5.5特殊性能钢16页PPT

耐磨钢
特殊性能钢
1.定义
特殊性能钢是具有特殊物理,化学性能的钢,能用 来制造要求具有一定力学性能，还要求具有特 殊性能的零件
2.分类
不锈耐酸钢
特殊性能钢： 耐热钢
耐磨钢
3.特殊性能钢牌号
平均碳的质 量的千分数
合金元素平均 质量的百分数
1):特殊性能钢牌号规则：数字+合金元素符号+数字 如2Cr13,1Cr13,1Cr17 说明：Wc>1%时，不标数字；合金元素含量＜ 1.5%,牌号中只标明元素符号,不标含量 1Cr13 表示平均含碳0.1% Cr含量13%的不锈钢 2Cr13 表示平均含碳0.2% Cr含量13%的不锈钢 2)、但如果含碳量≤0.03%及0.03% ≤ Wc≤0.08%时，在钢 号前分别定拟“00”及“0”表示。
2)分类:
按组织状态分
按成分分
马氏体不锈钢
铬不锈钢
铁素体不锈钢 奥氏体不锈钢
镍铬不锈钢 铬锰氮不锈钢
3)马氏体不锈钢:
①定义常:用马氏体不锈钢的含碳量为0.1%-0.45%,含 铬量为12%-14%,属铬不锈钢
②常见牌常号见: 的牌号有1Cr13 、2Cr13 、3Cr13 、 4Cr13,9Cr18,随着钢中含碳量增加、钢的强度、硬 度、耐磨性提高、但耐腐蚀性降低
⑥用途: 食品设备、化工容器、管道等
⑦不具有磁性或者弱磁性
表1 常用不锈钢的特性和应用
类别 序号 牌号
特性和应用
马氏体 不锈钢
铁素体 不锈钢
奥氏体 不锈钢
1
1Cr1
用于汽轮机片及高应力部件之良好的 不锈耐热钢
2 3
3 2Cr1
3 3Cr1
3
淬火状态下硬度高,耐腐蚀性良好， 用于汽轮机叶片

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第一节钢材的品种、规格及性能
• (三)钢管
•
钢管是一种具有中空截面的长条形管状钢材。钢管和圆钢等实心钢材相比，在抗弯抗扭强度相同
时，重量较轻，是一种经济截面钢材，故钢管广泛用于制造结构件和各种机械零件。
•
钢管按照横截面形状的不同，分为圆管和异形管。
• (四)钢筋
含量。焊接结构应保证碳(C)的极限含量。必要时还应有冷弯试验的合格证。
•
对于重级工作制以及起重量不小于50 t的中级工作制起重机梁或类似结构的钢材，应有常温冲
击韧性的保证。计算温度等于或低于-20 °C时，Q235钢应具有-20 °C下冲击韧性的保证，Q345钢应具有
-40 °C下冲击韧性的保证。
•
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第一节钢材的品种、规格及性能
• (2)工字钢的规格。
• 1)工字钢有普通工字钢和轻型工字钢之分，分别用符号“工”和“Q工”及号数表示，号数代表截面高 度的厘米数。
• ①工20和工32以上的普通工字钢，同一号数中又分a, b和b, c类型，其腹板厚度和翼缘宽度均分别递 增2 mm。如工36 a表示截面高度为360 mm、腹板厚度为a类的普通工字钢。工字钢宜尽量选用腹板厚度 最薄的a类，因其线密度低，而截面惯性矩相对较大。
下一页上一页返回第一节钢材的品种规格及性能三冶炼缺陷对钢材性能的影响钢材冶炼缺陷有偏折非金属夹杂和分层等对钢材性能的影响见表111四热处理及残余应力对钢材性能的影响1经过适当的热处理可显著提高钢材的强度并保持良好的塑性和韧性
第一节钢材的品种、规格及性能
• (二)型钢
• 1.型钢的种类
• (1)按材质的不同，分为普通型钢和优质型钢。

特殊性能钢
特殊性能钢 是 指具有Fra bibliotek特殊物理、化学性能
的钢。 特 殊 性 能 钢 不锈钢 耐热钢 耐磨钢
特殊性能钢
牌号的表示方法
特殊性能钢牌号表示方法与合金工具钢基本相同！
如9Cr18 不锈钢、耐热钢在含碳量很低时表示方法有所不同。 w(C) ≤0.03%，在最前面用“00”表示， w(C) ≤0.08%，在最前面用“0”表示
耐磨钢 是指在冲击载荷作用下发
生冲击硬化的高锰钢。
只有ZGMn13一个钢号.
高锰钢 高锰钢铸件
成分特点
⑴ 高碳：1.0~1.3%C
以保持高耐磨性。
⑵ 高锰：11~14%Mn 以
保证形成奥氏体组织。
00Cr17Ni14Mo2，0Cr18Ni9
耐磨钢铸造成型后使用，牌号前一般加“ ZG”，
“ZG+元素符号+数字….. ”
百分之一为单位
ZGMn13-1
不锈钢
某些在大气和一般介质中具有较高化学稳定性的钢 金属腐蚀：化学腐蚀、电化学腐蚀
金属中不同相由于其电极电位不同 而在电解质溶液中形成原电池，并 在腐蚀过程中有微电流产生
常用的防护措施：
形成钝化膜保护金属 获得单相组织，避免形成原电池 提高基体电极电位，减小电极电位差
汽轮机叶片
耐热钢
耐热钢是指具有良好的高温抗 氧化性和高温强度的钢。 性能要求 1.高的抗氧化性： 指钢在高温下对氧化作用 的抗力。 2.高的热强性 热强性是指金属在高温下 的强度.
航空发动机 汽轮机叶片

0.17～0.37
0.40～0.70
0.80～1.10 0.30～0.60 1.50～1.80
Mo 0.40～0.55
Mo 0.25～0.35 V 0.15～0.30
Mo 0.25～0.35 V 0.15～0.30
淬火：900，空 回火：650，空
淬火：970，空 回火：750，空
淬火：奥氏体不锈钢的基础上加入了W，Mo，V，Ti，Nb， Al等合金元素。合金加入总量超过10%，具有较高的热强性和抗氧化性，较 高的塑性和冲击韧性，良好的可焊性和冷成形性。其主要用于制造工作温度 在600～850℃间的高压锅炉过热器、汽轮机叶片、叶轮、发动机气阀等零件， 常用牌号有07Cr19Ni11Ti，45Cr14Ni14W2Mo等。 常用耐热钢的牌号、成分、热处理及用途如表6-16所示。
3 化学成分
为了提高耐热钢的抗氧化性能，加入有Cr，Si和Al等合金元素，可在钢的表面形成完整 稳定的氧化物保护膜。为提高耐热钢的热强性，加入Ti，Nb，V，W，Mo，Ni等合金元素。
4 常用耐热钢
耐热钢按性能和用途的不同，可分为抗氧化钢和热强钢。
1）抗氧化钢
在高温下有较好的抗氧化性且有一定强度的钢种称为抗氧化钢。其多用来制造
010～1
150，焊制N造iC深r 钢冲的零件焊、 芯
制造耐硝酸、
固溶处理：1 010～1 150，有 机 酸 、 盐 、
快冷
碱溶液腐蚀的
设备
制造焊芯、抗
固溶处理：925～1 快冷
150，
磁仪表、医疗 器械、耐酸容 器、输送管道
等
1）马氏体不锈钢
马 氏 体 不 锈 钢 属 于 铬 不 锈 钢 ， 通 常 称 为 Cr13 型 不 锈 钢 。 其 碳 质 量 分 数 ωC 为

(滚珠轴承钢)
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二、合金工具钢
合金工具钢是制造刃具、量具和模具的钢种。不仅有更高的硬度 和耐磨性,还具有更高的红硬性。
1、合金刃具钢
用途：主要用于制造各种
铣
金属切削刀具，如车刀、铣刀、
刀
钻头等。
英制模板刀
性能： （1）高硬度，60HRC以上； （2）高的耐磨性； （3）高热硬性 ； （4）足够的塑性和韧性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种高合金 钢.它主要包括不锈钢,耐磨钢等.
1、不锈钢 能抵抗大气,酸,咸或其它介质腐蚀的钢。
不锈钢在石油化工、国防工业和一些尖端科学技术及日常生 活中都得到广泛应用，例如化工装置中的各种管道、阀门和泵， 医疗手术器械，防锈刃具和量具等。
碳钢
1、常存杂质对碳钢性能影响
•
（3）硫的影响
杂质S几乎不溶于铁素体，而与Fe形成FeS存在于钢中或与Fe形成 共晶体。FeS及其共晶体溶点均低于热形变加工温度（1150～1250℃）， 使钢在热形变加工中产生“热脆性”。Mn使硫形成MnS，其熔点高达 1620℃，从而消除S引起的热脆性。
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前两位数字表示平均含碳量的万倍，后面数字表示合金元素的 百倍。如60Si2Mn,40Cr等。Wc=0.60%
(2)合金工具钢的牌号 其牌号表示方法与合金结构钢类似，但其平均 Wc>1% 时不标出；当Wc<1%前面数字表示含碳量的千倍。 如：9SiCr, Cr12,5CrMnMo等。Wc=0.9% 但高速钢不标含碳量，只写出合金元素符号及其含量。
合金调质钢、合金轴承钢
合金钢
合金工具钢
合金刃具钢：低刃合具金钢刃、具高钢速、钢高合金 合金模具钢 ：冷作模具钢、热作模具钢

03
降低成本：降低生产成本，提高企业竞争力
04
智能化：采用自动化、智能化技术，提高生产效率和质量
智能化热处理系统
STEP1
STEP2
STEP3
STEP4
采用先进的传 感器和自动化 控制技术，实 现热处理过程 的精确控制
利用大数据和 人工智能技术， 实现热处理工 艺的优化和改 进
集成多种热处 理设备，实现 热处理过程的 自动化和智能 化
3
特殊性能钢的制造工艺复杂， 需要采用特殊的冶炼、热处
理和加工工艺。
4
特殊性能钢的发展趋势是提 高性能、降低成本、保护环
境和节约资源。
特殊性能钢的分类
耐热钢：具有良好的高温强度和 抗氧化性，用于高温工作环境
耐腐蚀钢：具有良好的耐腐蚀性， 用于腐蚀性工作环境
超硬钢：具有超高硬度，用于耐 磨、耐冲击和耐疲劳工作环境
超导钢：具有超导性能，用于超 导材料和设备
智能钢：具有智能功能，用于智 能材料和设备
耐磨钢：具有优异的耐磨性，用 于磨损严重的工作环境
磁性钢：具有磁性，用于磁性材 料和设备
形状记忆钢：具有形状记忆功能， 用于需要恢复原形的工作环境
生物相容性钢：具有良好的生物 相容性，用于生物医学领域
纳米钢：具有纳米结构，用于纳 米材料和设备
时效处理是将固溶处理后 的高温合金在低于固溶温 度的温度下进行保温，使 合金中的元素析出微细的 理是将时效处理后 的高温合金进行低温回火， 以消除内应力，提高合金 的塑性和韧性。
高温合金的热处理工艺对 合金的性能具有重要影响， 合理的热处理工艺可以提 高高温合金的使用寿命和 可靠性。
特殊性能钢的应用领域
航空航天：用于制 造飞机、火箭、卫 星等航天器

特殊性能钢
图1-16 片状珠光体电化学腐蚀示意图
特殊性能钢
为了提高钢的耐蚀性，主要采取以下措施。
（1）在钢中加入大量的合金元素(常用铅)，使金属表面形成 一层致密的氧化膜(又称为钝化膜，如Cr2O3等)，使钢与外界隔绝 而不进一步氧化。
（2）在钢中加入大量合金元素(如Cr等)，使钢基体(铁素体、 奥氏体、马氏体)的电极电位提高，从而提高其抵抗电化学腐蚀的 能力。如铁素体中溶解11.7%的铬时，其电极电位由－0.56 V提高 到+0.2 V，如图1-17所示。
特殊性能钢
2. 耐热钢
在航空、航天、火力电站、化工等部门中，许多零件 在高温下使用，要求具有耐热性。所谓耐热性，是指材料 在高温下兼有抗氧化与高温强度的综合性能。具有良好耐 热性的钢称为耐热钢，它包括抗氧化钢与热强钢两类。抗 氧化钢是指在高温下有较好抗氧化能力，并有一定强度的 钢（又称为不起皮钢）；热强钢是在高温下有良好抗氧化 能力并具有较高的高温强度的钢。
特殊性能钢
（2）马氏体不锈钢。马氏体不锈钢中含碳量比铁素体不锈 钢高，淬火后能得到马氏体，故称马氏体不锈钢。随着钢中含碳 量的增加，耐腐蚀性降低。马氏体不锈钢的耐蚀性、塑性、焊接 性均比奥氏体、铁素体不锈钢低，不过它具有较好的力学性能， 所以应用广泛。典型马氏体不锈钢有Cr13型和7Cr18型两种。
特殊性能钢
图1-17 铁铬合金电极电位与含铬量的关系
特殊性能钢
（3）加入大量铬或铬镍合金元素，使钢能形成单相的铁 素体或奥氏体组织。以免形成两相电极电位不同的组织，从而 显著提高耐蚀性。加入Mn及N也有类似作用，形成单相组织。
特殊性能钢
2）常用不锈钢
常用不锈钢按化学成分可分为铬不锈钢、铬镍不锈 钢、铬锰不锈钢等。按金相组织特点则可分为马氏体不 锈钢、铁素体不锈钢及奥氏体不锈钢三种类型。

18
弯钩
弯折
弯折
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二、无明显流幅钢筋的应力—应变关系曲线 主要针对强度高，塑性差，脆性大的钢筋。 条件流限（或条件屈服强度）——经加载、卸载后尚存有
0.2%的残余变形时的应力，用 0.2表示。
(N/mm2)
0.2
0.2－条件屈服强度
《规范》中取 0.2=0.8 b
o
0.2%
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三、钢筋的松弛（徐舒） （1）定义：钢筋受力长度保持不变的情况下，应力随时间 增长而降低的现象。 （2）影响因素： 初始应力、温度、钢筋品种
热轧钢筋：是在高温状态下轧制成型。 强度由低到高分为R235、HRB335、HRB400、
HRB500 。
冷拉钢筋：是由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成的。
冷轧带肋钢筋是：由热轧圆盘条经冷拉后在其表面冷轧成带
有斜肋的钢筋。
强度由低到高分为CRB550、CRB650、CRB970、
CRB1170。
9
余热处理钢筋是：将原热轧钢筋经过加热、淬火和回火等调质 工艺处理后制成。KL400（RRB400） 余热处理钢筋可直接用作预应力钢筋。
普通低合金钢 使钢材强度提高，塑性影响不大 含碳万分数
20MnSi2V 含锰、硅、钒的百分数
7
2.按外形特征不同分类 钢筋按其外形特征的不同，分为光面钢筋和变形钢筋两 类。 R235级钢筋都是光面钢筋，HRB335、HRB400级钢 筋都是变形（带肋）钢筋。
8
3.按生产工艺和力学性能不同分类
生产加工工艺和力学性能的不同钢筋分为：热轧钢筋、冷拉 钢筋、冷轧带肋钢筋和热处理钢筋四种。
结构设计原理
王爱兰 山东交通职业学院公路系
2014年9月

特殊性能钢及热处理
特殊性能钢是指以某些特殊物理、化学或 力学性能为主的钢种，其类型很多，在工程上 常用的主要有:
※不锈钢 ※耐热钢 ※耐磨钢
一、不锈钢
不锈钢通常是不锈钢（耐大气、蒸汽和水等 弱腐蚀介质腐蚀的钢）和耐酸钢（耐酸、碱、 盐等强腐蚀介质腐蚀的钢）的统称，全称不锈 耐酸钢。
广泛用于化工、石油、卫生、食品、建筑、 航空、原子能等行业。
马氏体不锈钢
马 氏 体 不 锈 钢 ： 碳 0.1%～1.0%， 铬 12%～18%。 此 类 钢只在氧化性介质中(如大气、海水、氧化性酸)耐蚀， 而在非氧化性介质中(如盐酸、碱溶液等)耐蚀性很低； 钢的耐蚀性随铬含量的降低和碳含量的增加而降低， 钢的强度、硬度和耐磨性则随碳的增加而改善。
常见的有：低、中碳的Cr13型（如1Cr13、2Cr13、 3Cr13、4Cr13）和高碳的Cr18型（如9Cr18、9Cr18MoV 等）。
化学腐蚀
❖ 化学腐蚀是材料与介质之间发生化学反 应而引起的腐蚀，在作用过程中没有电 流（电荷的定向流动），主要包括
➢干燥气体(表面上没有湿气冷凝)中腐蚀，如 轧钢时的氧化、内燃机活塞氧化等；
➢非电解质溶液中的腐蚀，这是指金属在不导 电的液体中发生的腐蚀,例如金属在有机液体 (如酒精、石油制品等)中的腐蚀。
②微量稀土(RE)元素如钇(Y)、镧(La)等，能防止高温 晶界的优先氧化，明显改善耐热钢的抗氧化性。
③金属表面渗Cr、Al、Si也有效提高钢抗氧化性。
抗氧化钢
抗氧化钢用于工业炉的构件、炉底板、炉罐等. F型是在F型不锈钢基础上发展形成。 A型抗氧化钢是在A不锈钢基础上发展起来的。 A型抗氧化钢目前主要有铬-镍系和铬-锰-氮系。铬 -锰-氮系奥氏体型抗氧化钢在950℃以下有较 好的抗氧化性，且有较高的高温强度，工艺性不如 铬-镍系抗氧化钢。低镍奥氏体抗氧化钢，使用比较 多的有ZG4Cr22Ni4N和 ZG3Cr24Ni7N钢，经济.

影响区的性能不低于母材的力学性能。
点 C上
AB C下
C
下屈服点
E
0
Fε
2、弹性极限：
应力超过比例极限后，应力-应变曲线略有弯曲，应力与应
变不再成正比例关系，但卸去外力时，试件变形仍能立即消失，此
阶段产生的变形是弹性变形。不产生残留塑性变形的最大应力（B点
抗拉强度虽然不能直接作为计算依据，但屈服强度与抗拉强度的比值，即“屈强比”（σs/σb）对工程应用有较大意义。
影响区的性能不低于母材的力学性能。
在建筑结构中，对承受静荷载作用的钢材，要求具有一定的力学强度，并要求所产生的变形不致影响到结构的正常工作和安全使用。 非标准试件 ： 不经过加工，直接在线材上切取的试件。
σ D 钢材在塑性破坏前，有很明显的变形和较长的变形持续时间，便于人们发现和补救。
上屈服 可焊性好的钢材易于用一般焊接方法和工艺施焊，焊接时不易形成裂纹、气孔、夹渣等缺陷，焊接接头牢固可靠，焊缝及其附近受热
另屈一服方 强面度，对对当钢应应材力使值超用过意）屈义称服重强大为度，时一弹，方性受面力，极较当高构限部件σ位的b的实。应际力应事不力实再超提过上高屈，服，而强σ自度a动时和将，荷将σ载产b相重生新不当分可配恢接给复近某的些永久应。力变较形低；部位。
钢材的冲击韧性越好，即其抵抗冲击作用的能力越强，脆性破坏的危险性越小。 常用碳素钢的屈强比为～，合金钢的屈强比为～ 弯曲角度（90°或180°）； 二、使用性能上的可焊性
钢材性能指标
一、力学性能：
力学性能又称机械性能，是钢材最重要的使用性能。在建筑结构中， 对承受静荷载作用的钢材，要求具有一定的力学强度，并要求所产生的 变形不致影响到结构的正常工作和安全使用。对承受动荷载作用的钢材， 还要求具有较高的韧性而不致发生断裂。