第三章工業(yè)用鋼與鑄鐵工業(yè)用鋼按化學成分分為碳素鋼和合金鋼兩大類。碳素鋼是指含碳量低于2.11%的鐵碳合金。合金鋼是指為了提高鋼的性能，在碳鋼基礎上有意加入一定量合金元素所獲得的鐵基合金。

第一節(jié)鋼的分類及編號一、鋼的分類1、按化學成分分

中碳鋼

0.25~0.6%C高碳鋼

0.6%C低碳鋼

0.25%C低合金鋼合金元素總量5%中合金鋼合金元素總量5~10%高合金鋼合金元素總量10%碳素鋼合金鋼鋼類碳素鋼合金鋼PSPS普通質量鋼≤0.045≤0.045≤0.045≤0.045優(yōu)質鋼≤0.035≤0.035≤0.035≤0.035高級優(yōu)質鋼≤0.030≤0.030≤0.025≤0.025特級優(yōu)質鋼≤0.025≤0.020≤0.025≤0.0152、按質量分鋼的質量是以磷、硫的含量來劃分的。分為普通質量鋼、優(yōu)質鋼、高級優(yōu)質鋼和特級優(yōu)質鋼.根據(jù)現(xiàn)行標準，各質量等級鋼的磷、硫含量如下：3、按冶煉方法分轉爐煉鋼平爐煉鋼平爐鋼轉爐鋼電爐鋼

按爐別分沸騰鋼：脫氧不充分，澆注時C與O反應發(fā)鎮(zhèn)靜鋼：脫氧充分，組織致密，成材率低。半鎮(zhèn)靜鋼：介于前兩者之間。生沸騰。這種鋼成材率高，但不致密。按脫氧程度分特殊鎮(zhèn)靜鋼4、按金相組織分珠光體鋼貝氏體鋼馬氏體鋼鐵素體鋼奧氏體鋼萊氏體鋼按正火組織分亞共析鋼共析鋼過共析鋼

按退火組織分電弧爐煉鋼5、按用途分

工程用鋼建筑、橋梁、船舶、車輛滲碳鋼調質鋼彈簧鋼滾動軸承鋼耐磨鋼機器用鋼結構鋼刃具鋼模具鋼量具鋼工具鋼不銹鋼耐熱鋼特殊性能鋼擠壓模具齒輪刀具二、鋼的編號我國鋼材的編號是采用漢語拼音字母、化學元素符號和阿拉伯數(shù)字相結合的方法。采用漢語拼音字母表示鋼產品的名稱、用途、特性和工藝方法時，一般從代表鋼產品名稱的漢字的漢語拼音中選取第一個字母.常用鋼產品的名稱、用途、特性和工藝方法表示符號（GB/T221—2000）名稱符號位置名稱符號位置碳素結構鋼Q頭橋梁用鋼q尾低合金高強度鋼Q頭鍋爐用鋼g尾易切削鋼Y頭焊接氣瓶用鋼HP尾碳素工具鋼T頭車輛車軸用鋼LZ頭(滾珠)軸承鋼G頭機車車軸用鋼JZ頭焊接用鋼H頭沸騰鋼F尾鉚螺鋼ML頭半鎮(zhèn)靜鋼b尾船用鋼國際符號鎮(zhèn)靜鋼Z尾汽車大梁用鋼L尾特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ尾壓力容器用鋼R尾質量等級A.B.C.D.E尾1、碳素結構鋼和低合金高強度鋼Q+最低屈服強度值+質量等級符號+脫氧方法符號Q表示“屈服強度”；屈服強度值單位是MPa；質量等級符號為A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，質量提高。脫氧方法符號:沸騰鋼—F；鎮(zhèn)靜鋼—Z；半鎮(zhèn)靜鋼—b；特殊鎮(zhèn)靜鋼—TZ。如碳素結構鋼牌號表示為Q235AF、Q235BZ。鋼板2、低合金高強度鋼低合金高強度結構鋼都是鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼，其牌號中沒有表示脫氧方法的符號。如Q345C。根據(jù)需要，低合金高強度結構鋼的牌號也可以采用兩位阿拉伯數(shù)字（表示平均含碳量的萬分之幾）和化學元素符號，按順序表示，如16Mn。*說明：通常情況下，屈服強度值小300MPa時為碳素結構鋼，大于300MPa時為低合金高強度鋼。熱連軋鋼板齒輪加工方鋼3、優(yōu)質碳素結構鋼牌號用兩位數(shù)字表示。這兩位數(shù)字表示鋼平均含碳量的萬分之幾。如45鋼—平均含碳量為萬分之四十五（即0.45%）的優(yōu)質碳素結構鋼。鋼帶*說明：①

含Mn量為0.7~1.0%時，在兩位數(shù)字后加元素符號“Mn”，如40Mn。②對于沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼,在鋼號后分別加字母F和b，如08F、10b。③高級優(yōu)質鋼在鋼號后加字母A，如20A。鋼管4、合金結構鋼兩位數(shù)字（表示平均含碳量的萬分之幾）+合金元素符號+該元素百分含量數(shù)字+……當合金元素的平均含量小于1.50%時，只標元素符號，不標含量；當合金元素的平均含量為1.50~2.49%、2.50~3.49%、3.50~4.49%、4.50~5.49%、……時，在相應的合金元素符號后標2、3、4、5……等數(shù)字。如20CrNi3。高級優(yōu)質鋼在牌號后加字母A，如60Si2MnA。特級優(yōu)質鋼在牌號后加字母E，如30CrMnSiE。

不銹鋼制管板式換熱器所有合金鋼的合金元素量標法相同5、工具鋼⑴碳素工具鋼T+數(shù)字T表示“碳素工具鋼”；數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾.如T8—其平均含碳量為千分之八(0.8%C)。*說明：碳素工具鋼都是優(yōu)質以上質量的。高級優(yōu)質鋼在鋼號后加“A”，如T8A。

絲錐銼刀⑵合金工具鋼含碳量+合金元素符號+該元素百分含量+……當含碳量小于1.00%時，含碳量用一位數(shù)字標明，這一位數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾，如8MnSi.當含碳量大于1.00%時，不標含碳量。*高速鋼不標含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C).**含鉻量小于1%時，在含鉻量(以千分之一為單位)前加數(shù)字“0”，如Cr06。銑刀6、軸承鋼G+Cr+鉻含量(不標含碳量)“G”表示“滾動軸承鋼”。*鉻含量以千分之一為單位.如“GCr15”的平均含鉻量為1.5%。7、不銹鋼含碳量+合金元素符號+該元素百分含量+……含碳量以千分之一為單位。含碳量的表示方法為：①當平均含碳量≥1.00%時，用兩位數(shù)字表示，如11Cr17(平均含碳量為1.10%)；渦輪葉片②當1.0%>平均含碳量≥0.1%時，用一位數(shù)字表示,如2Cr13（平均含碳量為0.20%）③當0.1%>含碳量上限>0.03%時，以“0”表示，如0Cr18Ni9（含碳量上限為0.08%）④當0.03%≥含碳量上限>0.01%時（超低碳），以“03”表示，如03Cr19Ni10(含碳量上限為0.03%）⑤當含碳量上限≤0.01%時(極低碳)，以“01”表示，如01Cr19Ni11（含碳量上限為0.01%）。汽輪機葉片7、鑄鋼ZG+兩位數(shù)字ZG表示“鑄鋼”；兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分之幾,如ZG25.鑄鋼件2.5噸大齒輪鑄件第二節(jié)

鋼中的雜質及合金元素1、Mn:0.8%時為雜質,是有益元素。作用為：

①強化鐵素體；②消除硫的有害作用。一、雜質元素對性能的影響鋼中的雜質一般是指Mn、Si、P、S。是由原料帶入或脫氧殘留的元素。①強化鐵素體；②增加鋼液流動性。3、S：是有害元素。常以FeS形式存在。易與Fe在晶界上形成低熔點共晶(985℃)，熱加工時(1150~1200℃)，由于其熔化而導致開裂，稱熱脆性.鋼中的硫應控制在0.045%以下.2、Si：0.5%時為雜質，是有益元素。作用為：

合金晶界的低熔點硫化物共晶Mn可消除硫的有害作用,FeS+Mn→Fe+MnS，MnS熔點高(1600℃)。4、P：也是有害元素。能全部溶入鐵素體中，使鋼在常溫下硬度提高，塑性、韌性急劇下降，稱冷脆性。P一般控制在0.045%以下.鋼中的MnS夾雜比利時阿爾伯特運河鋼橋因磷高產生冷脆性于1938年冬發(fā)生斷裂墜入河中5、氣體元素①N：室溫下N在鐵素體中溶解度很低，鋼中過飽和N在常溫放置過程中以FeN、Fe4N形式析出使鋼變脆,稱時效脆化.加Ti、V、Al等元素可使N固定，消除時效傾向。②O：氧在鋼中以氧化物的形式存在，其與基體結合力弱，不易變形，易成為疲勞裂紋源.鋼中TiN夾雜鋼中氧化物夾雜③H：常溫下氫在鋼中的溶解度也很低。當氫在鋼中以原子態(tài)溶解時，降低韌性，引起氫脆。當氫在缺陷處以分子態(tài)析出時，會產生很高內壓，形成微裂紋，其內壁為白色，稱白點或發(fā)裂。鋼中白點鋼的氫脆斷口㈠對鋼中基本相的影響1、溶于鐵素體,起固溶強化作用非碳化物形成元素及過剩的碳化物形成元素都溶于鐵素體，形成合金鐵素體.Si、Mn對強度、硬度提高顯著。Cr、Ni在適當范圍內提高韌性。二、合金元素在鋼中的作用對鐵素體沖擊韌性影響2、形成碳化物，起強化相作用合金元素與碳的親和力從大到小的順序為：

Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。⑴

Ti、Nb、V為強碳化物形成元素，碳化物的穩(wěn)定性、熔點、硬度、耐磨性高，如TiC、VC等。

鋼中碳化物⑵

W、Mo、Cr為中碳化物形成元素，碳化物的穩(wěn)定性、熔點、硬度、耐磨性較高，如W2C等。⑶

Mn、Fe為弱碳化物形成元素，碳化物的穩(wěn)定性、熔點、硬度、耐磨性較低，如Fe3C等。第三節(jié)結構鋼對結構鋼的性能要求為：使用性能以強韌性為主。工藝性能以可焊性、淬透性為主。合金結構鋼除少量為中高合金鋼外，都是低合金鋼.銅陵長江公路大橋1、成分：<0.4%C,P、S量及非金屬夾雜較多.2、性能：可焊性、塑性好。3、熱處理：不進行專門熱處理，熱軋空冷態(tài)下使用。4、使用狀態(tài)下組織：F+P一、碳素結構鋼螺紋鋼圓鋼5、用途常以熱軋板、帶、棒及型鋼使用，用量約占鋼材總量的70%。用于建筑結構，適合焊接、鉚接、栓接等。熱軋鋼板螺紋鋼黃河小浪底樞紐工程1、性能要求⑴高強度及足夠韌性。⑵良好的焊接性能。⑶良好的耐蝕性及低的韌脆轉變溫度。2、成分特點⑴低碳：≤0.2%C.⑵合金元素：主要是Mn，還有少量V、Ti、Nb等。二、低合金高強度結構鋼3、熱處理：大多數(shù)熱軋空冷后使用。少數(shù)可用正火+高溫回火處理。4、使用狀態(tài)下組織：F+P低合金高強鋼合金元素細化晶粒作用①

Mn的作用是強化鐵素體；增加珠光體的量。②

V、Ti、Nb等起細化晶粒和彌散強化作用。

③另外加Cu、P可提高耐蝕性；加RE可提高韌性、疲勞極限，降低冷脆轉變溫度。5、用途：Q345鋼(16Mn)綜合性能好，用于船舶、橋梁、車輛等大型鋼結構。Q390鋼含V、Ti、Nb，強度高，用于中等壓力的壓力容器。Q460鋼含Mo、B，正火組織為貝氏體，強度高,用于石化中溫高壓容器.南京長江大橋制造滲碳零件的鋼種。1、性能要求⑴表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足夠的韌性和強度，即表硬里韌。⑵良好的熱處理性能,如淬透性和滲碳能力。三、滲碳鋼滲碳爐滲碳件—傳動齒輪2、成分特點⑴低碳：0.1~0.25%C⑵合金元素作用：①提高淬透性：

Cr、Mn、Ni、B②

強化鐵素體：

Cr、Mn、Ni

③

細化晶粒：

W、Mo、Ti、V

滲碳件高精密獨立導柱3、常用鋼號及用途低淬透性鋼：20、20Cr。柴油機凸輪軸活塞銷(20Cr)用于受力小的耐磨件，如柴油機的活塞銷、凸輪軸等。中淬透性鋼：20CrMnTi。用于中等載荷的耐磨件，如變速箱齒輪。高淬透性鋼：18Cr2Ni4WA.用于大載荷的耐磨件，如柴油機曲軸。增壓柴油機曲軸汽車變速箱齒輪調質件（螺桿）調質后使用的鋼種。1、性能要求⑴良好的綜合力學性能.⑵良好的淬透性。四、調質鋼2、成分特點⑴中碳：0.3~0.5%C⑵合金元素作用：①提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、B②強化鐵素體:Mn、Si、Cr、Ni③細化晶粒:Ti、V④防止第二類回火脆性:W、Mo調質件（冷卻輪）破碎機主軸柴油機凸輪軸3、常用鋼號及用途低淬透性鋼：

D0油<30~40mm,常用45、40Cr,用于制造較小的齒輪、軸、螺栓等。中淬透性鋼：

D0油≈40~60mm，常用40CrNi，用于制造大中型零件。高淬透性鋼：D0油>60mm,常用40CrNiMo,用于制造大截面重載荷零件，如曲軸等。合金結構鋼曲軸單缸汽車曲軸制造彈簧或類似性能零件的鋼種。1、性能要求彈簧是利用彈性變形儲存能量或緩和沖擊的零件。⑴高的σs，σs/σb；高的σ-1；足夠的韌性⑵高的淬透性。五、彈簧鋼2、成分特點⑴中高碳：碳素彈簧鋼為0.6~0.9%C合金彈簧鋼為0.45~0.7%C⑵合金元素作用：①提高淬透性、強化鐵素體：Mn、Si、Cr②

提高s/b：Si③

細化晶粒：V汽車彈簧彈簧絲3、常用鋼號及用途Si、Mn彈簧鋼，如65Mn、60Si2Mn，用于制造較大截面彈簧。Cr、V彈簧鋼，如50CrV，用于大截面、大載荷、耐熱的彈簧。大型熱卷彈簧汽車板簧載荷(頻率達數(shù)萬次/分)和摩擦。⑴高而均勻的硬度和耐磨性。⑵高的b和接觸疲勞強度。⑶足夠的韌性、淬透性和耐蝕性.六、滾動軸承鋼用于制造軸承套和滾動體的專用鋼種。1、性能要求軸承工作時,承受接觸應力(達3000~3500MPa)、周期性交變圓柱滾子軸承自動調心球軸承2、成分特點⑴高碳：0.95~1.10%C⑵

合金元素：以Cr為主,加入Mn、Si。Cr、Mn、Si的主要作用是提高淬透性推力球軸承滾針軸承Cr還提高耐磨性（形成合金滲碳體）和耐蝕性。當>1.65%Cr時,會因A’增加而使硬度和穩(wěn)定性下降。滾針軸承滾柱軸承滾珠軸承大型軸承3、常用鋼號及用途應用最廣的是GCr15，大量用于大中型軸承；大型軸承用GCr15SiMn。這類鋼還可用于制造模具、量具等.向心球軸承是指在沖擊載荷作用下發(fā)生沖擊硬化的高錳鋼.只有ZGMn13一個鋼號.1、成分特點⑴

高碳：1.0~1.3%C

以保持高耐磨性。⑵高錳：11~14%Mn以保證形成奧氏體組織.七、耐磨鋼高錳鋼鑄件高錳鋼2、熱處理及組織鑄態(tài)組織為奧氏體+碳化物,性能硬而脆.熱處理采用水韌處理。即將鋼加熱到1100℃，使碳化物溶入奧氏體，并進行水淬。室溫組織為過飽和單相奧氏體。高錳鋼水韌處理組織澆鑄高錳鋼件3、使用及用途水韌處理后，韌性高，硬度低.使用時必須伴隨著壓力和沖擊作用。在壓力及沖擊作用下，表面奧氏體迅速加工硬化，形成馬氏體并析出碳化物，使表面硬度提高到HB500~550，獲得高耐磨性。而心部仍為奧氏體組織,具有高耐沖擊能力。顎式破碎機挖掘機高錳鋼廣泛用于既要求耐磨又要求耐沖擊的零件。如拖拉機的履帶板、球磨機襯板、破碎機牙板、挖掘機鏟齒和鐵路轍岔等.

履帶球磨機襯板挖掘機鏟齒鐵路轍岔破碎機牙板第四節(jié)工具鋼按用途分為:刃具鋼模具鋼量具鋼模具刃具量具㈠性能要求1、高硬度(≥HRC60),主要取決于含碳量。2、高耐磨性靠高硬度和析出細小均勻硬碳化物來達到。3、高熱硬性即高溫下保持高硬度的能力。4、足夠的韌性以防止脆斷和崩刃。切削加工的基本形式第五節(jié)特殊性能鋼

特殊性能鋼是指具有特殊物理、化學性能的鋼。本節(jié)只介紹不銹鋼?；す艿赖母g裂解管內壁的高溫腐蝕減薄化學腐蝕是指金屬在非電解質中的腐蝕。電化學腐蝕是指金屬在電解質溶液中的腐蝕，是有電流參與作用的腐蝕。一、不銹鋼在腐蝕介質中具有耐蝕性能的鋼。㈠金屬的腐蝕金屬的腐蝕分化學腐蝕和電化學腐蝕。

不同組織、成分、應力區(qū)域之間都可構成微電池。防止電化學腐蝕的措施：①獲得均勻的單相組織。②提高合金的電極電位。③使表面形成致密的鈍化膜。工業(yè)發(fā)達國家每年金屬腐蝕造成的直接經濟損失占GNP的4%左右。中國每年腐蝕的損失至少到400億元以上.ZnZnZn-Cu原電池示意圖珠光體腐蝕示意圖電解液㈡不銹鋼中合金元素的作用1、低碳：碳高，則降低耐蝕性。2、Cr：是提高耐蝕性的主要元素①形成穩(wěn)定致密的Cr2O3氧化膜.②Cr含量大于13%時，形成單相鐵素體組織。③提高基體電極電位(n/8規(guī)律)3、Ni：獲得單相奧氏體組織。

4、Mo：耐有機酸腐蝕。5、Ti,Nb:防止奧氏體鋼晶間腐蝕.晶間腐蝕是沿晶粒周界發(fā)生腐蝕的現(xiàn)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，在介質作用下發(fā)生強烈腐蝕。加Ti、Nb則先于Cr與C形成不易溶于奧氏體的碳化物,避免晶界貧Cr。

奧氏體不銹鋼晶界的Cr23C6析出晶間腐蝕晶間腐蝕破壞304不銹鋼消火栓齒輪架㈢常用不銹鋼1、馬氏體不銹鋼主要是Cr13型不銹鋼鋼號為1Cr13~4Cr13隨含碳量提高，強度、硬度提高，耐蝕性下降.⑴1Cr13、2Cr13熱處理:淬火+高溫回火使用狀態(tài)下的組織:S回不銹鋼棒1Cr13、2Cr13具有耐大氣、蒸汽腐蝕能力及良好的綜合力學性能。用于要求塑韌性較高的耐蝕件，如汽輪機葉片等.汽輪機葉片透平轉輪⑵3Cr13、4Cr13熱處理：淬火+低溫回火。使用狀態(tài)下的組織：M回。具有較高強度、硬度。用于要求耐蝕、耐磨件，醫(yī)療器械、量具等。醫(yī)療器械不銹鋼刀1Cr17削片刀鐵素體不銹鋼水加熱器2、鐵素體不銹鋼典型鋼號如0Cr13、1Cr17等。⑴成分：高鉻低碳⑵無α?γ相變，不能進行熱處理強化。⑶組織：單相鐵素體鋼中σ相⑷性能特點耐酸蝕，抗氧化能力強，塑性好。但有脆化傾向：①

475℃脆化：加熱到450~550℃停留，產生脆化.

再加熱到600℃快冷可消除。②相脆化：在600~800℃長期加熱時，析出硬而脆的相。⑸

用途廣泛用于硝酸和氮肥工業(yè)的耐蝕件。合成氨廠硝酸生產裝置鐵素體不銹鋼制品3、奧氏體不銹鋼主要是18-8（18Cr-8Ni）型不銹鋼。⑴性能特點：具有良好的耐蝕性，冷熱加工性及可焊性。高的塑韌性,無磁性。⑵熱處理：采用固溶處理。即加熱到1100℃使碳化物溶解后水冷。組織為單相奧氏體。不銹鋼帶⑶常用鋼種為1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti廣泛用于化工設備及管道.反應釜(316L)大型化工儲罐(304)熱交換器(316L)⑷應力腐蝕奧氏體不銹鋼易發(fā)生應力腐蝕。即在特定合金-環(huán)境體系中，應力與腐蝕共同作用引起的破壞。應力腐蝕易在含Clˉ的介質中發(fā)生，裂紋為樹枝狀。

發(fā)生應力腐蝕奧氏體不銹鋼管道內壁應力腐蝕裂紋鋼號鋼種合金元素的主要作用熱處理特點使用狀態(tài)下組織Q345低合金高強度結構鋼Mn:強化F，增加P量，降低冷脆轉變溫度熱軋空冷F+P65Mn彈簧鋼Mn:提高淬透性，強化F淬火+中溫回火T回ZGMn13耐磨鋼Mn:獲得單相A組織水韌處理表:M+碳化物心:A20Cr滲碳鋼Cr:提高淬透性，強化F滲碳+淬火+低溫回火表:M回+顆粒狀碳化物+A’心:M回+F40Cr調質鋼Cr:提高淬透性，強化F調質處理S回9SiCr低合金工具鋼Cr:提高淬透性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)GCr15滾動軸承鋼Cr:提高淬透性，耐磨性、耐蝕性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)1Cr13馬氏體不銹鋼Cr:提高耐蝕性淬火+高溫回火S回5CrNiMo熱作模具鋼Cr、Ni:提高淬透性，強化F淬火+高溫回火S回Mo:防止高溫回火脆性Cr12MoV冷作模具鋼Mo:細化晶粒，提高耐磨性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)W18Cr4V高速鋼V:提高耐磨性、熱硬性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+