钢材中各元素对性能性的影响复习课程Word文档格式.docx

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6、铬（Cr）：

在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。

铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。

7、镍（Ni）：

镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。

镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。

但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。

8、钼（Mo）：

钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力（长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变）。

结构钢中加入钼，能提高机械性能。

还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。

在工具钢中可提高红性。

9、钛（Ti）：

钛是钢中强脱氧剂。

它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；

降低时效敏感性和冷脆性。

改善焊接性能。

在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。

10、钒（V）：

钒是钢的优良脱氧剂。

钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。

钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

11、钨（W）：

钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。

钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。

在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。

12、铌（Nb）：

铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。

在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。

铌可改善焊接性能。

在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。

13、钴（Co）：

钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。

14、铜（Cu）：

武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。

铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。

缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。

当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。

15、铝（Al）：

铝是钢中常用的脱氧剂。

钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。

铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。

铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削、加工性能。

16、硼（B）：

钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。

17、氮（N）:

氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。

18、稀土（Xt）：

稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。

这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。

钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。

在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨性。

钢材的质量及性能是根据需要而确定的，不同的需要，要有不同的元素含量。

（1）、碳；

含碳量越高，刚的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差。

（2）、硫；

是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性。

（3）、磷；

能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性。

在优质钢中，硫和磷要严格控制。

但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改善钢的可切削性是有利的。

（4）、锰；

能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合金钢（高锰钢）具有良好的耐磨性和其它的物理性能。

（5）、硅；

它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软磁性能。

（6）、钨；

能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性。

（7）、铬；

能提高钢的淬透性和耐磨性，能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用。

（8）、钒；

能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和耐磨性。

当它在高温熔入奥氏体时，可增加钢的淬透性；

反之，当它在碳化物形态存在时，就会降低它的淬透性。

（9）、钼；

可明显的提高钢的淬透性和热强性，防止回火脆性，提高剩磁和娇顽力。

（10）、钛；

能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性。

在不锈钢中，钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象。

（11）、镍；

能提高钢的强度和韧性，提高淬透性。

含量高时，可显著改变钢和合金的一些物理性能，提高钢的抗腐蚀能力。

（12）、硼；

当钢中含有微量的（0.001、－0.005、％）硼时，钢的淬透性可以成倍的提高。

（13）、铝；

能细化钢的晶粒组织，阻抑低碳钢的时效。

提高钢在低温下的韧性，还能提高钢的抗氧化性，提高钢的耐磨性和疲劳强度等。

（14）、铜；

它的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，特别是和磷配合使用时更为明显。

钢材的化学成分及其对钢材性能的影响

钢材中除了主要化学成分铁（Fe）以外，还含有少量的碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）等元素，这些元素虽然含量少，但对钢材性能有很大影响：

1、碳：

碳是决定钢材性能的最重要元素。

碳对钢材性能的影响如图6-3所示：

当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低；

但当含碳量在1.0%以上时，随着含碳量的增加，钢材的强度反而下降。

随着含碳量的增加，钢材的焊接性能变差（含碳量大于0.3%的钢材，可焊性显著下降），冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性下降。

、图6-3、含碳量对碳素钢性能的影响——抗拉强度；

——冲击韧性；

——伸长率；

——断面收缩率；

HB——硬度。

一般工程所用碳素钢均为低碳钢，即含碳量小于0.25%；

工程所用低合金钢，其含碳量小于0.52%。

2、硅：

硅是作为脱氧剂而存在于钢中，是钢中的有益元素。

硅含量较低（小于1.0%）时，能提高钢材的强度，而对塑性和韧性无明显影响。

3、锰：

锰是炼钢时用来脱氧去硫而存在于钢中的，是钢中的有益元素。

锰具有很强的脱氧去硫能力，能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性，大大改善钢材的热加工性能，同时能提高钢材的强度和硬度。

锰是我国低合金结构钢中的主要合金元素。

4、磷：

磷是钢中很有害的元素。

随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性显著降低。

特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，显著加大钢材的冷脆性。

磷也使钢材的可焊性显著降低。

但磷可提高钢材的耐磨性和耐蚀性，故在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。

5、硫：

硫是钢中很有害的元素。

硫的存在会加大钢材的热脆性，降低钢材的各种机械性能，也使钢材的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。

6、氧：

氧是钢中的有害元素。

随着氧含量的增加，钢材的强度有所提高，但塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差。

氧的存在会造成钢材的热脆性。

7、氮：

氮对钢材性能的影响与碳、磷相似，随着氮含量的增加，可使钢材的强度提高，塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差，冷脆性加剧。

氮在铝、铌、钒等元素的配合下可以减少其不利影响，改善钢材性能，可作为低合金钢的合金元素使用。

8、钛：

钛是强脱氧剂。

钛能显著提高强度，改善韧性、可焊性，但稍降低塑性。

钛是常用的微量合金元素。

9、钒：

钒是弱脱氧剂。

钒加入钢中可减弱碳和氮的不利影响，有效地提高强度，但有时也会增加焊接淬硬倾向，钒也是常用的微量合金元素。

钢产品具体牌号

根据《钢铁产品牌号表示方法》GB221-2000的规定，我国钢铁产品牌号一般采用汉语拼音字母、国际化学元素符号及阿拉伯数字结合起来表示。

1、碳素结构钢的具体牌号

Q195-Q195F、Q195b、Q195

Q215-Q215AF、Q215Ab、Q215A、Q215BF、Q215Bb、Q215B、

Q235-Q235AF、Q235Ab、Q235A、Q235BF、Q235Bb、Q235B、Q235C、Q235D

Q255-Q255A、Q255B

Q275-Q275、

对上述各牌号，要在供应工作中准确识别与使用。

2、低合金高强度结构钢

GB/T221-2000新牌号表示方法将低合金高强度结构钢分为通用钢和专用钢两类，新牌号表示方法与GB/T1591-94《低合金高强度结构钢》，GB700-88《碳素结构钢》相同，并与碳素结构钢的牌号组成工程用钢的系列。

低合金高强度结构钢按脱氧方法分为镇静钢和特殊镇静钢，但在牌号中没有表示脱氧方法的符号。

1）通用低合金高强度结构钢牌号组成

Q295-Q295A、Q295B

Q245-Q345A、Q345B、Q345C、Q345D、Q345E

Q390-Q390A、Q390B、Q390C、Q390D、Q390E

Q420-Q420A、Q420B、Q420C、Q420D、Q420E

Q460-Q460C、Q460D、Q460E

2）专用低合金高强度结构钢牌号

专用低合金高强度结构钢一般采用代表屈服点的拼音字母“Q”、屈服点数值（单位为MPa）、，并在尾部加按产品用途的拼音第一个字母表示。

如：

压力容器用钢牌号表示为“Q345R”；

焊接气瓶用钢牌号表示为“Q295HP”；

锅炉用钢牌号表示为“Q390g”；

桥梁用钢牌号表示为“Q420q”等。

3、优质碳素结构钢的基本牌号有：

08F、10F、15F、08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、、85、15Mn、20Mn、25Mn、30Mn、35Mn、40Mn、45Mn、50Mn、60Mn、65Mn、70Mn共31个。

4、易切削结构钢：

易切削结构钢分加硫易切削钢、加硫磷易切削钢、加铅易切削钢、加钙易切削钢加硫碳锰易切削钢等。

牌号用规定的符号和阿拉伯数字表示。

即以“易”的汉语拼音首位字母“Y”打头，其后用两位阿拉伯数字表示碳含量的万分数。

具体牌号在：

Y12、Y12Pb、Y15、Y15Pb、Y20、Y30、Y35、Y40Mn、Y45Ca共9个牌号。

5、合金结构钢

其牌号是按钢的碳含量、所含合金元素的种类及数量来表示。

这种表示（编制）方法可以从牌号上直接看出钢的大致化学成分及质量等级，比较直观简明。

具体牌号有：

20Mn2、30Mn2、35Mn2、40Mn2、45Mn2、50Mn2、20MnV、27MnSi、35MnSi、42MnSi、20SiMn2Mo、25SiMn2MoV、37SiMn2MoV、40B、45B、50B、40MnB、45MnB、20MnMoB、15MnVB、20MnVB、40MnVB、20MnTiB、25MnTiBRE、15Cr、15CrA、20Cr、30Cr、35Cr、40Cr、45Cr、50Cr、38CrSi、12CrMo、15CrMo、20CrMo、30CrMo、30CrMoA、35CrMo、42CrMo、12CrMoV、35CrMoV、12Cr1MoV、25Cr2MoVA、25Cr2Mo1VA、38CrMoA1、40CrV、50CrVA、15CrMn、20CrMn、40CrMn、20CrMnSi、25CrMnSi、30CrMnSi、30CrMnSiA、35CrMnSiA、20CrMnMo、40CrMnＭo、20CrMnTi、40CrMnTi、20CrNi、40CrNi、45CrNi、50CrNi、12CrNi2、12CrNi3、20CrNi3、30CrNi3、37CrNi3、12CrNi4、20CrNi4、20CrNiMo、40CrNiMoA、18CrNiMnMoA、45CrNiMoVA、18Cr2Ni4WA、25Cr2Ni4WA共77个。

6、弹簧钢

弹簧钢是用以制造弹簧或其他弹性元件的钢种。

分为优质碳素弹簧钢、合金弹簧钢二类。

65、70、85、65Mn、55Si2Mn、55Si2MnB、55SiMnVB、60Si2Mn、60Si2MnA、60Su2CrA、60Si2CrVA、55CrMnA、60CrMnA、60CrMnMoA、50CrVA、60CrMnBA、30W4Cr2VA共17 

个牌号。

7、保证淬透性结构钢

其牌号是在优质碳素结构钢和合金结构钢的牌号后“H”（英文“可淬透的”Hardenabi 

lity第一个字母）表示。

有：

45H、20CrH、40CrH、45CrH、40MnBH、45MnBH、20MnMoBH、20M 

nVBH、22MnVBH、20MnTiBH、20CrMnMoH、20CrMnTiH、20CrNi3H、12Cr2Ni4H、20CrNiMoH共15个牌号。

8、焊接结构用耐候钢

耐候钢是抗大气腐蚀用的低合金高强度结构钢按GB221-2000《钢铁产品牌号表示方法》的规定，其牌号表示方法与低合金高强度结构钢相同，但在牌号尾部加“耐候”二字的汉语拼音字母“NH”，如Q340NH.

16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、15MnCuCr-QT（QT是英文Quenching＆Tempering的缩写，表示进行淬火加回火的热处理）共4个牌号。

9、高耐候性结构钢

牌号表示方法与合金结构钢相同。

牌号表示方法与合金结构钢相同，具体牌号有09CrPCrNi-A、09CuPCrNi-B、09CuP共3个牌号。

10、滚动轴承钢

滚动轴承钢简称轴承钢或滚珠钢，是用来制造各种滚动轴承的套圈和滚动体的钢种，在牌号头部加“滚”的汉语拼音首位字母“G”表示轴承钢

GCr6、GCr9、GCr9SiMn、GCr15、GCr15SiMn共5个牌号

11、无铬轴承钢

牌号表示方法与铬轴承钢相同。

GSiMnV、GSiMnVXt、GSiMnMoV、GSiMnMoVXt、GMnM 

oV、GMnMoVXt共6个牌号。

12、渗碳轴承钢

G20CrMo、G20CrNiMo、G20CrNi2Mo、G20Cr2Ni4、G10CrNi3Mo、G20Cr2Mn2Mo 

等6个。

13、碳素工具钢

碳素工具钢的牌号采用“碳”的汉语拼音首位字母“T”打头，其后用一位或两位数字表示碳含量的千分数。

较高含锰量的碳素工具钢在数字后标出锰的元素符号Mn,高级优质钢 

牌号尾部加“A”。

基本牌号有：

T7、T8、T8Mn、T9、T10、T11、T12、T13共8个。

14、合金工具钢

合金工具钢简称合工钢，它是在碳素工具钢的基础上加入合金元素而形成的钢种。

9SiCr、8MnSi、Cr06、Cr2、9Cr2、W、4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si、Cr12、C12Mo1V1、Cr12MoV、Cr5Mo1V、9Mn2V、CrWMn、9CrWMn、Cr4W2MoV、6Cr4W3Mo2VNb、6W6M 

o5Cr4V、5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V、5Cr4Mo3SiMnVA1、3Cr3Mo3W2V、5Cr4W5Mo2V、8Cr3、4CrMnSiMoV、4Cr3Mo3SiV、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2VSi、7Mn15Cr2A13V2WMo、3Cr2Mo共33个牌号。

15、高速工具钢

高速工具钢简称高工钢或高速钢，俗称“锋钢”或“风钢”，是一种适于高速切削的高碳、高合金工具钢。

W18Cr4V、W18Cr4VCo5、W18Cr4V2Co8、W12Cr4V5Co5、W6Mo5Cr4V2、CW6Mo5 

Cr4V2、W6Mo5Cr4V3、CW6Mo5Cr4V3、W2Mo9Cr4V2、W6Mo5Cr4V2Co5、W7Mo4Cr4V2Co5、W2Mo9Cr4VCo8、W9Mo3Cr4V、W6Mo5Cr4V2Al共14个牌号。

16、不锈钢

不锈钢是不锈耐酸钢的简称，包括不锈钢和耐酸钢。

铬（Cr）是不锈钢获得耐蚀性的最基本元素，一般含铬量均在13%以上，有的高达30%左右。

镍（Ni）也是不锈钢的主要合金元素，含量多的可达20%左右。

1Cr17Mn6Ni5N、1Cr18Mn8Ni5N、1Cr18Mn10Ni5Mo3N、1Cr17Ni7、1Cr18Ni9、Y1Cr18Ni9、Y1Cr18Ni9Se、0Cr18Ni9、00Cr19Ni10、0Cr19Ni9N、0Cr19Ni19NbN、00Cr18Ni10N、1Cr18Ni12、0Cr23Ni13、0Cr25Ni20、0Cr17Ni12Mo2、Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni12Mo2Ti、00Cr17Ni14Mo2、0Cr17Ni12Mo2N、00Cr17Ni13Mo2N、0Cr18Ni12Mo2Cu2、00Cr18Ni14Mo2Cu2、0Cr19Ni13Mo3、00Cr19Ni13Mo3、1Cr18Ni12Mo3Ti、0Cr18Ni12Mo3Ti、0Cr18Ni16Mo5、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni10Ti、0Cr18Ni11Nb、0Cr18Ni9Cu3、0Cr18Ni13Si4、0Cr26Ni5Mo2、1Cr18 

Ni11Si4AlTi、00Cr18Ni5Mo3Si2、0Cr13Al、00Cr12、1Cr17、Y1Cr17、1Cr17Mo、00Cr30Mo2、00Cr27Mo、1Cr12、1Cr13、0Cr13、3Cr13、Y3Cr13、3Cr13Mo、4Cr13、1Cr17Ni2、7Cr17、8Cr17、9Cr18、11Cr17、Y11Cr17、9Cr18Mo、9Cr18MoV、0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7Mo2Al、0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7Mo2Al共64个牌号

17、耐热钢

耐热钢是指在高温下有良好的化学稳定性和较高强度，能较好适应高温条件工作的合金钢。

耐热钢牌号表示方法与不锈钢完全相同。

5Cr21Mn9Ni4N、2Cr21Ni12N、2Cr23Ni13、2Cr23Ni20、1Cr15Ni35、0Cr15 

Ni25 

Ti2MoAlVB、0Cr18Ni9、0Cr23Ni13、0Cr25Ni20、0Cr17Ni12Mo2、4Cr14Ni14W2Mo、3Cr18Mn12Si2N、2Cr20Mn9Ni2Si2N、0Cr19Ni13Mo3、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni10Ti、0Cr18Ni11Nb、0Cr18Ni13Si4、1Cr20Ni14Si2、1Cr25Ni20Si2、2Cr25N、0Cr13Al、00Cr12、1Cr17、1Cr5Mo、4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo、8Cr20Si2Ni、1Cr11MoV、1Cr12Mo、Cr12MoVNbN、1Cr12WMoV、2Cr12NiMoWV、1Cr13、1Cr13Mo、2Cr13、1Cr17Ni2、1Cr11Ni2W2MoV、0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr1 

7Ni7Al共40个牌号

金属材料的使用性能

1、08和08F钢，用于轧制薄板，深冲制品、油桶、高级搪瓷制品，也可用于制作管子，垫片及心部强度要求不高的渗碳和氰化零件，电焊条等。

2、10和10F钢，用4mm以下冷压深冲制品，如深冲器皿、炮弹弹体。

也可制造锅炉管、油桶顶盖及钢带、钢丝、焊接件、机械零件。

3、15和15F钢，用于制造机械上的渗碳零件、紧固零件、冲锻模件及不需热处理的低负荷零件，如螺栓、螺钉、法兰盘及化工机械用贮器、蒸汽锅炉等。

4、20钢，用于不经受很大应力而要求韧性的各种机械零件，如拉杆、轴套、螺钉、起重钩等；

也可用于制造在60大气压、450℃以下非腐蚀介质中使用的管子、导管等；

还可以用于心部强度不大的渗碳及氰化零件，如轴套、链条的滚子、轴以及不重要的齿轮、链轮等。

5、25钢，用作热锻和热冲压的机械零件，金属切削机床上氰化零件，以及重型和中型机械制造中负荷不大的轴、辊子、连接器、垫圈、螺栓、螺帽等，还可用作铸钢件。

6、30钢，用作热锻和热冲压的机械零件、冷拉丝，重型和一般机械用的轴、拉杆、套环、以及机械上用的铸件，如汽缸、汽轮机机架、轧钢机机架和零件、机床机架及飞轮等。

7、35钢，用于制作热锻和热冲压的机械零件，冷拉和冷顶锻钢材，无缝钢管、机械制造中零件、铸件、重型和中型机械制造中的锻制机轴、压缩机汽缸、减速器轴，也可用来铸造汽轮机机身、飞轮和均衡器等。

8、40钢，用于制造的机器运动零件，如辊子、轴、连杆、圆盘等。

以及火车的车轴，还可用于冷拉丝、钢板、钢带、无缝管等。

9、45钢，用以制造蒸汽透平机、压缩机、泵的运动零件；

还可代替渗碳钢制造齿轮、轴、活塞销等零件（零件需经高频或火焰表面淬火）；

并可用作铸件。

10、50钢，用于制造耐磨性要求高、动载荷及冲击作用不大的零件，如铸造齿轮、拉杆、轧辊等；

制造比较次要的弹簧、农机上的掘土犁铧、重负荷的心轴与轴等，并可制造铸件。

11、55钢，用于制造连杆、轧辊、齿轮、扁弹簧、轮圈、轮缘等，也可作铸件。

12、60-65钢，用于制造弹簧、弹簧圈、各种垫圈、离合器以及制造一般机械中的轴、轧辊、偏心轴等。

13、70-85钢，用来制造弹簧和发条、制造钢丝绳用的钢丝及高度的机件、如犁、铧、电车车轮等。

14、15Mn-25Mn钢，用于制造中心部分的机械性能要求较高且需渗碳的零件。

15、30Mn-35Mn钢，主要用来制造螺拴、螺帽、螺钉杠杆、掣动踏板等。

并可用冷拉制造在高应力下工作的细小零件，如农机上的钩、环、链等。

16、40Mn-45Mn钢，用于制造承受疲劳负荷下的零件，如曲轴、连杆等；

也可用作高应力下工作的螺钉、螺帽等。

17、50Mn-55Mn钢，用于制造耐磨性要求高、在高负荷下热处理的零件，如齿轮、齿轮轴、摩擦盘、滚子及弹簧。