中国林业出版社、北京大学出版社：金属学及热处理：ch07

第7章 工 业 用 钢
教学提示：钢铁材料通常包括钢和铸铁，即指含碳量小于6.69%的Fe-C基合金。其中含碳量小于2.11%的合金称为钢。常用的钢材除Fe、C元素外，还含有极少量的由原料、
冶炼及加工过程中残留下来的 Mn、Si、P、S 等杂质，以及为改善和满足材料使用及工艺性能加入的合金元素。钢铁材料自身结构特性和成分可调性使得钢铁材料性能具有多样性，
是目前各行各业尤其是机械工业中不可缺少的基础材料。
教学要求：学生根据材料主要用途，能够对工业用钢进行分类；掌握各类零件的工作条件、性能要求，确定选用可能的钢材，大致制定其加工工艺路线；了解合金钢和碳素钢在使用性能和工艺性能上的差别；理解合金钢的优势；掌握不锈钢、耐g3075钢的工作条件和材料g3201g1945原理。
7.1 概 述
钢材种类繁多，性能千差万别，为便于生产使用和研究，需要对钢进行分类和编号。
7.1.1 钢材的分类
1,g799g1828学成分
可分为碳素钢和合金钢。碳素钢按含碳量不同又分低碳钢(含碳量小于0.25%)，中碳钢
(含碳量为 0.25%～0.6%)和高碳钢(含碳量大于 0.6%)。合金钢按合金元素总量分低合金钢
(合金元素总量小于 5%)，中合金钢(合金元素总含量为 5%～10%)和高合金钢(合金元素总量大于10%)，按所含主要合金元素将合金钢分为锰钢、铬钢、铬锰钛钢等。
2,g799g1634g1898g4465g3423分
一般钢供应状态有退火和正火态两种。按正火态组织将钢分为珠光体类、贝氏体类、
马氏体类及奥氏体类钢；按退火态(即平衡态)组织可将钢分为亚共析、共析和过共析钢。
3,g799冶金质量分
以钢中的有害杂质硫磷含量不同进行区分有普通质量钢、优质钢和高级优质钢。
4,g799使用用途分
有结构钢、工具钢和特殊性能钢三类。
1) 结构钢
用于制作工程结构和机器零件。包括工程结构用钢和机器零件用钢。工程结构用钢也叫工程构件用钢，用于制作大型金属结构(如桥梁、船舶、车g17754、g19161g9821和g2399g2159g4493器)，又可第7章 工业用钢
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分为g5326g12581用钢、桥梁用钢、船舶用钢及车g17754和g2399g2159g4493器用钢等。一般用普通质量的碳素钢(普碳钢)g6122普通低合金高g5390g5242钢(普低钢)制作。机器零件用钢g7171用g7481制g17908g2520种机器零件。
一般用优质g6122高级优质钢制作，要g8726不高的普通零件也可用普碳钢g6122普低钢制作；机器零件用钢按g1866工g14414过程和用g17896分主要包括g9195碳钢、g16855质钢、g5389g12795钢和g17736g6227钢等，主要g11013优质碳素钢和合金钢制作。
2) 工具钢
用于制g17908g2520种g2164工和g8991量工具用钢，按用g17896可分为g2007具钢、g8181具钢和量具钢。
3) 特殊性能钢
具有特殊g10301g10714g2282g4410性能的钢种。可分为不g19164钢、g13796g9921钢、g13796g11964钢、g13796g4518钢和g11017工钢等。
7.1.2 钢的编号
g1002g11040g2520g3281合金钢编号g7053g8873不一g7691，g6117g3281钢材编号g18331用g3281g19481g2282g4410g12538号、g6980g4395及g8733g16833g6352g19911
g4395g8609g5194用g2419g2029，钢中的合金元素用元素g12538号g15932g12046，如Si、Mn、Cr、Ni等，g12244g3315元素用g256REg257
g15932g12046g1866总含量。
钢的g10272号应g2465g7156g1866主要g6116分和用g17896。g6117g3281合金钢g7171按含碳量、合金元素种类和g6980量、
质量级别g7481编号，g12628g2345g7138g1114。
g3324g10272号g20330g18108用g6980g4395g7643g7138钢的含碳量。为g1114g15932g7138用g17896，g16280g4462结构钢以万分g1055一为g2345g1313的
g6980g4395(两g1313g6980)、工具钢和特殊性能钢以千分g1055一为g2345g1313的g6980g4395(一g1313g6980)g7481g15932g12046含碳量(g994碳钢编号一g7691)，g13792工具钢含碳量g17241过 1%g7114，含碳量不g7643g1998。g3324g15932g7138含碳量的g6980g4395g1055g2530，用元素g12538号g15932g7138钢中主要合金元素，含量g11013g1866g2530g6980g4395g7643g7138，平g3355含量g4581于1.5%g7114不g7643g6980，平
g3355含量为1.5%～2.49%、2.5%～3.49%g258g7114，g11468应g3332g7643以2、3g258。
g7693g6466以g990编号g7053g8873，40Cr钢为结构钢，平g3355含碳量为0.40%；主要合金元素为Cr，g1866
含Cr量g33241.5%以g991。5CrNiMo钢为工具钢，平g3355含碳量为0.5%，含有Cr、Ni、Mo三种主要合金元素，含量g11354g33241.5%以g991。CrWMn钢，也为工具钢，平g3355含碳量大于1.0%，含有Cr、W、Mn合金元素，合金元素含量g18129g4581于1.5%。
g999用钢用g1866用g17896的g8733g16833g6352g19911g4395g20330g7481g7643g7138。g1375如，g9390珠g17736g6227钢钢号g2081g7643以g256Gg257g4395。GCrl5
g15932g12046含碳量g134341.0%、铬g134341.5%(含铬量以千分g1055一为g2345g1313的g6980g4395g15932g120461)的g9390珠g17736g6227钢。
对于高级优质钢，g2029g3324钢号的g7423g4626g2164g256Ag257g4395g15932g7138，g1375如20Cr2Ni4A等。
要g8616g17751g12946g11842g11842g4462钢种类、g6116分及大g14280用g17896，g19512需要g10099g5725钢编号g7053g8873g3818，g17836要对g2520类钢的含碳量及所含合金元素特g9869有所g1114g16311。g2490g3818，g4581g6980特殊用g17896钢的编号g7053g8873有g1375g3818，g1375如属于特殊性能的g13796g9921钢12CrlMoV，编号g7053g8873g4613g994结构钢g11468同，g1306g17837种g5785g1929g7509g4581。
7.2 工业用钢中合金元素的作用
g4466g20576g15932g7138，g3324碳钢中g2164入一g4462g6980量的合金元素进行合金g2282，可以进一步改善钢的组织和性能。合金元素g7171为g1114改变钢的组织g994性能g13792有意g2164入的元素。合金元素g2164入钢中，不仅g994铁、碳两种基本元素发生作用，合金元素g1055间也g11468互作用。因此对铁的基本g11468、g11468图、
钢的g11468变g3355有影响。
金属学与热处理
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7.2.1 合金元素对钢组成相的影响
l,钢中的合金元素
钢中常见合金元素有 Si、Ni、Cu、Al、Co、Ti、Nb、Zr、V、W、Cr、Mn 等。合金元素g2164入钢中，主要g994铁形g6116固溶体，g6122者g994碳形g6116碳g2282g10301，g4581量存g3324于夹杂g10301(氧g2282g10301、
氮g2282g10301等)，g3324高合金钢中g17836可能形g6116金属间g2282合g10301。g1866中g994碳亲和g2159g17751g5390的元素称为碳g2282
g10301形g6116元素，如Ti、Nb、Zr、V、W、Cr、Mn等。g994碳亲和g2159g17751小的元素称为非碳g2282g10301形
g6116元素，如Si、Ni、Cu、Al、Co等。
2,合金元素对Fe-C相图的影响
合金元素按对Fe-Cg11468图的影响分为两类，扩大γg11468区元素称为奥氏体稳g4462g2282元素，包括 Mn、Ni、Co、C、N、Cu 等，它们使 A
3
g9869g991降，A
4
g9869g990升，从g13792扩大 γ g11468区的存g3324
范围，如图7.1所g12046。缩小γg11468区元素称为铁素体稳g4462g2282元素，主要有Cr、Mo、W、V、
Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等，它们使A
3
g9869g990升，A
4
g9869g991降，从g13792缩小γg11468区的存g3324范围，
如图7.2所g12046。
(a)与γ -Fe无限互溶 (b)与γ -Fe有限互溶
图7.1 扩大γ相区示意图
(a)与α -Fe无限互溶 (b)使γ相区缩小但不封闭
图7.2 缩小γ相区示意图
第7章 工业用钢
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γg11468区扩大g6122缩小的结果，g11468图g2520特征g9869g1313置发生变动，钢的显微组织发生g11468应变g2282。
合金元素对铁碳g11468图影响主要分两g7053面,
1) 对奥氏体和铁素体存g3324范围的影响
扩大γg11468区元素g3355扩大铁碳g11468图中奥氏体存g3324区域，g1866中完全扩大γg11468区，元素Nig6122
Mn含量g17751多g7114，可使钢g3324室温g991得到g2345g11468奥氏体组织，g1375如1Cr18Ni9高镍奥氏体不g19164钢和ZGMn13高锰g13796g11964钢等。缩小γg11468g11468区元素g3355缩小铁碳g11468图中奥氏体存g3324区域，g1866中完全封闭γg11468区元素(如Cr、Ti、W、V、Si等)g17241过一g4462含量g2530，可使钢g3324包括室温的广大温
g5242范围内获得g2345g11468铁素体组织，g1375如1Crl7Ti高铬铁素体不g19164钢等。
2) 对铁碳g11468图临g11040g9869(Sg9869和Eg9869)的影响
扩大γg11468区元素使铁碳合金g11468图中共析转变温g5242g991降，缩小γg11468区元素使g1866g990升。主要合金元素对共析温g5242的影响如图7.3所g12046，对共析g9869和共晶g9869g6116分影响如图7.4所g12046，几乎所有合金元素g18129使共析含碳量降低，共晶g9869也有类似的g16280律，尤以g5390碳g2282g10301形g6116元素的作用最g5390烈。Sg9869及Eg9869左移，使合金钢平衡组织发生变g2282(不能完全用铁碳g11468图分析)。g1375
如，含碳量0.3%的3Cr2W8Vg9921作g8181具钢为过共析钢，g13792含碳量不g17241过1%的W18Cr4V高速钢，g3324铸态g991具有莱氏体组织。
图7.3 合金元素对共析温度的影响 图7.4 合金元素对共析体含碳量的影响
2,合金钢中的基本相
合金元素g2164入钢中，可能以两种形式存g3324：一g7171溶于固溶体类g11468中，形g6116合金铁素体、
合金奥氏体、合金马氏体，增g2164固溶体g11468稳g4462性，同g7114也对g17837些固溶体类g11468产生有效的固溶g5390g2282效果，非碳g2282g10301形g6116元素主要存g3324于固溶体类g11468中；二g7171形g6116合金碳g2282g10301g6122特殊碳
g2282g10301。g1375如置换g9195碳体中的铁g2419子形g6116合金g9195碳体，g3324高碳高合金钢中，可能形g6116g2520种稳
g4462性更高的合金碳g2282g10301以及特殊碳g2282g10301，碳g2282g10301形g6116元素易于形g6116不同类型的碳g2282g10301。稳
g4462性越高的碳g2282g10301越难溶于奥氏体，越难聚集长大。随着g17837些碳g2282g10301g6980量增多，钢的g5390g5242、
硬g5242增大，g13796g11964性增g2164，塑性和韧性g991降。
7.2.2 合金元素对钢组织转变的影响
1,合金元素对钢加热时组织转变的影响
1) 对奥氏体转变的影响
合金钢的奥氏体形g6116过程基本g994碳钢g11468同，g1306合金元素影响奥氏体形g6116速g5242。一g7053面，
金属学与热处理
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g2164入合金元素改变碳g3324钢中扩散速g5242。g1375如碳g2282g10301形g6116元素Cr、Mo、W、Ti、V等，g11013于它们g994碳有g17751g5390的亲和g2159，显著减慢g1114碳g3324奥氏体中扩散速g5242，故奥氏体形g6116速g5242大大减慢。g2490一g7053面，奥氏体形g6116g2530，要使稳g4462性高的碳g2282g10301完全分g16311g5194固溶于奥氏体中，需要进一步提高g2164g9921温g5242，g17837类合金元素也将使奥氏体g2282g7114间延长。g2490g3818合金钢奥氏体g6116分g3355
匀g2282过程g17836需要合金元素的扩散，g13792即使g33241000℃高温，合金元素扩散速g5242也很小，仅g7171
碳扩散速g5242的千分g1055几，因此，合金钢的奥氏体g6116分g3355匀g2282g8616碳钢更缓慢。
2) 对奥氏体晶粒g5242的影响
凡未溶的碳g2282g10301等第二g11468质g9869g3355阻碍奥氏体晶粒长大。如g5390碳g2282g10301形g6116元素 Ti、V、
Nb等，形g6116高熔g9869高稳g4462性碳g2282g10301，g5390烈阻碍奥氏体晶粒长大，起细g2282晶粒作用。g13792非碳
g2282g10301形g6116元素Ni、Si、Cu、Co等阻碍奥氏体晶粒长大作用很小。
2,合金元素对钢冷却时组织转变的影响
g19512 Co 以g3818，大多g6980合金元素不同程g5242延缓珠光体和贝氏体g11468变，g17837g7171g11013于它们溶入奥氏体g2530，增大g1866稳g4462性，使C曲线右移。g1866中碳g2282g10301形g6116元素影响最为显著。如果碳g2282
g10301形g6116元素未能溶入奥氏体，以残存未溶碳g2282g10301微粒形式存g3324，g2029起g11468g2465作用。g19512Co、Al
g3818，大多g6980合金元素不同程g5242g3332降低马氏体转变温g5242，增g2164残余奥氏体量。
3,合金元素对钢回火时组织转变的影响
碳g2282g10301形g6116元素可阻碍碳的扩散，从g13792显著提高马氏体的分g16311温g5242。合金元素一般g18129
能提高残余奥氏体转变的温g5242范围。某些高合金钢(如高速钢)中的残余奥氏体十分稳g4462，
只有g2164g9921到500℃～600℃g7114才开始发生g18108分分g16311，使奥氏体稳g4462性g991降，g3324随g2530g5567速g1931g2376
过程中转变为马氏体，使钢硬g5242有g17751大提高，g17837种g10628g16949称g256二g8437g9152火g257。
g5390碳g2282g10301形g6116元素(V、Mo、W等)g2164入g2530，g3324500℃～600℃g3250火g7114从马氏体中析g1998特殊碳g2282g10301，高g5242g5369散分g5079g3324马氏体基体g990，g5194g994基体g1457g6357共g7696g1863g13007，阻碍g1313g19181g17828动，使硬
g5242g990升，发生g256二g8437硬g2282g257g10628g16949。g17837对工具钢具有十分g18337要的意g1053。
7.3 碳 素 钢
工g1006使用的钢铁材g7021中碳素钢g2356有g18337要g3332g1313。常用的碳素钢含碳量一般g18129小于1.3%，
g5390g5242和韧性g17751g3921。g994合金钢g11468g8616，碳素钢g1930g9872g12628便，g2164工g4493易，g1227g7696便g4464，一般可g9397g17287使用性能要g8726，应用广g8879。碳素钢也可按含碳量分低碳、中碳和高碳钢，按g1930金质量分普通碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素钢，按用g17896分碳素结构钢和工具钢等。
7.3.1 碳素结构钢
碳素结构钢主要制g17908g2520种工程构件(如桥梁、船舶、g5326g12581用钢)和机器零件(如g21843g17730、g17736、
g15758g19037、g15758g8609、曲g17736、g17842g7450等)。g17837类钢一般属于低碳和中碳钢，分普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。
1,普通碳素结构钢
g17837类钢g1930g9872g4493易、工g14414性g3921、g1227g5277，g13792g1000g2159g4410性能g990也能g9397g17287一般工程结构及普通机器零件要g8726，应用很广。仅钢中的S、P和非金属夹杂g10301含量g8616优质碳素结构钢多，g3324g11468同第7章 工业用钢
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含碳量及g9921g3800g10714g7477件g991，g1866塑性、韧性g17751低。g2164工g6116形g2530一般不进行g9921g3800g10714，大g18129g3324g9921g17723
状态g991g11464g6521使用，通常g17723制g6116g7507材、g5114材及g2520种型材。g7693g6466GB/T 700g2521988中以Q235g252
AF为g1375g16840g7138：Qg15932g12046g4636g7393g9869，g8733g16833g6352g19911第一g1022g4395g8609大g1901；235g15932g12046g4636g7393g9869(g4636g7393g5390g5242)g1552(MPa)。
Ag15932g12046质量等级；Fg15932g12046g8844g14162钢(g14085氧g7053式)。
g159327g161和7g162g2027g1998碳素结构钢的g2282g4410g6116分及g2159g4410性能。Q195、Q215、Q235塑性g3921，
g9950g6521性g3921，g5390g5242g17751低，一般g17723制g6116g7507g5114和g2520种型钢，用于工程结构(如桥梁、g5326g12581构g7562等)
和g2475g2159不大的机器零件(如g19098g19037、g15758g19037、g15758g8609、g17736g3883及某些g1904机零件等)。Q275、Q345g5390g5242
g17751高，用于制作g2475g2159中等的普通零件(如g19154g17730、g6301g7450、小g17736g8975g3634g19156、g17743g17724g21072g4626g7507等)。
表7-1 普通碳素钢的牌号及成分(GB/T 700—1988)
化学成分 脱氧方法
w
Si
/% w
s
/% w
P
/%
牌号 等级
w
C
/% w
Mn
/%
不大于
Q195 0.06～0.12 0.25～0.50 0.30 0.050 0.045 F、b、Z
A 0.050
Q215
B
0.09～0.15 0.25～0.55 0.30
0.045
0.045 F、b、Z
A 0.14～0.22 0.30～0.65 0.050
B 0.12～0.20 0.30～0.70 0.045
0.045 F
*
、b、Z
C ≤0.18 0.040 0.040 Z
Q235
D ≤0.17
0.35～0.80
0.30
0.035 0.035 TZ
A 0.050
Q255
B
0.18～0.28 0.40～0.70 0.30
0.045
0.045 Z
Q275 0.28～0.38 0.50～0.80 0.35 0.050 0.045 Z
*注：Q235A、B级沸腾钢含锰量上限为0.60%，F、b、Z依次为沸腾、半镇静、镇静脱氧方法。
表7-2 普通碳素钢的力学性能(GB/T 700—1988)
拉伸试验 冲击试验
屈服强度(不小于)σ
s
/MPa 延伸率/(%)
钢材厚度(直径)/mm 钢材厚度(直径)/mm
牌号
等级
≤16
16～
40
40～
60
60～
100
100～
150
＞
150
抗拉
强度
/MPa ≤16
16～
40
40～
60
60～
100
100～
150
＞
150
温度
/℃
纵向V型
冲击功
a
kv
(≥)/J
Q195 A 195 185 — — — — 315～390 33 32 — — — — — —
A — —
Q215
B
215 205 195 185 175 165 335～410 31 30 29 28 27 26
20 27
A — —
B 20
C 0
Q235
D
235 225 215 205 195 185 375～460 26 25 24 23 22 21
-20
27
A — —
Q255
B
255 245 235 225 215 205 410～510 24 23 22 21 20 19
20 27
Q275 — 275 265 255 245 235 225 490～610 20 19 18 17 16 15 — —
金属学与热处理
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·138·
2,优质碳素结构钢
这类结构钢的含硫、磷量较低(
S
w ＜0.030%、
P
w ＜0.035%)，非金属夹杂物较少，钢的品质较高，塑性、韧性都比(普通)碳素结构钢为佳，出厂时既保证化学成分，又保证力学性能，主要用于制造较重要的机械零件。
优质碳素结构钢牌号用两位数字表示平均含碳量为万分之一，如 08 钢表示平均 w
c
＝
0.08%；45钢表示平均w
c
＝0.45%。这类钢按含Mn量不同，分普通含锰量(w
Mn
＝0.35%～0.8%)
和较高含锰量(w
Mn
＝0.7%～1.2%)两组。含锰量较高时，牌号数字后加“Mn”如 16Mn、45Mn
等。优质碳素结构钢主要制造各种机器零件，使用前一般都要热处理。08F 塑性好，制造冷冲压零件。10、20 钢冷冲压性与焊接性能良好，用作冲压及焊接件，热处理(如渗碳)后可以制造轴、销等零件。35、40、45、50钢经热处理后，综合力学性能良好，制造齿轮、
轴类、套筒等零件。60、65钢主要用来制造弹簧。
7.3.2 碳素工具钢
碳素工具钢主要用于制造各种g2004具、量具、g8181具。这类钢含碳量较高(0.65%～1.35%),
一般属于高碳钢。钢号用两位数字表示平均含碳量为g2327分之一，之前加以“T”(“碳”的
g8733g16833g6352g19911字g3848)。如T9表示含碳量为0.9%(g2375g2327分之g1073)的碳素工具钢。
碳素工具钢均为优质钢，g14521含硫、磷量g7368低，为高g13435优质钢，g2029g3324钢号后g19766g7643g8892“A”
字。g1375如T12A表示碳质量分数为l.2%的高g13435优质碳素工具钢。
碳素工具钢用来制造各种g2007具、量具、g8181具等。T7、T8g11840g5242高、韧性较高，可制造冲
g3848、g18706g4388、g19192g4388等工具。T9、T10、T11g11840g5242高、韧性g17878g1025，可制造g19087g3848、g2044g2004、g1009g19193、g6175
g19203g7477等g2007具及冷作g8181具等。T12、T13g11840g5242高，韧性较低，g13796g11964性好可制作g19165g2004、g2050g2004等g2007
具及量g16280、g7691套等量具。碳素工具钢使用前都要g17839g15904热处理。
7.4 合金结构钢
用于制造重要工g12255结构和机器零件的合金结构钢g7171合金钢g1025用g17896g7380g5203、用量g7380g3835的一类钢。g991g19766分g2047g1183g13473低合金高g5390钢、合金g16855质钢、合金渗碳钢、弹簧钢、g9390g10676轴g6227钢的合金化g2419g2029、热处理g10317g9869、g3534g7424性能和主要用g17896。
7.4.1 低合金高强度钢
低合金高g5390钢又g12228为普低钢，g14533g7003g13565g1901 HSLA，g7171一种低碳工g12255结构用钢，合金g1815素含量较少，一般g33243%以g991，主要用于制造g7737g7765、g14349g14346、g17722g17754、g19161g9821、高压g4493器、g17767g8845g17767g8680
g12661g17959、g3835g3423钢结构等。用g4439来g1207g7379普碳钢，g3835g3835g1955g17743结构质量，保证使用可g19764、g13796g1049。
1,性能要求
1) 高g5390g5242
g4636g7393g5390g5242g3324 300MPa以g990，g5390g5242高g6177能g1955g17743结构g14270重、g14422g13434钢g7460和g1955少g9052g13803。g3252g8504，
g3324保证塑性和韧性的g7477件g991，g5224g4625量g6564高g1866g5390g5242。
第7章 工业用钢
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2) 高韧性
用高g5390钢制造的g3835g3423工g12255结构一g7098g2469g10995g7041g16022，g5460g5460g1262g5114来g9810g19602性的后g7536，g6164以g16780g3822g3324
低g9213g991工作的构件g5529g20047具g7389良好的低g9213韧性(g2375具g7389较高的g16311理g7041g16022g6251力g6122较低的韧脆转变g9213g5242)。而g3835g3423的焊接结构，g3252不可避免地存g3324g7389各种缺陷(如焊接冷、热g16022纹)，g5529g20047具
g7389较高的g7041g16022韧性。
3) 良好的焊接性能和冷成形性能
g3835g3423结构g3835都采用焊接制造，焊前g5460g5460要冷成形，焊后又不易g17839g15904热处理，g3252g8504要求钢具g7389很好的焊接性能和冷成形性能。
g8504外，g16780g3822g3835g3423结构g3324g3835g8680(如g7737g7765、g4493器)、海洋(如g14349g14346)g1025使用，要求g7389较高的g6251腐蚀能力。
2,合金化特点
这类钢的低含碳量满足工g12255构件用钢的工艺性能要求，加入以 Mn 为主的少量合金g1815
素，达到g6564高力学性能的目的。主加g1815素锰资源丰富，g7389显著g5390化铁素体效g7536，还可降低钢的冷脆g9213g5242，使g10676光体数量增加，g17839一步g6564高g5390g5242；g3324g8504g3534础g990加入极少量g5390碳化物g1815
素如V、Ti、Nb等，阻止晶粒长g3835，产g10995第二相g5390化，不但g6564高g5390g5242，还g1262g9052除钢的过热倾向。如 Q235钢、16Mn、15MnV钢的含碳量相当，但g5460Q235g1025加g134341%Mn(实际只相对
g3822加0.5%～0.8%)时，就成为16Mn钢，g5390g5242却增加g1343450%，为350MPa，g332416Mng3534础g990
g3822加V(0.04%～0.12%)，g5390g5242又增加至400MPa；且g3324合金化过g12255g1025g7460料的g1866他性能也g7389g6164
改善，g3835g3835g6564高构件可g19764性和紧凑性，g1955少g2419g7460料g9052g13803和能源g9052g13803，g1866经济效益和社g1262效益g7171可想而知的。
3,钢种及牌号
我国列入g15904业g7643准(YB)的低合金高g5390钢g7389 21 种。g4439们按g4636g7393g5390g5242从 300MPa～650MPa
分为六g13435。1994年国家g7643准公布低合金高g5390g5242钢的新牌号，新旧牌号对比见表7-3。
表7-3 低合金高强度钢的新旧牌号对比表
新牌号 旧牌号 主要特性
Q259 09MnV、09MnNb、09Mn2、12Mn
合金元素极少，强度不高，但具有良好的塑性、冷弯、焊接及耐蚀性
Q345 12MnV、14MnNb、16Mn、16MnRE、18Nb
钢的强度高，具有良好的综合性能和焊接性能
Q390 15MnV、15MnTi、16MnNb
晶粒细化，强度提高，具有良好的力学性能、工艺性能和焊接性能
Q420 15MnVN，14MnVTiRE 具有良好的综合性能和焊接性能
Q460 —
强度最高，在正火、正火回火或淬火加回火状态下有很好的综合力学性能
较低g5390g5242g13435g2047钢g1025，16Mng7380具g7389g1207表性。g4439g7171我国低合金高g5390钢g1025g2469展g7380早、使用g7380
g3822、产量g7380g3835的钢种。使用状态的组织为细晶粒的铁素体—g10676光体，g5390g5242比普通碳钢Q235
高 20%～30%，g13796g3835g8680腐蚀性能高 20%～38%。用g4439制造工g12255结构质量g1955g17743 20%～30%，
金属学与热处理
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如南京长江g3835g7737、g5203州电视塔等。15MnVNg7171具g7389g1207表性的g1025等g5390g5242g13435g2047的钢种。钢g1025加入 V、N 后，g10995成钒的碳氮化物，细化晶粒，又g7389析出g5390化作用，g5390g5242水平可g6564高一g13435，
韧性和焊接性能也较好，用于制造g3835g3423g7737g7765、g19161g9821、g14349g14346和焊接结构。
g5390g5242g13435g2047超过 500MPa 后，铁素体—g10676光体组织g19602以满足要求，于g7171g2469展了低碳贝氏体g3423钢。加入Cr、Mo、Mn、B等g1815素，阻碍g10676光体转变，使 C曲线的g10676光体转变区右移，
而对贝氏转变影响较小，g7389利于g3324g12366冷g7477件g991g5483到贝氏体组织，g14731g5483g7368高的g5390g5242，塑性和焊接性能也好，g3822用于高压g19161g9821、高压g4493器等。
4,热处理特点
这类钢一般g3324热g17723g12366冷状态g991使用，不g19668要g17839g15904g999g19388的热处理。g3324g7389g10317g8542要时，如为了改善焊接区性能，可g17839g15904一g8437g8503g9791处理。
5,发展趋势
低合金高g5390g5242钢g11013于g1866g5390g5242高，韧性好，焊接性能和加工性能优g5334，合金g1815素g13803量少，
g5194且不g19668g17839g15904g3809杂的热处理，g5062g17246来g17246g2475到重视。目前，这类钢g2469展g17247g2195g7171g726
(1) 通过g5506合金化与合理的g17723制工艺结合g17227来，实g15904g6523制g17723制和g6523制冷却，以达到g7368
高的g5390g5242。g3324钢g1025加入少量的g5506合金化g1815素，如V、Ti、Nb等，通过g6523制g17723制时的g1889结晶过g12255，使钢晶粒细化，达到既g6564高g5390g5242又改善塑性、韧性的g7380佳效g7536。
(2) 通过合金化改变g3534体组织，g6564高g5390g5242。g3324钢g1025加入较g3822Cr、Mn、Mo、Si、B等，
使钢g3324热g17723g12366冷的g7477件g991g5483到贝氏体g10990至低碳g20544氏体组织，g3324冷却过g12255g1025g2469g10995g14270g3250g9791过g12255，
g10990至不g19668要g999g19388g17839g15904g3250g9791。
(3) 超低碳化。为保证韧性和焊接性能，含碳量g17839一步降低，g10990至降到10
-6
数量g13435，g8504
时g5529g20047采用g11507g12366g1930g9872g6122g11507g12366g2447g8680的g1820g17839g1930g9872工艺。
g3324我国，g11013于g5506合金化g1815素资源g2325分丰富，g6164以低合金高g5390g5242钢g3324我国具g7389极g1866g5203g19432
的g2469展前g7235。
7.4.2 渗碳钢
1,渗碳钢的使用条件及性能要求
渗碳钢用于制造g8785g17722、g6314g6301机变g17907齿轮，g1881g10135机g1996轮轴、g8975g3634销等零件。这类零件工作时g17985g2475g5390g9884g6717g6842g11964g6451和较g3835的g1144变g17745g14667，g10317g2047g7171g5390g9884的冲g1999g17745g14667，g1866性能要求g726
g311 g7389较高的g5390g5242和塑性，以g6281g6251g6301g1292、g5379曲、g6209转等变形g11784g3363；
g312 要求表g19766g7389较高的g11840g5242和g13796g11964性，以g6281g6251g11964g6451及表g19766接g16314g11142g2183g11784g3363；
g313 g7389较高的韧性以g6227g2475g5390g9884的冲g1999作用；
g314 当外g17745g14667g7171g5502g10627作用时，要求零件g7389好的g6251g11142g2183g11784g3363能力。
2,主要钢种
渗碳钢g19668要通过渗碳达到表g19766g5390化，g7693g6466g990g17860的性能要求，这类钢成分g990一般g7171低碳
g6122低碳合金结构钢。g5132用的渗碳零件g2265g6336齿轮、g1996轮、g8975g3634销等表g19766易于g2475到g11964g6451g11784g3363的
g8975g2172零件。如g5132用作g8785g17722齿轮的20Cr、20CrMnTi等钢g7460，g5132见钢种见表7-4。
第7章 工业用钢
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表7-4 常用合金渗碳钢的牌号、热处理、力学性能及用途(GB/T 3077—1999)
热处g10714工艺 力学性能(不小于)
牌 号
g12544g980次
淬火/℃
g12544g1120次淬火/℃
回火
/℃
σ
b
/MPa
σ
s
/MPa
δ
/%
A
KV
/J
g11004g17896g1042g1375
20Cr
880
g8712，g8845
800g8712，g8845 200g8712，g12366 835 540 10 47
厚度在30mmg1209下g17745g14667不大的g19658g1226，
g3926g7438g5214及小g8785g17722g21843g17730、g8975g3634g19156等
20CrMnTi 880g8845 870g8845 200g8712，g12366 1080 835 10 55
厚度在30mmg1209下，g6227g2475高g17907g18337g17745g1209
及冲击、g6717g6842的g18337要g18108g1226。g3926g21843g17730、
g17736、g21843g17730g17736、g10238g5430g12175合g3132、g15595g7450等
20MnVB 860g8845 200g8712，g12366 1080 885 10 55
g8181g6980g17751大、g17745g14667g17751g18337g1025小g9195g11911g1226，g3926
g18337型g7438g5214g21843g17730、g17736，g8785g17722g2530g7737主g2172、
g15999g2172g21843g17730等
12Cr2Ni4 860g8845 780g8845 200g8712，g12366 1080 835 10 71
大g6142g19766、g17745g14667g17751高、g13582g2487g6947g5875性g1314的
g18337要g19658g1226，g3926g18337型g17745g18337g17722、g3386g1823的g21843
g17730等
28Cr2Ni4WA 950g12366 850g12366 200g8712，g12366 1175 835 10 78
g6142g19766g7368大，性能要g8726g7368高的g19658g1226，g3926
大g6142g19766的g21843g17730、g1268g2172g17736、g12946g4506g7438g5214上
g6523g2058g17839g2004的g15595g17730
3,合金化特点
渗碳钢“外g11840g18336韧”的性能要求g17885g6333低含碳量g5194经过渗碳后g1866表g19766和g6984体力学性能均
g2260，高的g9152g17891性。渗碳钢g1025g5132使用合金g1815素g7389Cr、Mn、Ni、Mo、Ti、B等，g1866g1025Cr、Ni、
Mn、B等可g6564高g7460料g9152g17891性，也可g5390化铁素体；而Mo、Ti等碳化物形成g1815素通过形成细小g5369g6967的g12295g4462碳化物细化晶粒，g6564高g5390g5242、韧性，如含碳量g3534g7424相同的20、20Cr、20CrMnTi
钢，g1866g9152g17891性g1393g8437增加，且g5390韧性g3835g3835加g5390，用g1866制造的零件性能也g3835g3835g6564高。
4,热处理和组织性能
合金渗碳钢热处理工艺为渗碳后g11464接g9152g9791，g1889低g9213g3250g9791。对渗碳时g4493易过热的20Cr、
20Mn2等g19668g1820g8503g9791g9052除过热组织，g9994后g17839g15904g9152g9791和低g9213g3250g9791。热处理后，表g19766渗碳g4630的组织g11013合金渗碳体与g3250g9791g20544氏体及少量g8543g1325g3897氏体组成，g11840g5242为60HRC～62HRC。g5527g18108组织与钢的g9152g17891性及零件g6142g19766g4622g4556g7389g1863。g4448g1852g9152g17891时为低碳g3250g9791g20544氏体，g11840g5242为 40HRC～
48HRC。g3822数g5785g1929g991g7171g4636氏体、g3250g9791g20544氏体和少量铁素体，g11840g5242为25HRC～40HRC。g5527g18108
韧性一般都高于700kJ/m
2
。
7.4.3 合金调质钢
1,工作条件及性能要求
g16855质钢g5203g8879用于制造g8785g17722、g6314g6301机、机g5214和g1866他机器g990如齿轮、轴类件、g17842g7450、高g5390
g15758g7655等重要零件。g3835g3822g6227g2475g3822种和较g3809杂的工作g17745g14667，要求具g7389高水平的综合力学性能。
金属学与热处理
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但不同零件g2475力状g1929不同，g1866性能要求g7389g6164g5058g2047，g6142g19766g2475力均g2260的零件如g17842g7450，要求g6984g1022
g6142g19766都g7389较高的g5390韧性。g6142g19766g2475力不均g2260的零件，如g6227g2475g6209转g6122g5379曲g5224力的g1268g2172轴，主要要求g2475力较g3835的表g19766区g7389较好的性能，g5527g18108要求可低g1135。g3252g8504性能g990要求g726
g311 高的g4636g7393g5390g5242及g11142g2183极g19492和良好的韧性塑性，g2375要求综合的力学性能。
g312 g4628g18108表g19766要求一g4462的g13796g11964性。
g313 好的g9152g17891性。
2,成分特点及合金化原理
为达到g5390g5242和韧性的良好g18209合，合金g16855质钢的成分g16786g16757如g991g726
1) g1025碳
含碳量一般g33240.25%～0.50%之g19400，以0.40%g4633g3822。含碳量过低，不易g9152g11840，g3250g9791后g5390
g5242不足，含碳量过高g2029韧性不g3827。
2) 合金g1815素的作用
g16855质钢的合金化经g2394了一g1022g11013g2345一g1815素到g3822g1815素g3809合加入g2469展过g12255，从 40g27940Mng279
40CrMng27940CrMnMog612240g27940Crg27940CrNig27940CrNiMog2469展，合金g1815素主要作用g7171g726
g311g3g6564高g9152g17891性g726g3324碳钢的g3534础g990g5132g2345g10432g6122g3822g1815g3809合加入g6564高g9152g17891性g1815素Mn、Cr、Ni、
Mo、Si、B等，钢的g9152g17891性增g3835，不仅使零件g3324g6142g19766g990g5483到均g2260的力学性能，而且能使用较缓和的冷却g1183质g9152g9791，g3835g3835g1955小g9152g9791变形开g16022的倾向。
g312 固溶g5390化g726合金g1815素溶入铁素体形成置换固溶体，能使g3534体g5483到g5390化。虽g9994这种g5390
化效g7536不及g6564高g9152g17891性的贡献，但仍g7171g7389效的。g3324g5132用合金g1815素g1025以 Si、Mn、Ni 的g5390化效g7536g7380显著。
g313g3防止第二类g3250g9791脆性g726g16855质钢的高g9213g3250g9791g9213g5242g8503好处于第二类g3250g9791脆性g9213g5242范围，
钢g1025g6164含的Mn、Ni、Cr、Si、Pg1815素g1262增g3835g3250g9791脆性倾向。为了防止和g9052除g3250g9791脆性的影响，除g3324g3250g9791后采用快冷方法，还可g3324钢g1025加入Mog6122W，使第二类g3250g9791脆性g3835g3835g1955弱，
这对于较g3835g6142g19766的g16855质钢g10317g2047g7389意义。
g314g3细化晶粒g726g3324钢g1025加入碳化物形成g1815素W、Al、V、Ti可以g7389效地阻止g3897氏体晶粒
g3324g9152g9791加热时长g3835，使g7380终组织细化，降低了钢的韧脆转变g9213g5242。
3,常用调质钢钢种及牌号
合金g16855质钢g3324机械制造业g1025g7171用量g7380g3835的一类钢种。我国g5132用g16855质钢按照g9152g17891性的高低，g3835致分为三类g726
1) 低g9152g17891性g16855质钢
g8845g9152临界g11464径g7380g3835为30mm～40mm，g7380典g3423的钢种g717140Cr，g5203g8879用于制造一般g4622g4556的重要零件。40MnB、40MnVB钢g7171为g14422g13434铬而g2469展的g1207用钢，40MnB的g9152g17891性和切削加工性能较g5058。
2) g1025g9152g17891性g16855质钢
g8845g9152临界g11464径g7380g3835为40mm～60mm，含g7389较g3822合金g1815素，典g3423牌号g738935CrMo等，用于制造g6142g19766较g3835的零件，g1375如曲轴、g17842g7450等。加入 Mo 不仅使g9152g17891性显著g6564高，而且可防止g3250g9791脆性。
第7章 工业用钢
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3) 高g9152g17891性g16855质钢
g8845g9152临界g11464径为 60mm～100mm，g3822g7171铬镍钢。铬、镍的g17878当g18209合g3835g3835g6564高g9152g17891性，
g5194g14731g5483优良的力学性能，g1375如 37CrNi3。但对g3250g9791脆性g2325分敏感，g3252g8504不宜于作g3835g6142g19766零件。铬镍钢g1025加入g17878当的钼，g1375如 40CrNiMo 钢，不仅具g7389g7380好的g9152g17891性和冲g1999韧性，还可g9052除g3250g9791脆性，用于制造g3835g6142g19766、重g17745g14667的重要零件，如g8785轮机主轴、叶轮和航g12366g2469g2172
机轴等。
4,热处理和组织性能
合金g16855质钢的热处理主要g7171毛坯的预备热处理(退g9791g6122g8503g9791)以及粗加工件的g16855质处理。预备热处理可以改善锻造件组织缺陷，g14731g5483细小索氏体组织。g7380终热处理组织为g3250g9791
索氏体，g1866组织具g7389以g991g10317g9869g726
g311 g3324铁素体g3534体g990均g2260分布粒状碳化物的g5369g6967g5390化作用与溶入g3534体g1025的碳和合金g1815
素的固溶g5390化作用使g16855质钢具g7389较高的g4636g7393g5390g5242和g11142g2183g5390g5242。
g312 组织均g2260，g1955小g16022纹g3324g4628g18108薄弱区域形成的可能性，使钢塑性和韧性良好。
g313 g11013g9152g9791g20544氏体转变而来的铁素体晶粒细小，钢的韧脆转变g9213g5242低。
g3250g9791索氏体的组织g10317g9869，就保证了g16855质钢良好的综合力学性能。以40Cr钢为g1375分析g1866
热处理工艺g16280范。40Cr作为g6314g6301机g990g17842g7450、g15758g7655g7460料，g1866加工工艺路线为g726g991料g279锻造g279
退g9791g279粗机加工g279g16855质g279精机加工g279装g18209。预备热处理采用退g9791(g6122g8503g9791)目的g7171改善锻造组织，g9052除缺陷.细化晶粒；g16855g6984g11840g5242、便于切削加工；为g9152g9791作好组织准备。g16855质工艺采用830℃加热、g8845g9152，g5483到g20544氏体组织，g9994后g3324525℃g3250g9791。为防止第二类g3250g9791脆性，g3324g3250
g9791的冷却过g12255g1025采用水冷，g7380终使用状态g991的组织为g3250g9791索氏体。
7.4.4 弹簧钢
弹簧钢g7171一种g999用结构钢，主要用于制造各种弹簧和类似弹簧性能零件。
1,使用条件及性能要求
g3324机器g16786备g1025这类零件主要g7171利用弹性变形吸收能量以缓和振g2172和冲g1999，g6122g1393g19764弹性储能来g17227驱g2172作用。g7693g6466工作要求，弹簧钢g5224g7389以g991性能。
g311 高的弹性极g19492，保证弹簧具g7389高的弹性变形能力和弹性g6227g17745能力，为g8504g5224具g7389高的弹性极g19492和g4636g5390比。
g312 高的g11142g2183极g19492，g3252弹簧一般g3324g1144变g17745g14667g991工作。另外，弹簧钢表g19766不g5224g7389脱碳、g16022
纹、折叠、斑疤和夹杂等缺陷。
g313 足g3827的塑性和韧性，以免g2475冲g1999时g2469g10995脆g7041。
g8504外，弹簧钢还g5224g7389较好的g9152g17891性，不易脱碳和过热，g4493易绕卷成形以及g3324高g9213和腐蚀性g7477件g991工作具g7389好的g10627境g12295g4462性等。
2,成分特点
合金弹簧钢的化学成分g7389以g991g10317g9869g726
g311 为保证高的弹性极g19492和g11142g2183极g19492，弹簧钢的含碳量g5224比g16855质钢高，一般为0.45%～
0.70%。含碳量过高，塑性、韧性降低，易g2469g10995脆g7041，g11142g2183g6251力也g991降。
金属学与热处理
·144·
·144·
g312 加入以Si、Mn为主g6564高g9152g17891性的g1815素，同时也g6564高g4636g5390比，g5390化铁素体g3534体和g6564
高g3250g9791g12295g4462性。
g313 加入Cr、W、V为辅加合金g1815素，克g7393Si、Mn钢的不足(过热、石墨化倾向)。g8504
外，弹簧钢的净化对g11142g2183g5390g5242g7389很g3835的影响，g6164以弹簧钢均为优质钢g6122高g13435优质钢。
3,弹簧钢的热处理
弹簧的加工方法分为热成形和冷成形。热成形方法一般用于g3835g1025g3423弹簧和形状g3809杂的弹簧，热成形后g1889经g9152g9791和g1025g9213g3250g9791。冷成形方法g2029g17878用于小g4622g4556弹簧，用g5062g5390化的弹簧钢g1009冷成形后g1889g17839g15904g2447g5224力退g9791。
1) 热成形弹簧
以 60Si2Mn 制g8785g17722板簧为g1375来说明。热成形弹簧的制造工艺路线(主要工序)g7171g726扁钢剪g7041g279机械加工(倒角g19087孔等)g279加热压g5379g279g9152g9791g1025g9213g3250g9791g279喷丸。板簧的成形g5460g5460g7171和热处理结合g17839g15904的，钢g7460加热到热加工g9213g5242，g1820g17839g15904压g5379，当g9213g5242g991降到840℃～870℃时g2375
入g8845g9152g9791。为了防止氧化脱碳，g6564高弹簧的表g19766质量和g11142g2183g5390g5242，g5224g4625量快g17907加热，g5194g7380
好g3324盐浴g9821g6122g7389保护g8680氛的g9821g1025g17839g15904。g5379片降g9213g5224g6523制g332430℃～50℃。g9152g9791后的板簧g5224立
g2375g3250g9791，g3250g9791g9213g5242g3324 500℃左右，g3252为g8504g9213g5242仍处于第二类g3250g9791脆性区，g3250g9791后g5224快冷。
g3250g9791组织为g3250g9791g4636氏体，g11840g5242 42HRC～45HRC。板簧热处理后g1889g17839g15904喷丸，使g1866表g19766g5390化
g5194形成g8543g1325压g5224力，g1955少表g19766缺陷的不良影响，g6564高g11142g2183g5390g5242。
弹簧钢采用等g9213g9152g9791g14731g5483g991贝氏体，g6564高钢的韧性和冲g1999g5390g5242，g1955小热处理变形。
2) 冷成形弹簧
将g5062经g5390化的弹簧钢g1009用冷成形方法制造弹簧的工艺路线(主要工序)g7171g726绕簧g279g2447g5224
力退g9791g279g11964端g19766g279喷丸g279第二g8437g2447g5224力退g9791g279g2469蓝。这类弹簧钢g1009按g5390化工艺可分为三种g726
铅浴等g9213冷拔钢g1009、冷拔钢g1009和g8845g9152g3250g9791钢g1009。这三种钢g1009g3324成形后g5224g17839g15904低g9213退g9791(－般
250℃～300℃，lh)以g9052除g5224力，g12295g4462g4622g4556。g3252冷成形产g10995g2265申格效g5224而导致弹性极g19492g991降的现象也g3252低g9213退g9791g5483以g9052除。
4,典型钢种与牌号
g5132用弹簧钢的牌号见表7-5。合金弹簧钢g3835致分为两类。
表7-5 弹簧钢的化学成分、热处理及力学性能(GB/T 1222—1984)
化学成分(g17148量分g6980)/% 热处g10714 力学性能
σ
b
/MPa σ
s
/MPa
δ/%
/%φ 钢号
w
C
w
Si
w
Mn
g1866g1194
淬火温
度/℃
淬火
g1183g17148
回火温
度/℃ 不小于
65Mn
0.62～
0.7
0.17～
0.37
0.90～
1.20
Cr≤0.25 830 g8845 540 981 785 8 30
55Si2Mn
0.52～
0.60
1.50～
2.00
0.60～
0.90
Cr≤0.35 870 g8845 480 1275 1177 6 30
55Si2MnB
0.52～
0.60
1.50～
2.00
0.60～
0.90
Cr≤0.35
B0.0005～0.004
870 g8845 480 1275 1177 6 30
第7章 工业用钢
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(g13505)
化学成分(g17148量分g6980)/(%) 热处g10714 力学性能
σ
b
/MPa σ
s
/MPa δ/%
/%φ 钢号
w
C
w
Si
w
Mn
g1866g1194
淬火温
度/℃
淬火
g1183g17148
回火温
度/℃
不小于
60Si2Mn
0.56～
0.64
1.50～
2.00
0.60～
0.90
Cr≤0.35 870 g8845 480 1275 1177 5 25
50CrVA
0.46～
0.54
0.17～
0.37
0.50～
0.80
Cr0.80～1.10
V0.10～0.20
850 g8845 500 1275 1127 40
55SiMnVB
0.52～
0.60
0.70～
1.00
1.00～
1.30
Cr≤0.35
V0.08～0.16
B0.0005～0.035
880 g8845 460 1373 1225 5 30
① 以Si、Mn元素合金化的弹簧钢代表性钢种有65Mn和60Si2Mn等。它们的淬透性显著优于碳素弹簧钢，可制造截面尺寸较大的弹簧。Si、Mn 的复合合金化，性能比只用
Mn的好。这类钢主要用作汽车、拖拉机和机车上的板簧和螺旋弹簧。
② 含Cr、V、W等元素的弹簧钢最有代表性的钢种是50CrVA。Cr、V的复合加入，
不仅使钢具有较高的淬透性，而且有较高的高温强度、韧性和较好热处理工艺性能。因此，这类钢可制作在350℃～400℃下承受重载较大型弹簧，如阀门弹簧、高速柴油机气门弹簧等。
7.4.5 滚珠轴承钢
轴承钢主要用来制造滚动轴承滚动体(滚珠、滚柱、滚针)、内外套圈等，属专用结构钢。化学成分上属于高碳合金钢，也用于制造精密量具、冷冲模、机床g1009g7476等g13796g11964g1226。
1,工作条件及性能要求
轴承元g1226工g1929复g7446g14511g2063，工作g7114g4466g19481受载面g12227g5468g4579,高g19610g1025g1144g2476载g14667作用。因此g4557轴承钢的性能要g8726g5468g1017，主要有以下g1972g7053面g726
① 高的g6521g16314g11142g2183强度，轴承元g1226如滚珠g994套圈，g17828g17728g7114g1038g9869g6122g13459g6521g16314，g6521g16314处的g2399g5224
g2159高g178101500MPa～5000MPag727g5224g2159g1144g2476g8437g69801ming17810g1972g987g8437g10990g14279g7368g3822，g5460g5460造成g6521g16314g11142g2183g11784
g3363，g1147g10995g21647g9869g6122g2105g14865。
② 高g11840度和g13796g11964性，滚动体和套圈g1055g19400不g1306有滚动g6717g6842，而且有g9381动g6717g6842，轴承g5132g5132
因g17819度g11964g6451g11784g3363，因此g5529g20047具有高而g3355g2260的g11840度。g980g14336g5224g103862HRC～64HRC。
g313 g17287g3827的韧性和淬透性。
g314 在大气和g9082g9381g1183g17148g1025有g980g4462g13796g15444能g2159。
g315 g14403好的尺寸g12295g4462性。
2,化学成分及合金化原理
① 含碳量高。g1038g1114g1457g16789轴承钢的高g11840度、高g13796g11964性和高强度，含碳量g5224较高，g980g14336g1038
0.95%～1.1%。
②g3g19136。g1038g3534g7424合金元素g6564高淬透性，g19136g2588g13466密、g3355g2260g10378分g5079，g6564高钢的g13796g11964性g10317g2047是
g6521g16314g11142g2183强度。g1306含g19136量g17819高g1262g3698大g8543g1325g3897g8675体量和碳化g10301分g5079的不g3355g2260性，使钢的g11840度金属学与热处理
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和g11142g2183强度g2465而g19489g1314。g17878g4464含量g10380.40%～1.65%。
g313 g11801、g19204、g19046等。g19136、g19204g17839g980g8505g6564高淬透性，g1427于制造大型轴承。g11801g17836可以g6564高钢的
g3250g9791g12295g4462性。g19046g18108分g9354于g3897g8675体g1025，g18108分g5430成碳化g10301碳化g19046，g6564高钢的g13796g11964性g5194g19462g8502g17819热。
g7092g19136钢g1025皆含有g19046。
g314 纯度要g8726极高。规g4462w
S
＜0.02%，w
P
＜0.027%。非金属夹g7446g4557轴承钢g6521g16314g11142g2183性能影响大，因此轴承钢g980g14336用电炉冶炼，g1038g6564高纯度g5194采用真空脱气等新冶炼技术。
3,热处理及性能
轴承钢的热处理主要g1038球化退g9791、淬g9791和g1314温g3250g9791。
1) 球化退g9791
目的不仅是g19489g1314钢的g11840度，以利切削加工，g7368重要的是获得g13466的球g10378珠光体和g3355g2260分
g5079的g17819剩的g13466粒g10378碳化g10301，g1038零g1226的最终热处理作组织准备。在退g9791前原始组织g1025网g10378碳化g10301级g2047超g178193级，g5224先正g9791消除再g17839行球化退g9791。
2) 淬g9791和g1314温g3250g9791
淬g9791温度要g8726十分g1017格，温度g17819高g1262g17819热，晶粒长大，使韧性和g11142g2183强度g19489g1314，温度
g17819g1314，g3897g8675体g9354解碳化g10301不g17287，钢的淬透性和淬g11840性g3355不g3827。淬g9791加热温度在840℃左右。
淬g9791后立即g3250g9791(160℃±5℃)2.5h～3h。轴承钢经g17819淬g9791g3250g9791后的组织g1038极g13466的g3250g9791马g8675
体、g3355g2260分g5079的g13466粒g10378碳化g10301以及少量的g8543g1325g3897g8675体。
4,典型钢种和牌号
表7-6列出g5132用滚珠轴承钢牌号、化学成分、热处理及用途。我国轴承钢分g1038两类g726
1) g19136轴承钢
最g5132用的g1038 GCr15，用于制造g1025、g4579轴承的内、外套圈及滚动体，此外也g5132用来制造冷冲模、量具、g1009锥等。
2) 添加Mn、Si、Mo、V的轴承钢
如 GCr15SiMn，淬透性得到g6564高g727g1038g1114节约g19136，添加 Mo、V 得到g7092g19136轴承钢，如
GSiMnMoV和GSiMnMoVRe等。
表7-6 常见铬轴承钢的化学成分[GB/T 221—2000]
化学成分(g17148量分g6980)/%
钢 号
C Si Mn P S Cr Ni Mo g1866g1194
GCr9 1.00～1.10 0.15～0.35 0.25～0.45 ≤0.025 ≤0.025 0.90～1.20 ≤0.30 0.08 Cu≤0.25
GCr9SiMn 1.00～1.10 0.45～0.75 0.95～1.25 ≤0.025 ≤0.025 0.90～1.20 ≤0.30 0.08 Cu≤0.25
GCr15 0.95～1.25 0.15～0.35 0.25～0.45 ≤0.025 ≤0.025 1.40～1.65 ≤0.30 0.08 Cu≤0.25
GCr15SiMn 0.95～1.05 0.45～0.75 0.95～1.25 ≤0.025 ≤0.025 1.40～1.65 ≤0.30 0.08 Cu≤0.25
7.5 合金工具钢
工业g10995g1147g1025使用的工具g3822种g3822样，用得最g3822的是刃具、模具、量具等。g4557刃具材料来说，除要g8726g17878当的强度和韧性，主要要g8726具有高g11840度和g13796g11964性，且g5529g20047在高温具有高g11840度，
第7章 工业用钢
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通g5132称g1038红g11840性。冷作模具材料g5529g20047具有高强度、高g11840度、高g13796g11964性和g17287g3827的韧性g727热作模具g17836g5529g20047具有g14403好的抗热g11142g2183性(g13796急冷急热性)、导热性以及g980g4462的抗氧化、抗腐g15444的能g2159。量具材料则g5224具有较高的g11840度和g13796g11964性及g980g4462的强度和韧性以减少g11964g6451和g11784g3363g727同
g7114g17836g5224有较高的组织g12295g4462性，以免发g10995g7114效g6122其他相g2476g2476g5430影响尺寸精确性。
7.5.1 合金刃具钢
刃具钢主要是指制作车刀、铣刀、钻头等金属切削刀具的钢类。合金刃具钢分两类，
g980类主要用于g1314速切削，称g1038g1314合金刃具钢g727另g980类用于高速切削，称g1038高速钢。
1,低合金刃具钢
g1314合金刃具钢的工作温度g980g14336不超g17819 300℃，g5132用于制造截面较大、g5430g10378复g7446、切削条g1226较差的刃具，如搓g1009板、g1009锥、板牙等。
1) 成分g10317g9869
(1) g1314合金刃具钢的含碳量高，g980g14336在 0.75%～1.5%g1055g19400，以g1457g16789淬g9791后获得高g11840
度(＞62HRC)，g5194g5430成g17878当g6980量碳化g10301以g6564高g13796g11964性。
(2) 加入Cr、Si、Mn、W、V等元素，g6564高淬透性及g3250g9791g12295g4462性，g5194能强化g3534体，g13466
化晶粒。因此g1314合金刃具钢g13796g11964性和热g11840性比碳素刃具钢好，淬透性较碳素钢好g727淬g9791冷却可在油g1025g17839行，g2476g5430、开裂倾向减g4579。合金元素加入导致临界g9869升高，通g5132淬g9791温度较高，脱碳倾向g3698大。
2) 典型钢种及其热处理
g5132用g1314合金刃具钢的成分、热处理及用途见表7-7。
表7-7 常用低合金刃具钢的化学成分、热处理及用途(GB/T 1299—2000)
化学成分(g17148量分g6980)/% 淬火 回火
钢号
C Mn Si Cr g1866g1194
温度/
℃
g1183
g17148
g11840度/
HRC
温度/
℃
g11840度/
HRC
g11004g17896g1042g1375
9SiCr
0.85～
0.95
0.3～
0.6
1.2～
1.6
0.95～
1.25
850～
870
g8845 62
190～
200
60～
63
g7507g10285、g1009g19193、g19140g2004、
g6631g1009g7507、冷冲g8181等
CrWMn
0.9～
1.05
0.8～
1.1
≤0.4
0.9～
1.2
W1.2～
1.6
820～
840
g8845
62
140～
160
62～
65
g19283g1009g19193、g19283g19140g2004、g7507
g10285、拉g2004、量具、冷冲g8181等
典型钢种9SiCr，含有g6564高g3250g9791g12295g4462性的Si，经230℃～250℃g3250g9791，g11840度不g1314于60HRC，
使用温度g17810250℃～300℃，广泛用于制造g2520种g1314速切削刃具，如板牙，也可用作冷冲模。
g1314合金刃具钢的加工g17819g12255g1038g726球化退g9791、机加工，g9994后淬g9791和g1314温g3250g9791。淬g9791温度g5224
g7693g6466工g1226g5430g10378、尺寸及性能要g8726g1017格g6523制，g980g14336g18129要g20056热g727g3250g9791温度g1038160℃～200℃。热处理后的组织g1038g3250g9791马g8675体、剩g1325碳化g10301和少量g8543g1325g3897g8675体。
2,高速钢
高速钢是含有g3822种合金元素的高合金钢。这类钢以其制作刀具能g17839行高速切削得g2529。
通g5132高速切削g7114刃具工作温度可高g17810500℃～600℃，高速钢的热g11840性和g13796g11964性g3355优于碳素金属学与热处理
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刃具钢和g1314合金刃具钢，g5224用广泛。g5132用高速钢牌号、成分、热处理和用途见表7-8。
1) 成分g10317g9869及合金化
(1) 含碳量高。含碳量在 0.70%以上，最高可g17810 1.5%。高的含碳量g980g7053面g1457g16789钢g994合金元素g5430成g17287量碳化g10301，g13466化晶粒，g3698大g13796g11964性g727另g980g7053面g1457g16789g3534体g9354入g17287量碳获得高g11840
度马g8675体。g1306含碳量也不g4464g17819高，g2554则g1262g1147g10995g1017重的碳化g10301g1571g7524，g19489g1314钢的g3621韧性。
(2) 加入g19136g6564高淬透性。在g3897g8675体化g17819g12255g1025g19136g9354入g3897g8675体，大大g6564高钢的淬透性g727g3250
g9791g7114g5430成g13466g4579的碳化g10301，g6564高材料的g13796g11964性。g6164有高速钢含g19136量g1972g1058g10384%。
(3) 加入W、Mo造成g1120g8437g11840化，g1457g16789高的热g11840性。退g9791g10378g5589下Wg6122Mo主要以M
6
C
型的碳化g10301g5430g5347g4396在。淬g9791加热g7114，g980g18108分碳化g10301g9354于g3897g8675体g1025，淬g9791后g3278g9354于马g8675体g1025，
在560℃左右g3250g9791g7114，碳化g10301以W
2
Cg6122Mo
2
Cg5430g5347g5369g6967g7524出，g1147g10995g1120g8437g11840化作用。这种碳化g10301在500℃～600℃温度g14551g3272内非g5132g12295g4462，不g7143g13870g19610长大，g1186而使钢g1147g10995g14403好的热g11840性。
淬g9791加热g7114，g7422g9354的碳化g10301能g17227g19471g8502g3897g8675体晶粒长大及g6564高g13796g11964性的作用。
(4) 加入g19046g6564高g13796g11964性和红g11840性。g5430成的碳化g10301非g5132g12295g4462，极g19602g9354解，g11840度极高且g20075
粒g13466g4579，分g5079g3355g2260，因此g19046g6564高钢的g11840度和g13796g11964性有g5468大作用。g19046也g1147g10995g1120g8437g11840化作用，
g1306因g5647含量不高，g4557g6564高热g11840性的作用不大。
(5) 加入g19080显著g6564高红g11840性和g1120g8437g11840度。g13796g11964性、导热性和g11964削加工性g6925g2904g7138显。
2) 加工及热处理g10317g9869
高速钢的加工、热处理要g9869如下。
(1) 高速钢的g19215造。高速钢含有大量合金元素，g15441g9994g980g14336含碳量g4579于1%，g1306属于g14725g8675
体钢。g19148g5589组织g1025含大量g2588g21072g20604g10378分g5079g12907大g1861晶碳化g10301(见g32827.5)，大大g19489g1314钢机g7812性能，
g10317g2047是韧性。这g1135碳化g10301不能用热处理来消除，只能g1393g19764g19215g6183来g1999g11874，g5194使其g3355g2260分g5079。
因此高速钢g19215造具有成g5430和g6925g2904碳化g10301g2464重作用，是非g5132重要的加工g17819g12255。g1038得到g4579g3371g3355g2260
碳化g10301，高速钢g19668经g2465复g3822g8437g3709g6312。高速钢的g3621性、导热性较差，g19215后g5529g20047g13543冷，g5194g17839行球化退g9791，消除内g5224g2159，以免开裂。g19215造退g9791后获得组织g1038g13046g8675体加粒g10378碳化g10301(见g32827.6)，
可g17839行机g7812加工。
图7.5 W18Cr4V铸态组织 图7.6 W18Cr4V球化退火组织
(2) 淬g9791+g3250g9791。高速钢的优g17246性能g19668要经正确淬g9791g3250g9791处理后g6177能获得。其淬g9791温度高g178101220℃～1280℃，g1457g16789g17287g3827碳化g10301g9354入g3897g8675体，使g3897g8675体g3278g9354碳和合金元素的含量高，
淬透性非g5132好g727淬g9791后马g8675体g11840度高且较g12295g4462g727同g7114g18003免钢g17819热g6122g17819g9915。g1306合金元素g3822也使高速钢导热性差，g1268热速g10587g1314，淬g9791加热g7114g5529g20047g1025g19400g20056热(g980g8437g20056热800℃～850℃，g6122g13785
两g8437g20056热500℃～600℃、800℃～850℃)g727而冷却也g3822用分级淬g9791、高温淬g9791g6122油淬。正g5132
第7章 工业用钢
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淬g9791组织g1038g19556晶马g8675体+粒g10378碳化g10301+20%～25%g8543g1325g3897g8675体(见g32827.7)。
g1038g1457g16789得到高g11840度及热g11840性，高速钢g19668要在g1120g8437g11840化g4804g1552温度g6122g12257高温度(通g5132550℃～
570℃)g3250g9791，g5194g17839行g3822g8437(g980g14336g989g8437)。g3250g9791主要目的是消除大量g8543g1325g3897g8675体。g3250g9791g7114，g1186g8543
g1325g3897g8675体g1025g7524出合金碳化g10301，使g3897g8675体合金元素含量减少，马g8675体g17728g2476g9869上升，g5194在g3250g9791
后冷却g17819g12255g1025，g980g18108分g8543g1325g3897g8675体g17728g2476g1038马g8675体。g8611g3250g9791g980g8437，g8543g1325g3897g8675体含量g19489g1314g980g8437。
g12544g980g8437g3250g9791后剩15%～18%，g12544g1120g8437g3250g9791后g19489g10383%～5%，g12544g989g8437g3250g9791后仅剩g13251%～2%。
高速钢g3250g9791后的组织g1038g3250g9791马g8675体+碳化g10301+少量g8543g1325g3897g8675体(见g32827.8)。
图7.7 W18Cr4V淬火组织 图7.8 W18Cr4V淬火回火后组织
W18Cr4V热处理工艺如g32827.9g6164g12046。采用g1120g8437g20056热，1280℃淬g9791加热，分级淬g9791，560℃
g989g8437g3250g9791。
图7.9 高速钢W18Cr4V热处理工艺如图
3) 典型钢种和牌号
g5132用高速钢的牌号、成分、热处理和用途见表 7-8。可分g1038通用型高速钢和高性能高速钢g1120类。
(1) 通用型高速钢。通用型高速钢的含碳量在 0.7%～0.9%。这类高速钢具有较高的g11840
度和g13796g11964性，高的强度，g14403好g11964削性，因此广泛用于制造g2520种g5430g10378复g7446的刃具。g7693g6466高速钢的主要成分，通用型高速钢g2460可分g1038g19068g13007高速钢和g19088g13007高速钢两种。
金属学与热处理
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第7章 工业用钢
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① g19068g13007高速钢g726典型的牌号是 W18Cr4V，它具有g14403好的g13520合性能，在我国g5224用较g1038
广泛。这种钢通用性强，可用于制造g2520种复g7446刃具，如拉刀、螺g13453铣刀、g21843g17730刀具、g2520种铣刀等。g11013于这种钢含g19046量少，g6937g11964削性好，g6164以g5132用于制造g2520种精加工刃具，如螺g13453车刀、g4497刃精g2044刀、精车刀、成g5430车刀等。这种钢g11013于含碳化g10301较g3822，淬g9791g7114g17819热倾向g4579，
g3621性g2476g5430抗g2159也较大g727g1306其碳化g10301分g5079不g3355g2260、g20075粒大，这g4570影响g15192刃刀具和g4579截面刃具的g13796用度。此外g19068的g1227格较g17161，使得g19068高速钢的使用量g5062g17892g9188减少。
② g19088g13007高速钢。g19088g13007高速钢是用g19088代g7379g980g18108分g19068，典型牌号是 W6Mo5Cr4V2。加入
g19088后使结晶温度g19400g19560g2476g12376，g19148g5589g1861晶g14725g8675体g13466g4579，因而它的碳化g10301比g19068g13007高速钢g3355g2260g13466g4579，
使钢在 950℃～1100℃有g14403好的g3621性，g1427于g2399g2159加工，g5194且在热处理后也有较好的韧性。
g11013于这种钢的含g19046量较g3822，g6937g13796g11964性要优于W18Cr4V。g1306热处理g7114脱碳倾向较大，热g11840性
g11065g1314于W18Cr4V。因此，这种钢g17878g5224于制造要g8726g13796g11964性和韧性较好的刃具，如铣刀、g6566g21843
刀、锥g21843g17730g2044刀等。目前g19088的g1227格是g19068的3g1505，g19088g13007高速钢成g7424g7368高。
(2) 高性能高速钢。高性能高速钢是在通用型高速钢成分g1025再g3698加g980g1135含碳量、含g19046
量，有g7114添加g19080、g19121等合金元素，以g6564高g13796g11964性和热g11840性的新钢种。这类钢g17878合加工g3897g8675
体不g19164钢、高温合金、g19055合金、超高强度钢等g19602加工材料。高性能高速钢g2265g6336高碳高速钢
(9W18Cr4V)、g19080高速钢(W6Mo5Cr4V2Co8)、g19121高速钢(W6Mo5Cr4V2Al)等。
7.5.2 合金模具钢
用来制造g2520种模具的钢称g1038模具钢。用于冷g5589金属成g5430的模具钢称g1038冷作模具钢，如
g2520种冷冲模、冷g6392g2399模、冷拉模的钢种等。这类模具工作g7114的g4466g19481温度g980g14336不超g17819 200℃～
300℃。用于热g5589金属成g5430的模具钢称g1038热作模具钢，如制造g2520种热g19215模、热g6392g2399模、g2399g19148
模的钢种等。这类模具工作g7114型g14120表面的工作温度可g17810600℃以上。
1,冷作模具钢
1) 成分g10317g9869
① 高碳，g3822在l.0%以上，有g7114g178102.0%，g1457g16789高g11840度(g980g14336g103860HRC)和高g13796g11964性。
② 加入Cr、Mo、W、V等合金元素g5430成g19602g10088碳化g10301，g6564高g13796g11964性，g4600其Cr，典型的
Cr12和Cr12MoV，含g19136量高g1781012%。g19136g994碳g5430成Cr
7
C
3
碳化g10301，极大g3332g6564高钢g13796g11964性g5194显著g6564高淬透性。Mo、Vg17839g980g8505g13466化晶粒，使碳化g10301分g5079g3355g2260，g6564高g13796g11964性和韧性。
2) 加工热处理g10317g9869
冷作模具钢热处理g10317g9869g994g1314合金刃具钢类g1296，热处理g7053g7708有两种g726
① g980g8437g11840化g8873，在较g1314温度(950℃～1000℃)下淬g9791，g9994后g1314温(150℃～180℃)g3250g9791，
g11840度可g1781061HRC～64HRC，使钢具有较好g13796g11964性和韧性，g17878用于重载模具。
② g1120g8437g11840化g8873，在较高温度(1100℃～1150℃)下淬g9791，g9994后于 510℃～520℃g3822g8437(g980
g14336g1038g989g8437)g3250g9791，g1147g10995g1120g8437g11840化，使g11840度g17810 60HRC～62HRC，红g11840性和g13796g11964性较高(g1306韧性较差)。g17878用于在 400℃～450℃温度下工作的模具g6122g13785g19668要g17839行碳g8706g1861g9195的模具。Cr12 型钢热处理后组织g1038g3250g9791马g8675体、碳化g10301和g8543g1325g3897g8675体。
3) 典型钢种及牌号
大g18108分要g8726不高的冷作模具用g1314合金刃具钢制造，如9Mn2V、9SiCr、CrWMn等。大金属学与热处理
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型冷作模具用 Cr12 型钢。目前g5224用最g7234g17953的、性能较好的g1038 Crl2MoV 钢。这种钢热处理
g2476g5430g5468g4579，g17878合于制造重载和g5430g10378复g7446的模具。
2,热作模具钢
1) 成分g10317g9869
① g1025碳，含碳量g980g14336g1038 0.3%～0.6%，g1457g16789高强度、韧性、g11840度(35HRC～52HRC)和较高热g11142g2183抗g2159。
② 加入较g3822g6564高淬透性的元素Cr、Ni、Mn、Si等。Cr是g6564高淬透性的主要元素，同
g7114和 Ni g980g17227g6564高钢g3250g9791g12295g4462性。Ni 在强化g19093素体的同g7114g17836g3698加钢的韧性，g5194g994 Cr、Mo
g980g17227g6564高钢淬透性和g13796热g11142g2183性能。另外可g6564高g6984体性能g3355g2260性g5194有g3278g9354强化作用。
g313 加入g1147g10995g1120g8437g11840化的 Mo、W、V 等元素，Mo g17836能g19462g8502g12544g1120类g3250g9791g14042性，g6564高高温强度和g3250g9791g12295g4462性。
2) 加工热处理g10317g9869
热作模具钢g1025热g19215模钢的热处理g994g16855g17148钢相g1296，淬g9791后高温(550℃左右)g3250g9791，获得g3250
g9791g13046g8675体g980g3250g9791g4636g8675体组织。热g2399模钢淬g9791后在g11065高于g1120g8437g11840化g4804g1552温度(600℃左右)下g3250
g9791，组织g1038g3250g9791马g8675体和粒g10378碳化g10301，g994高速钢类g1296，g3250g9791g3822g8437g1457g16789热g11840性。
3) 典型钢种及牌号
热g19215模钢g4557韧性要g8726较高而热g11840性要g8726不高，典型钢种有5CrMnMo和5CrNiMo(其在截面尺寸较大g7114使用)等。热g19215模钢受冲g1999载g14667较g4579，g1306g4557热强度要g8726较高，g5132用钢种有
3Cr2W8V等。g2520类g5132用热作模具钢的牌号、成分、热处理及大致用途列于表7-9g1025。
表7-9 常用热模具钢的种类、热处理及用途
淬火处g10714
钢 号
温度/℃ 冷g2376g2070
回火g2530g11840度
HRC
g11004 g17896
5CrMnMo 820～850 g8845 39～47 g1025小型热g19215g8181
5CrNiMo 830～860 g8845 35～39 g2399g8181、大型热g19215g8181
3Cr2W8V 1075～1125 g8845 40～54 高g5224力热g2399g8181、g12946g4506g19215g17908或高g17907g19215g8181
4Cr5MoSiV 980～1130 g8845或g12366 39～50 大g1025型g19215g8181、g6392g2399g8181
4Cr5W2SiV 1030～1050 g8845或g12366 39～50 大g1025型g19215g8181、g6392g2399g8181
7.5.3 合金量具钢
量具是机g7812制造工业g1025的g8991量工具，量具钢用于制造g2520种g8991量工具，如g2357尺、g2327分尺、
螺旋g8991g5506g1214、g3371规、塞规等。
1) 成分g10317g9869
量具钢的成分g994g1314合金刃具钢相同，g1038高碳(0.9%～1.5%)和加入g6564高淬透性的元素
(Cr、W、Mn等)。
2) 热处理g10317g9869
淬g9791和g1314温g3250g9791g7114要采取措施g6564高组织的g12295g4462性，g1457g16789尺寸g12295g4462性。
① 在g1457g16789g11840度的前g6564下尽量g19489g1314淬g9791温度，以减少g8543g1325g3897g8675体量。
第7章 工业用钢
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② 淬g9791后立即g17839行-70℃～-80℃的冷处理。使g8543g1325g3897g8675体尽可能g3332g17728g2476g1038马g8675体，g9994
后g17839行g1314温g3250g9791。
g313 精度要g8726高的量具，在淬g9791、冷处理和g1314温g3250g9791后g19668g17839行 120℃～130℃g1972g14279g1972十
g4579g7114的g7114效处理，使马g8675体正g7053度g19489g1314、g8543g4396g3897g8675体g12295g4462和g8543g1325g5224g2159消除。g1038g1114去除g11964加工g1025g1147g10995的g5224g2159，g17836要120℃～150℃g1457温8hg17839行g12544g1120g8437(g6122g3822g8437)g7114效处理。
3) 典型钢种及牌号
量具钢没有专用钢。尺寸g4579、g5430g10378简单、精度较g1314的量具，用高碳钢制造g727复g7446的精密量具g980g14336用g1314合金刃具钢制造，见表7-10。精度要g8726较高的量具用CrMn、CrWMn、GCrl5
等。GCrl5 钢冶炼g17148量好，g13796g11964性及尺寸g12295g4462性好，是优秀的量具材料。g9195碳钢及g8706化钢可在g9195碳及g8706化后制作精度不高，g1306g13796冲g1999性的量具。在腐g15444g1183g17148g1025则使用不g19164钢(如
9Cr18、4Cr13)作量具。
表7-10 常用合金量具钢选用举例
g17885g11004钢g1042g1375
g11004 g17896
钢g12879g2047 钢牌号
g12946度不高、耐冲击的g2357g7507、g7691g7507、直g4622 g9195g11911钢 15、20、15Cr
g3371g16280、g15758g13453g3634g16280、g10627g16280、g7691g7621、g7691g3883 g1314合金工具钢 CrMn、9 CrWMn、CrWMn
g3371g16280、g3634g16280、g7691g7621 g9390g2172g17736g6227钢 GCr15
g2520g12193要g8726g12946度的量g16280 冷g1328g8181具钢 9Mn2V、Cr12MoV、Cr12
要g8726g12946度和耐g14116蚀性量具 不g19164钢 3Cr13、4Cr13、9Cr18
7.6 特殊性能钢及合金
g10317殊性能钢是具有g10317殊g10301理化学性能g5194可在g10317殊环境下工作的钢，如不g19164钢、g13796g11964钢、
g13796热钢及g1314温用钢等。g7424节主要g1183绍不g19164钢和g13796热钢及合金。
7.6.1 不锈钢
在腐g15444性g1183g17148g1025能g12295g4462不被腐g15444g6122腐g15444极慢的钢，称g1038不g19164g13796酸钢，简称不g19164钢。有
g7114仅把能抵抗大气腐g15444的钢称g1038不g19164钢，在某g1135侵g15444性g1183g17148g1025抗腐g15444的钢称g1038g13796酸钢。
1,使用条件及材料设计原则
材料在g980g14336的酸碱环境g1025，电化学作用是其腐g15444失效的主要原因。影响不g19164钢抗腐g15444
性能的因素g5468g3822，大致分g1038内因和外因两大类。内因有化学成分、组织、内g5224g2159、表面g12907
糙度等。外因有腐g15444g1183g17148、外加载g14667等。g7693g6466电化学腐g15444的g3534g7424原理，g4557不g19164钢通g5132采取以下措施来g6564高其性能g726
① 尽量获得单相的g3355g2260的金相组织，在腐g15444g1183g17148g1025不g1262g1147g10995原电池作用。如在钢g1025加入大于9%的Ni可获得单相g3897g8675体组织，g6564高g1114钢的g13796g15444性。
② 通g17819加入合金元素g6564高金属g3534体的电极电位。钢g1025含g19136量g994其电极电位关g13007服g1186
金属学与热处理
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n/8规律，即g19136原子含量g1038n/8g7114电位发g10995突g2476而升高，如当加入13%g19136g7114钢g1025g19093素体电极电位g11013-0.56Vg6564高到+0.2V，金属腐g15444速g10587大大减g4579，抗g15444性大大g6564高。
g313 加入合金元素使金属表面在腐g15444g17819g12255g1025g5430成致密g1457护膜如氧化膜(g2460称钝化膜)，使金属材料g994g1183g17148g19560离开，g19462g8502g17839g980g8505腐g15444。如Cr、Al、Si等合金元素就g7143于在材料表面g5430
成致密的氧化膜Cr
2
O
3
、Al
2
O
3
、SiO
2
等。
g314 g6564高极化能g2159，使极化曲g13459具有g12295g4462钝化区，在该区内有g4579的腐g15444电流密度。
2,不锈钢中的合金化
不g19164钢g5132加入的合金元素有g19136、镍、g19055、g19088、g19046、铌等。
① g19136g726最重要的g5529加元素，它不g1306g6564高g19093素体电位，g5430成致密氧化膜，且在g980g4462成分下也可获得单相g19093素体组织g727此外g19136能强烈g6564高g19093的极化能g2159，使钝化区扩大及在钝化区的腐g15444电流强度g19489g1314。
② 镍g726不g19164钢g1025另g980主要元素，它是扩大g3897g8675体区元素，g5430成单相g3278g9354体，也可g6564高材料电极电位，g1306镍稀缺g727而钢g1025镍g994g19136g5132配合使用则g1262大大g6564高其在氧化性及非氧化性
g1183g17148g1025的g13796g15444性。
g313 g19204、g8706g726g3897g8675体化元素，在钢g1025可g18108分代g7379镍的作用。其g1025 2%的g19204可以代g7379 1%
的镍，以g8706代镍的比例g10380.025,1。
g314 g19088g726可g3698加钢钝化能g2159，扩大钝化g1183g17148g14551g3272，同g7114也g6564高g3534体的电极电位，g6564高钢在g17836原性g1183g17148g1025的g13796g15444性和抗晶g19400腐g15444能g2159。
g315 铜g726g3897g8675体g5430成元素，作用比g19204g1314。可g6564高不g19164钢在非氧化性酸g1025的抗g15444能g2159。
⑥ 铌、g19055g726强碳化g10301g5430成元素，可g19489g1314钢的晶g19400腐g15444倾向。
⑦ 碳g726扩大g3897g8675体区元素，g11013于g7143g5430成碳化g10301，使材料在环境g1025g5430成原电池g6980g3698g3822，
腐g15444加剧g727若碳化g19136沿晶界g7524出，g7143发g10995晶g19400腐g15444。g6164以，g3822g6980不g19164钢的含碳量g10380.1%～
0.2%。g1306用于制造刃具和滚动轴承等的不g19164钢，含碳量较高(0.85%～0.95%)，此g7114g5529g20047相
g5224g6564高g19136含量。
3,常用不锈钢
不g19164钢按正g9791(供g5224)g10378g5589组织可分g1038马g8675体不g19164钢、g19093素体不g19164钢、g3897g8675体不g19164钢、
g2464相不g19164钢及高强度不g19164钢。
1) 马g8675体型不g19164钢
典型牌号有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等，g19136含量大(12%～18%)，g13796g15444性g17287g3827高，
因只用g19136合金化，在氧化性g1183g17148g1025g13796g15444，在非氧化性g1183g17148g1025不能g14403好钝化，g13796g15444性g5468g1314。
碳g1314的1Cr13、2Cr13钢g13796g15444性较好，且有较好的机g7812性能。主要用作g13796g15444结构零g1226，
如汽g17730机叶片、热裂设备配g1226等。3Crl3、4Cr13 钢因含碳量g3698加，强度和g13796g11964性g6564高，g1306
g13796g15444性g19489g1314，主要用作g19462g19164的手术器g7812及刃具。
马g8675体不g19164钢热处理g994结构钢相同。用作高强结构零g1226g7114g17839行g16855g17148处理，如 1Cr13、
2Cr13。用作弹簧元g1226g7114g17839行淬g9791和g1025温g3250g9791处理g727用作医疗器g7812、量具g7114g17839行淬g9791和g1314温
g3250g9791处理，例如3Cr13、4Cr13。Cr13型钢淬g9791和g3250g9791温度g18129较g980g14336合金钢高g1135。
2) g19093素体型不g19164钢
典型钢号是Cr17型。g11013于g19136含量高，钢g1038单相g19093素体组织。g13796g15444性比Cr13型钢g7368好。
第7章 工业用钢
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在退g9791g6122正g9791g10378g5589下使用，不能利用马g8675体来强化，强度较g1314、g3621性g5468好，主要用作g13796g15444
性要g8726g5468高而强度不高的构g1226，例如化工设备、容器和管道、食品工厂设备等。
3) g3897g8675体型不g19164钢
典型钢种是Crl8Ni9型(即18—8型不g19164钢)。这类不g19164钢含碳量g5468g1314，大g3822在0.l%左右。
含碳量g17246g1314，g13796g15444性g17246好(g1306g10088炼g7368困g19602，g1227格也愈g17161)。钢g1025g5132加入Tig6122Nb，g19462g8502晶g19400腐
g15444。这类钢强度、g11840度g5468g1314，g7092磁性，g3621性、韧性和g13796g15444性g3355较Cr13型不g19164钢g7368好。g980g14336
利用冷g3621性g2476g5430g17839行强化，切削加工性较差。其处理工艺g3822g994g19462g8502g1147g10995晶g19400腐g15444有关。
①g3g3278g9354处理g726g4570钢加热g14279 1050℃～1150℃，使碳化g10301充分g9354解，g9994后水冷，获得单相g3897g8675体组织，g6564高钢的g13796g15444性(g18003开出现晶界沉淀和发g10995晶g19400腐g15444的曲g13459区g19400)。
② g12295g4462化处理g726主要用于含g19055g6122铌的钢，g980g14336是在g3278g9354处理后g17839行。g4570钢加热到
850℃～880℃，使g19136的碳化g10301完全g9354解，而g19055等的碳化g10301不g1262完全g9354解，g9994后g13543慢冷却，
让g9354于g3897g8675体的碳化g19055充分g7524出。这样，碳g1972g1058全g18108g5430成碳化g19055，不再可能g5430成碳化g19136，
因而能有效g3332g19462g8502晶g19400腐g15444的g1147g10995。
g313 消除g5224g2159退g9791g726g980g14336是g4570钢加热到300℃～350℃消除冷加工g5224g2159g727加热到850℃以上，消除焊g6521g8543g1325g5224g2159。
4) g2464相不g19164钢
是约50%g3897g8675体和约50%g19093素体的不g19164钢，最g1314相比例g5224大于30%。g2464相不g19164钢具有
g3897g8675体不g19164钢和g19093素体不g19164钢两g13785的优g9869，即把g3897g8675体不g19164钢优g14403的韧性、焊g6521性g994g19093素体不g19164钢较高强度和g13796g5224g2159腐g15444性结合g17227来。00Cr18Ni5Mo3Si2、00Cr20Ni5Mo3、
00Cr25Ni6Mo3N、00Cr22Ni5Mo3N、00Cr25Ni7Mo3WCuN 等g13796g5224g2159腐g15444、g13796孔g15444和缝隙腐g15444、g13796腐g15444g11142g2183和g13796g11964g6451腐g15444的钢种，在炼油、石化、化工、化肥等g7053面得到广泛的g5224
用。1Cr21Ni5Ti及0Cr21Ni5Ti主要g5224用在宇航工业关键g18108g1226。
5) 高强度不g19164钢
20世纪60年代初开发g1114沉淀g11840化g13007不g19164钢g72720世纪70年代研究开发g1114马g8675体g7114效不
g19164钢g72720世纪80年代研究开发g1114g19093素体g13007g7114效不g19164钢。目前可以g10995g114718个钢种的高强度不g19164钢，强度级g2047g1186800MPa～1800MPa，在工业大气、海洋大气以及海水g1025具有g17287g3827的g13796
g15444性。钢种g994国g19481上通用钢号大体相g1296，主要在航空、航天、海洋开发等领域g5224用。
4,不锈钢发展趋势
① 发展新钢种，不断完g2904具有我国g10317色的不g19164钢g13007列。重g9869开发的品种有超g13796弹g2159衰减、超高g11142g2183强度、高g13796g11964性马g8675体g7114效不g19164钢、相g2476诱导g3621性高强度不g19164钢、超g3621性沉淀g11840化不g19164钢和软磁性马g8675体g7114效不g19164钢等。
② 采用新工艺、新技术。例如，采用超高纯精炼技术、g7092缺陷连g19148技术、g5430g2476热处理技术、高韧性热处理技术以及表面处理技术等，来g10995g1147超高纯度、超高g3355g2260性、超g13466组织及高精度的高强度不g19164钢。
g313 深入开展不g19164钢的强韧化机理研究，开展强韧性、g13796g11964性及g13796g15444性的相关研究，g1038
不g19164钢的研究开发和g5224用奠g4462g3534础。
7.6.2 耐热钢及合金
近年来随着在高温下工作的动g2159机g7812的发展，使g13796热钢及合金获得g1114迅速的发展。g13796
金属学与热处理
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热钢是指在高温下具有高的热化学g12295g4462性和热强性的g10317殊钢。热化学g12295g4462性指钢在高温下
g4557g2520类g1183g17148化学腐g15444的抗g2159g727热强性指钢在高温下的强度性能。这两g7053面性能是高温工作零g1226g5529备的g3534g7424性能。g13796热合金是指工作温度超g17819 700℃g7114使用的高温合金，g5132见的有g19093
g3534、g19093-镍g3534、g19080g3534合金，这g1135合金g5468g3822不是以g19093g1038g3534的，统称g1038高温合金。
1,耐热钢性能要求
g13796热钢性能既要g8726热化学g12295g4462性好，g2460要g8726热强性好。
1) 热化学g12295g4462性
热化学g12295g4462性g2265g6336抗氧化性、g13796硫性、g13796铅性和抗氢腐g15444性等，其g1025最重要的是抗氧化性。在高温空气、燃g9915废气等氧化性g1183g17148g1025，金属表面g10995成氧化g10301层。金属的抗氧化性就取决于氧化g10301层的g12295g4462性、致密度及g994g3534体金属的结合等。
在570℃以上，g19093的氧化g10301层主要g11013FeO构成。FeO的结构疏g7506，氧化g10301层没有g1457护作用g6164以钢的抗氧化性差。g6564高钢的抗氧化性能的g3534g7424途g5464是合金化。主要是加入Cr、Si、
Al等，g10995成致密的Cr
2
O
3
、SiO
2
、A1
2
O
3
等g1457护膜，g6122g994g19093g980g17227g5430成致密的复合氧化膜，g19471
g11873氧化的g13499g13505g17839行。再加入g5506量稀g3315元素Ce、La、Y等，g17836可显著g6564高钢的抗氧化性能。
另外，g1038g19462g8502碳g994g19136等抗氧化元素的作用而g19489g1314材料的抗氧化性，g13796热钢g980g14336含有较g1314的含碳量，g10380.1%～0.2%g1055g19400。
高温工作g7114受g2159较g4579的g980g1135构g1226用钢g5132加入大量g13796氧化元素，g2460称g1038g13796热不g17227g11394钢。
2) 热强性
热强性g2265g6336g11713g7114高温强度(高温g4636服强度和抗拉强度)、长g7114高温强度(g15849g2476极g19492和g6357g1049
强度)、高温g11142g2183极g19492以及热g11142g2183抗g2159。其g1025最重要的是g15849g2476极g19492和g6357g1049强度。g6564高钢的高温强度，通g5132采取g3278g9354强化、沉淀g7524出相强化和晶界强化的g7053g8873，以g19471g11873原子扩g6967及位g19181
g17828动。
2,常用的耐热钢
1) 热化学g12295g4462钢
g5132用钢种有 3Cr18Ni25Si2、3Crl8Mnl2Si2N 等。它们的抗氧化性能g5468好，最高工作温度可g17810约1000℃，g3822用于制造加热炉的受热构g1226、g19161炉g1025的g2526g19069等。它们g5132以g19148g1226的g5430g5347
使用，主要热处理是g3278g9354处理，以获得g3355g2260的g3897g8675体组织。
2) 热强钢
g5132用钢种的牌号、化学成分、热处理、性能g1183绍如下。
①g3珠光体g13796热钢g726g5132用牌号是15CrMo和12CrMoV两种。这类钢合金元素含量少，
用于工作温度g1314于 600℃的结构g1226，如g19161炉的炉管、g17819热器、石油热裂g16025g13634、气阀等。它们g980g14336在正g9791—g3250g9791g10378g5589下使用，组织g1038g13466珠光体g6122g13046g8675体加g18108分g19093素体。
②g3马g8675体g13796热钢g726g5132用钢种g1038Cr12型(1CrllMoV、1Cr12WMoV)和Cr13型(1Crl3、
2Cr13)钢。含有大量Cr，抗氧化性及热强性g3355高，淬透性好，最高工作温度g994珠光体g13796热钢相近，g1306热强性高得g3822。g3822用于制造 600℃以下受g2159较大零g1226，如汽g17730机叶片等，g3822在
g16855g17148g10378g5589下使用。
g313 g3897g8675体g13796热钢g726最g5132用的钢种是ICr18Ni9Ti和Crl3型g980样既是不g19164钢g2460可作g13796热钢使用。其热化学g12295g4462性和热强性g18129比珠光体和马g8675体g13796热钢高，工作温度可g17810750℃～800℃，
第7章 工业用钢
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用于制作g980g1135比较重要的零g1226如燃气g17730机g17730g11436和叶片等。这类钢g19668g17839行g3278g9354处理g6122g3278g9354—
g7114效处理。
3,耐热合金(高温合金)
g7693g6466g10995g1147工艺高温合金分g1038g2476g5430高温合金和g19148造高温合金两种。g2476g5430高温合金的牌号以g256GHg257后g6521 4 g19475拉g1283g6980g4395表g12046。G、H 相g5224g1038g256高、合g257g8733g16833g6352g19911g4395g20330，g12544g980位g6980g4395 1
表g12046g3278g9354强化型g19093g3534合金，2表g12046g7114效强化型g19093g3534合金，3表g12046g3278g9354强化型镍g3534合金，4表
g12046g7114效强化型镍g3534合金，6表g12046g19080g3534合金。g19148造高温合金用K表g12046，后g65213位g6980g4395。g12544g980
位g6980g43951表g12046g7114效g11840化型g19093g3534合金，4表g12046g7114效g11840化型镍g3534合金，6表g12046g19080g3534合金。g12544g980位
g6980g4395后的g6980g4395g3355g1038g20046g5219号。
其g1025镍g3534高温合金是目前在700℃～900℃g14551g3272内使用的主要高温合金，其热处理g18129是
g3278g9354g980g7114效处理，组织g1038含Mo、W的Ni-Crg6122Ni-Cr-Cog3278g9354体g994金属g19400化合g10301g7524出相。
镍g3534合金的热强性g5468高，g3621性g5468差，g19215g17723加工相当困g19602，g19148造g10995g1147g7114性能较好。
小 结
碳素钢冶炼简g1427，加工容g7143，g1227格g1427g4464，g980g14336可g9397g17287使用性能要g8726，g5224用广泛。
按用途分g1038碳素结构钢和工具钢。碳素结构钢主要制造g2520种工g12255构g1226(如g7737g7765、g14349g14346、
g5326g12581用钢)和机器零g1226(如g21843g17730、轴、螺g19037、螺g8609、曲轴、连g7450等)。这类钢g980g14336属于g1314
碳和g1025碳钢，分g7234通碳素结构钢和优g17148碳素结构钢。碳素工具钢主要用于制造g2520种刀具、量具、模具。这类钢含碳量较高(0.65%～1.35%),g980g14336属于高碳钢。
在碳素钢的g3534础上有g5859的加入g980种g6122g1972种合金元素，使其使用性能和工艺性能得以g6564高的g19093g1038g3534的合金即g1038合金钢。合金钢g11013于合金元素加入，g6925g2904使用性能和工艺性能，得到g16780g3822碳钢g6164不具备的优g14403的g6122g10317殊的性g17148。例如合金钢具有较高的强度和韧性，g14403好的g13796g15444性，在高温下具有较高的g11840度和强度g727g14403好的工艺性能如冷g2476g5430性、
淬透性、g3250g9791g12295g4462性和可焊性等。
g7424g12468重g9869g19428g17860g1114工业用钢的分类和合金元素的作用，g2520种钢的牌号、成分、热处理g7053g8873及具体热处理后的最终组织和用途。
本 章 习 题
1,合金元素g4557g3897g8675体相区有g1172g1052影响g731它们g5602样g6925g2476E、Sg9869和A
1
、A
3
g13459位g13634g731
2,合金元素g4557钢的等温g17728g2476g4557C曲g13459有g2750g1135影响g731
3,合金元素g4557钢的g3250g9791g17728g2476有g2750g1135影响g731
4,合金钢g1025g5132加入的合金元素有g2750g1135g731其主要作用是g1172g1052g731
5,g994合金结构钢相比，碳素结构钢的主要缺g9869是g1172g1052g731
6,g16809比较合金结构钢和合金工具钢热处理的主要差g5334。
金属学与热处理
·158·
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7,g1321g16871g9195碳钢g731g1186钢号如g1321g2040g2047是g2554g1038g9195碳钢g731合金g9195碳钢g1025g5132加入的合金元素有
g2750g1135g731主加合金元素和g17753加合金元素分g2047g17227g1172g1052作用g731
8,g1321g16871g16855g17148钢g731g1186钢号如g1321g2040g2047是g2554g1038g16855g17148钢g731合金g16855g17148钢g5132加入的合金元素有g2750
g1135g731主加合金元素和g17753加合g1237元素分g2047g17227g1172g1052作用g731
9,g5132用滚动轴承钢的化学成分g10317g9869是g1172g1052g731含碳量大约g1038g3822少g731轴承钢除用于制造滚动轴承以外g17836有g2750g1135用途g731g1038g1172g1052g731
10,简g17860刃具钢的g5132用钢号、热处理g7053g8873、性能g10317g9869和g5224用。
11,g16809比较冷作模具钢和热作模具钢的g5132用钢号、热处理g10317g9869和性能g10317g9869。
12,g7693g6466高速钢的热处理g10317g9869，说g7138合金元素g4557高速钢性能的影响。
13,g1172g1052是钢的g13796热性g731g5132用的g13796热钢有g2750g1972种g731
14,g16809比较1Crl3、1Crl8Nil9的g13796g15444性、机g7812性能和用途。
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