热处理或最终热处理的结构钢。 调质钢用途： 制造各类结构件及轴类零件，如机床主轴、连杆螺栓、 内燃机曲轴等。
扁钢剪断→加热成型→淬火→中温回火（T回）→喷丸 ◆冷绕成型弹簧：
200～300℃去应力
定型处理
气门弹簧
汽车板簧
2007-05-12 28
机械工程材料精品课程
机械结构钢
4.易切削钢
易切削钢棒
易切削钢油路部件
照相机外壳
2007-05-12 29
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易切削钢
加入元素：
S、P、Pb、Ca等，提高刀具寿命 。
按使用特性分类
2007-05-12
4
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合金钢的分类及编号方法
2. 编号方法 合金钢的编号能反映出该钢号的主要成分，包 括碳质量分数、合金元素及其质量分数。 编号原则：数字＋元素符号＋数字 ⅰ碳质量分数 ⅱ合金元素及其质量分数
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碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性提高
第七章合金钢
二、合金元素对Fe 图的影响
-
Fe3C相
1. 使奥氏体相区缩小的合金元素
Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等元素缩小奥氏 体相区，使A3点上升， A4点下降。
Cr13%时，室温下为单相铁素体组织，称铁 素体钢。
2. 使奥氏体相区扩大的合金元素
Ni、Mn、Co、C、N等元素扩大奥氏体相区， 使A3点下降， A4点上升。
碳素工具钢
T
头 车辆车轴用钢 LZ
头
(滚珠)轴承钢
G
头 机车车轴用钢 JZ
头
焊接用钢
H 头 沸腾钢
F
尾
铆螺钢
ML 头 半镇静钢
b
尾
船用钢
国际符号
镇静钢
Z
尾
汽车大梁用钢
L
尾 特殊镇静钢
TZ 尾
压力容器用钢
R
第尾七章合质金钢量等级
A.B.C.D.E 尾
1、低合金高强度钢编号方法
Q+最低屈服强度值+质量等级符号 Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa； 质量等级符号为A、B、C、D、E。由A到E，
素都溶于铁素体，形成合金铁素体。 Si、Mn对强度、硬度提高显著。 Cr、Ni在适当范围内提高韧性。
合金元素对铁素体硬度影响
第七章合金钢
合金元素对铁素体冲击韧性影响
2. 形成碳化物，起强化相作用 合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：
强碳化物形成元素
中碳化物形成元素 弱碳化物形成元素
Ti、Zr、Nb、V、 W、Mo、Cr、 Mn、Fe
钢类
普通质量钢 优质钢 高级优质钢 特级优质钢
碳素钢
P
S
≤0.045 ≤0.045
≤0.035 ≤0.035
≤0.030 ≤0.030
≤0.025 ≤0.020
第七章合金钢
合金钢
P
S
≤0.045 ≤0.045
≤0.035 ≤0.035
≤0.025 ≤0.025
≤0.025 ≤0.015
2、按使用特性分
Mn13%或Ni9%时, 室温下为单相奥 氏体组织, 称奥氏体钢。
锰对奥氏体相区的影响
第七章合金钢
铬对奥氏体相区的影响
三、合金元素对钢热处理的影响 1. 合金元素对钢加热的影响
（1）对奥氏体形成速度的影响： 除Ni、Co外，都减缓奥氏体化 过程。
（2）对奥氏体晶粒长大倾向的影响： 碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大 Mn、P促进长大。
其P、S含量依次下降，质量提高。
第七章合金钢
低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静 钢，其牌号中没有表示脱氧方法的符号。如 Q345C。
*说明：一般情况下，屈服强度值小300MPa 时为碳素结构钢，大于300MPa时为低合金高 强度钢。
第七章合金钢
2、合金钢的牌号
牌号为碳含量+合金元素符号+元素的百分含量数字 ⑴ 合金元素及其含量标注 当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不
②高速钢不标含碳量，如W18Cr4V (含0.75%C)
③滚动轴承钢不标含碳量，如GCr15 (1.0%C)
④高锰钢不标含碳量，如ZGMn13 (0.75～ 1.45%C)
⑤铸钢在牌号前加“ZG”, 余同结构钢, 如
ZG20Cr13
第七章合金钢
⑦ 不锈钢和耐热钢 当含碳量为0.1% - 0.03%时，以“0”表示，如“0Cr18Ni9”
第七章 合金钢
所谓合金钢，是指在碳 素钢基础上为改善钢的某些 性能而在熔炼时加入一些特 定元素所构成的钢。按合金 元素加入量的高低，合金钢 可分为低合金钢、中合金钢 和高合金钢三种 。
第七章合金钢
第一节 合金元素在钢中的作用 一、合金元素在钢中的存在形式
1. 溶于铁素体, 起固溶强化作用 非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元
标含量。如20CrMnTi 当合金元素的平均含量为1.50～2.49%、2.50～ 3.49%、
3.50～4.49%、4.50～5.49%、……时，在相应的合金元 素符号后标2、3、4、5 ……等数字。如20CrNi3。
第七章合金钢
* 说明： ①滚动轴承钢含铬量也以千分之一为单位标出，并在
牌号头部加字母“G”，如GCr15 ②高级优质合金钢在牌号后加字母A，如60Si2MnA。 ③特级优质合金钢在牌号后加字母E，如30CrMnSiE。
第七章合金钢
⑵ 碳含量标注 ①合金结构钢 含碳量以万分之一为单位标出(两位数字) 如40Cr、60Si2Mn ②工具钢和特殊性能钢 含碳量以千分之一为单位标出(一位数字) 如8MnSi、4Cr13
第七章合金钢
* 说明
①低合金工具钢含碳量大于1.00%时，不标含碳量， 如CrWMn (1.0%C)
碳钢
2）产生二次硬化
含高W、Mo、Cr、V钢淬火后在５００～６０ ０℃回火时, 硬度不仅不下降, 反而升高的现象 称二次硬化。
3）防止第二类回火脆性
高速钢
加W、Mo可防止第二类回火脆性。
第七章合金钢
第二节 合金钢的分类
一、按质量等级分
分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。
根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：
常用钢（含碳素钢）产品的名称、用途、 特性和工艺方法表示符号（GB/T 221— 2000）见下表
第七章合金钢
常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法 表示符号（GB/T 221—2000）
名称
符号 位置
名称
符号 位置
碳素结构钢
Q 头 桥梁用钢
q
尾
低合金高强度钢 Q 头 锅炉用钢
g
尾
易切削钢
Y 头 焊接气瓶用钢 HP 尾
第七章合金钢
2. 合金元素对钢冷却转变的影响
对C曲线和淬透性的影响：合金元素（除Co、Al）的加 入，稳定奥氏体，使C曲线右移，淬透性提高。
常用提高淬透性的元素为Mn、Si、Cr、Ni、B。 Nhomakorabea第七章合金钢
3.合金元素对钢回火转变的影响
1）提高耐回火性：淬火钢在回火过程中抵抗
硬度下降的能力称耐回火性。
工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆
结构钢
机器用钢
渗 碳 钢调 质 钢弹 簧 钢滚动轴承 钢耐 磨 钢
刃具钢
工 具 钢 模具钢
量具钢
特殊性能钢
不锈钢 耐热钢
第七章合金钢
二、合金钢的牌号
合金钢的编号方法延用了碳钢的一些 编号习惯，即工程结构用的合金钢（低 合金高强度结构钢）用钢的屈服点来表 示它的牌号；机器零件用的合金结构钢、 合金工具钢及特殊性能钢一般用它的化 学成分（碳质量分数、合金元素含量） 来表示它的牌号。