【干货资源】工业用钢

钢的分类和编号

1钢的分类

按用途分类

• 结构钢：用于制造各种工程结构和各种机器零件的钢种.前者又称为工程用钢或结构用钢，后者包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢。

• 工具钢：用于制造各种加工工具的钢种.根据工具的不同用途.又可分为刃具钢、模具钢、量具钢。

• 特殊性能钢：包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢、电工钢等。

按化学成分分类

• 碳素钢：又分为低碳钢（ｗｃ≤０.２５％）、中碳钢（ｗｃ=０.２５-０.６％）和高碳钢（ｗｃ>０.６％）。

• 合金钢：又分为低合金钢（ｗｃ≤５％）、中合金钢（ｗｃ=５-１０％）和高合金钢（ｗｃ>１０％）。

• 另外，根据钢中所含主要合金元素的不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、硼钢等。

按显微组织分类

• 退火状态类：亚共析钢，共析钢，过共析钢，莱氏体钢

• 正火状态类：珠光体钢，贝氏体钢，马氏体钢和奥氏体钢

• 室温组织类：铁素体刚，奥氏体钢，双相钢

按品质分类

• 普通质量钢；

• 优质钢：ｗｓ、ｗｐ≤０.０３５％；

• 高级优质钢：ｗｓ、ｗｐ≤０.０３０％。

2钢的编号

1. 普通碳素结构钢

   Ｑ＋屈服点数值（单位为 ＭＰａ）＋质量等级 ＋脱氧方法

2. 优质碳素结构钢

   牌号用两位数字表示，其含义为含碳量的万分之几

3. 碳素工具钢

   “Ｔ”开头，其后跟以表示含碳量的千分之几的数字

4. 合金结构钢

   两位数字（碳量）＋合金元素符号 ＋数字（合金元素量）.碳含量为万分之几；合金元素含量为百分之几。如 ３０Ｃｒ ｎＳｉ

5. 合金工具钢

   数字（碳含量）＋合金元素符号 ＋数字（合金元素含量）.若含碳量≥１.０％，则不标出；若含碳量＜１.０％，则以千分之几标出.如 Ｃｒ ｎ９Ｍｎ２Ｖ

6. 滚动轴承钢

   由“ＧＣｒ＋数字”组成.数字表示碳含量的千分之几.如 ＧＣｒ５

7. 不锈钢与耐热钢（珠光体耐热钢除外）

   “数字（碳含量）＋合金元素符号 ＋数字（合金元素含量）”碳含量为万分之几，如 ９５Ｃｒ８.但当含碳量小于 ０.８％时，以“０６”表示；当含碳量小于 ０.３％时，以“０２”表示；当含碳量小于 ０.１％时，以“００８”表示。

合金元素在钢中的作用

合金元素在钢中的分布

1. 溶入铁素体、奥氏体、马氏体或渗碳体的晶格中，形成合金固溶体或合金渗碳体。

2. 与碳或合金元素结合，形成碳化物或金属间化合物。

3. 与非金属（Ｏ、Ｎ、Ｓ）结合，形成非金属夹杂物。

4. 有些元素如 Ｐｂ既不溶解于铁，也不形成化合物，以游离态存在。高碳钢中的碳有时也以自由态（石墨）存在。

合金元素对铁碳相图的影响

1. 有的合金元素扩大（缩小）铁素体相区，有的合金元素扩大奥氏体（缩小）相区。

2. 影响相图中 Ａ１、Ａ３、Ａｃｍ、Ｓ、Ｅ点位置

合金元素对钢的热处理有影响

1. 影响钢的奥氏体化（稳定奥氏体，防止晶粒粗化）

2. 影响过冷奥氏体的转变（珠光体，贝氏体，马氏体）

3. 影响残余奥氏体和马氏体的转变（二次硬化，第二类回火脆性）

机器零件用钢

机器零件用钢的合金化特点

1. 提高钢的淬透性（除 ＡｌＣｏ外，均提高奥氏体稳定性

2. 获得能满足使用要求的回火组织和性能（Ｍｏ、Ｗ）

3. 提高钢的切削加工性能（Ｓ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｔｅ、Ｓｅ）

渗碳钢———经渗碳处理后使用的钢

1. 化学成分：ｗ =０.１０％ -０.２５％，加入提高淬透性元素（Ｍｎ、ＣｒＮｉＢ、Ｓｉ）、含锰渗碳钢中加入阻止奥氏体晶粒长大元素（ＴｉＶ）

2. 常用的渗碳钢：１５２０２０Ｍｎ２２０Ｃｒ ｎＴｉ２０ＣｒＮｉＡ

3. 性能要求与应用：心部要求强韧、表面高硬耐磨抗疲劳的零件，如拖拉机的变速齿轮、内燃机凸轮、活塞销等

4. 工艺路线：下料→锻造毛坯→粗切削加工→表面渗碳热处理→热处理→精切削加工

   热处理：直接淬火 ＋低温回火。

5. 热处理后组织：

   表层组织：回火马氏体 ＋粒状碳化物；

   心部组织：低碳马氏体（淬透）或含铁素体（未淬透）

调质钢———调质处理后使用的结构钢

1. 化学成分：ｗ =０.２５％ -０.４５％，加入提高淬透性元素（Ｍｎ、ＣｒＮｉＢ、Ｓｉ）、防止第二类回火脆性元素（ＭｏＷ）、细化奥氏体晶粒的元素（Ｗ、ＭｏＶ、Ａｌ等

2. 常用的调质钢：４５４０Ｃｒ３０Ｃｒ ｎＳｉ４０Ｃｒｉｏ

3. 性能要求与应用：要求良好的综合性能，如机床主轴、曲轴、连杆、高强度螺栓等

4. 工艺路线：下料→锻造毛坯→预备热处理→粗切削加工→最终热处理→精切削加工

   预备热处理：正火或退火，目的是消除组织缺陷（如带状组织）；细化晶粒；降低硬度，便于切削加工。

   最终热处理：淬火 ＋高温回火（６００-６５０℃）.

5. 调质处理后组织为回火索氏体。其组织特点以下：

   ①在铁素体基体上均匀分布的粒状碳化物起弥散强化作用，溶入铁素体的合金元素其固溶强化作用，从而保证钢具有较高的屈服强度和疲劳强度。

   ② 作为基体组织的铁素体是从淬火马氏体转变而成的，晶粒细小，使钢的冷脆倾向大大减小。

   ③ 组织均匀性好，减少了裂纹在局部薄弱地区形成的可能性，可以保证有良好的塑性和韧性。

弹簧钢

1. 化学成分：ｗｃ=０.５０％ -０.９０％，加入提高淬透性元素、强碳化物形成元素、细化奥氏体晶粒的元素等

2. 常用的弹簧钢：６５７０８５６５Ｍｎ６０ＳｉＭｎ５０Ｃｒ

3. 性能要求：高的弹性极限或屈强比，高的疲劳强度，耐冲击载荷，具有一定的塑性和韧性。

4. 热成形弹簧工艺路线：热轧钢丝或扁钢剪断→热卷成形→热处理→喷丸

   热处理为淬火 ＋中温回火（４００-４５０℃）

5. 弹簧热处理后的组织：回火托氏体

   回火托氏体具有以下特点：

   淬火后的马氏体已充分分解，分解出的渗碳体以细小颗粒分布在 α相基体上；α相的回复过程也充分进行，开始多边化，但亚结构尚未长大；残余奥氏体已充分分解，内应力已大部分下降。弹性极限达到极大值 。

滚动轴承钢

1. 化学成分：ｗ =０.９５％ -１.１０％，加入 ＣｒＳｉＭｎ、Ｍｏ等元素，其目的是提高淬透性，形成合金渗碳体，使钢种的碳化物细小均匀，提高耐蚀性

2. 常用的轴承钢：GCr5，GCr5Sin，GCr5Sio

3. 性能要求：很高的强度硬度、接触疲劳强度和耐磨性

4. 工艺路线：下料→轧、锻造毛坯→预备热处理→粗切削加工→最终热处理→精切削加工

   预备热处理：球化退火。目的是：降低硬度，以利于切削加工；获得均匀分布的粒状珠光体，为最终热处理作好组织准备。

   最终热处理：淬火 ＋低温回火（１５０-１６０℃）

5. 热处理组织：回火马氏体 ＋细小均匀分布的碳化物 ＋少量的残余奥氏体。

工具钢

碳素刃具钢

1. 化学成分：ｗｃ=０.６５％ -１.３５％

2. 常用的碳素刃具钢：Ｔ８Ａ，Ｔ１０，Ｔ１２

3. 最终热处理，淬火 ＋低温回火（１８０-２００℃）

低合金刃具钢

1. 化学成分：ｗｃ=０.７５％ -１.４５％

2. 常用的低合金刃具钢：Ｃｒ ｎ９ＳｉｒＣｒ Ｍｎ

3. 最终热处理，淬火 ＋低温回火（２５０-３００℃）

高速钢

1. 化学成分：ｗ =０.７％ -１.６％，加入 Ｗ、ＭｏＣｒＣｏＶ等元素，目的是提高淬透性、防止奥氏体晶粒粗大并产生二次硬化效应、抗氧化耐腐蚀、热硬性。

2. 常用的高速钢：Ｗ１８ＣｒＶ，Ｗ６Ｍｏ５ＣｒＶ２

3. 性能要求：很高的热硬性、耐磨性和足够的强度，并兼有适当的塑性和韧性

4. 工艺路线：铸件（莱氏体钢）→锻造→预备热处理→粗切削加工→最终热处理→精切削加工

   预备热处理：等温退火，其目的是获得索氏体和细小粒状碳化物，消除内应力，降低硬度，有利于切削加工。

   最终热处理：淬火 ＋三次 ５６０℃回火.其目的：５００-６００℃产生二次硬化效应，提高热硬性，降低残余奥氏体量

   二次硬化：淬火高速钢在 ５００-６００℃回火时，由于细小弥散的 Ｗ２Ｃ和 ＶＣ型碳化物从马氏体析出而使钢的硬度和强度明显升高的现象。与二次淬火有关。

   二次淬火：淬火高速钢在 ５００-６００℃回火时，残余奥氏体中的碳和合金元素由于碳化物的析出而降低，使其 Ｍｓ升高而转变为马氏体。

冷作模具钢

1. 化学成分：ｗｃ=０.５５％ -０.７０％，耐磨高硬度工件的 ｗｃ=０.８５％ -２.３０％，加入提高淬透性元素（ＣｒＭｎ）、强碳化物形成元素 （ＭｏＷ、Ｖ）细化晶粒并产生二次硬化效应，加入抗冲击疲劳的元素Ｓｉ 合金元素总量 １０～１３％。

2. 常用的冷作模具钢：Ｔ８Ａ，Ｔ１０Ａ，Ｃｒ２，Ｃｒ２ＭｏＶ

3. 性能要求：高的强度、硬度、耐磨性和足够的韧性

4. Ｃｒ２ＭｏＶ工艺路线：铸件（莱氏体钢）→锻造→预备热处理→粗切削加工→最终热处理→精切削加工

   预备热处理：等温退火，其目的是获得粒状珠光体组织，消除内应力，降低硬度，有利于切削加工。

   最终热处理：淬火 ＋低温回火（１５０-２７５℃）

热作模具钢（热态金属或液态金属成形的模具用钢）

1. 化学成分：ｗ =０.３％ -０.６％，加入提高淬透性元素（CrＮiＳiＭn）、强碳化物形成元素（ＭoＷ）细化晶粒并产生二次硬化效应，加入抗冲击疲劳的元素 Ｓｉ 属于中碳中合金钢。

2. 常用的高速钢：５ＣrnＭo３CrＷ８V４CroSi

3. 性能要求：良好的耐磨性和一定的韧性

4. ５Ｃｒ ｎＭｏ工艺路线：锻造→预备热处理→粗切削加工→最终热处理→精切削加工

   预备热处理：等温退火，其目的是使碳化物球化，消除内应力，降低硬度，有利于切削加工。

   最终热处理：淬火后，立即高温回火

   最终热处理组织：回火索氏体（５２０～５４０℃）

   （回火索氏体 ＋回火托氏体）（４９０～５１０℃）

   回火托氏体（４９０～５１０℃）

不锈钢

不锈钢提高耐蚀性的途径

1. 加入 ＣｒＮｉＳｉ等元素，提高基体的电极电位，减少微电池数目；

2. 降低碳含量，减少碳化物尤其是碳化铬的析出，一方面避免基体中 Ｃｒ含量的减少，另一方面抑制晶间腐蚀。

3. 加入 ＣｒＡｌＳｉ等，在钢件表面形成致密的钝化膜等提高基体金属的电极电位.

4. 加入 ＣｒＮｉ使钢在室温下获得单相固溶体组织，也减少微电池数目。

马氏体不锈钢（Cr3型不锈钢）

1. 成分特点：ｗＣ =０.１-１.０％，ｗＣｒ=１３-１８％，以提高耐蚀性和淬透性。

2. 典型牌号：12Ｃr320Ｃr330Ｃr340Ｃr3。

3. 热处理：淬火 ＋回火。淬火前得到单相奥氏体组织，淬火得到马氏体。碳含量较低的不锈钢经高温回火后得到回火索氏体组织，主要用于要求塑、韧较好的耐蚀零件。40Cr3经低温回火后得到回火马氏体组织，主要用于制造医疗器具、量具。

铁素体不锈钢（Cr7型不锈钢钢）

1. 成分特点：ｗＣｒ>１５％，ｗＣ≤０.１５％（较低）

2. 典型牌号：10Ｃr710Ｃr７Ｍo008Cr0Ｍo2.

3. 热处理：退火状态使用。该类钢在氧化性酸中具有良好的耐蚀性，同时具有较高的抗氧化性能。主要缺点：韧性低，脆性大。引起脆性的原因：

   ①晶粒粗大；

   ②４７５℃脆性；

   ③σ相脆性。

奥氏体不锈钢（18-8型不锈钢钢）

1. 成分特点：ｗＣｒ=１８％，ｗＮｉ=９％，ｗＣ≤０.２５％

2. 典型牌号：06Ｃr9Ｎi006Ｃr8ＮiＴi12Ｃr8Ｎi

3. 性能：该类钢有 很 好 的 耐 蚀 性，同 时 具 有 优 良 的 抗 氧 化 性 和 力 学 性 能。主 要 缺 点：在 ４００-８５０℃保温或缓慢冷却时会发生严重的晶界腐蚀破坏。

4. 热处理：固溶处理 ＋稳定化处理 ＋去应力处理

   固溶处理：将 ｗＣ≤０.２５％的 １８-８型钢加热至 １０００-１１５０℃，使碳化物全部溶解到奥氏体中，然后快速冷却获得单相奥氏体组织的热处理工艺。

   稳定化处理：将含 ＴiＮb的奥氏体不锈钢经固溶处理后，再经 ８５０-９００℃保温 １-４ｈ后空冷的一种处理方法。其目的是使之析出 Ｔｉ、ＮｂＣ，抑制 Ｃｒ2３Ｃ６的析出，以防止晶间腐蚀。

   去应力处理：消除钢再冷加工或焊接后的残余应力的热处理工艺。一般加热至 ３００-３５０℃回火。

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