碳钢的基本组织和钢材介绍

简述碳元素对钢材基本组织和本能的影响规律。

当含碳量小于0.8%时，钢材的基本组织由碳素体和珠光体组成，其间随着含碳量的提高，碳素体逐渐减少而珠光体逐渐增多，钢材则表现出强度、硬度逐渐提高而塑性、任性逐渐降低。

当含碳量大于0.8%时，钢材的基本组织由珠光体和渗碳体组成，此后随着含碳量增加，珠光体逐渐减少而渗碳体相对增加，从而使钢材的硬度逐渐增大，而塑性和韧性逐渐减小，且强度下降。

碳是决定钢的力学性能的最主要因素，随含碳量的增加，硬度增大，塑性、韧性下降。

当含碳量<0.77%时，随含碳量的增加，强度增加，而当含碳量>1.0%以后，强度反而下降。

碳素钢按其含碳量的不同，可分为三种种类，分别是：低碳钢——含碳量wc≤0.25%、中碳钢——含碳量wc0.25%～0.60%、高碳钢——含碳量wc>0.60%。

钢的制取都是一项高成本低效率的工作。

如今，钢以其低廉的价格、可靠的性能成为世界上使用最多的材料之一，是建筑业、制造业和人们日常生活中不可或缺的成分。

可以说钢是现代社会的物质基础。

扩展资料：为了改善钢的性能，在冶炼碳素钢的基础上，加入一些合金元素而炼成的钢，如铬钢、锰钢、铬锰钢、铬镍钢等。

按其合金元素的总含量，可分为：1、低合金钢--合金元素的总含量≤5%。

2、中合金钢--合金元素的总含量5%～10%。

3、高合金钢--合金元素的总含量>10%。

根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特
殊性能。

按含碳量碳素钢分类引言碳素钢是一种重要的结构材料，广泛应用于工程领域。

根据其含碳量的不同，碳素钢可以分为低碳钢、中碳钢和高碳钢三类。

本文将对这三类碳素钢进行详细介绍，包括其组成、性能特点和应用领域。

低碳钢低碳钢是含有较少碳元素的钢材，通常在0.05%至0.30%之间。

除了碳元素外，低碳钢还含有一些其他元素，如锰、硅、磷和硫等。

这些元素的含量通常较低。

组成低碳钢主要由铁和少量的其他元素组成。

其中，铁是主要的基础元素，占比超过99%。

而其他元素如锰、硅、磷和硫等的含量相对较低，通常在百分之几以下。

性能特点1.韧性好：低碳钢具有良好的韧性和可塑性，易于加工和冷变形。

2.耐腐蚀性弱：由于含有较少的合金元素，低碳钢的耐腐蚀性相对较差。

3.强度低：低碳钢的强度较低，常用于需要较高韧性而不要求高强度的场合。

4.焊接性好：由于含有较少的碳元素，低碳钢具有良好的焊接性能。

应用领域由于低碳钢具有良好的韧性和可塑性，广泛应用于以下领域： 1. 建筑和桥梁：低碳钢常用于制作建筑结构和桥梁材料，如梁、柱、钢板等。

2. 汽车制造：低碳钢在汽车制造中扮演着重要角色，用于制作车身、底盘和其他零部件。

3. 家电制造：许多家电产品如冰箱、洗衣机等都使用了低碳钢材料。

中碳钢中碳钢是含有适量碳元素的钢材，通常在0.30%至0.60%之间。

与低碳钢相比，中碳钢含有更多的合金元素。

组成中碳钢主要由铁和适量的碳元素组成。

此外，中碳钢中还含有一些合金元素，如锰、硅、磷和硫等。

这些合金元素的含量较低，但相对于低碳钢来说更高。

性能特点1.强度高：中碳钢的强度较低碳钢更高，但仍然比不上高碳钢。

2.韧性适中：中碳钢在强度和韧性之间取得了平衡，具有较好的可塑性和韧性。

3.耐磨性好：由于含有适量的合金元素，中碳钢具有良好的耐磨性。

4.焊接性较差：相对于低碳钢来说，中碳钢的焊接性稍差一些。

应用领域中碳钢由于其较高的强度和耐磨性，在以下领域得到广泛应用： 1. 机械制造：中碳钢常用于制作机械零部件，如轴、齿轮、销子等。

钢材—含碳量对碳钢的组织和力学性能的影响含碳量少，一般组织由铁素体和珠光体组成，淬火后多为板条马氏体；低碳钢韧性大，硬度低，耐磨性差含碳量高，组织一般由渗碳体跟珠光体组成，淬火后多为片状马氏体；高碳钢脆性大，硬度高，耐磨性好一般碳的含量越高硬度越大，韧性降低！以下是各种钢的特点的一些简介：1 碳钢碳钢也叫碳素钢，是含碳量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。

碳素结构钢又可分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种。

按含碳量可以把碳钢分为低碳钢(wc≤0.25％)，中碳钢(wc 0.25％一0.6％)和高碳钢(wc >O．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) 。

一般碳钢中含碳量越高则硬度越高，强度也越高，但塑性降低。

2 碳素结构钢这类钢主要保证力学性能，故其牌号体现其力学性能，用Q+数字表示，其中“Q”为屈服点“屈”字的汉语拼音字首，数字表示屈服点数值，例如Q275表示屈服点为275MPa。

若牌号后面标注字母A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同，含s、P 的量依次降低，钢材质量依次提高。

若在牌号后面标注字母“F”则为沸腾钢，标注“b”为半镇静钢，不标注“F，’或“b”者为镇静钢。

例如Q235-A·F表示屈服点为235MPa的A 级沸腾钢，Q235-c表示屈服点为235MPa的c级镇静钢。

碳素结构钢一般情况下都不经热处理，而在供应状态下直接使用。

通常Q195、Q215、Q235钢碳的质量分数低，焊接性能好，塑性、韧性好，有一定强度，常轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等结构和制造普通铆钉、螺钉、螺母等零件。

Q255和Q275钢碳的质量分数稍高，强度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接，通常轧制成型钢、条钢和钢板作结构件以及制造简单机械的连杆、齿轮、联轴节、销等零件。

碳钢钢线材质及应用碳钢钢线是一种常见的建筑材料，具有广泛的应用领域。

以下是对碳钢钢线材质及其应用的详细介绍：一、碳钢钢线的材质碳钢钢线是一种由碳元素作为基本组成元素的钢材。

根据其含碳量的不同，碳钢钢线可以分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。

1. 低碳钢线：低碳钢线的碳含量一般在0.08%-0.25%之间。

低碳钢线通常具有良好的可塑性和可焊性，但强度和硬度相对较低。

低碳钢线常用于一些对强度要求不高的结构，如钢丝网、钢筋和围栏等。

2. 中碳钢线：中碳钢线的碳含量大约在0.25%-0.60%之间。

中碳钢线具有较高的强度和硬度，同时保持一定的可塑性和可焊性。

中碳钢线广泛用于制造一些需要强度和硬度的零件和构件，如螺栓、螺母、轴承和机械零件等。

3. 高碳钢线：高碳钢线的碳含量一般在0.60%-1.00%之间。

高碳钢线具有极高的强度和硬度，但可塑性较低，而且易于产生脆性。

高碳钢线常用于制造一些对强度和硬度要求很高的零件和工具，如弹簧、钢丝绳和切割工具等。

二、碳钢钢线的应用碳钢钢线具有一系列良好的性能，使其在各个领域找到了广泛的应用，以下是一些具体的应用领域：1. 建筑结构：碳钢钢线常用于建筑结构中的钢筋混凝土构件，如楼梯、地板梁和柱子等。

碳钢钢线的高强度和韧性使得建筑结构更加稳固和耐用。

2. 机械制造：碳钢钢线广泛用于制造各种机械零件和设备。

由于碳钢钢线具有良好的可加工性和可塑性，可以制成各种形状和尺寸的零件，如齿轮、凸轮轴和活塞等。

3. 汽车制造：碳钢钢线是汽车制造中最常用的材料之一。

它可以用于制造车身结构、底盘零部件和发动机零部件等。

碳钢钢线具有较高的强度和刚性，可以提供良好的安全性能和稳定性。

4. 家具制造：碳钢钢线用于制造各类家具，如椅子、桌子和床架等。

由于碳钢钢线具有良好的可塑性和可加工性，可以加工成各种形状的家具骨架，同时还具有足够的强度和稳定性。

5. 其他领域：除了以上应用领域外，碳钢钢线还可以用于制造钉子、铁丝网、压力容器、船舶构件和电线等。

基本简介含碳量小于1.35%，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的钢。

碳素钢的性能主要取决于含碳量。

含碳量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性和可焊性降低。

与其他钢类相比，碳素钢使用最早，成本低，性能范围宽，用量最大。

适用于公称压力PN≤32.0MPa，温度为-30-425℃的水、蒸汽、空气、氢、氨、氮及石油制品等介质。

常用牌号有WC1、WCB、ZG25及优质钢20、25、30及低合金结构钢16Mn基本分类按化学成分分类常称工具钢，含碳量从0.60%至1.70%，可以淬硬和回火。

锤，撬棍等由含碳量0.75%的钢制造；切削工具如钻头，丝攻，铰刀等由含碳量0.90% 至1.00% 的钢制造。

按钢的品质分类按钢的品质可分为普通碳素钢和优质碳素钢。

（1）普通碳素结构钢又称普通碳素钢，对含碳量、性能范围以及磷、硫和其他残余元素含量的限制较宽。

在中国和某些国家根据交货的保证条件又分为三类：甲类钢（A类钢）是保证力学性能的钢。

乙类钢（B类钢）是保证化学成分的钢。

特类钢(C类钢）是既保证力学性能又保证化学成分的钢，常用于制造较重要的结构件。

中国目前生产和使用最多的是含碳量在0.20%左右的A3钢（甲类3号钢），主要用于工程结构。

有的碳素结构钢还添加微量的铝或铌（或其他碳化物形成元素）形成氮化物或碳化物微粒，以限制晶粒长大，使钢强化，节约钢材。

在中国和某些国家，为适应专业用钢的特殊要求，对普通碳素结构钢的化学成分和性能进行调整，从而发展了一系列普通碳素结构钢的专业用钢（如桥梁、建筑、钢筋、压力容器用钢等）。

（2）优质碳素结构钢和普通碳素结构钢相比，硫、磷及其他非金属夹杂物的含量较低。

根据含碳量和用途的不同，这类钢大致又分为三类：①小于0.25%C为低碳钢，其中尤以含碳低于0.10%的08F,08Al等，由于具有很好的深冲性和焊接性而被广泛地用作深冲件如汽车、制罐……等。

20G则是制造普通锅炉的主要材料。

1010碳钢硬度碳钢是一种含碳量在0.02%至2.04%之间的钢铁合金，因其良好的硬度和耐磨性而在各个领域得到广泛应用。

本文将探讨碳钢硬度的影响因素、提高方法以及在实际应用中的优势和局限。

一、碳钢简介碳钢根据含碳量的不同，可以分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。

低碳钢含碳量较低，具有良好的塑性和韧性，但硬度相对较低；中碳钢和高碳钢硬度较高，但塑性和韧性相对较低。

在实际应用中，根据碳钢的硬度和性能需求选择合适的含碳量至关重要。

二、碳钢硬度的定义和影响因素碳钢硬度是指钢中碳含量对钢的硬度的影响程度。

硬度通常用布氏硬度（HB）或洛氏硬度（HRC）表示。

碳钢的硬度主要受以下几个因素影响：1.碳含量：碳含量越高，钢的硬度越高。

2.冷却速度：冷却速度对碳钢硬度的影响较大，快速冷却可以使碳钢获得较高的硬度。

3.热处理：热处理工艺对碳钢硬度也有很大影响，如调质处理可以显著提高碳钢的硬度。

三、提高碳钢硬度的方法1.增加碳含量：提高碳含量可以提高碳钢的硬度，但同时要注意塑性和韧性的变化。

2.合理的热处理：采用适当的热处理工艺，如调质处理、正火处理等，可以提高碳钢的硬度。

3.冷变形：冷变形处理可以使碳钢晶粒细化，提高硬度。

四、碳钢硬度在实际应用中的优势和局限1.优势：碳钢硬度高，耐磨性好，适用于要求较高硬度和耐磨性能的场合。

2.局限：碳钢的塑性和韧性相对较低，容易产生断裂和变形。

此外，碳钢还容易受到腐蚀和磨损的影响。

五、总结碳钢硬度是衡量钢的硬度和性能的重要指标。

通过调整碳含量、热处理工艺和冷变形等方法，可以提高碳钢的硬度。

碳钢钢管碳钢钢管是一种常见的金属管材，广泛应用于建筑、机械制造、石油和天然气输送等领域。

它由碳素和铁等元素组成，具有良好的耐腐蚀性、耐高温性以及高强度特性。

在本文中，我将为您介绍碳钢钢管的基本特点、应用领域以及相关的制造工艺和质量控制。

碳钢钢管具有以下几个基本特点。

首先，碳钢钢管的耐腐蚀性较好，能够抵御大气、水和其他化学物质的侵蚀，从而延长使用寿命。

其次，碳钢钢管具有较高的强度和刚度，使得它可以承受较大的压力和力量。

此外，碳钢钢管还具有较好的加工性能，可以方便地进行切割、焊接和深加工等操作。

由于碳钢钢管的优良性能，它在多个领域有广泛的应用。

首先，碳钢钢管常用于建筑领域，用于楼梯扶手、护栏、钢结构和桥梁等方面的制作。

其次，碳钢钢管在机械制造中也扮演着重要角色，用于汽车制造、机床制造以及船舶制造等方面。

此外，碳钢钢管还应用于石油和天然气输送领域，用于油井和天然气管道的建设和维修。

在制造碳钢钢管的过程中，需要采用一系列制造工艺来满足不同的需求。

首先，原材料的选择非常关键，一般采用优质的热轧钢板或热轧钢带作为原材料。

然后，通过冷轧、挤压、拉拔和喷涂等工艺，将原材料加工成形。

接下来，进行焊接、除锈和退火等处理，以提高钢管的质量和性能。

最后，进行尺寸和表面处理，以满足客户的要求。

为了确保碳钢钢管的质量和性能，需要进行严格的质量控制。

首先，要控制原材料的质量，确保其符合生产标准和规范。

其次，要控制生产过程中的各个环节，包括加工、焊接、热处理和检测等。

通过采用先进的设备和技术，以及完善的检测手段，可以对碳钢钢管的物理、化学和力学性能进行全面的检测和评估。

最后，还需要进行产品的包装和运输，确保产品的完好无损地到达客户手中。

总的来说，碳钢钢管是一种具有广泛应用的金属管材。

由于其良好的耐腐蚀性、高强度特性以及良好的加工性能，碳钢钢管在建筑、机械制造以及石油和天然气输送等领域得到了广泛应用。

在制造过程中，需要采用适当的工艺和严格的质量控制措施，以确保碳钢钢管的质量和性能。

第九章碳钢及合金钢工业用钢第一节工业用钢的分类及牌号表示方法钢是经济建设中使用最广、用量最大的金属材料,在现代工农业生产中占有重要地位.碳钢：含碳量在%～%之间的铁碳合金称为碳素钢,简称碳钢.合金钢：在碳钢的基础上特意地加入一种或几种合金元素,使其使用性能和工艺性能得以提高的铁基的合金称为合金钢.钢中除铁、碳及合金元素外,还有炼钢时随生铁、脱氧剂和燃料带入的硅、锰、硫、磷、氮、氢、氧等元素.钢的分类方法多种多样,其主要方法有如下几种：一、钢材的品种为便于采购、订货和管理,我国目前将钢材按外形分为型材、板材、管材、金属制品四大类,共十六大品种：1．型材钢轨、型钢圆钢、方钢、扁钢、六角钢、工字钢、槽钢、角钢及螺纹钢等、线材直径 5-10毫米的圆钢和盘条等.2．板材薄钢板：厚度等于和小于 4毫米的钢板；厚钢板：厚度大于 4毫米的钢板；又可分为中板厚度大于4mm小于20mm、厚板厚度大于20mm小于60mm、特厚板厚度大于60mm；钢带：也叫带钢,实际上是长而窄并成卷供应的薄钢板；电工硅钢薄板：也叫硅钢片或矽钢片.3．管材无缝钢管：用热轧、热轧—冷拔或挤压等方法生产的管壁无接缝的钢管；焊接钢管：将钢板或钢带卷曲成型,然后焊接制成的钢管.4．金属制品：包括钢丝、钢丝绳、钢绞线等.二、钢的分类钢的种类繁多,为了便于生产、使用和研究,可以按照化学成分、冶金质量和用途对钢进行分类.1．按化学成分分类.碳钢、合金钢两大类.碳钢：低碳钢Wc＜%、中碳钢Wc=%～%和高碳钢Wc>%合金钢：按钢中含合金元素总量Me%分为低合金钢Me<5%、中合金钢Me=5～10%和高合金钢Me>10%.按合金元素的种类可分为锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等.按用途分类结构钢工具钢工程结构钢机器结构钢建筑工程用钢桥梁工程用钢船舶工程用钢车辆工程用钢渗碳钢属于低碳钢或低碳合金钢调质钢属于中碳钢或中碳合金钢弹簧钢属于中、高碳钢或中、高碳合金钢滚动轴承钢属高碳合金钢一般属于低碳钢或低碳低合金钢刃具钢一般属于高碳钢模具钢或高碳高合金钢量具钢不锈钢耐热钢耐磨钢2．按冶金质量分类.按钢中所含有害杂质硫、磷的多少,可分为：普通钢：S%≤%,P%≤%优质钢：S%、P%≤%高级优质钢：S%≤%,P%≤%此外,按冶炼时脱氧程度,可将钢分为沸腾钢脱氧不完全、镇静钢脱氧较完全和半镇静钢三类.3．按金相组织分类按钢退火态的金相组织可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢三种.按钢正火态的金相组织可分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢等四种.4．按成形方法分类.锻钢、铸钢、热轧钢、冷轧钢等.5．按用途分类.按钢的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类.实际中给钢的产品命名时,常常把成分、质量和用途几种分类方法结合起来,如碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢等.三、钢的牌号表示方法钢的牌号简称钢号,是对每一种具体钢产品所取的名称,是人们了解钢的一种共同语言.钢编号的原则主要有两条：一是根据编号可以大致看出该钢的成分；二是根据编号可大致看出该钢的用途.我国钢的牌号表示方法,根据国家标准钢铁产品牌号表示方法GB221-79中规定,采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示.即：①钢号中化学元素采用国际化学符号表示,例如 Si、Mn、Cr …… 等,混合稀土元素用“RE”或“Xt”表示.②产品名称、用途、冶炼和浇注方法等,一般采用汉语拼音缩写字母表示.③钢中主要化学元素含量 %采用阿拉伯数字表示.一碳钢的牌号表示方法见第四章碳钢的分类、用途及牌号表示方法二合金钢的牌号表示方法1两位数字＋合金元素符号＋数字＋质量等级符号“A”1当合金元素的平均含量＜%时,钢号中一般只标出元素符号,而不标明含量；但在特殊情况下易致混淆者,在元素符号后亦可标以数字“1”,例如钢号“12CrMoV”和“12Cr1MoV”,前者铬含量为,后者为,其余成分全部相同.2当合金元素的平均含量≥%、≥%、≥%……时,则相应地在元素符号后面标以2、3、4…… ；如果为高级优质钢,则在其钢号后加“A”, 以区别于一般优质钢.例如：18Cr2Ni4WA.3钢中的钒V、钛Ti、铝Al、硼B、稀土Re等合金元素,均属微合金元素,虽然含量很低,仍应在钢号中标出.例如20MnVB钢中,钒：～%,硼：～%.4专门用途的合金结构钢,钢号冠以或后缀代表该钢种用途的符号.例如,铆螺专用的30CrMnSi钢,钢号表示为ML30CrMnSi.举例：1．20CrMnTi：表示平均含碳量为%,主要合金元素Cr、Mn含量均低于%,并含有微量元素Ti的合金结构钢；2．60Si2Mn：表示平均含碳量为%,主要合金元素Mn含量低于%,Si含量为～%的合金结构钢.练习：40Cr、45Mn22．低合金高强度结构钢旧的编号方法,基本上和合金结构钢相同.新牌号的编制方法与碳素结构钢相同.如旧牌号的16Mn为新牌号的Q345.3．滚动轴承钢“G”＋ Cr ＋数字＋其它元素符号.字母“G”为“滚”字头,表示为滚动轴承钢类,高碳铬轴承钢的含碳量不标出,数字表示平均含铬量的千分之几,如GCr15,平均含铬量为％.渗碳轴承钢的钢号表示方法,基本上和合金结构钢相同.4．合金工具钢和高速工具钢数字＋合金元素符号＋数字说明：①合金工具钢中,当W C≥%时,含碳量不标出,如Cr12、CrWMn；当W C＜%时,以千分之几表示,如9SiCr、3Cr2W8V.②对于含铬量低的钢,其含铬量以千分之几表示,并在数字前加“0”,以示区别.如平均Cr =%的低铬工具钢的钢号为“Cr06”.③高速钢,一般不标出含碳量,只标出合金元素平均含量的百分之几.如“钨18铬4矾”W18Cr4V,简称18-4-1,“钨6钼5铬4矾2”W6Mo5Cr4V2,简称6-5-4-2.5．不锈钢和耐热钢同合金工具钢.例如：“2Cr13”钢的平均碳含量为%.说明：1钢中含碳量≤%者,钢号前分别冠以“00”表示之, 如00Cr17Ni14Mo2； W C≤%者,冠以“0”表示之,、0Cr18Ni9.2对钢中主要合金元素以百分之几表示；对钛、铌、锆、氮……等微量元素则按合金结构钢对微合金元素的表示方法,只标出元素符号,如1Cr18Ni9Ti.第二节合金元素在钢中的作用一、碳钢的优缺点优点：冶炼工艺简单,可热处理强化,压力加工和机械加工性能好,价格低廉.不足之处：（1）加热时,晶粒易长大；（2）淬透性低.形状复杂、尺寸大的零件,在淬火时易开裂、淬不透；（3）回火稳定性差.回火温度高时,强度和硬度显着下降,不能在高温下使用.回火稳定性是指淬火钢在回火时抵抗硬度下降的能力.（4）强度不够高.碳钢的屈强比在左右,合金钢为～.碳钢强度低,增加截面积提高构件刚度会使重量增加,构件笨重,不能满足重量轻、体积小、效率高的要求.（5）不具备特殊性能.化工、仪表等要求耐腐蚀、耐高温、无磁等性能,碳钢不能满足特殊性能的要求.二、合金元素在钢中的作用1．合金元素在钢中的分布为了使钢获得预期的性能,而有目的地加入钢中的化学元素称为合金元素.按其与碳的亲和力的大小,可将合金元素分为非碳化物形成元素和碳化物形成元素两大类,在钢中主要以固溶体和化合物的形式存在.1非碳化物形成元素：包括Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B 等,在钢中不与碳化合,大多溶入铁素体、奥氏体或马氏体中,产生固溶强化；有的形成其它化合物如Al2O3、AlN、SiO2、Ni3Al等.2 碳化物形成元素： Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti 等.形成碳化物的倾向由弱到强这类合金元素在钢中,一是可溶入渗碳体中形成合金渗碳体,如Fe,Mn3C、Fe,Cr3C等,是低合金钢中存在的主要碳化物,比渗碳体的硬度高,且稳定.二是强碳化物形成元素与碳形成特殊碳化物,如TiC、NbC、VC、MoC、WC、Cr3C6等,它们具有高熔点、高硬度、高耐磨性、稳定性好,主要存在于高碳高合金钢中,产生弥散强化,提高钢的强度、硬度和耐磨性.3其它：如稀土元素,钢号中统一用Re表示.2．合金元素在钢中的作用作用机理比较复杂,可归纳以下几个方面：1阻碍晶粒奥氏体晶粒长大,细化晶粒；2提高淬透性 Co除外；3提高回火稳定性,防止回火脆性；4提高钢的使用性能,使之具有耐热、抗腐蚀、高耐磨等特殊的性能；5提高钢的强韧性.金属材料的强化是通过阻碍位错的移动来实现的,主要方法有：固溶强化,提高强度和硬度；细晶强化,提高强韧性；位错强化,位错密度增加,提高强度；弥散强化第二相强化,细小均匀的第二相硬质点分布在基体上,阻碍位错移动面强化；加工硬化,金属产生塑性变形后位错密度增加,晶料变得细碎,使金属的强度硬度提高.大多数的合金元素较好利用了上述前四种强化机制.如合金钢淬火时,形成马氏体,马氏体中含较高的位错密度,马氏体的形成分割了A的晶粒,使之细小,马氏体中碳的过饱和产生固溶强化,回火时析出的碳化物颗粒又产生弥散强化,等等.第三节结构钢结构钢按用途分为工程结构钢和机器结构钢两大类.一、工程结构钢用于制作各种工程构件的钢称为工程结构钢,如制作房屋、桥梁、起重机机械、锅炉、压力容器、钻井架、车辆构件等,所以又称工程构件用钢或建筑工程用钢,包括碳素结构钢和低合金高强度结构钢.1．碳素结构钢见第四章碳钢的分类、编号及用途.2．低合金高强度结构钢用途：在大气和海洋中工作的的大型焊接结构件,如建筑结构、桥梁、车辆、船舶、输油输气管道、压力容器等.性能特点：强度高,良好的塑性、韧性、冷冲压性能及焊接性能 ,可抵抗大气腐蚀.成分特点：低碳<%,保证良好的塑性；合金元素：以Mn为主,强化铁素体基体,产生固溶强化；Nb、Re等,细化晶粒,提高强韧性.共11个牌号,6个等级,以强度等级分类,如表所示.热处理工艺特点：一般在热轧空冷状态下使用,必要时经正火处理后使用.正火处理的温度在Ac3+30～50℃,使用态组织为P+F.典型牌号及用途：1在Q345较低级别的钢中,16Mn最具有代表性,是目前我国用量最多、产量最大的一种低合金高强度钢.其派生钢种有16MnRe、16MnCu等,Re的主要作用是提高塑性和韧性,提高疲劳强度,降低冷脆转变温度,Cu的主要作用是通过钝化提高耐蚀性.这类钢多用于船舶、车辆、桥梁等大型钢结构.2对Q420级的15MnVN、14MnVTiRe等,加入了钒、氮起到细化晶粒和第二相强化作用,稀土又起净化晶界作用,提高强韧性,因此强度高于15MnTi.3Q460级的钢种,如14MnMoVBRe,加入钼和微量硼元素,可推迟奥氏体冷却时的铁素体析出,而对贝氏体转变则影响不大,正火后得到贝氏体组织,然后再高温回火,以稳定组织,消除内应力,提高塑性和韧性,焊接性好,适于制造400～500℃的锅炉、中温高压容器等.工程结构用钢的发展趋势：低合金高强度钢由于其强度高,韧性和加工性能优异,合金元素耗量少,并且不需进行复杂的热处理,已越来越受到重视.目前,这类钢发展趋势是：a通过微合金化与合理的轧制工艺结合起来,实行控制轧制,以达到更高的强度.b通过合金化改变基体组织,提高强度.在钢中加入较多的其它元素,如Cr、Mn、Mo、Si、B等,使钢在热轧空冷的条件下即可得到贝氏体组织,甚至马氏体组织.这种马氏体在冷却过程中可发生自回火过程,甚至不需要专门进行回火.c超低碳化.为了保证韧性和焊接性能,含碳量进一步降低,甚至降到PPM级,此时必须采用真空冶炼,或真空去气的先进冶炼工艺.二、机器结构钢指用于制造各种机器零件,如轴类零件、齿轮、弹簧和轴承等所用的钢种,又称机器零件用钢,包括优质碳素结构钢和合金结构钢.机器零件用钢不但要求钢材具有高的强度、塑性和韧性,良好的疲劳强度和耐磨性；而且还要求具有良好的切削加工性能和热处理工艺性能.机器零件用钢一般都经过热处理后使用.按用途不同,分为渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢等.1．渗碳钢用途：主要作于制作承受交变载荷、很大的接触应力,并在冲击和严重磨损条件下工作的零件,如汽车、重型机床齿轮、活塞销,内燃机的凸轮轴等.性能要求：“表硬心韧”.要求零件表面硬度高、耐磨,心部则具有较高的韧性和足够的强度以承受冲击.一般渗碳件表面渗碳层淬火后硬度≥58HRC,心部35～45HRC.成分：Wc＝—%,保证心部塑韧性；主加元素Cr、Ni、Mn、B,强化基体,提高淬透性,保证心部强韧性；微量元素V、Ti、W、Mo,防止渗碳时过热,细化晶粒,提高耐磨性.分类和典型牌号：低淬透性渗碳钢,典型钢种20、20Cr,其水淬临界直径20－35mm,渗碳淬火后,心部强韧性较低,只适于制造受冲击载荷较小的耐磨零件,如活塞销、凸轮、滑块、小齿轮等.中淬透性渗碳钢,典型钢种为20CrMnTi,其油淬临界直径约为25～60mm,主要用于制造承受中等载荷、要求足够冲击韧性和耐磨性的汽车、拖拉机齿轮等零件.高淬透性渗碳钢,典型钢种为18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A,其油淬临界直径>100mm,主要用于制造大截面、高载荷的重要耐磨件,如飞机、坦克中的曲轴、大模数齿轮等.常用牌号：15、20、20Cr、20CrMnTi、20MnTiB等,通常尺寸小、受力小的零件,采用低碳钢,而尺寸大的、受力大的则采用低碳合金钢.热处理特点：预备热处理,一般是正火,组织为P＋F,目的是调整硬度,改善组织和切削加工性能；最终热处理,一般是渗碳后直接淬火＋低温回火.其组织为：表面组织为“M回＋细小碳化物＋少量Ar”,心部组织依钢的淬透性及工件尺寸而定,淬透时为低碳M回,未淬透为低碳M回＋F＋P.应用举例：下面以应用广泛的20CrMnTi钢为例,分析其热处理工艺规范.20CrMnTi是中淬透性钢,适宜制造承受高速中载并且抗冲击和耐磨损的零件.如汽车、拖拉机的后桥和变速箱齿轮、离合器轴、伞齿轮和一些重要的轴类零件.用20CrMnTi钢制作齿轮的加工工艺路线如下：下料→锻造→正火→机加工齿形→渗碳,预冷淬火＋低温回火→磨齿.预备热处理为正火,正火后的组织为S＋F,其目的是改善锻造组织；调整硬度170～210HBS便于机加工.最终热处理为渗碳后预冷到875℃直接淬火＋低温回火；预冷的目的在于减少淬火变形,同时在预冷过程中,渗层中可以析出二次渗碳体,在淬火后减少了残余奥氏体量.最终热处理后组织由表面到心部为“M回＋细小碳化物＋少量A残→M回+少量A残→低碳M＋F＋P.2．调质钢采用调质处理,即淬火+高温回火后使用的优质碳素钢和合金结构钢,统称为调质钢.应用：用于受力较复杂的重要结构零件.如机床主轴、火车发动机曲轴、汽车后桥半轴等轴类零件,以及连杆、螺栓、齿轮等.性能要求：具有良好的综合力学性能,即高的强度、良好塑性和韧性.成分特点：碳含量：中碳Wc：～％,保证热处理后具有足够的强度、良好的塑性和韧性.含碳量太低,强度硬度不足；太高,塑性、韧性降低；为达到两者兼顾,取中碳范围.一般碳素调质钢的淬透性低,含碳量偏上限；合金调质钢淬透性好,随合金元素的增加,含碳量趋于下限,如30CrMnSi、38CrMoAl.合金元素：主加Cr、Ni、Mn、Si、Al等,提高淬透性,调质处理后有良好的综合力学性能；辅加W、Mo元素,防止高温回火脆性,细化晶粒,提高回火稳定性.分类及典型牌号：按淬透性的高低,调质钢大致可以分为三类：①低淬透性调质钢.典型钢种45、40Cr,这类钢的油淬临界直径最大为30～40mm,广泛用于制造一般尺寸的重要零件,如轴、齿轮、连杆螺栓等.35SiMn、40MnB是为节约铬而发展的代用钢种.②中淬透性调质钢.典型钢种40CrNi,这类钢的油淬临界直径最大为40～60mm,含有较多的合金元素,用于制造截面较大、承受较重载荷的零件,如曲轴、连杆等.③高淬透性调质钢.典型钢种40CrNiMoA,这类钢的油淬临界直径为60～100mm,多半为铬镍钢.铬、镍的适当配合,可大大提高淬透性,并能获得比较优良的综合机械性能.用于制造大截面、承受重负荷的重要零件,如汽轮机主轴、压力机曲轴、航空发动机曲轴等.钢种的选择根据零件的工作载荷大小及其尺寸、形状来确定的.载荷大、尺寸大、形状复杂的零件,为保证有足够的淬透性,就要采用合金调质钢.热处理工艺特点：1预备热处理：采用完全退火或正火高淬透性的调质钢正火后应再高温回火,其目的是细化晶粒,改善组织；调整硬度,改善切削加工性能.组织P+F.2最终热处理：调质处理,组织为回火索氏体,具有良好的综合机械性能.调质处理＋表面淬火、低温回火.对除了要求良好综合机械性能外,还要求表面具有高硬度、高耐磨性的调质件,调质处理后还需进行“表面淬火+低温回火”处理,表面淬火多采用感应加热表面淬火.表面组织为M回,心部为S回.举例：通过实例分析热处理工艺规范1用40Cr制作拖拉机上的连杆、螺栓.其工艺路线为：下料→锻造→退火或正火→粗机加工→调质→精机加工→装配.在工艺路线中,预备热处理采用退火或正火,其目的是改善锻造组织,细化晶粒；调整硬度、便于切削加工；为淬火做好组织准备.调质工艺采用830℃加热、油淬、得到马氏体组织；然后在525℃回火水冷,水冷为防止第二类回火脆性,最终使用状态下的组织为回火索氏体,具有良好综合机械性能.245或40Cr钢制造机床主轴或齿轮的生产工艺流程一般为：下料→锻造→正火→机加工→调质处理→精加工→局部表面淬火+低温回火→磨削.讨论题：1.有一40Cr钢制机床主轴,心部要求有良好的强韧性200～300HBS,轴颈处要求硬而耐磨54～58HRC,试回答下列问题：（1）应选择何种预备及最终热处理（2）说明各热处理后的组织分析：40Cr为低淬透性钢,应采用正火作预备热处理,细化晶粒,改善组织及切削加工性能；正火处理后的组织为P+F；最终热处理宜选用调质处理,然后对轴颈处进行“表面淬火+低温回火”的热处理,可达到性能要求.调质处理后的组织为回火索氏体；“表面淬火+低温回火”后,心部组织仍为回火索氏体,表面组织则为“M回＋少量A残”.2．某厂用45钢制作一批齿轮,制作过程中因45钢数量有够用,想用20钢代替.试问：这两种钢在制作齿轮的热处下工艺上有何不同,并指出热处理后的组织.分析：45钢为调质钢,制作齿轮时,预备热处理采用正火,组织为S＋F,细化组织、改善切削加工性能；最终热处理为调质处理,组织为S回,获得良好综合力学性能；最后齿面再进行“表面淬火＋低温回火”,齿轮心部组织为S回,齿面组织“M回＋少量A残”,提高齿面硬度及耐磨性,消除淬火应力.20钢为渗碳钢,预备热处理采用正火,组织为S＋F；机加工成形后渗碳,再淬火＋低温回火,齿面组织为“M回＋细小渗碳体＋少量A残”,心部为“板条M回＋S＋F”.新的趋势：用低碳和金刚经“淬火+ 低温回火”得到低碳马氏体代替中碳调质钢,可以提高零件的承载能力,减轻重量.在汽车、石油、矿山方面应用效果好.应用实例：1汽车螺栓：用15MnVB代替40Cr,承载能力提高45—70%；使用寿命延长；2用20SiMnMoV代替35CrMo制造石油钻井用的吊环,使吊环质量减轻68公斤.3．弹簧钢应用：用于制造汽车、拖拉机和火车的板弹簧或螺旋弹簧.性能要求：具有高的弹性极限和屈强比,高的疲劳强度和足够的塑性、韧性.成分特点：Wc ：—% ,多数% 左右,为中、高碳：含碳量过高,塑性和韧性降低,疲劳极限也下降.Me ：Si、Mn、Cr、V、Nb、Mo、W .主加元素Mn、Si,提高淬透性,提高强度及屈强比；辅加元素 W、Mo、V等,进一步提高淬透性,细化晶粒,提高回火稳定性和耐热性.常用牌号：65Mn 、60Si2Mn、50CrVA热处理工艺：根据弹簧的加工成形方法不同,弹簧分为热成形弹簧和冷成形弹簧.一般,截面尺寸>10～15mm的弹簧采用热成形方法；截面尺寸<10mm采用冷成形方法.1热成型弹簧：淬火+中温回火,组织为T回.这类弹簧多用热轧钢丝或钢板制成.以60Si2Mn制造的汽车板簧为例,工艺路线如下：下料→加热压弯成型→淬火+中温回火→喷丸处理→装配成型后采用淬火+中温回火350～500℃,组织为T回,硬度39～52HRC,具有高的弹性极限、屈强比和足够的韧性喷丸处理可进一步提高疲劳强度.如用板簧经喷丸处理,使用寿命提高5～6倍.2冷成型弹簧：去应力退火.这类弹簧是用铅浴索氏体化处理的冷拉钢丝或油淬回火钢丝冷圈成型.成型后不必淬火处理,只需进行一次去应力退火处理250～300℃保温1小时,目的是消除内应力、稳定尺寸.由于冷拉过程中产生加工硬化,强度大大提高.4．滚动轴承钢用于制作各类滚动轴承的内外套圈、滚动体.常用钢种和牌号：有两大类1高碳铬轴承钢：GCr15、GCr15SiMn.含碳量：～,高碳,过共析成分,保证形成足够铬的碳化物强化相,提高强度、硬度及耐磨性.合金元素：主加Cr元素,提高淬透性和接触疲劳抗力,细化晶粒.对大尺寸轴承,加入Si、Mn进一步提高淬透性.从化学成分看,滚动轴承钢属于工具钢范畴,所以这类钢也经常用于制造各种精密量具、冷冲模具、丝杠、冷轧辊和高精度的轴类等耐磨零件.2高碳无铬轴承钢：为了节铬,加入了Mo、V得到的,常用牌号GMnMoVRE、GSiMnMoV,其性能与GCr15相近.热处理工艺：1预备热处理：采用球化退火,获得球状珠光体,改善组织,降低硬度<210HBS,便于切削加工.2最终热处理：淬火+低温回火150～180℃,M回＋细小粒状碳化物＋A残,硬度61～65HRC.低温回火保持淬火后的高硬度和高耐磨性,消除淬火应力.对精密轴承零件,为了将残余奥氏体降低到最低程度,提高尺寸稳定性,常采用淬火后冷处理,并时效.冷处理后,恢复到室温,立即低温回火.第四节工具钢工具钢是用来制造刀具、模具和量具的钢.按化学成分分为碳素工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢等.按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢.刃具：用于切削加工的工具,车刀,刨刀,转头等；模具：用于进行压力加工的工具.冷作模具：〈200—3000C；热作模具：〉600 0C；量具：测量尺寸的工具,如卡尺、千分尺、块规等.共性：一般都在磨损条件下工作,要求具有高硬度和高耐磨性.不同：具体工作条件的不同,对各自的性能又有特殊要求.如刃具钢要求热硬性好,冷作模具钢要求热处理变形小,热作模具钢要求在高温下保持高的硬度和韧性,量具钢要求热处理后组织稳定好.所以,各类工具在钢材的选用和热处理方法上各有其特点.一、刃具钢1．切削刃具的工作条件及性能要求切削刃具的种类繁多,工况条件各有特点,性能要求也各有不同.以车刀为例：工作条件：1刀刃与工件之间发生剧烈的摩擦,造成严重的磨损；。