6 工业用钢 6.1 碳素钢 6.2 合金元素在钢中的作用 6.3 合金结构钢 6.4 合金工具钢 6.5 特殊性能钢

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1 6 工业用钢 6.1 碳素钢 6.2 合金元素在钢中的作用 6.3 合金结构钢 6.4 合金工具钢 6.5 特殊性能钢

2 钢的分类： 1）按化学成分分 低碳钢 0.25%C 碳素钢 中碳钢 0.25~0.6%C 高碳钢 0.6%C
1）按化学成分分 　 中碳钢 ~0.6%C 高碳钢 0.6%C 低碳钢 0.25%C 低合金钢 合金元素总量 5% 中合金钢 合金元素总量 5~10% 高合金钢 合金元素总量 10% 碳素钢 合金钢 2）按质量分（S、P含量）：普通质量钢；优质钢；高级优质钢；特级优质钢。

3 3）按用途分 工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆 渗 碳 钢调 质 钢弹 簧 钢滚动轴承钢 结 构 钢 机器用钢 刃具钢模具钢量具钢
工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆 渗 碳 钢调 质 钢弹 簧 钢滚动轴承钢 机器用钢 结 构 钢 刃具钢模具钢量具钢 工 具 钢 不锈钢耐热钢 耐磨钢 特 殊 性能 钢 挤压模具

4 4）按冶炼方法分 平炉钢转炉钢电炉钢 按 炉 别 分 沸腾钢：脱氧不充分，浇注时C与O反应发 镇静钢：脱氧充分，组织致密，成材率低。
半镇静钢：介于前两者之间。 生沸腾。这种钢成材率高，但不致密。 按脱氧程度分 特殊镇静钢

5 5）按金相组织分 珠光体钢贝氏体钢马氏体钢铁素体钢奥氏体钢莱氏体钢 按正火组织分 亚共析钢共 析 钢过共析钢 按退火组织分

6 6.1 碳素钢 1、碳素钢的成分 成分 —— w(C) ≤2.11%
钢中的杂质一般是指Mn、Si、P、S等。是由原料带入或脱氧残留的元素。　 Mn：0.8%时为杂质, 是有益元素。作用为： ① 强化铁素体；② 消除硫的有害作用。 Si ：0.5%时为杂质，是有益元素。作用为： ① 强化铁素体； ② 增加钢液流动性。 S ：是有害元素。导致钢热脆，应控制在0.045%以下。 　P ：也是有害元素。导致钢冷脆，一般控制在0.045%以下。 　O、N、H → 强度、塑性、韧性↓

7 2、碳素结构钢 （1）普通碳素结构钢 Q+最低屈服强度值+质量等级符号·脱氧方法符号 Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa；
螺纹钢 圆钢 （1）普通碳素结构钢 Q+最低屈服强度值+质量等级符号·脱氧方法符号 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，其P、S含量依次下降，质量提高。 脱氧方法符号: 沸腾钢—F；镇静钢—Z；半镇静钢—b；特殊镇静钢—TZ。 如碳素结构钢牌号表示为Q235A·F、Q235B·Z。

8 表 普通碳素结构钢的牌号和化学成分(GB/T700-1988)
等级 化学成分 脱氧方法 w(C) % w( Mn) w( Si) w(S ) w( P) 不大于 Q195 － 0.30 0.050 0.045 F,b,Z Q215 A / B 0.050 / 0.045  Q235 A B C 0.18 0.040 Z D 0.17 0.035 TZ Q255 Q275 0.35

9 表 普通碳素结构钢的机械性能(GB/T700-1988)
牌 号 等 级 拉 伸 试 验 冲击试验 屈服点s ，MPa 抗拉 强度 b / MPa 伸长率 s , % 温度 ℃ V型冲击功 (纵向) J 钢材厚度(直径)，mm 钢材厚度(直径), mm  16 >40 ~60 >100 ~150 > 150 不小于 Q195 － 195 33 Q215 A/B 215 175 165 31 29 27 26 －/20 －/27 Q235 C/D 235 185 24 22 21 0/-20 Q255 255 205 20 19 Q275 275 225 18 15

10 普通碳素结构钢新、老标准钢号对照 GB/T700-1988 标准 GB700-79 标准 化学成分和力学性能均须保证
A 类钢 —— 保证力学性能， B 类钢 —— 保证化学成分， C 类钢 —— 保证化学成分及力学性能。 Q195 A1；B1 Q215 A2；C2 Q235 A3；C3 Q255 A4；C4 Q275 C5 普通碳素结构钢新、老标准钢号对照

11 用途：钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。
成分：<0.4%C, P、S量及非金属夹杂较多。 性能：可焊性、塑性好。 用途：钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。 热处理：不进行专门的热处理，热轧空冷（正火态）态下使用。 使用状态组织：S＋F。

12 （2）优质碳素结构钢 牌号用两位数字表示。这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。如 45 钢，含C量为 45 / = 0.45 % 。 表 优质碳素钢的化学成分和性能 钢号 化学成分，% s ，MPa ≥ C Mn Si S P 08F 10 20 35 40 45 50 60 65 0.03 <0.035 175 205 245 315 335 355 375 400 420 (摘自GB/T )

13 08F钢：塑性好，可制造冷冲压零件。最终热处理：热轧空冷（正火态），最终组织：S＋F。
用途：较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。 08F钢：塑性好，可制造冷冲压零件。最终热处理：热轧空冷（正火态），最终组织：S＋F。 10、20钢：为碳素渗碳钢。最终热处理：渗碳＋淬火＋低温回火。最终组织：表面为回火M＋粒状Cm＋A’，心部为回火M＋F（淬透）或T＋F（完全未淬透）。 35～50钢：为碳素调质钢。最终热处理：调质。最终组织：回火S。 60、65钢：为碳素弹簧钢。最终热处理：淬火＋中温回火。最终组织：回火T。

14 3、碳素工具钢 　牌号 :T +1~2位数字（＋A）。T表示“碳素工具钢” ，数字表示平均含碳量的千分之一，A表示高级优质（碳素工具钢无普通钢）。如T8—其平均含碳量为千分之八(0.8%C)。 钢号 C, % Mn, % Si, % S, %  P, % 退火后 HBS,  水冷淬火 温度，℃ T7 T8 T8Mn T9 T10Mn T10 T12 T13 0.40 0.35 0.35 0.35 0.35 0.030 0.035 187 192 19 207 217 表　碳素工具钢的化学成分和性能 (摘自GB/T )

15 成分特点：高碳(0.65~1.35%C)，随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韧性下降。
球状珠光体 T12钢正常淬火组织 预备热处理：正火＋球化退火 球化退火目的：① 降低硬度, 便于加工;② 为淬火作组织准备。 最终热处理：淬火 + 低温回火 使用状态组织：回火M＋ 粒状Fe3C + A' 用途：由于碳素钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。 T7~T8：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、锤子等。 T9~T11：制造承受较小冲击的工具，如钻头、丝锥、锯条、车刀等。 T12~T13：制造不受冲击的耐磨工具，如锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。

16 6.2 合金元素在钢中的作用 1、合金元素与铁、碳的相互作用 ①合金元素在钢中的存在形态:
溶入铁素体，奥氏体和马氏体中，以固溶体的溶质形式存在。（有利） ②形成强化相，形成碳化物或金属间化合物。（有利） ③形成非金属夹杂物，如氧化物（SiO2等）、氮化物和硫化物（MnS、FeS等）。（有害、尽量减少） ④以游离态存在，如C以石墨状态存在。（一般也有害） 元素以哪种形式存在，取决于元素的种类、含量、冶炼方法及热处理工艺等。

17 （1）溶于铁中 产生固溶强化。 合金元素可以改变铁的同素异晶转变温度A3（α γ）和A4（γ δ），从而使“Fe-Me”二元相图出现扩大γ相区和缩小γ相区两个大类型，每个大类再分为两小类，合金元素也可依此类型分为奥氏体形成元素和铁素体形成元素两大类。

18 奥氏体稳定化元素 它们使A3点降低，A4点升高，在较宽的成分范围内，促使奥氏体形成，即扩大了γ相区，这类合金元素都有能与γ- Fe形成固溶体，依扩大γ相区的程度可分为两小类。 a、无限扩大γ相区的元素：有锰、镍、钴等。它们与γ- Fe形成无限固溶体与α- Fe形成有限固溶体。当合金元素超过某一限量后，可在室温得到稳定的γ相。 b、有限扩大γ相区的元素，有碳、氮、铜、锌、金、它们与γ- Fe形成有限的固溶体，与α- Fe形成更加有限的固溶体。

19 铁素体稳定化元素 它们使A3点升高，A4点降低，在较宽的成分范围内，促进铁素体形成，依缩小γ相区的程度又分为两小类。
a、封闭γ相区，无限扩大a相区的元素：有Cr、V（与α- Fe无限互溶）铜、钨、钛、硅、铝、磷、铍（与α- Fe有限互溶），使γ相区缩小到一个很小的面积，形成由γ+α两相区封闭的γ相圈。 b、缩小γ相区的元素，有硼、铌、钽、锆等，这类元素与γ- Fe和α- Fe均形成有限固溶体，使γ相区缩小，但并未完全封闭。

20 （2）形成碳化物 合金元素与碳钢的相互作用主要在于是否易于形成碳化物，或者形成碳化物倾向性的大小，碳化物是钢中最重要的强化相，对于决定钢的组织和性能具有极其重要的意义。 合金元素按照与C的相互作用，可分为两大类： （1）非碳化物形成元素：包括Ni，Co、Al、Cu、Si、N、P、S等。它们不能与碳相互作用而形成碳化物，但可溶入Fe中形成固溶体，或者形成金属间化合物等其它化合物，其中硅反而能起促进碳化物化解（石墨化）的作用。 （2）碳化物形成元素：Fe、Mn、Cr、W、Mo、V、Er、Wb、Ti、Ta等。它们均可与碳作用在钢中形成C化物，它们均属于元素周期表中的过渡族元素。

21 按照C化物形成元素所形成的碳化物稳定程度由强到弱排序为：
Zr，Ti，Nb，V，W，Mo，Cr，Mn，Fe Zr，Ti，Nb，V——强碳化物形成元素。碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性高，如TiC、VC等。 W，Mo，Cr——中等强度碳化物形成元素。碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性较高，如W2C等。 Mn，Fe——弱碳化物形成元素（但Mn极易溶入Fe3C中，无独立碳化物出现）。碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性较低，如Fe3C等。 碳化物的特性： （1）硬度高比相应的纯金属高出数十倍上百倍。 （2）熔点高：特别是MeX型和Me2X型碳化物，熔点约3000℃左右。 碳化物硬高愈高，熔点愈高，稳定性愈强，碳化物的稳定性由弱到强的顺序是：Fe3C，M23C6，M6C，M2C，MC

22 2、合金元素对Fe - Fe3C相图的影响 Fe - Fe3C相图是对碳素钢进行热处理时选择加热温度的依据。合金钢实质上是三元或多元合金，应建立三元或多元合金相图，作为研究合金钢中相和组织转变的基础，但是三元合金相图，尤其是多元合金相图研究得很少。实际上，仍以“Fe – C”二元合金相图为基础，考虑合金元素对Fe - Fe3C相图的影响。

23 （1）对奥氏体相区的影响 1）奥氏体形成元素（Mn、Ni、Co）：随其含量的增加，使A1、A3点下降，A4点上升。当Mn13%或Ni9%时，S点降到0℃以下，室温下为单相奥氏体组织，称奥氏体钢。 2）铁素体形成元素（Cr、W、Mo、V、Ti、Si等）：随其含量的增加，使A1、A3点上升，A4点下降。当Cr13%时，奥氏体相区消失，室温下为单相铁素体组织，称铁素体钢。

24 （2）对Fe - Fe3C相图临界点（S和E点）的影响
1）对共析点碳浓度的影响 所有合金元素均使S点左移，这意味着共析点的碳浓度移向低碳方向，使共析体中的含碳量降低，即合金钢中含碳量不到0.77%，就属于过共析钢，而有Fe3CⅡ析出，例如Wc=0.4%的4Cr13钢已不是亚共析钢，而是过共析钢了。 共析体中的含碳量降低还表明，合金钢加热至略高于Ac1点时，所得到的奥氏体中的含碳量总比碳钢低。 2）对共晶产物碳浓度的影响： 所有的合金元素也均使E点左移，这意味着出现共晶产物一莱氏体的含碳量从2.11% 向低碳方向移动，合金钢中含碳量不到2%，就会出现共晶莱氏体。 例如：高速钢和铬模具钢的铸态组织中，就出现了合金莱氏体，W18Cr4V的Wc=0.7%-0.8%。

25 3、合金元素对钢热处理的影响 合金元素对钢热处理的影响主要表现在对加热、冷却和回火过程中相变的影响。 （1）合金元素对加热时组织转变的影响
合金元素将影响加热时奥氏体的形成速度和奥氏体晶粒的大小。 1）对奥氏体形成速度的影响 碳化物形成元素，形成难溶于A的合金碳化物，阻碍碳的扩散，减慢A形成速度；非碳化物形成元素Ni，Co增大碳的扩散速度，增大奥氏体形成速度。 2）对奥氏体晶粒大小的影响 大多数合金元素都有阻止A晶粒长大的作用（这也是钢中加入合金元素的一个主要目的），碳化物形成元素的作用最明显，故在同样的加热条件下，合金钢的组织较细，性能较高。合金元素对奥氏体晶粒长大的影响可归纳为： 强烈阻止晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr、Al（少量）； 中等阻碍晶粒长大的元素：W、Mo、Cr； 对晶粒长大影响不大的元素：Si、Ni、Cu； 促进A晶粒长大的元素：Mn、P、B、N。

26 （2）合金元素对过冷奥氏体分解转变的影响 除Co外，凡溶入奥氏体（否则未溶碳化物或夹杂物将起非均质晶核的作用，促进过冷奥氏体转变，使C曲线左移）的合金元素均增大过冷A的稳定性，使C曲线右移，推迟P类型的转变，即提高钢的淬透性（钢中加入合金元素的主要目的之一）。 对C曲线的影响（TTT图，等温转变图） 1）非碳化物形成元素，只改变C曲线的位置，不改变C曲线的形状。 2）碳化物形成元素，既改变C曲线的位置，也改变C曲线的形状。使珠光体转变和贝氏体转变分开。

27 对马氏体转变的影响 除Co，Al外 ，大多数固溶于奥氏体的合金元素均使MS和Mf点降低，按其影响程度由强到弱排序为：
C，Mn，Cr，Ni，Mo，W，Si 意义：Ms点越低，淬火钢中马氏体的转变量越少，残余奥氏体数量越多，相同含碳量下，合金钢中的残余奥氏体比碳钢多。残余奥氏体过多，钢的硬度下降。减少残余奥氏体的方法：冷处理（冷至Mf点以下）或多次回火。

28 提高回火稳定性作用较强的元素：V、Si、Mo、W、Ni、Mn等。 2)二次硬化：钢在回火时出现硬度回升的现象。
（3）合金元素对淬火钢回火转变的影响 1)提高回火稳定性：淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力。 合金元素能阻碍马氏体分解及碳化物的析出与聚集。含碳化物形成元素的合金钢，在相同温度回火，硬度下降较慢，即具有较高的回火硬度；保持相同的硬度，此类合金钢需在较高温度下回火，内应力消除较彻底，其塑、韧性较碳钢高。 提高回火稳定性作用较强的元素：V、Si、Mo、W、Ni、Mn等。 2)二次硬化：钢在回火时出现硬度回升的现象。 原因1：特殊碳化物的析出：含有较多强碳化物形成元素的钢，在500~600℃回火时，从M中析出了高度弥散分布的特殊碳化物，如WC、W2C、VC等，实质是弥散硬化； 原因2：残余A的转变：随特殊碳化物的析出，残余A中碳和合金元素的浓度降低，提高了Ms点，随后冷却时部分转变为M。 产生二次硬化作用显著的元素：W、Mo、V。

29 3)增大回火脆性： 第一类回火脆性（低温回火脆性/不可逆回火脆性）：250～400℃产生。回火时应避开这一温度范围。
第二类回火脆性（高温回火脆性/可逆回火脆性）：450～600℃回火后缓冷产生。回火后快冷不出现。 原因：Si、Mn、Ni、Cr等促进P、Sn、Te等杂质元素在原A晶界偏聚，使钢在450~600℃范围回火后缓冷时出现高温回火脆性。 防止和减轻措施：小件快冷；大截面零件，加W、Mo等合金元素（W、Mo、Ti等能阻碍杂质元素扩散，削弱它们在晶界处的偏聚，减轻回火脆性）。

30 4、合金元素对钢的机械性能的影响 （1）钢的强化机制： 位错运动的阻力增大，金属的强度提高。有4种机制. 固溶强化：溶质原子集聚在位错线周围，对位错有“钉扎”作用，使位错运动的阻力增大。 细晶强化（界面强化）：晶界、亚晶界、相界面等都能阻碍位错的运动，使位错运动的阻力增大。 第二相强化（弥散强化、析出强化）：位错运动遇到微小的第二相颗粒时，必须绕过或切过它们，而使位错运动的阻力增大。 位错强化（加工强化）：位错密度增加，位错运动遇到其它位错时，要发生相互交割，产生位错割阶、固定位错等，使位错继续运动的阻力增大。

31 （2）合金强化 Fe单晶σs=28MPa，Fe多晶σs=140MPa， 低碳钢σs=180~340MPa，σb=320~600MPa， 普通低合金钢σb≈1600MPa， 高合金结构钢 σb=2500~3000MPa。 合金化提高强度的机制： 对基体（铁素体）：固溶强化、细晶强化； 对第二相：析出强化(颗粒状)，细晶强化(层片状).

32 对铁素体固溶强化作用明显的元素： C、N、Si、Mn、Cr、Ni、Mo。 但固溶强化效果越大，塑、韧性下降越多，∴溶质原子的浓度应控制，“少量多元”比“单元大量”效果好. 对铁素体细晶强化作用明显的元素： Al、Nb、V、Ti等，形成难溶细小的第二相质点，阻碍A晶界移动，可细化F晶粒。 正火、反复快速A化及控制轧制等方法也可细化F晶粒. 对钢的析出强化作用明显的元素： V、Ti、W、Mo、Nb等：在淬火回火时析出弥散分布的特殊碳化物质点，使钢的强度明显提高。 对第二相细晶强化作用明显的元素： Cr、Mn、Mo、W、V等，增加过冷A稳定性，使C曲线右移，在同样冷却条件下，可得细片状P，达到强化目的。

33 对退火状态下的钢：合金元素可细化铁素体和珠光体，但作用不明显。
对正火状态下的钢：合金元素可细化铁素体和珠光体，但作用明显增强。 对淬火、回火状态下的钢：4种强化机制均有作用，强度明显提高。 淬火形成M时，位错密度增高； M形成时，产生了相当于晶粒细化的作用； M中的合金元素也有固溶强化作用； 回火析出的碳化物有析出强化作用。

34 5、合金元素对钢的工艺性能的影响 （1）对铸造性能的影响
Cr、Mo、V、Ti、Al等在钢中形成高熔点碳化物或氧化物质点，增大钢的粘度，降低流动性，使铸造性能恶化。

35 （2）对塑性加工性能的影响 热加工：合金元素溶入固溶体中，或在钢中形成碳化物（Cr、W、Mo），都使钢的热变形抗力提高，热塑性明显下降。若碳化物弥散分布，对塑性影响不大（Nb、Ti、V）。 合金元素一般降低钢的导热性和使钢的淬透性提高，增加钢热加工时的开裂倾向。 总的说来，合金钢的热加工工艺性能比碳钢要差得多，热加工时加热和冷却都要缓慢进行。 冷加工：合金元素溶入固溶体中，都提高钢的冷加工硬化率，使钢变硬、变脆，易开裂或难于继续变形。 碳含量的增高，使钢的延伸性能变坏，所以，冷冲压钢都是低碳钢。 Si、Cr、V、Cu等降低钢的深冲性能，Nb、Ti、Zr和Re因能改善碳化物的形态，从而可提高钢的冲压性能。

36 （3）对焊接性能的影响 焊接性能是指钢的可焊性和焊接区的使用性能，主要由焊后开裂的敏感性和焊接区的硬度来评判。
碳质量分数对钢的焊接性能影响最大。焊接性能好的钢都是低碳钢。 合金元素都提高钢的淬透性，促进脆性组织（马氏体）的形成，使焊接性能变坏。合金元素质量分数愈高，焊接性能愈差。但钢中含有少量Ti和V，形成稳定的碳化物，使晶粒细化并降低淬透性，可改善钢的焊接性能。

37 （4）对切削性能的影响 切削性能主要表示钢被切削加工的难易程度和加工表面的质量好坏，通常由切削抗力大小、刀具寿命、表面光洁度和断屑性等因素来衡量。 切削性能与钢的硬度密切相关，钢最适合于切削加工的硬度范围为170HB～230HB。硬度过低，切削时易粘刀，易形成刀瘤，加工表面光洁度差；硬度过高，切削抗力大，刀具易磨损。 一般合金钢的切削性能比碳钢差，但适当加入S、P、Pb等元素可以大大改善钢的切削性能。

38 （5）对热处理工艺性能的影响 热处理工艺性能反映热处理的难易程度和热处理产生缺陷的倾向。主要包括淬透性、过热敏感性、回火脆化倾向和氧化脱碳倾向等。 合金钢的淬透性高，淬火时可以采用比较缓慢的冷却方法，不但操作比较容易，而且可以减少工件的变形和开裂倾向。 氧化脱碳倾向含Si钢最明显，其次是含Ni钢和含Mo钢。加入Mn、Si会增大钢的过热敏感性。

39 6.3 合金结构钢 分类及编号 按用途分类：低合金结构钢，渗碳钢，调质钢，弹簧钢，滚动轴承钢等。 编号原则：
两位数字(0.01%C)+主加合金元素符号+该合金元素含量(1%),合金元素含量≤1.5%，不标含量；高级优质钢，钢号后加“A”。 例：12CrNi3A。 特殊：滚动轴承钢，“G”+Cr+Cr含量(0.1%)。滚动轴承钢均为高级优质钢。 例：GCr15。

40 1、低合金结构钢 属工程构件用钢，较碳素结构钢强度高，又称低合金高强度结构钢。主要用于制造大型工程构件，如：桥梁、船舶、车辆、锅炉、输油输气管道等。 1）性能要求：高强度和足够的韧性；良好的焊接性能和冷成形性能；良好的耐蚀性及低的韧脆转变温度。 2）成分特点：低碳(≤0.2%)；主加Mn；辅加V、Ti、Nb。 3）使用状态及组织：热轧空冷，S+F。 4）典型钢种：16Mn，15MnV，15MnNb等。

41 常用低合金结构钢的牌号、成分、性能 (摘自GB/T1591-1994) 应用：
钢号 旧钢号 主 要 化 学 成 分，% 机械性能 C Mn Si， s ，MPa b ，MPa 5 ，% Q295 09MnNb 12Mn 0.16 0.80 ~1.50 0.55 295 570 23 Q345 16Mn 16MnRe 0.18 ~0.20 1.00 ~1.60 345 630 21~22 Q390 16MnNb 15MnTi 0.20 390 650 19~20 Q420 14MnVTiRe 15MnVN 1.00 ~1.70 420 680 18~19 Q460 14MnMoV 18MnMoNb 460 720 17 常用低合金结构钢的牌号、成分、性能 (摘自GB/T ) 应用： Q345钢(16Mn)综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。 Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力的压力容器。 Q460钢含Mo、B，正火组织为贝氏体，强度高，用于石化中温高压容器。

42 2、渗碳钢 渗碳炉 渗碳件—传动齿轮 1）用途及性能特点：制造表面硬度高而耐磨，心部韧性好而耐冲击的零件，如：变速齿轮，工作中遭受强烈的摩擦磨损，又承受较大的交变载荷，特别是冲击载荷。 2）成分特点： 低碳(0.1~0.25%)，保证心部韧性； 主加Cr、Mn、Ni、B，提高淬透性，使心部得到低碳M，提高心部强韧性； 辅加V、Ti、W、Mo等，形成合金碳化物，阻止渗碳时A晶粒长大。 3）热处理工艺：渗碳+淬火+低温回火。 4）组织： 表层，高碳回火M+碳化物+残A； 心部，低碳回火M＋F(淬透)，或T+F+回火M(部分未淬透)。

43 低淬透性，20，20Cr；用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。
渗碳淬火后的表层组织 柴油机凸轮轴 活塞销(20Cr) 5）典型钢种： 低淬透性，20，20Cr；用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。

44 中淬透性，20CrMnTi；用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。
增压柴油机曲轴 汽车变速箱齿轮 中淬透性，20CrMnTi；用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。 高淬透性，18Cr2Ni4WA；用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。

45 合金渗碳钢的钢号和成分 类别 钢号 主 要 化 学 成 分 /% C Si Mn Cr Ni V 其它 低淬透性 中淬透性 高淬透性
主 要 化 学 成 分 /% C Si Mn Cr Ni V 其它 低淬透性 20Mn2 0.17~0.24 0.17~0.37 1.40~1.80 20Cr 0.18~0.24 0.50~0.80 0.70~1.00 20MnV 0.17~0.23 1.20~1.60 0.07~0.12 20CrV 0.80~1.10 0.10~0.20 中淬透性 20CrMn 0.90~1.20 20CrMnTi 1.00~1.30 Ti:0.04~0.10 20MnTiB 1.30~1.60 B:0.0005~0.0035 20SiMnVB 高淬透性 20Cr2Ni4 0.30~0.60 1.25~1.65 3.25~3.65 20CrNiMo 0.60~0.95 0.40~0.70 0.35~0.75 18Cr2Ni4WA 0.13~0.19 0.80~1.20 4.00~4.50 W:0.80~1.20

46 合金渗碳钢的热处理、机械性能及用途 类别 钢号 热处理 /℃ 机械性能（不小于） 用途 渗碳 淬火 回火 σs/MPa σb/MPa δ/%
热处理 /℃ 机械性能（不小于） 用途 渗碳 淬火 回火 σs/MPa σb/MPa δ/% Ψ/% AK(ak) J(kg·fm/cm2) 低淬透性 20Mn2 930 770~800 200 590 785 10 40 47(6) 小齿轮、小轴 20Cr 800水油 540 835 齿轮、小轴 20MnV 880水油 55(7) 20CrV 12 45 中淬透性 20CrMn 850油 735 齿轮、轴、 20CrMnTi 870油 1085 变速箱齿轮 20MnTiB 860油 1100 20SiMnVB 900油 980 1175 高淬透性 20Cr2Ni4 780油 1080 63(8) 大型齿轮、轴 20CrNiMo 9 18Cr2Ni4WA 850空 78(10)

47 3、调质钢 1）用途及性能特点：制造要求高强度和高韧性的重要零件，如：轴、连杆、螺栓。要求良好的综合力学性能和高的淬透性。 2）成分特点：
中碳(0.25~0.50%)，保证足够的强度和适当的韧性； 主加Cr、 Ni、Si、 Mn、B，提高淬透性； 辅加Mo 、 W等，消除回火脆性，也有细化晶粒的作用。 3）热处理工艺：调质，即淬火+高温回火(500~600℃)。为提高表面耐磨性，调质后可进行表面淬火或氮化。 4）调质后组织：回火索氏体。 表面淬火后组织：表面： M回；心部：S回 调质件（螺杆）

48 低淬透性，D0油<30~40mm, 常用 45、40Cr, 用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等。
柴油机凸轮轴 5）典型钢种： 低淬透性，D0油<30~40mm, 常用 45、40Cr, 用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等。 中淬透性，D0油≈40~60mm，常用40CrNi，用于制造大中型零件。

49 高淬透性， D0油>60mm, 常用40CrNiMo, 用于制造大截面重载荷零件，如曲轴等。
专用氮化用钢：38CrMoAlA，主要用于受载不大，高精度的零件，如精密磨床主轴，精密镗床主轴等。 合金结构钢曲轴 单缸汽车曲轴

50 合金调质钢的钢号、化学成分 类别 钢号 主 要 化 学 成 分 /% C Si Mn Cr Ni Mo 其它 低淬透性 中淬透性 高淬透性
主 要 化 学 成 分 /% C Si Mn Cr Ni Mo 其它 低淬透性 45Mn2 0.42~0.49 0.17~0.37 1.40~1.80 40Cr 0.47~0.44 0.50~0.80 0.80~1.10 35SiMn 0.32~0.40 1.10~1.40 40MnB 0.37~0.44 B:0.0005~0.0035 中淬透性 40CrMn 0.37~0.45 0.90~1.20 40CrNi 0.45~0.75 42CrMo 0.38~0.45 0.15~0.25 30CrMnSi 0.27~0.34 38CrMoAl 0.35~0.42 0.20~0.45 0.30~0.60 1.35~1.65 Al:0.70~1.10 高淬透性 37CrNi3 0.34~0.41 1.20~1.60 3.00~3.50 40CrNiMoA 0.60~0.90 1.25~1.65 40CrMnMo 0.20~0.30 25Cr2Ni4WA 0.21~0.28 4.00~4.50 W:0.80~1.20

51 合金调质钢的热处理、机械性能 类别 钢号 热处理 /℃ 机械性能（不小于） 退火硬度 HB 不大于 淬火 回火 σs/MPa σb/MPa
δ/% Ψ/% AK(ak) J(kg·fm/cm2) 低淬透性 45Mn2 840油 550 735 885 10 45 47(6) 217 40Cr 850油 520 785 980 9 207 35SiMn 900水 570 15 55(7) 229 40MnB 500 中淬透性 40CrMn 835 40CrNi 820油 241 42CrMo 12 63(8) 30CrMnSi 880油 1080 39(5) 38CrMoAl 940水油 640 14 50 71(9) 高淬透性 37CrNi3 1130 269 40CrNiMoA 600 55 78(10) 40CrMnMo 25Cr2Ni4WA 930 11

52 4、弹簧钢 1）用途及性能特点：专用结构钢，制造各种弹性元件，如：圈簧、板簧等，缓冲震动和冲击。要求具有较高的弹性极限、高的屈强比、高的疲劳强度和高的淬透性。 2）成分特点： 中高碳(0.50~0.70%)，保证足够的强度； 主加Si、 Mn、 Cr ，提高淬透性，Si显著提高比例极限； 辅加Mo 、V等，防止脱碳与过热，保持细小的晶粒。 3）热处理工艺： 热成型弹簧：加热成型+淬火+中温回火(450~550℃)。用于大截面弹簧(>φ10mm)。 冷成型弹簧：铅浴等温+冷成型+淬火+中温回火。用于<φ10mm弹簧。 4）组织：回火屈氏体。 汽车弹簧 弹簧丝

53 Si、Mn弹簧钢，如65Mn、60Si2Mn，用于制造较大截面弹簧，如汽车板簧等。
5）典型钢种： Si、Mn弹簧钢，如65Mn、60Si2Mn，用于制造较大截面弹簧，如汽车板簧等。 Cr、V弹簧钢，如50CrV，用于大截面、大载荷、耐热的弹簧，如阀门弹簧等。 大型热卷弹簧 汽车板簧

54 钢号 主 要 化 学 成 分 /% C Si Mn Cr V Mo 其它
主 要 化 学 成 分 /% C Si Mn Cr V Mo 其它 65Mn 0.62~0.70 0.17~0.37 0.90~1.20 ≤0.25 55Si2Mn 0.52~0.60 1.50~2.00 0.60~0.90 ≤0.35 55Si2MnB B:0.0005~0.004 55SiMnV B 0.70~1.00 1.00~1340 0.08~0.16 B:0.0005~0.0035 60Si2Mn 0.56~0.64 60Si2MnA 1.60~2.00 60Si2CrA 1.40~1.80 0.40~0.70 60Si2CrVA 0.10~0.20 55CrMnA 0.65~0.95 60CrMnA 50CrVA 0.46~0.54 0.50~0.80 0.80~1.10 60CrMnBA 30W4Cr2A 0.26~0.34 ≤0. 40 2.00~2050 W: 4.00~4.50

55 弹簧钢的热处理、机械性能 钢号 热处理 /℃ 机械性能（不小于） 退火硬度 HB 不大于 淬火 回火 σs kgf/mm2 σb δ5 %
δ10 Ψ 65Mn 830油 540 80 100 8 35 302 55Si2Mn 870油 480 120 130 6 30 55Si2MnB 321 55SiMnV B 860油 460 125 140 5 60Si2Mn 25 60Si2MnA 440 160 20 60Si2CrA 420 180 60Si2CrVA 850油 410 170 190 55CrMnA 830~860油 460~510 110(σ0.2) 9 60CrMnA 460~520 50CrVA 500 115 10 40 60CrMnBA 30W4Cr2A 1050~1100油 600 135 150 7

56 推力球轴承 滚针轴承 5、滚动（珠）轴承钢 1）用途及性能特点：制造滚动轴承的滚动体、内外套圈，工具和耐磨零件。要求很高的强度、硬度和耐磨性，很高的接触疲劳强度，足够的韧性和淬透性，一定的耐蚀性和尺寸稳定性。 2）成分特点： 高碳(0.95~1.10%)，保证高硬度值，获得一定数量的碳化物； 主加Cr，提高淬透性，获得合金碳化物，提高耐磨性和接触疲劳强度； 辅加Si、Mn，进一步提高淬透性，制大型轴承。 严格限制S、P含量，减少非金属夹杂物，提高疲劳强度。

57 3）热处理工艺： 预先~：球化退火，降低硬度，便于切削；为淬火作组织准备； 最终~：淬火+低温回火(150~160℃)。 淬火后进行冷处理(-60 ~ -80℃), 可以减少A’、稳定尺寸. 4）组织：回火马氏体+细小碳化物+少量残余奥氏体。 5）典型钢种： 应用最广的是GCr15，大量用于中小型轴承，精密偶件； 大型轴承用GCr15SiMn。 这类钢还可用于制造模具、量具等。 滚针轴承 滚柱轴承 滚珠轴承 大型轴承

58 滚动轴承钢的钢号、成分、热处理机械性能 钢号 化学成分 /% 热处理 /℃ 回火后硬度/HRC 用途 C Cr Si Mn GCr9
化学成分 /% 热处理 /℃ 回火后硬度/HRC 用途 C Cr Si Mn GCr9 1.00~1.10 0.90~1.20 0.15~0.35 0.20~0.40 810~830水油 150~170 62~64 Φ<10mm的滚珠、滚针及滚柱 GCr9SiMn 0.40~0.70 150~160 壁厚<12mm、外径<250mm的套圈、 φ为25~50mm 的钢球、 Φ<22mm的滚子 GCr15 0.95~1.05 1.30~1.65 820~840油 与GCr9SiMn同 GCr15SiMn 0.40~0.65 壁厚≥12mm、 外径≥250mm的套圈、 φ＞50mm 的钢球、 Φ＞22mm的滚子

59 6.4 合金工具钢 分类和编号 刃具钢 按用途 模具钢 量具钢 编号： 1位或没有数字(0.1%C)+主加合金元素符号+该合金元素含量(1%)，含碳量≥1.0%时，不标出;＜ 1.0%时，1位数字表示;合金元素含量≤1.5%，不标含量。 例：9SiCr。 特殊：高速钢不标含碳量，高速钢中加入了大量的W、Mo、V等合金元素（高合金钢），Cr的平均含量为4%，为高合金钢。 例如：W18Cr4V，0.7~0.8%C。

60 1、刃具钢 丝锥 板牙 低合金工具钢扳手 1）用途及性能特点：制造切削刃具，如车刀、铣刀、钻头等要求有高硬度(≥HRC60,主要取决于含碳量) 、高耐磨性（靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到），高热硬性，足够的塑性和韧性（以防止脆断和崩刃）。 热硬性（/红硬性）：钢在高温下保持高硬度的能力。 2）分类 低合金刃具钢：低速切削 高速工具钢：较高速的切削(≥30m/min) 3）低合金刃具钢 成分特点： 高碳(0.90~1.10%)，保证高硬度与高耐磨性； 加入Cr，Si、Mn，提高淬透性； 加入W、V，提高回火稳定性和硬度，防止过热，细化晶粒。 热处理工艺： 预先~：球化退火，降低硬度，便于切削；为淬火作组织准备； 最终~：淬火+低温回火。 组织：回火马氏体+细小碳化物+少量残余奥氏体。 典型钢种：9SiCr，9Mn2V,用于制造形状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙等。

61 合金工具钢的钢号、化学成分 类别 钢号 主 要 化 学 成 分 /% C Si Mn Cr Mo V W 量具刃具钢 冷模具钢 热模具钢
主 要 化 学 成 分 /% C Si Mn Cr Mo V W 量具刃具钢 9SiCr 0.85~0.95 1.20~1.60 0.30~0.60 0.95~1.25 8MnSi 0.75~0.85 0.80~1.10 Cr06 1.30~1.45 ≤0.40 0.50~0.70 Cr2 0.95~1.10 1.30~1.65 9Cr2 0.80~0.95 1.30~1.70 1.05~1.25 0.10~0.30 0.80~1.20 冷模具钢 Cr12 2.00~2.30 11.50~13.00 Cr12MoV 1.40~1.70 11.00~12.50 0.40~0.60 0.15~0.30 9Mn2V 1.70~2.00 0.15~0.25 CrWMn 0.90~1.05 0.90~1.20 热模具钢 5CrMnMo 0.50~0.60 0.25~0.60 0.60~0.90 5CrNiMo 0.50~0.80 Ni:1.40~1.80 3Cr2W8V 0.30~0.40 2.20~2.70 0.20~0.50 W:7.50~9.00

62 4）高速工具钢（俗称风钢） 成分特点： 高碳(0.70~1.5%)，溶入A，保证M的高硬度，形成足够数量的碳化物；
加入较多的W、Mo，提高热硬性和耐磨性。淬火时，未溶合金碳化物阻止A晶粒长大；溶入部分回火时弥散析出W2C和Mo2C产生“二次硬化”； 加入Cr，提高淬透性(淬火时全部溶入A)，含量均为4%； 加入V，细化晶粒，回火析出的VC产生二次硬化，提高热硬性和耐磨性。 W18Cr4V钢的铸态组织 热加工：含大量合金元素，使E点显著左移，其铸态组织为亚共晶组织，由鱼骨状莱氏体与树枝状M+T组成，脆性大且无法热处理改善，需反复锻造，充分打碎鱼骨状的共晶碳化物，锻造比＞10，锻后缓冷。

63

64 高速钢的热处理工艺： W18Cr4V钢淬火、回火后的组织 预先热处理：球化退火，降低硬度，便于切削；为淬火作组织准备；
退火组织：S+球状碳化物。(工艺曲线见下图) 最终热处理：淬火+三次高温回火(560℃)。(工艺曲线见下图) 淬火加热特点：需2次预热(500~600℃，800~850℃) ，加热温度相当高(1200~1280℃)。 淬火组织：隐晶M+块、粒状碳化物+约30%残余A。 三次回火目的：消除大量残余A，析出大量弥散碳化物W2C和Mo2C产生“二次硬化”； 回火组织：回火M+粒状碳化物+少量残余A。 W18Cr4V钢淬火、回火后的组织

65

66 车刀 铣刀 高速钢铣刀 18-4-1，W18Cr4V，热塑性较差； 6-5-4-2，W6Mo5Cr4V2，韧性、热塑性较好。
典型钢种： 18-4-1，W18Cr4V，热塑性较差； ，W6Mo5Cr4V2，韧性、热塑性较好。 用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等。

67 用途及性能特点：制造冷冲压模，冷挤压模等。要求高硬度、高耐磨性，足够的强度和韧性，较高的淬透性。
2、模具钢 汽车冲压模具 1）冷模具钢 用途及性能特点：制造冷冲压模，冷挤压模等。要求高硬度、高耐磨性，足够的强度和韧性，较高的淬透性。 成分特点： 高碳(＞ 1.0%)，保证高硬度与高耐磨性； 加入Cr、Mo、W、V，形成合金碳化物，提高耐磨性；Cr还提高淬透性；

68 小尺寸、形状简单、受力不大的模具, 可用碳素工具钢和低合金工具钢制造。如9Mn2V，9SiCr, CrWM。
典型钢种： 小尺寸、形状简单、受力不大的模具, 可用碳素工具钢和低合金工具钢制造。如9Mn2V，9SiCr, CrWM。 截面复杂重载的冷模具用专用冷模具钢Cr12，Cr12MoV等Cr12型钢制造。Cr12型钢也是莱氏体钢，需进行锻造、退火, 目的同高速钢. 热处理工艺： 预先~：球化退火，降低硬度，便于切削；为淬火作组织准备； 最终~：淬火+低温回火。 Cr12型钢有二次硬化工艺，淬火+三次高温回火(~520℃) 组织：回火M+合金碳化物+残余A。 Cr12钢 冷冲压件

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70 2）热模具钢 曲轴模具 热模锻曲轴毛坯 用途及性能特点：制造使加热金属或液态金属成型模具钢种，如热锻模，热挤压模，压铸模等。要求较高的热硬性和高温耐磨性，高的抗氧化性能，高的热强性和足够的韧性，高热疲劳抗力，高淬透性。 成分特点： 中碳(0.30~0.60%)，保证较高的韧性和热疲劳抗力； 加入Cr、Ni、Mn，提高淬透性； 加入Mo、W、V，产生二次硬化，保证较高的热强度，回火稳定性，减小回火脆性。

71 热作模具的分类 按用途分 按性能分 按工作温度分 钢号 锤锻模用钢 高韧性热模钢 低耐热模具钢（≤350~370℃）
5CrMnMo、5CrMnSiMoV、5CrNiMo、5CrNiMoVSi、5SiMnMoV 热挤压模用钢 高热强热模钢 中耐热模具钢（550~600℃） 4Cr5MoSiV、 4Cr5MoSiV1、 4Cr5W2SiV 高耐热模具钢（580~650℃） 3Cr2W8V、3Cr3Mo3W2V、4Cr3Mo3SiV、5Cr4W5Mo2V、5Cr4Mo3SiMnVAl 压铸模用钢 中耐热模具钢 4Cr5MoSiV1、4Cr5W2VSi 高耐热模具钢 3Cr2W8V、3Cr3Mo3W2V 热冲裁模用钢 高耐磨热模钢 低耐热模具钢 8Cr3、7Cr3

72 热镦模 凸缘模 典型钢种、热处理及组织： 热锻模钢：对韧性要求高而热硬性要求不太高，典型钢种有5CrNiMo，5CrMnMo，前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模；成分特点、合金元素作用及热处理同调质钢；使用状态下的组织: S回

73 热挤压模钢：要求高的热稳定性，较高的高温强度和足够的韧性，良好的耐热疲劳性和高的耐磨性。常用钢种有：4Cr5MoSiV、5Cr4W5Mo2V(RM2)、3Cr3Mo3VNb(HM3)、4Cr3Mo3W4VNb(GR)、5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)等。预先热处理：完全退火。最终热处理：中合金钢（中耐热）为淬火+一次回火（450~650℃）；高合金钢（高耐热）为淬火后在略高于二次硬化峰值的温度多次回火。

74 压铸模钢：主要用来压制锌合金、铝合金以及铜合金制件。大型锻压模或压铸模采用碳含量较低，合金元素更多而热强性更好的模具钢，如3Cr2W8V，为过共析钢，合金元素作用同高速钢，W、Cr提高抗热疲劳性能。预先热处理：完全退火；最终热处理~：淬火后在略高于二次硬化峰值的温度多次回火。使用状态下的组织：回火马氏体＋粒状碳化物＋A’。 型板压铸模 压铸工艺 压铸工艺

75 汽车四缸压铸模

76 用途及性能要求：制造各种测量工具，如千分尺、卡尺、块规、塞规等。要求高硬度、高耐磨性以及尺寸稳定性。
3、量具钢 卡尺 塞规 千分尺 用途及性能要求：制造各种测量工具，如千分尺、卡尺、块规、塞规等。要求高硬度、高耐磨性以及尺寸稳定性。

77 渐开线花键环规、塞规 矩形花键环规、塞规 光面量规 选用举例： 尺寸小，形状简单，精度低的量具：低碳钢渗碳、中碳钢表面淬火（如20CrMnTi渗碳淬火），碳素工具钢（如T10、T12）。 复杂精密量具：低合金刃具钢（如9SiCr）。 精度要求高的量具：冷作模具钢（如CrWMn），滚动轴承钢（如GCr15）。 接触腐蚀介质的量具：不锈钢（如9Cr18、4Cr13）

78 预备热处理：采用球化退火，正火或调质处理。
量块 電子卡尺 热处理特点： 预备热处理：采用球化退火，正火或调质处理。 最终热处理：下限温度淬火+冷处理(-60~-80℃)+低温回火。下限温度淬火及冷处理目的是减少A’。 精度要求高的量具，还要长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方度，稳定残余A。

79 6.5 特殊性能钢 编号： 数字(0.1％C)+主加合金元素符号+该合金元素含量(1%)。 含碳量的表示方法为：
①当平均含碳量≥1.00%时，用两位数字表示，如11Cr17(平均含碳量为1.10%)； ② 当1.0%>平均含碳量≥0.1%时，用一位数字表示,如2Cr13（平均含碳量为0.20%） ③ 当0.1%>含碳量上限> 0.03%时，以“0”表示，如0Cr18Ni9（含碳量上限为0.08%） ④ 当0.03%≥含碳量上限>0.01%时（超低碳），以“03”表示，如03Cr19Ni10(含碳量上限为0.03%） ⑤ 当含碳量上限≤0. 01%时(极低碳)，以“01”表示，如01Cr19Ni11（含碳量上限为0.01%）。 珠光体耐热钢含碳量的标注同结构钢。如15CrMo 注：旧标准含碳量表示方法为： 当含碳量≤0.08%时，以“0”表示，如0Cr18. 当含碳量≤0.03%时，以“00”表示，如00Cr18Ni10.

80 1、不锈钢 不锈钢：指在自然环境（大气、水）或一定工业介质（盐水、酸等）中具有高度化学稳定性（耐腐蚀性）的钢。 不锈钢并非不生锈，只是在不同的介质中的腐蚀行为不一样。 用途：制造在各种腐蚀介质下工作的零件和工具。要求耐腐蚀性高。

81 金属腐蚀和防腐蚀的概念 化学腐蚀：金属与化学介质直接接触发生化学反应而破坏的过程，腐蚀过程中不产生电流。如：Fe在高温下的氧化。
电化学腐蚀：金属材料在电解质溶液中发生原电池作用而破坏的过程，腐蚀过程中有电流产生。如钢在室温下的锈蚀。 原电池的构成： 有正、负电极，如电极电位不同的两个金属，或同一金属中电极电位不同的两个区域； 有电传导，如导线相接或短路； 有电解液。 原电池中，电极电位较低者(负电极)，称为阳极，本身发生电化学反应（氧化反应），分子放出电子，变成离子，进入电解液中，被腐蚀掉；电极电位较高者（正电极），称为阴极，发生还原反应，得到电子被保护，不被腐蚀。 不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。

82 工业发达国家每年金属腐蚀造成的直接经济损失占GNP的4%左右。中国每年腐蚀的损失至少到400亿元以上。
提高金属耐蚀性的原则： Zn Zn-Cu原电池示意图 珠光体腐蚀示意图 电解液 使金属具有均匀的单相组织，并具有较高的电极电位。 尽可能提高基体的电极电位。 在金属表面形成致密、稳定的保护膜。 工业发达国家每年金属腐蚀造成的直接经济损失占GNP的4%左右。中国每年腐蚀的损失至少到400亿元以上。

83 不锈钢的成分特点 ①低碳、微碳，耐蚀性要求越高，含碳量应越低； ②加入Cr，提高耐蚀性的主要元素。
提高基体电极电位(n/8规律)。含Cr量达到12.5%at(11.7%wt)时，Fe的电极电位由-0.56V跃增到+0.20V，可耐大气、水蒸汽及稀硫酸的腐蚀；Cr达25%at时，电极电位跃增到+1.6V，可耐沸腾的硝酸。含Cr需13%wt，因碳易与Cr形成碳化物。 Cr含量大于13%时，形成单相铁素体组织。 Cr在氧化性介质中极易钝化，形成稳定致密的Cr2O3氧化膜。 ③加入足够的Ni和Cr配合，使钢形成单相A组织，耐蚀性最好。低碳Ni钢，Ni>24%，单相A，Ni>27%才有效；Ni>8%，Cr在18~27%，单相A；Ni>3%，Cr>18%，F-A双相；低Ni，Cr>13%，单相F。 ④加入Mn、N可代Ni，或部分代Ni，得到单相A。 ⑤加入Ti、Nb，形成稳定碳化物，减轻晶间腐蚀。 ⑥加入Mo、Cu，提高对非氧化性酸的抗蚀能力。

84 晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大。 它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近Cr含量降到12%以下，在介质作用下发生强烈腐蚀。
加 Ti、Nb则先于Cr与C形成不易溶于奥氏体的碳化物, 避免晶界贫Cr。 奥氏体不锈钢晶界的Cr23C6析出 晶间腐蚀

85 典型钢种及热处理工艺 1）马氏体不锈钢：(Cr13型)1Cr13，2Cr13，3Cr13，4Cr13等。 特点：淬透性很高，空冷可得M，随含碳量增加，强度、硬度和耐磨性提高，但耐蚀性下降。 热处理： 较低含碳量，作耐蚀结构件（如汽轮机叶片等），淬火+700~790℃回火，回火S； 较高含碳量，作耐蚀耐磨件（如医疗器械、量具等），淬火+200~300℃回火，回火M。 用途：制造对力学性能要求高，对耐蚀性要求不太高的零件和工具。 2）铁素体不锈钢：典型钢号如0Cr13、1Cr17等。 特点：无α↔γ相变，不能热处理强化。有良好的耐蚀性。强度较低，塑性很好。 热处理：退火或正火，单相F。 用途：主要用作耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件，如化工设备、容器、管道、食品工厂设备等。

86 3）奥氏体不锈钢：(18-8型，实际18-9型)1Cr18Ni9，1Cr18Ni9Ti等。
特点：室温下也为A组织，不能热处理强化，只能形变强化。有良好的耐蚀性和冷加工工艺性。强度、硬度很低，塑韧性好。 热处理：固溶处理，即加热到1050~1150℃，使碳化物全部溶解后水冷，得到单相A组织。 用途：制造在各种腐蚀介质中使用的设备零件、容器、管道等。

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88 2、耐热钢 耐热钢：高温下保持足够强度和抗氧化性的钢。 性能要求 1）抗氧化性：指钢在高温下对氧化作用的抗力。
2）热强性：指金属在高温下的强度。指标为蠕变强度和持久强度。 蠕变指金属在高温低于σs的应力下所发生的极其缓慢的塑性变形。 最重要的办法是合金化。 成分特点： 低、中碳； 加入Cr、Al、Si，在表面形成致密且熔点高的氧化膜，阻碍氧进一步扩散，避免金属进一步氧化。 加入Mo、W、Ni，增加原子间在高温下的结合力,提高再结晶温度。 加入Ti、V、Nb，形成稳定弥散分布的碳化物，提高高温强度。

89 常用钢种： M型，在Cr13型不锈钢基础上发展，常用钢号为1Cr13、 1Cr11MoV、4Cr9Si2，<600℃使用，热强性好。热处理：调质。组织： S回。用途：1Cr13、1Cr11MoV用于550℃以下汽轮机叶片；4Cr9Si2是汽车阀门用钢。 A型，在18-8型不锈钢基础上发展，最典型钢号是1Cr18Ni9Ti ，<800℃使用，热强性、抗氧化性均好。热处理：固溶处理。组织：单相A。用途：主要用于过热器管道等。 F型，在F型不锈钢基础上发展，常用钢号为0Cr13Al、1Cr17、2Cr25N，抗氧化性强，在800~900℃以下使用，受轻载和含硫气氛中工作的零件。

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91 3、耐磨钢 用途及性能要求：强烈冲击或高负荷挤压下经受摩擦的工件。如车辆履带、挖掘机铲斗、破碎机颚板、铁轨分道叉等。要求很高的耐磨性和韧性。主要为高锰钢。 牌号：ZG Mn13-1。 成分特点：高碳（ 1.0~1.3%C，以保持高耐磨性）、高锰（ 11~14%Mn，以保证形成奥氏体组织），属A钢。 耐磨原理：受强烈冲击或较大压力变形时，表层产生加工硬化，并伴随应力诱发M相变，硬度升高。 热处理： 铸态组织为奥氏体+碳化物, 性能硬而脆。 水韧处理：加热到1050~1100℃保温，使碳化物溶入A，水中激冷；获得单相A组织。 水韧处理后，韧性高，硬度低。使用时必须伴随着压力和冲击作用。在压力及冲击作用下，表面奥氏体迅速加工硬化，并形变诱发形成马氏体并析出碳化物，使表面硬度提高到HB500~550，获得高耐磨性；而心部仍为奥氏体组织,具有高耐冲击能力。

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93 Q345 65Mn ZGMn13 20Cr 40Cr 9SiCr GCr15 1Cr13 钢 号 钢 种 合金元素的主要作用 热处理特点
钢 号 钢 种 合金元素的主要作用 热处理特点 使用状态下组织 Q345 低合金高强度结构钢 Mn:强化F，增加P量，降低冷脆转变温度 热轧空冷 F+P 65Mn 弹簧钢 Mn:提高淬透性，强化F 淬火+中温回火 T回 ZGMn13 耐磨钢 Mn:获得单相A组织 水韧处理 表:M+碳化物 心:A 20Cr 渗碳钢 Cr:提高淬透性，强化F 渗碳+淬火+低温回火 表: M回+颗粒状碳化物+A’心: M回+F 40Cr 调质钢 调质处理 S回 9SiCr 低合金工具钢 Cr:提高淬透性 淬火+低温回火 M回+颗粒状碳化物+A’ (少量) GCr15 滚动轴承钢 Cr:提高淬透性，耐磨性、耐蚀性 1Cr13 马氏体不锈钢 Cr:提高耐蚀性 淬火+高温回火 5CrNiMo 热作模具钢 Cr、Ni:提高淬透性，强化F Mo:防止高温回火脆性 Cr12MoV 冷作模具钢 Mo:细化晶粒，提高耐磨性 W18Cr4V 高速钢 V:提高耐磨性、热硬性 1Cr18Ni9Ti 不锈钢 Ti:防止晶间腐蚀 固溶处理 A

94 问答题： 1、指出下列材料的主要用途及使用时的组织： T Mn 16Mn 20Cr GCr15 9SiCr Cr13 5CrNiMo 2、车床主轴要求轴颈部位的硬度为50～55HRC，其余部位为30～35HRC，其加工路线如下： 锻造 → 调质 → 机加工 → 轴颈表面淬火 → 低温回火 → 精磨。请说明： （1）主轴应采用何种材料； （2）热处理工序的作用； （3）轴颈表面和心部的组织。