第八章工业用钢 Industry steels 在工业用钢中除铁、碳之外,还含有其它元素。分 常存元素;偶存元素;隐存元素和合金元素。常存 元素有锰、硅、硫、磷。偶存元素是由于矿石产地 不同(有与铁共存的共生矿混入)及以废钢为原料, 在冶炼及工艺操作时带入钢中,如铜、钛、钒、稀 土元素等。隐存元素是指原子半径较小的非金属元 素,如氧、氢等。合金元素是指为改变成分特别添 加的元素,如铬、镍、钨、钼、钒等
第八章 工业用钢 Industry Steels 在工业用钢中除铁、碳之外，还含有其它元素。分 常存元素；偶存元素；隐存元素和合金元素。常存 元素有锰、硅、硫、磷。偶存元素是由于矿石产地 不同（有与铁共存的共生矿混入）及以废钢为原料， 在冶炼及工艺操作时带入钢中，如铜、钛、钒、稀 土元素等。隐存元素是指原子半径较小的非金属元 素，如氧、氢等。合金元素是指为改变成分特别添 加的元素，如铬、镍、钨、钼、钒等
第一节钢的分类 Classify of Steels 工程用钢 ◆钢的种类繁多,为了便于生产、使 渗碳钢 用和研究,可以按照化学成分、冶 结构钢{调质钢 金质量和用途对钢进行分类 弹簧钢 滚动轴承钢 高合金钢M%>10% 「切削用钢 合金钢中合金钢MP>53%按用途分类工具钢模具钢 低合金钢MP%06%6 量具钢 碳钢中碳钢C%>03% 低碳钢C%<0.3% 不锈钢 特殊钢 耐热钢
第一节 钢的分类 Classify of Steels 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。 C% 0.3% C% 0.3% C 0.6% M% 5% M% 5% M% 10% 低碳钢 中碳钢 高碳钢 ％ 碳 钢 低合金钢 中合金钢 高合金钢 合金钢 按成分分类 耐热钢 不锈钢 特殊钢 量具钢 模具钢 切削用钢 工具钢 滚动轴承钢 弹簧钢 调质钢 渗碳钢 工程用钢 结构钢 按用途分类
第二节钢中的杂质及合金元素 < Impurity alloying Element in Steel 、钢中的杂质元素 钢在冶炼的时候,除了必须的合金元素外,不可避免的会从原料中 带入一些杂质元素。杂质元素主要有硫、磷、氮、氢、砷、锡、秘、锑 等。这些杂质元素对钢组织和性能产生不利的影响 硫易在钢中形成FeS共晶体,熔点很低,造成“热脆” 磷使钢脆化,降低钢的塑性和韧性,产生“冷脆性”,使钢的冷加 工性能和焊接性能变坏 氧容易在钢中形成氧化物,使性能下降。 李熏首先发现,氢在钢中形成所谓“氢脆”现象,严重影响钢的塑 性。钢的强度越高,脆性越大,造成的危害也越严重
第二节 钢中的杂质及合金元素 Impurity & Alloying Element in Steel 一、钢中的杂质元素 钢在冶炼的时候，除了必须的合金元素外，不可避免的会从原料中 带入一些杂质元素。杂质元素主要有硫、磷、氮、氢、砷、锡、秘、锑 等。这些杂质元素对钢组织和性能产生不利的影响。 硫易在钢中形成FeS共晶体，熔点很低，造成“热脆”。 磷使钢脆化，降低钢的塑性和韧性，产生“冷脆性”，使钢的冷加 工性能和焊接性能变坏。 氧容易在钢中形成氧化物，使性能下降。 李熏首先发现，氢在钢中形成所谓“氢脆”现象，严重影响钢的塑 性。钢的强度越高，脆性越大，造成的危害也越严重
二、合金元素在钢中的作用 合金元素在钢中可以两种形式存在:一是溶解于碳钢原有的 相中,另一种是形成某些碳钢中所没有的新相 合金元素对钢中基本相的影响 碳钢中有三个基本相,即铁素体、奥氏体和渗碳体。合金元 素加入钢中时,可以溶于此三相中形成合金铁素体、合金奥氏体 及合金渗碳体。 合金元素溶于铁素体中,对位错线的移动起牵制作用,降低 位错的易动性,从而提高塑变抗力,产生固溶强化效果 合金渗碳体的晶体结构与渗碳体相同,可表达为(Fe,Me)3C (Me代表合金元素)。渗碳体中溶入碳化物形成元素后,硬度有 明 增加,因而可提高钢的耐磨性 当钢中合金元素含量超过一定限度时,可以生成一些碳钢中 没有的新相。其中最重要的是由强碳化物形成元素生成的各种合 金碳化物(如Ⅵ2C、VC、TiC等)。它们熔点高、硬度高,加热 时很难溶于奥氏体中,因此对钢的机械性能及工艺性能有很大影 响
二、合金元素在钢中的作用 合金元素在钢中可以两种形式存在：一是溶解于碳钢原有的 相中，另一种是形成某些碳钢中所没有的新相。 合金元素对钢中基本相的影响 碳钢中有三个基本相，即铁素体、奥氏体和渗碳体。合金元 素加入钢中时，可以溶于此三相中形成合金铁素体、合金奥氏体 及合金渗碳体。 合金元素溶于铁素体中，对位错线的移动起牵制作用，降低 位错的易动性，从而提高塑变抗力，产生固溶强化效果。 合金渗碳体的晶体结构与渗碳体相同，可表达为(Fe，Me)3C （Me代表合金元素）。渗碳体中溶入碳化物形成元素后，硬度有 明显增加，因而可提高钢的耐磨性。 当钢中合金元素含量超过一定限度时，可以生成一些碳钢中 没有的新相。其中最重要的是由强碳化物形成元素生成的各种合 金碳化物（如W2C、VC、TiC等）。它们熔点高、硬度高，加热 时很难溶于奥氏体中，因此对钢的机械性能及工艺性能有很大影 响
◆合金元素对铁碳相图的影响 合金元素对碳钢中的相平衡关系有很大影响,加入合金元素 后FeFe3C相图要发生变化。加入合金元素,可使a-Fe与y-Fe 存在范围发生变化。按照对a一Fe或y-Fe的作用,可将合金元素 分为两大类 (1)扩大奥氏体区的元素 扩大奥氏体区域的元素有镍、锰、碳、氮等,这些元素使A1 和A3温度降低,使S点、E点向左下方移动,从而使奥氏体区域扩 大。其中与Y一Fe无限互溶的元素镍或锰的含量较多时,可使钢在 室温下以奥氏体单相存在而成为一种奥氏体钢。如Ni%>9%的不 锈钢和Mn%>13%的ZGMn13耐磨钢均属奥氏体钢
合金元素对铁碳相图的影响 合金元素对碳钢中的相平衡关系有很大影响，加入合金元素 后Fe-Fe3C相图要发生变化。加入合金元素，可使α－Fe与γ－Fe 存在范围发生变化。按照对α－Fe或γ－Fe的作用，可将合金元素 分为两大类。 （1）扩大奥氏体区的元素 扩大奥氏体区域的元素有镍、锰、碳、氮等，这些元素使A1 和A3温度降低，使S点、E点向左下方移动，从而使奥氏体区域扩 大。其中与γ－Fe无限互溶的元素镍或锰的含量较多时，可使钢在 室温下以奥氏体单相存在而成为一种奥氏体钢。如Ni%>9%的不 锈钢和Mn%>13%的ZGMn13耐磨钢均属奥氏体钢
(2)缩小奥氏体区的元素 缩小奥氏体区的元素有铬、钼、硅、钨等,使A1和A3温度升 高,使S点、E点向左上方移动,从而使奥氏体区域缩小。由于A1 和A3温度升高了,这类钢的淬火温度也相应地提高了。图7-2表 示铬对奥氏体区域位置的影响。当加入的元素超过一定含量后, 则奥氏体可能完全消失,此时,钢在包括室温在内的广大温度范 围内获得单相铁素体,通常称之为铁素体钢。如含17%~28%Cr 的Cr17、Cr25、Cr28不锈钢就是铁素体不锈钢
（2）缩小奥氏体区的元素 缩小奥氏体区的元素有铬、钼、硅、钨等，使A1和A3温度升 高，使S点、E点向左上方移动，从而使奥氏体区域缩小。由于A1 和A3温度升高了，这类钢的淬火温度也相应地提高了。图7-2表 示铬对奥氏体区域位置的影响。当加入的元素超过一定含量后， 则奥氏体可能完全消失，此时，钢在包括室温在内的广大温度范 围内获得单相铁素体，通常称之为铁素体钢。如含17%～28%Cr 的Cr17、Cr25、Cr28不锈钢就是铁素体不锈钢
◆合金元素对钢的热处理的影响 合金元素主要是通过改变钢在热处理过程中的组织转变来显 示其作用的。合金元素对钢的热处理的影响主要表现在对加热、 冷却和回火过程中的相变等方面 (1)对加热的影响 增加奥氏体化的时间,阻止奥氏体晶粒长大。 (2)对冷却转变的影响 提高过冷奥氏体的稳定性,提高钢的淬透性。 3)对淬火钢回火转变的影响 提高回火稳定性,形成特殊碳化物
合金元素对钢的热处理的影响 合金元素主要是通过改变钢在热处理过程中的组织转变来显 示其作用的。合金元素对钢的热处理的影响主要表现在对加热、 冷却和回火过程中的相变等方面。 （1）对加热的影响 增加奥氏体化的时间，阻止奥氏体晶粒长大。 （2）对冷却转变的影响 提高过冷奥氏体的稳定性，提高钢的淬透性。 （3）对淬火钢回火转变的影响 提高回火稳定性，形成特殊碳化物
◆合金元素对钢的机械和工艺性能的影响 (1)对强度的影响 固溶强化、细晶强化、弥散强化 (2)对塑性和韧性的影响 一般降低钢的塑性和韧性 (3)对工艺性能的影响 对铸造、锻造、焊接、切削性能的影响
合金元素对钢的机械和工艺性能的影响 （1）对强度的影响 固溶强化、细晶强化、弥散强化 （2）对塑性和韧性的影响 一般降低钢的塑性和韧性。 （3）对工艺性能的影响 对铸造、锻造、焊接、切削性能的影响
形根据钢中合金元素与碳的亲合力的大小,合金元素可分为碳化物 形成元素和非碳化物形成元素 非碳化物形成元素主要有:N、S、CO、C以、A、N、B等,它们 几乎都固溶于铁素体和奥氏体中 碳化物形成元素与钢中的碳原子相互作用可形成各种碳化物,碳 化物的种类、数量、尺寸大小以及分布等对钢的性能均起到重要的影 响 碳化物形成元素均是过渡族金属,它们与碳原子间的结合力大小, 将影响到形成碳化物的难易程度以及碳化物的稳定性。结合力的大小 主要取决于原子d层的电子数。d层的电子数越少,它与碳的亲合力就 越大,形成的碳化物在钢中也越稳定。 按照原子间结合力的大小可将合金元素分为:强碳化物形成元素, 如T、Zr、№b、V;中等强碳化物形成元素,如W、M、C和弱碳化 物形成元素,如Mn。如果是多种碳化物形成元素共存在于钢中, 般情况是强碳化物形成元素优先与碳结合形成碳化物
根据钢中合金元素与碳的亲合力的大小，合金元素可分为碳化物 形成元素和非碳化物形成元素。 非碳化物形成元素主要有：Ni、Si、Co、Cu、Al、N、B等，它们 几乎都固溶于铁素体和奥氏体中。 碳化物形成元素与钢中的碳原子相互作用可形成各种碳化物，碳 化物的种类、数量、尺寸大小以及分布等对钢的性能均起到重要的影 响。 碳化物形成元素均是过渡族金属，它们与碳原子间的结合力大小， 将影响到形成碳化物的难易程度以及碳化物的稳定性。结合力的大小 主要取决于原子d层的电子数。d层的电子数越少，它与碳的亲合力就 越大，形成的碳化物在钢中也越稳定。 按照原子间结合力的大小可将合金元素分为：强碳化物形成元素， 如Ti、Zr、Nb、V；中等强碳化物形成元素，如W、Mo、Cr和弱碳化 物形成元素，如Mn。如果是多种碳化物形成元素共存在于钢中，一 般情况是强碳化物形成元素优先与碳结合形成碳化物
第三节我国的钢材编号 Steel grade 为了管理和使用的方便,每一种合金钢都应该有一个简明的 编号。世界各国钢的编号方法不一样。钢编号的原则主要有两条: (1)根据编号可以大致看出该钢的成分。 (2)根据编号可大致看出该钢的用途。 我国的钢材编号是采用国际化学元素符号和汉语拼音字母并 用的原则。即钢号中的化学元素采用国际化学元素符号表示
为了管理和使用的方便，每一种合金钢都应该有一个简明的 编号。世界各国钢的编号方法不一样。钢编号的原则主要有两条： （1）根据编号可以大致看出该钢的成分。 （2）根据编号可大致看出该钢的用途。 我国的钢材编号是采用国际化学元素符号和汉语拼音字母并 用的原则。即钢号中的化学元素采用国际化学元素符号表示。 第三节 我国的钢材编号 Steel Grade