1[1].钢铁中的合金元素

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1、Chapter1钢铁中的合金元素几个基本概念合金元素：特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构、物理、化学和机械性能的化学元素。杂质：冶炼时由原材料以及冶炼方法、工艺操作而带入的化学元素。碳钢：含碳量在0.0218-2.11%范围内的铁碳合金。合金钢：在碳钢基础上加入一定量合金元素的钢。低合金钢：一般指合金元素总含量小于或等于5%的钢。中合金钢：一般指合金元素总含量在5～10%范围内的钢。高合金钢：一般指合金元素总含量超过10%的钢。微合金钢：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等于0.1%，而能显著影响组织和性能的钢。1.1碳钢

2、概论一、碳钢中的常存杂质（1）1.锰（Mn）和硅（Si）：炼钢过程中随脱氧剂或者由生铁残存而进入钢中的。Mn：在碳钢中的含量一般小于0.8%。可固溶，也可形成高熔点MnS（1600℃）夹杂物。MnS在高温下具有一定的塑性，不会使钢发生热脆，加工后硫化锰呈条状沿轧向分布。Si：在钢中的含量通常小于0.5%。可固溶，也可形成SiO2夹杂物。Mn和Si是有益杂质，但夹杂物MnS、SiO2将使钢的疲劳强度和塑、韧性下降。2．硫（S）和磷（P）S：在固态铁中的溶解度极小，S和Fe能形成FeS，并易于形成低熔点共晶。发生热脆(裂)。P：可固溶于α-铁，但剧

3、烈地降低钢的韧性，特别是低温韧性，称为冷脆。磷可以提高钢在大气中的抗腐蚀性能。S和P是有害杂质，但可以改善钢的切削加工性能。3．氮（N）、氢（H）、氧（O）N：在α-铁中可溶解，含过饱和N的钢经受冷变形后析出氮化物—机械时效或应变时效。N可以与钒、钛、铌等形成稳定的氮化物，有细化晶粒和沉淀强化。H：在钢中和应力的联合作用将引起金属材料产生氢脆。O：在钢中形成硅酸盐2MnO•SiO2、MnO•SiO2或复合氧化物MgO•Al2O3、MnO•Al2O3。N、H、O是有害杂质。二、碳钢的分类（1）1．按钢中的碳含量（1）按Fe-Fe3C相图分类亚共析

4、钢：0.0218%≤wc≤0.77%共析钢：wc=0.77%过共析钢：0.77%＜wc≤2.11%（2）按钢中碳含量的多少分类低碳钢：wc≤0.25%中碳钢：0.25%＜wc≤0.6%高碳钢：wc＞0.6%2．按钢的质量（品质），碳钢可分为（1）普通碳素钢：wS≤0.05%，wP≤0.045%（2）优质碳素钢：wS≤0.035%，wP≤0.035%（3）高级优质碳素钢：wS≤0.02%，wP≤0.03%（4）特级优质碳素钢：wS≤0.015%，wP≤0.025%。3．按钢的用途分类，碳钢可分为（1）碳素结构钢：主要用于各种工程构件，如桥梁、船舶

5、、建筑构件等。也可用于不太重要的机件。（2）优质碳素结构钢：主要用于制造各种机器零件，如轴、齿轮、弹簧、连杆等。（3）碳素工具钢：主要用于制造各种工具，如刃具、模具、量具等。（4）一般工程用铸造碳素钢：主要用于制造形状复杂且需一定强度、塑性和韧性零件。4．按钢冶炼时的脱氧程度分类，可分为（1）沸腾钢：指脱氧不彻底的钢，代号为F。（2）镇静钢：指脱氧彻底的钢，代号为Z。（3）半镇静钢：指脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，代号为b。（4）特殊镇静钢：指进行特殊脱氧的钢，代号为TZ。三、碳钢的用途（1）1-普通碳素结构钢（1）主要用于一般工程结构和普通

6、零件，它通常轧制成钢板、钢带、钢管、盘条、型钢、棒钢或各种型材（圆钢、方钢、工字钢、钢筋等），可供焊接、铆接、栓接等结构件使用。应用量很大（钢总产量的70%以上）。（2）热轧后空冷是这类钢通常的供货状态。用户一般不需要再进行热处理而是直接使用。wC=0.06%~0.38%，当质量等级为“A”、“B”时，在保证力学性能的要求下，化学成分可根据需方要求作适当调整。（3）普通碳素结构钢的牌号表示方法由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z、TZ）等四个部分按顺序组成。屈服点数值共分195、215、

7、235、255、275五个强度等级；等级符号是指这类钢所独用的质量等级符号，也按S、P杂质多少来分，以A、B、C、D四个符号代表四个等级，其中：A级wS≤0.05%,wP≤0.045%B级wS≤0.045%,wP≤0.045%，C级wS≤0.04%,wP≤0.04%，D级wS≤0.035%,wP≤0.035%。其中质量等级最高的是D级，达到了碳素结构钢的优质级，A、B、C三个等级均属于普通级范围。脱氧方法符号在镇静钢和特殊镇静钢的牌号中可省略。（4）典型牌号、性能与用途（表1-1）Q195、Q215：含碳量很低，强度不高，但具有良好的塑性、韧性

8、和焊接性能，常用作铁钉、铁丝、钢窗及各种薄板等强度要求不高的工件。Q235A、Q255A：用于农机具中的拉杆、小轴、链等。也用于建筑钢筋、钢板、型钢等