第一章(1.6)工业用钢.pptx

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1、钢材及其生产过程一、钢铁材料的生产过程铁矿石 生铁 钢锭 型材 铸铁轧制、挤压、拉拔、锻造等压力加工方法1、生铁的冶炼原料：铁矿石燃料：焦炭熔剂：石灰石设备：高炉2、钢的冶炼原料：生铁、废钢燃料：焦炭熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂设备：电弧炉（钢板、型钢、钢管）第1页/共57页高炉第2页/共57页电弧炉第3页/共57页一、碳钢中的长存杂质元素及其作用碳钢中除铁以外的主要元素是碳，其它长存的杂质元素有硅、锰、硫、磷等，还有熔炼中夹杂进入的氧、氢、氮等气体元素。第一节 碳 钢第4页/共57页1、有益元素锰能溶于F，使F强化，也能溶于渗碳体，提高其 硬度；能增加并细化P，从而提高钢的强度和硬度；可与S

2、形成MnS，以消除硫的有害作用。硅能溶于F使之强化，从而使钢的强度、硬度、弹性都得到提高。第5页/共57页2.有害元素:硫 形成低熔点的FeS，使钢产生热脆。热脆：FeS与Fe形成的熔点（985 ）共晶体分布在晶界上当钢加热到1000-1200进行锻压或轧制时，由于晶界上的共晶体已经熔化，使钢在晶界开裂。这种现象称热脆。磷部分溶于F形成固溶体，部分在结晶时形成脆性很大的Fe3P，使钢在室温下的塑、韧性急剧下降。冷脆：低温时由磷导致钢严重变形的现象称钢的冷脆通常钢材的质量等级以硫磷含量的控制来划分第6页/共57页3.气体元素（钢中有害元素）:N：钢中过饱和N在常温放置过程中会发生时效脆化。加 T

3、i、V、Al等元素可消除时效 倾向。O：钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。H：原子态的过饱和氢时将降低韧性,引起氢脆。当氢在缺陷处以分子 态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。钢中白点O、H、N三种气体元素在高温时融入钢液，而在固态钢中溶解度极小，冷却时来不及溢出而积聚在组织中形成高压细微气孔，使钢的塑性、韧性和疲劳强度急剧降低，严重时会造成裂纹、脆断，是必须严格控制的有害元素。第7页/共57页二、碳钢的分类、牌号和用途（一）碳钢的分类1、按碳的含量分类：（1）低碳钢 wc=0.08%0.25%，塑性好，多用作冲压、焊接和渗碳工件。（2）中碳钢 wc=0.3%0.6%，

4、强渡和韧度均较高，热处理后有良好的综合力 学性能，多用作要求良好强韧度的各种重要结 构零件。（3）高碳钢 wc=0.60%1.4%，硬度较高，多用作工具、模具和量具等工件。第8页/共57页2、按质量分类：（1）普通钢 钢中S0.050%，P0.045%（2）优质钢 钢中S0.035%，P0.035%（3）高级优质钢 S0.030%，P0.030%3、按用途分类（1）碳素结构钢 主要用于建筑、桥梁等工程结构和各种机械零件（如齿轮、轴、螺柱、弹簧等）（2）碳素工具钢 主要用于各类刀具、量具和模具，如丝锥、扳牙、刮刀、锯条、冲模等。（3）专用钢 包括锅炉钢、船用钢、易切钢等。第9页/共57页4、按钢

5、液脱氧程度分类（1）沸腾钢（F）沸腾钢脱氧不完全，组织不致密，成分不均匀，性能较差。（2）镇静钢（Z）镇静钢脱氧完全，组织致密，成分较均匀，性能较好。优质钢和高级优质钢多为镇静钢，通常不再标注镇静钢代号。（3）半镇静钢（b）半镇静钢脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间。第10页/共57页二、碳钢的牌号性能及主要用途1、碳素结构钢：用途：薄板，铁丝，钉，小轴，螺栓等。化学成分：c=0.09%-0.33%Mn=0.37%-0.65%si=0.30%s0.035-0.05%p0.035%-0.045%牌号：Q+屈服点数值+质量等级符号+脱氧方法符号质量等级：用A、B、C、D、E表示硫磷含量不同例：Q235

6、AF代表屈服点S=235MPa，质量为A级的沸腾碳素结构钢组织：较多的F+较少的P性能：因为碳低，焊接性能好第11页/共57页2、优质碳素结构钢：化学成分：Wc=0.08%-0.85%Wsi=0.17%-0.37%Wsp0.035%牌号：两位数字+符号表示 数字表示含碳量万分之几，40表示钢中平均含碳量为0.40%。若钢中锰的含量较高时，在数字后面附化学元素符号Mn60Mn表示钢中平均含碳量为0.60%，Mn的含量为0.70%1.00%的优质碳素结构钢。符号如果是F则表示是沸腾钢。例：08F 15F第12页/共57页1)低碳钢化学成分：WC0.25%组织：退火状态下，组织为较多的F和较少P性能

7、：和HBS低，而.ak好，焊接性好。用途：08F、10F、15F 冷变形加工成型件 机壳、容器。1025钢 各种标准件、轴套、容器等。2)中碳钢化学成分：WC=0.30%0.6%组织：F+P，性能：、HBS比低碳钢略高，而、ak略低。具有良好的综合力学性能，切削加工性好，但焊接性一般。用途：用于制作齿数、主轴及连杆等重要的机械零件。第13页/共57页3)高碳钢化学成分：WC0.60%组织：T回（淬火+中温回火）性能：在淬火+中温回火后，具有较高的和良好弹性也叫弹簧钢。具有较好的耐磨性和中等硬度。用途：主要用于制作弹簧和易磨损的零件。化学成分：Wc=0.65%-1.35%牌号：用“T”加数字表示

8、，该数字表示钢中平均含碳量的千 倍。T8：表示碳的平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。3、碳素工具钢组织：M回（淬火+低温回火处理）性能：具有很高的硬度和耐磨性，但淬透性差，热硬性差。用途：用于制作手动和低速切削的工具和要求不高的量具和模具等第14页/共57页4、易切削用钢：Y20：表示易切削结构钢，其平均含碳量为0.2%。牌号：在同类结构钢牌号前冠以“Y”，以区别其他结构用钢用途：主要用在自动机床上加工大批量的零件，如螺钉，螺母等5、铸钢ZG230450牌号：ZG屈服强度抗拉强度HH（焊）：该钢是焊接结构用碳素铸钢用途：用于浇注成铸件的钢。其强度高于各类铸铁，同时具有良好的塑性和韧性，适于制造

9、形状复杂、强度和韧性要求高的零件，如火车轮、大齿轮等第15页/共57页 合金元素与铁和碳的作用 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 合金元素对钢的热处理的影响第二节 合金元素在钢中的作用第16页/共57页1、强化铁素体一、合金元素对钢基本相的影响合金元素溶于FF晶格畸变固溶强化2、形成碳化物 Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱强碳化物形成元素（在钢中能形成碳化物的元素）在周期表中都是位于铁元素的左边的过渡族金属元素周期表中,在铁左边离铁愈远，则其与碳的亲和力愈强,形成碳化物的能力愈大,愈稳定,而且不易分解。碳化物越稳定越难溶于A越不易于聚集长大随着碳化物数量的增加，钢的硬度强度

10、提高，塑韧性下降。合金渗碳体如（Fe，Mn)3C、（Fe，Cr)3C等。合金碳化物如Cr7 C3、Fe3 W3C等。第17页/共57页3、单独形成特殊碳化物 熔点、硬度、耐磨性最高。稳定性最好。WC、MOC、TiC、VC二、合金元素对FeFe3C相图的影响1、扩大奥氏体区：(Mn、C0、Ni)使A1线A3线下降，若含量足够高，可使单相A扩大到常温，即常温下保持稳定的A组织。可获得A钢。2、缩小奥氏体区：（Cr、Mo、Ti、Si、Al）使A1线A3线上升，若含量足够高时，可使钢在高温与常温保持F组织。可获得F钢。3、改变共晶点和共析点的参数：合金元素都使Fe-Fe3C相图的S点、E点左移，即使钢

11、的共析含碳量和A对C的最大固溶度降低。若含量足够高时，可以在WC0.4的钢中产生共析组织，在WC1.0的钢中产生Ld组织。第18页/共57页1、扩大奥氏体区的合金元素Mn、Ni、Co等元素。作用:使A1线温度下降,A3线温度下降，可得到奥氏体钢。Mn 元素对奥氏体区的影响第19页/共57页2、缩小奥氏体区的合金元素Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等元素。作用:使A1线温度上升,A3线温度上升，可得到铁素体钢。Cr 元素对奥氏体区的影响第20页/共57页3.改变共晶点和共析点参数的元素v几乎所有的合金元素。v作用:使S点和E点的成分向左移，可得到莱氏体钢。合金元素对S 点成分的影响第21页/共5

12、7页三、合金元素对钢的热处理的影响加热时对奥氏体形成的影响对过冷奥氏体转变的影响对回火转变的影响第22页/共57页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。强碳化物形成元素能强烈的阻止奥 氏体晶粒长大(Ti、V、Zr、Nb 等)。非碳化物形成元素能轻微的阻止奥 氏体晶粒长大(Si、Ni、Cu、Co 等)。第23页/共57页2.合金元素对过冷奥氏体转变的影响v 除 Co 元素外,所有的合金元素均使 钢的 TTT 曲线向右移。v 除 Co、Al 元素外,所有的合金元素 都使马氏体转变温度下降。v 提高钢的淬透性,常用的元素有:Cr、Mn、M

13、o、Si、Ni、B等。第24页/共57页3.合金元素对回火转变的影响回火抗力的增加 二次硬化的产生 产生回火脆性 第25页/共57页 W、Mo、V 等碳化物在550时,使钢达到最高硬度,产生二次硬化。第26页/共57页 Cr-Ni 钢的回火脆性示意图第27页/共57页 防止第二类回火脆性的产生的方法:v在500600 快速冷却。v加入合金元素W、Mo。第28页/共57页四、合金元素在钢中的作用1、主加元素:对提高钢的性能起主要作 用。Si、Mn、Cr、Ni、B。2、辅加元素:配合主加元素进一步提高 钢的性能,弥补主加元素的 不足与缺陷。W、Mo、V、Ti、Nb。第29页/共57页第三节 合金钢

14、合金元素对钢性能的影响引言 强化铁素体 形成合金碳化物 细化晶粒 提高钢的淬透性 提高钢的回火稳定性第30页/共57页1、低合金钢的分类及牌号 1）低合金钢的分类（1）按主要质量等级分类 普通质量低合金钢 优质低合金钢 特殊质量低合金钢（2）按主要性能和使用特性分类 分为可焊接的低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金钢筋钢、铁道用低合金钢、矿用低合金钢、其他低合金钢等。一、低合金钢和合金钢的分类及牌号第31页/共57页2）低合金钢的牌号（1）低合金高强度结构钢 表示方法与碳素结构钢相同。例：Q345。第32页/共57页2、合金钢的分类及牌号 1）合金钢的分类（1）按主要质量等级分类 优质合金

15、钢 特殊质量合金钢（2）按主要性能和使用特性分类 分为工程结构用合金钢、机械结构用合金钢、轴承钢、工具钢、不锈、耐蚀和耐热钢、特殊物理性能钢等。第33页/共57页我国合金钢的编号是按照合金钢中的 含碳量+所含合金元素的种类（元素符号）+含量一般牌号的首部是表示碳的平均质量分数的数字，对于结构钢，以万分数计；对于工具钢以千分数计。1、合金结构钢60Si2Mn09Mn22、合金工具钢9Mn2V平均含碳量1.0%时，牌号前以千分之几表示CrWMn平均含碳量1.0%时，牌号前不标数字高速工具钢牌号中不标出含碳量 W18Cr4V2）合金钢的牌号当钢中某合金元素的平均质量分数1.5时，在该元素后面相应的用

16、整数住处其近似含量。第34页/共57页3、滚动轴承钢GCr15SiMn4、特殊性能钢牌号：G+Cr+含碳量（千分之几表示）牌号：与合金工具钢基本相同当含碳量0.08%时，牌号前加“0”0Cr19Ni9当含碳量0.03%时，牌号前加“00”00Cr30Mo2第35页/共57页三、合金结构钢的应用三、合金结构钢的应用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。低合金结构钢机械制造用钢根据用途不同，合金结构钢分为第36页/共57页（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

17、小于3%）的工程用钢。分类：按主要性能及使用特性，低合金结构钢低合金高强度结构钢低合金耐候钢低合金专业用钢等第37页/共57页1、低合金高强度结构钢低碳（0.10%0.25%），wMe1500MPa或s1380MPa的合金结构钢主要用于航空、航天工业特点：具有很高的强度和足够的韧度第47页/共57页四、合金工具钢四、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：主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等。如9SiCr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。铣刀 英

18、制模板刀第48页/共57页2、合金量具钢用途：量具用钢用于制造各种测量工具，如卡尺、千分尺、块规。如Cr2性能要求：(1)高硬度（大于56 HRC）和高耐磨性；(2)高尺寸稳定性，在存放和使用过程中，尺寸不发生变化。螺纹规 游标卡尺 千分尺 第49页/共57页量具用钢的选用举例 量量 具具 钢钢 号号 平样板或卡板平样板或卡板 1010、2020或或5050、5555、6060、60Mn60Mn、65Mn 65Mn 一般量规与块规一般量规与块规 T10AT10A、T12AT12A、9SiCr 9SiCr 高精度量规与块规高精度量规与块规 CrCr（刃具钢）、（刃具钢）、CrMnCrMn、GCr

19、15 GCr15 高精度且形状复杂的量规与块规高精度且形状复杂的量规与块规 CrWMn(CrWMn(低变形钢低变形钢)抗蚀量具抗蚀量具 4Cr13,9Cr18(4Cr13,9Cr18(不锈钢不锈钢)第50页/共57页3、合金模具钢合金模具钢按其用途分为冷作模具钢和热作模具钢两大类。冷作模具钢 用途：冷模具用于制造各种冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模等，工作温度不超过200 300。热作模具钢如：9Mn2V、CrWMn 用途：热作模具钢用于制造各种热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等，工作时型腔表面温度可达600 以上。如：5CrMnMo、5CrNiMo 性能要求：高硬度，5862 HRC;高耐磨

20、性;足够的韧性和疲劳抗力第51页/共57页五、五、高速工具钢高速工具钢高速工具钢是用于制造中、高速切削刀具的高碳合金钢，其碳含量为0.7%1.65%，合金元素含量为10%25%。高速工具钢的住家合金元素为Cr、W、Mo、V等，可形成大量合金碳化物强相，并保证马氏体的高硬度。使用时应进行专门的热处理，一般为淬火后多次回火，并进行多次锻打成形，以保证很高的硬度和耐磨性、较高的热硬性。高速工具钢广泛用作各种中、高速切削车刀、铣刀、钻头、齿轮刀具和拉刀等。第52页/共57页三、三、特殊性能钢特殊性能钢 特殊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

21、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。根据不锈钢室温下组织的不同,常用的不锈钢可分三种:马氏体型不锈钢 铁素体型不锈钢 奥氏体型不锈钢 第53页/共57页马氏体型不锈钢 如：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13 不锈钢船用螺旋桨不锈钢剪刀 含碳为0.1%-0.4%,含铬为12%-13%.主要用于力学性能要求不高,耐蚀性要求较低的零件.如:第54页/共57页铁素体型不锈钢 这类钢的铬质量分数为17%30%，碳质量分数低于0.15%.主要用作耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件，例如容器和管道等。奥氏体型不锈钢 这类不锈钢属铬镍不锈钢,碳含量很低（约0.1%），耐蚀性很好。如：1Cr17、1Cr17Ti等如：0Cr18Ni9,1Cr18Ni9等第55页/共57页2、耐磨钢（就是高锰钢 如:ZGMn13）履带 铁轨分道叉 破碎机颚板挖掘机斗齿第56页/共57页感谢您的观看！第57页/共57页