3.1 碳钢
3.2 合金钢
3.3 铸钢与铸铁
3.4 有色金属及其合金第 3章 金属材料
3.1.1 碳钢的成分和分类
3.1.2 碳钢的牌号及用途
3.1 碳钢
3.1.1 碳钢的成分和分类
１,成分 —— w(C) ≤2.11%
Mn,Si → 固溶强化
S → 热脆
P → 冷脆
O,N,H → 强度、塑性、韧性 ↓
２,分类
1）按 C含量分低 C钢 w(C) ≤ 0.25%
中 C钢 0.25%＜ w(C) ≤ 0.6%
高 C钢 w(C) ＞ 0.6%
2）按质量分（ S,P含量） —— 普通碳素钢；优质碳素钢；高级优质碳素钢。
3）按用途分 —— 碳素结构钢、碳素工具钢。
3.1.2 碳钢的牌号及用途
1,碳素结构钢
2,优质碳素结构钢
3,碳素工具钢
1．碳素结构钢牌号 —— 如 Q215B,表示?s≥ 215 MPa（ 厚度 ≤ 16mm）,B级质量。
表 3-1 碳素结构钢的牌号和化学成分 (GB/T700-1988)
牌号 等级化学成分脱氧方法w(C)% w( Mn)%
w( Si)
%
w(S )
%
w( P)
%
不大于
Q195 － 0.06-0.12 0.25-0.50 0.30 0.050 0.045 F,b,Z
Q215 A / B 0.09-0.15 0.25-0.55 0.30 0.050 / 0.045 0.045 F,b,Z
Q235 A 0.14-0.22 0.30-0.65 0.30 0.050 0.045 F,b,Z
B 0.12-0.20 0.30-0.70 0.30 0.045 0.045 F,b,Z
C?0.18 0.35-0.80 0.30 0.040 0.040 Z
D?0.17 0.35-0.80 0.30 0.035 0.035 TZ
Q255 A / B 0.18-0.28 0.40-0.70 0.30 0.050 / 0.045 0.045 Z
Q275 － 0.28-0.38 0.50-0.80 0.35 0.050 0.045 Z
GB/T700-1988 标准 GB700-79 标准化学成分和力学性能均须保证
A 类钢 —— 保证力学性能，
B 类钢 —— 保证化学成分，
C 类钢 —— 保证化学成分及力学性能。
Q195 A1； B1
Q215 A2； C2
Q235 A3； C3
Q255 A4； C4
Q275 C5
碳素结构钢 新、老标准钢号对照表 3-2 碳素结构钢的机械性能 (GB/T700-1988)
牌号等级拉 伸 试 验 冲击试验屈服点?s,MPa
抗拉强度
b /
MPa
伸长率?s,%
温度
℃
V型冲击功
(纵向 )
J
钢材厚度 (直径 ),mm 钢材厚度 (直径 ),mm
16
>40
~60
>100
~150
>
150
16
>40
~60
>100
~150
>
150
不小于 不小于 不小于
Q195 － 195 － － － 315-390 33 － － － － －
Q215 A/B 215 195 175 165 335-410 31 29 27 26 － /20 － /27
Q235 A/BC/D 235 215 195 185 375-460 26 24 22 21 － /200/-20 － /27
Q255 A/B 255 235 215 205 410-510 24 22 20 19 － /20 － /27
Q275 － 275 255 235 225 490-610 20 18 16 15 － －
用途钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。
热处理,热轧空冷组织,S＋ F
多边型角钢螺钉、铆钉钢筋、螺纹钢建筑构件钢桥梁
2．优质碳素结构钢牌号 —— 如 45 钢，含 C量为 45 / 10000 = 0.45 % 。
表 3-4 优质碳素钢的化学成分和性能钢号化学成分,%?
s,MPa
≥C Mn Si S P
08F
10
20
35
40
45
50
60
65
0.05-0.11
0.07-0.13
0.17-0.23
0.32-0.39
0.37-0.44
0.42-0.50
0.47-0.55
0.57-0.65
0.62-0.70
0.25-0.50
0.35-0.65
0.35-0.65
0.50-0.80
0.50-0.80
0.50-0.80
0.50-0.80
0.50-0.80
0.50-0.80
0.03
0.17-0.37
0.17-0.37
0.17-0.37
0.17-0.37
0.17-0.37
0.17-0.37
0.17-0.37
0.17-0.37
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
175
205
245
315
335
355
375
400
420
(摘自 GB/T699-1999)
用途较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。
汽车曲轴热处理,
渗碳、淬火、回火等。
3．碳素工具钢牌号 —— 如 T12A钢，含 C量为 12 / 1000 = 1.2 %,
A表示高级优质,w(S)? 0.020 %,w(P)? 0.030 % 。
钢号 C,% Mn,% Si,%
S,%
P,%
退火后
HBS,?
水冷淬火温度,℃
T7
T8
T8Mn
T9
T10Mn
T10
T12
T13
0.65-0.74
0.75-0.84
0.80-0.90
0.85-0.94
0.95-1.04
0.95-1.04
1.15-1.24
1.25-1.35
0.40
0.40
0.40-0.60
0.40
0.40-0.60
0.40
0.40
0.40
0.35
0.35
0.35
0.35
0.35
0.35
0.35
0.35
0.030
0.030
0.030
0.030
0.030
0.030
0.030
0.030
0.035
0.035
0.035
0.035
0.035
0.035
0.035
0.035
187
187
187
192
19
207
207
217
800-820
780-800
780-800
760-780
760-780
760-780
760-780
760-780
表 3-4 碳素工具钢的化学成分和性能 （ 淬火后 HRC≥62)
(摘自 GB/T1298-1986)
用途冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。
螺纹量规热处理,淬火 + 低温回火组织,回火 M＋ 粒状 Fe3C + A'
3.2.1 概论
3.2.2 合金结构钢
3.2.3 合金工具钢
3.2.4 特殊性能钢
3.2 合金钢
3.2.1 概论
１,合金钢的 分类 （ 按用途分类）
合金结构钢 —— 低合金结构钢、渗 C钢,调质钢,弹簧钢,轴承钢等。
合金工具钢 —— 刃具,模具、量具钢。
特殊性能钢 —— 不锈钢、耐热钢、耐磨钢。
２,合金钢的编号结构钢 —— 如 60Si2Mn,w(C)=0.6%,w(Si)=2%,w(Mn)＜ 1.5%
工具钢、特殊性能钢 —— 如 9SiCr,w(C)=0.9%,w(Si),w(Cr) 均＜ 1.5%
而 CrWMn 中,w(C)＞ 1.0%
专用钢 —— 如,滚 动轴承钢 GCr15,w(C)=1.0%,w(Cr)=1.5%
高级优质钢 —— 如,20Cr2Ni4A
3.2.2 合金结构钢
1,低合金结构钢
2,渗碳钢
3,调质钢
4,弹簧钢
5,滚动 轴承钢
1,低合金结构钢钢号 旧钢号主 要 化 学 成 分,% 机械性能
C Mn Si,s,MPa?b,MPa?5,%
Q295 09MnNb12Mn?0.16 0.80~1.50 0.55 295 570 23
Q345 16Mn16MnRe 0.18~0.20 1.00~1.60 0.55 345 630 21~22
Q390 16MnNb15MnTi?0.20 1.00~1.60 0.55 390 650 19~20
Q420 14MnVTiRe15MnVN?0.20 1.00~1.70 0.55 420 680 18~19
Q460 14MnMoV18MnMoNb?0.20 1.00~1.70 0.55 460 720 17
常用低合金结构钢的牌号、成分、性能 （厚度 (直径 )?16mm,AKV ≥34J）
成分 —— w(C)＜ 0.2%,主加元素 Mn,附加 V,Ti,Nb。
性能 —— 强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。
(摘自 GB/T1591-1994)
热处理、组织 —— 热轧空冷,S＋ F
高压容器桥梁船舶车辆应用
2,渗碳钢成分 —— w(C)=0.1～ 0.25%,韧性好。合金元素提高淬透性、耐磨性,细化晶粒。
性能 —— 渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。
渗 C钢 的牌号（摘自 GB/T3077-1999） （ 渗 C,930℃,回火,200 ℃ ） p172
主 要 化 学 成 分,% 预备处理
／
淬火,℃C Mn Cr,Ni
0.17~0.24
0.17~0.24
0.50~0.80
1.30~1.60
0.70~1.00 880／ 800
水,油
880水,油
0.17~0.23
0.17~0.23
0.90~1.20
0.80~1.10
0.90~1.20
1.00~1.30
850 油
880 ／ 870
油钢号
20Cr
20MnV
20CrMn
20CrMnTi
淬透性低中高
18Cr2Ni4WA
20Cr2Ni4A
0.13~0.19
0.17~0.23
W0.8~1.2
0.30~0.60
1.35~1.65
4.0~4.5
1.25~1.65
3.25~3.75
950 ／ 850
空
880／ 780
油机械性能?
b
MPa
s
MPa
835
785
540
590
930
1080
735
835
1180
1180
835
1080
aKU2
J
47
55
47
55
78
63
热处理组织 —— 表层,回火 M +碳化物 +A′；
心部,低 C的回火 M（ +T + F）
应用 —— 耐磨件
20Cr,小轴、活塞销、小齿轮。
20CrMnTi,汽车齿轮。
18Cr2Ni4WA,如曲轴、连杆。
渗碳 → 淬火 → 低温回火
3,调质钢成分 —— w(C)=0.25～ 0.50%,合金元素消除回火脆性,提高回火抗力,强化 F 。
性能 —— 综合机械性能高 调质钢 的牌号（摘自 GB/T3077－ 1999）
淬透性钢号主 要 成 分,% 淬火
℃
回火
℃C Mn SiCr
低
45 0.42~0.50 0.50~0.80 0.17~0.37 830~840水 580~640空
40Cr 0.37~0.45 0.50~0.80 Cr 0.8~1.10 850油 500 水，油中高
35CrMo 0.32~0.40 0.40~0.70 Cr 0.8~1.10 850油 550 水，油
38CrMoAlA 0.35~0.42 Al 0.7~1.1 Cr 1.35~1.65 940水，油 640水，油
40CrMnMo 0.37~0.45 0.90~1.20 Cr 0.9~1.20 850油 600 水，油机械性能?
b
MPa
s
MPa
aKU2
J
600?355 39
40MnB 0.37~0.44 1.10~1.40 0.20~0.40 850油 500 水，油 980 785 47
980 785 47
980 835 63
980 835 71
980 785 63
热处理组织 —— 表层,回火 S
应用
40Cr,一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。
35CrMo,较大截面零件，如曲轴、连杆。
40CrNiMo,大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮。
调质，可附加表面淬火或氮化 (38CrMoAl)。
汽车曲轴
4,弹簧钢成分 —— w(C)=0.45～ 0.70 %,Si,Mn为主要元素，提高屈强比。
性能 —— σe,σs,屈强比和疲劳抗力高，塑性大,耐震动、冲击。
钢号主 要 成 分,% 淬火油 ℃
回火
℃
机械性能?
C Mn Si,Cr?bMPa?sMPa?10% akkJ/m2
65 0.62~0.70 0.50~0.80 0.17~0.37 840油 500 1000 800 9 450
85 0.82~0.90 0.50~0.80 0.17~0.37 820油 480 1150 1000 6 600
65Mn 0.62~0.70 0.90~1.20 0.17~0.37 830油 540 1000 800 8 800
60Si2Mn 0.56~0.64 0.60~0.90 1.50~2.00 870油 480 1300 1200 5 800
50CrVA 0.46~0.54 0.50~0.80 Cr 0.8~1.10 850油 500 1300 1150?5 9 800
（摘自 GB/T1222－ 1985）
汽车板簧 火车螺旋弹簧应用
65Mn,60Si2Mn,汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。
热处理热轧弹簧：热成型 → 淬火 + 中温回火 → 喷丸冷轧弹簧：淬火 + 中温回火 → 冷成型 → 去应力 → 喷丸组织 —— 回火 T
5．滚动 轴承钢成分 —— w(C)=0.95～ 1.10%,主加元素是 Cr,形成细小的碳化物。
性能 —— 高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。
钢号主要化学成分,w / % 热处理规范及性能
C Cr Si Mn 淬火 ℃ 回火 ℃ 回火后 HRC
GCr4 0.95~1.05 0.35~0.0 0.15~0.30 0.15~0.30 800~820 150~170 62~66
GCr15 0.95~1.05 1.40~1.65 0.15~0.35 0.25~0.45 820~840 150~160 62~66
GCr15SiMn 0.95~1.05 1.40~1.65 0.45~0.75 0.95~1.25 820~840 170~200 >62
GMnMoVRE 0.95~1.05 0.15~0.40 1.10~1.40 770~810 170?5?62
GSiMoMnV 0.95~1.10 0.45~0.65 0.75~1.05 780~820 175~200?62
（摘自 GB/T18254－ 2002）
应用
GCr15,中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。
热处理球化退火 + 淬火 + 低温回火冷处理，时效（ 120～ 140℃,10 ～ 20h）,稳定尺寸，去应力。
组织 —— 回火 M ＋ 细碳化物＋少量 A'
1,合金刃具钢
2,合金模具钢
3,量具用钢
3.2.3 合金工具钢
1,合金刃具钢
（１）性能要求高硬度 —— 机加工刀具 HRC＞ 60
高耐磨性 —— 刀具寿命和生产率 ↑
组织 要求 —— 硬而细小的碳化物，均匀分布在强而韧的钢基体中。
高的热硬性 （ 红硬性 ） —— 高温下保持高硬度的能力，与回火稳定性有关。
足够的韧性 —— 以承受冲击载荷
（２）低合金刃具钢成分 —— w(C) = 0.9 ~ 1.5 %,合金元素＜ 5 % 。
性能 —— HRC＞ 60,使用温度 200 ~ 300 ℃ 。
钢号主要化学成分,w / % 热处理及性能
C Mn Si Cr 淬火 ℃ 回火 ℃ 回火后 HRC
9SiCr 0.85~0.95 0.30~0.60 1.20~1.60 0.95~1.25 860~880油 180~200 60~62
CrWMn 0.90~1.05 0.80~1.10 W1.2~1.60 0.90~1.20 820~840油 140~160 62~65
（摘自 GB/T1299－ 2000）
热处理 —— 球化退火 （ + 机加工） + 淬火 + 低温回火最终组织 —— 回火 M + 合金碳化物 + 少量 A '
应用 —— 如 9SiCr,做板牙、丝锥等。
板牙丝锥
（３）高速钢成分 —— w(C) = 0.7 ~ 1.2 %,合金元素＞ 10 % 。
性能高硬度、耐磨性 —— VC等弥散硬化高热硬性 —— 600 ℃ 时 HRC≈62,W2C等提高热硬性。
高淬透性 —— 尺寸不大时可空冷淬火,Cr 等元素提高淬透性。
钢号主要化学成分,w,% 热处理及性能
C W V Cr Mo 淬火 ℃ 回火 ℃ 回火后 HRC
W18Cr4V 0.70~0.80 17.5~19.0 1.00~1.40 3.80~4.40 1270~1285 油 550~570三次 ≥63
W6Mo5Cr4V2 0.80~0.90 5.50~6.75 1.75~2.20 3.80~4.40 4.75~5.50 1210~1230 油 540~560三次 ≥63
热处理
（锻造 +） 球化退火 （ + 机加工） → 淬火 +回火锻造目的 —— 成型；使铸态粗大碳化物破碎、细化、分布均匀。
淬火,1280 ℃ —— 增加 A,M中合金含量，提高热硬性。
淬火组织 （左图）,M + 碳化物 + A '
最终组织 （右图）：回火 M + 粒状碳化物 + 少量 A '
回火,560 ℃,三次 —— W2C,VC弥散硬化，二次淬火基本消除 A ' 。
应用 —— 高速车刀、钻头、铣刀等。
刃具钢热硬性比较
2,合金模具钢
（１）冷模具钢 —— 冷冲、冷镦、冷挤压模等。
性能 —— 高硬度、耐磨性，足够的韧性和疲劳抗力。
应用小型模具 —— 9Mn2V,9SiCr,CrWMn 等。
大型模具 —— Cr12,Cr12MoV 等，热处理变形小。
最终热处理 —— 淬火 + 低温回火最终组织 —— 回火 M + 碳化物 + 少量 A '
（２）热模具钢 —— 热锻、热挤压、压铸模等。
性能 —— 耐热性、热疲劳抗力高。
应用中小型模具 —— 5CrMnMo 等。
大型模具 —— 3Cr2W8V等，淬透性好。
最终热处理 —— 淬火 + 高温回火最终组织 —— 回火 T或 回火 S
3．量 具用钢 —— 卡尺、千分尺、塞规等性能 —— 高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。
应用简单量具 —— T10A,T12A 等。
高精度量具 —— GCr15,CrWMn 等。
最终热处理 —— 淬火 +（ -70～ -80℃ ） 冷处理 + 低温回火 + 时效处理时效处理,120～ 130℃,保温几～几十小时，使 M,A ' 稳定，消除内应力。
最终组织 —— 回火 M + 碳化物 + 少量 A '
1,不锈钢
2,耐热钢
3,耐磨钢
3.2.4 特殊性能钢
1,不锈钢钢的抗腐蚀措施形成单相组织。
加入 Cr，降低两相的电极电位差。
加入 Cr,Al等，生成致密的表面氧化膜 。
常用不锈钢
F 型 —— 如 1Cr17,化工设备、食品工业。
M 型 —— 如 1Cr13 用于汽轮机叶片； 3Cr13 做手术器具及刀具。
A 型 —— 如 1Cr18Ni9Ti 用于化工、食品、医疗行业。
不锈钢的成分、热处理、性能钢号主 要 化 学 成 分,% 淬火
℃
回火
℃C Cr Ni Ti
类别机械性能?
b
MPa
s
MPa
5
%
HRC
HB
1Cr13?0.15 12~14 950~1000水,油 700~750
4Cr13 0.36~0.45 12~14 1050~1100 油 200~300
M
型
540 345
680 400
25
4
159
50
1Cr17?0.12 16~18 780~850 正火
0Cr18Ni9?0.07 17~19 8~12 1010~1150 水
F型
A
型
A-F
型
450 205
520 205
22
40
183
187
1Cr18Ni9Ti?0.12 17~19 9~12?0.5~0.8 920~1150 水 520 205 40 187
1Cr21Ni5Ti 0.09~0.14 20~22 4.8~5.8?0.35~0.8 950~1100水,空 600 350 20
２,耐热钢抗氧化性,金属在高温下的抗氧化能力热强性,热强性是指钢在高温下的强度用途,锅炉、燃气轮机等类别 钢号主 要 化 学 成 分,% 淬火
℃
回火
℃C Cr Ni Ti
M
型
1Cr13?0.15 12~14 950~1000油 700~750
1Cr11MoV 0.11~0.18 10~11.5
Mo
0.5
~0.7
1050~
1100空
720~
740
A型 1Cr18Ni9Ti?0.12 17~19 8~11?0.5~0.8 920~1150 水机械性能?
b
MPa
s
MPa
540 345
490 685
520 205
5
%
20
40
HB
159
159
187
３,耐磨钢 ZGMn13
热处理,1000℃ ～ 1100℃,保温，水冷 →A,硬度低,韧性高。
性能,工件在工作中受到冲击变形时，表层产生加工硬化，及 M转变，硬度显著提高，心部保持高韧性。
用途,履带、铁道岔道小结重点要求
1,合金钢的编号方法，会辩认各种钢号；
2,合金结构钢的成分，热处理及组织，性能及用途。
３,工具钢的性能，成分，热处理目的和方法，组织；
一般要求
１,特殊性能钢；
２,时效处理、热硬性等概念。
作 业 3 P 21 ~ 22 week12,Nov 16
2,3),7)~9),21)
3,2),5)
P 21 ~ 22 week12,Nov 18
2,4)~ 6),10),12)
3,1),3),4),6),7)
作 业 3a
作业 2f 参考答案 P 9-11
2,27) 除（ ）、（ ）外，几乎所有的合金元素都使 Ms,Mf点下降
，因此淬火后相同 C质量分数的合金钢与 C钢相比，残余 A（ ）,
使钢的硬度（ ）。
Co Al
增多下降
3,26) 所有的合金元素都能提高钢的淬透性。（ ）No
28) 合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。（ ）No
作业 2f 参考答案 P 14
5,26) 直径为 10mm的 共析钢小试样加热 Ac１ +30℃,用图 1-3 所示的冷却曲线进行冷却，分析其所得到的组织，说明各属于什么热处理方法。
答：
a —— M + A′ 单液淬火
b —— M + A′ 分级淬火
c —— T + M + A′ 油冷淬火
d —— 下 B 等温淬火
e —— S 正火
f —— P 完全退火
g —— P 等温退火作业 2f 参考答案 P 15
5,29) 说明直径为 10mm的 45钢试样分别经下列温度加热,700℃,760℃,
840℃,1100℃,保温后在水中冷却得到的室温组织。
答,700℃ —— F + P
760℃ —— M + F
840℃ —— M
1100℃ —— 粗 M
33) 甲、乙两厂生产同一零件，均选用 45钢，硬度要求 220～ 250HB，
甲厂采用正火，乙厂采用调质处理，均能达到硬度要求，试分析甲、乙两厂产品的组织和性能差别 。
答,甲 厂 —— F + S
乙厂 —— 回火 S,韧性较好。
作业 3 参考答案 P 21-22
2,3) 20 是（ ）钢，可制造（ ）。优质碳素结构 冲压、焊接件
7) T12 是（ ）钢，可制造（ ）。碳素工具 锉刀、量规等
8) 16Mn 是（ ）钢，可制造（ ）。低合金结构 桥梁
9) 40Cr 是（ ）钢，可制造（ ）。合金调质 车床齿轮
21) 20CrMnTi 是（ ）钢,Cr,Mn的主要作用是
（ ）,Ti的主要作用是
（ ），热处理工艺是（ ） 。
合金渗碳提高淬透性
3,２ ) T8钢比 T12和 40钢有更好的淬透性和淬硬性。（ ）No
５ ) T8钢与 20MnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。（ ）No
细化晶粒 渗碳 +淬火 +低温回火
of 3.1 & 3.2
3.2 合金钢
3.3 铸钢与铸铁
3.4 有色金属及其合金第 3章 金属材料
3.1.1 碳钢的成分和分类
3.1.2 碳钢的牌号及用途
3.1 碳钢
3.1.1 碳钢的成分和分类
１,成分 —— w(C) ≤2.11%
Mn,Si → 固溶强化
S → 热脆
P → 冷脆
O,N,H → 强度、塑性、韧性 ↓
２,分类
1）按 C含量分低 C钢 w(C) ≤ 0.25%
中 C钢 0.25%＜ w(C) ≤ 0.6%
高 C钢 w(C) ＞ 0.6%
2）按质量分（ S,P含量） —— 普通碳素钢；优质碳素钢；高级优质碳素钢。
3）按用途分 —— 碳素结构钢、碳素工具钢。
3.1.2 碳钢的牌号及用途
1,碳素结构钢
2,优质碳素结构钢
3,碳素工具钢
1．碳素结构钢牌号 —— 如 Q215B,表示?s≥ 215 MPa（ 厚度 ≤ 16mm）,B级质量。
表 3-1 碳素结构钢的牌号和化学成分 (GB/T700-1988)
牌号 等级化学成分脱氧方法w(C)% w( Mn)%
w( Si)
%
w(S )
%
w( P)
%
不大于
Q195 － 0.06-0.12 0.25-0.50 0.30 0.050 0.045 F,b,Z
Q215 A / B 0.09-0.15 0.25-0.55 0.30 0.050 / 0.045 0.045 F,b,Z
Q235 A 0.14-0.22 0.30-0.65 0.30 0.050 0.045 F,b,Z
B 0.12-0.20 0.30-0.70 0.30 0.045 0.045 F,b,Z
C?0.18 0.35-0.80 0.30 0.040 0.040 Z
D?0.17 0.35-0.80 0.30 0.035 0.035 TZ
Q255 A / B 0.18-0.28 0.40-0.70 0.30 0.050 / 0.045 0.045 Z
Q275 － 0.28-0.38 0.50-0.80 0.35 0.050 0.045 Z
GB/T700-1988 标准 GB700-79 标准化学成分和力学性能均须保证
A 类钢 —— 保证力学性能，
B 类钢 —— 保证化学成分，
C 类钢 —— 保证化学成分及力学性能。
Q195 A1； B1
Q215 A2； C2
Q235 A3； C3
Q255 A4； C4
Q275 C5
碳素结构钢 新、老标准钢号对照表 3-2 碳素结构钢的机械性能 (GB/T700-1988)
牌号等级拉 伸 试 验 冲击试验屈服点?s,MPa
抗拉强度
b /
MPa
伸长率?s,%
温度
℃
V型冲击功
(纵向 )
J
钢材厚度 (直径 ),mm 钢材厚度 (直径 ),mm
16
>40
~60
>100
~150
>
150
16
>40
~60
>100
~150
>
150
不小于 不小于 不小于
Q195 － 195 － － － 315-390 33 － － － － －
Q215 A/B 215 195 175 165 335-410 31 29 27 26 － /20 － /27
Q235 A/BC/D 235 215 195 185 375-460 26 24 22 21 － /200/-20 － /27
Q255 A/B 255 235 215 205 410-510 24 22 20 19 － /20 － /27
Q275 － 275 255 235 225 490-610 20 18 16 15 － －
用途钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。
热处理,热轧空冷组织,S＋ F
多边型角钢螺钉、铆钉钢筋、螺纹钢建筑构件钢桥梁
2．优质碳素结构钢牌号 —— 如 45 钢，含 C量为 45 / 10000 = 0.45 % 。
表 3-4 优质碳素钢的化学成分和性能钢号化学成分,%?
s,MPa
≥C Mn Si S P
08F
10
20
35
40
45
50
60
65
0.05-0.11
0.07-0.13
0.17-0.23
0.32-0.39
0.37-0.44
0.42-0.50
0.47-0.55
0.57-0.65
0.62-0.70
0.25-0.50
0.35-0.65
0.35-0.65
0.50-0.80
0.50-0.80
0.50-0.80
0.50-0.80
0.50-0.80
0.50-0.80
0.03
0.17-0.37
0.17-0.37
0.17-0.37
0.17-0.37
0.17-0.37
0.17-0.37
0.17-0.37
0.17-0.37
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
175
205
245
315
335
355
375
400
420
(摘自 GB/T699-1999)
用途较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。
汽车曲轴热处理,
渗碳、淬火、回火等。
3．碳素工具钢牌号 —— 如 T12A钢，含 C量为 12 / 1000 = 1.2 %,
A表示高级优质,w(S)? 0.020 %,w(P)? 0.030 % 。
钢号 C,% Mn,% Si,%
S,%
P,%
退火后
HBS,?
水冷淬火温度,℃
T7
T8
T8Mn
T9
T10Mn
T10
T12
T13
0.65-0.74
0.75-0.84
0.80-0.90
0.85-0.94
0.95-1.04
0.95-1.04
1.15-1.24
1.25-1.35
0.40
0.40
0.40-0.60
0.40
0.40-0.60
0.40
0.40
0.40
0.35
0.35
0.35
0.35
0.35
0.35
0.35
0.35
0.030
0.030
0.030
0.030
0.030
0.030
0.030
0.030
0.035
0.035
0.035
0.035
0.035
0.035
0.035
0.035
187
187
187
192
19
207
207
217
800-820
780-800
780-800
760-780
760-780
760-780
760-780
760-780
表 3-4 碳素工具钢的化学成分和性能 （ 淬火后 HRC≥62)
(摘自 GB/T1298-1986)
用途冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。
螺纹量规热处理,淬火 + 低温回火组织,回火 M＋ 粒状 Fe3C + A'
3.2.1 概论
3.2.2 合金结构钢
3.2.3 合金工具钢
3.2.4 特殊性能钢
3.2 合金钢
3.2.1 概论
１,合金钢的 分类 （ 按用途分类）
合金结构钢 —— 低合金结构钢、渗 C钢,调质钢,弹簧钢,轴承钢等。
合金工具钢 —— 刃具,模具、量具钢。
特殊性能钢 —— 不锈钢、耐热钢、耐磨钢。
２,合金钢的编号结构钢 —— 如 60Si2Mn,w(C)=0.6%,w(Si)=2%,w(Mn)＜ 1.5%
工具钢、特殊性能钢 —— 如 9SiCr,w(C)=0.9%,w(Si),w(Cr) 均＜ 1.5%
而 CrWMn 中,w(C)＞ 1.0%
专用钢 —— 如,滚 动轴承钢 GCr15,w(C)=1.0%,w(Cr)=1.5%
高级优质钢 —— 如,20Cr2Ni4A
3.2.2 合金结构钢
1,低合金结构钢
2,渗碳钢
3,调质钢
4,弹簧钢
5,滚动 轴承钢
1,低合金结构钢钢号 旧钢号主 要 化 学 成 分,% 机械性能
C Mn Si,s,MPa?b,MPa?5,%
Q295 09MnNb12Mn?0.16 0.80~1.50 0.55 295 570 23
Q345 16Mn16MnRe 0.18~0.20 1.00~1.60 0.55 345 630 21~22
Q390 16MnNb15MnTi?0.20 1.00~1.60 0.55 390 650 19~20
Q420 14MnVTiRe15MnVN?0.20 1.00~1.70 0.55 420 680 18~19
Q460 14MnMoV18MnMoNb?0.20 1.00~1.70 0.55 460 720 17
常用低合金结构钢的牌号、成分、性能 （厚度 (直径 )?16mm,AKV ≥34J）
成分 —— w(C)＜ 0.2%,主加元素 Mn,附加 V,Ti,Nb。
性能 —— 强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。
(摘自 GB/T1591-1994)
热处理、组织 —— 热轧空冷,S＋ F
高压容器桥梁船舶车辆应用
2,渗碳钢成分 —— w(C)=0.1～ 0.25%,韧性好。合金元素提高淬透性、耐磨性,细化晶粒。
性能 —— 渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。
渗 C钢 的牌号（摘自 GB/T3077-1999） （ 渗 C,930℃,回火,200 ℃ ） p172
主 要 化 学 成 分,% 预备处理
／
淬火,℃C Mn Cr,Ni
0.17~0.24
0.17~0.24
0.50~0.80
1.30~1.60
0.70~1.00 880／ 800
水,油
880水,油
0.17~0.23
0.17~0.23
0.90~1.20
0.80~1.10
0.90~1.20
1.00~1.30
850 油
880 ／ 870
油钢号
20Cr
20MnV
20CrMn
20CrMnTi
淬透性低中高
18Cr2Ni4WA
20Cr2Ni4A
0.13~0.19
0.17~0.23
W0.8~1.2
0.30~0.60
1.35~1.65
4.0~4.5
1.25~1.65
3.25~3.75
950 ／ 850
空
880／ 780
油机械性能?
b
MPa
s
MPa
835
785
540
590
930
1080
735
835
1180
1180
835
1080
aKU2
J
47
55
47
55
78
63
热处理组织 —— 表层,回火 M +碳化物 +A′；
心部,低 C的回火 M（ +T + F）
应用 —— 耐磨件
20Cr,小轴、活塞销、小齿轮。
20CrMnTi,汽车齿轮。
18Cr2Ni4WA,如曲轴、连杆。
渗碳 → 淬火 → 低温回火
3,调质钢成分 —— w(C)=0.25～ 0.50%,合金元素消除回火脆性,提高回火抗力,强化 F 。
性能 —— 综合机械性能高 调质钢 的牌号（摘自 GB/T3077－ 1999）
淬透性钢号主 要 成 分,% 淬火
℃
回火
℃C Mn SiCr
低
45 0.42~0.50 0.50~0.80 0.17~0.37 830~840水 580~640空
40Cr 0.37~0.45 0.50~0.80 Cr 0.8~1.10 850油 500 水，油中高
35CrMo 0.32~0.40 0.40~0.70 Cr 0.8~1.10 850油 550 水，油
38CrMoAlA 0.35~0.42 Al 0.7~1.1 Cr 1.35~1.65 940水，油 640水，油
40CrMnMo 0.37~0.45 0.90~1.20 Cr 0.9~1.20 850油 600 水，油机械性能?
b
MPa
s
MPa
aKU2
J
600?355 39
40MnB 0.37~0.44 1.10~1.40 0.20~0.40 850油 500 水，油 980 785 47
980 785 47
980 835 63
980 835 71
980 785 63
热处理组织 —— 表层,回火 S
应用
40Cr,一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。
35CrMo,较大截面零件，如曲轴、连杆。
40CrNiMo,大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮。
调质，可附加表面淬火或氮化 (38CrMoAl)。
汽车曲轴
4,弹簧钢成分 —— w(C)=0.45～ 0.70 %,Si,Mn为主要元素，提高屈强比。
性能 —— σe,σs,屈强比和疲劳抗力高，塑性大,耐震动、冲击。
钢号主 要 成 分,% 淬火油 ℃
回火
℃
机械性能?
C Mn Si,Cr?bMPa?sMPa?10% akkJ/m2
65 0.62~0.70 0.50~0.80 0.17~0.37 840油 500 1000 800 9 450
85 0.82~0.90 0.50~0.80 0.17~0.37 820油 480 1150 1000 6 600
65Mn 0.62~0.70 0.90~1.20 0.17~0.37 830油 540 1000 800 8 800
60Si2Mn 0.56~0.64 0.60~0.90 1.50~2.00 870油 480 1300 1200 5 800
50CrVA 0.46~0.54 0.50~0.80 Cr 0.8~1.10 850油 500 1300 1150?5 9 800
（摘自 GB/T1222－ 1985）
汽车板簧 火车螺旋弹簧应用
65Mn,60Si2Mn,汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。
热处理热轧弹簧：热成型 → 淬火 + 中温回火 → 喷丸冷轧弹簧：淬火 + 中温回火 → 冷成型 → 去应力 → 喷丸组织 —— 回火 T
5．滚动 轴承钢成分 —— w(C)=0.95～ 1.10%,主加元素是 Cr,形成细小的碳化物。
性能 —— 高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。
钢号主要化学成分,w / % 热处理规范及性能
C Cr Si Mn 淬火 ℃ 回火 ℃ 回火后 HRC
GCr4 0.95~1.05 0.35~0.0 0.15~0.30 0.15~0.30 800~820 150~170 62~66
GCr15 0.95~1.05 1.40~1.65 0.15~0.35 0.25~0.45 820~840 150~160 62~66
GCr15SiMn 0.95~1.05 1.40~1.65 0.45~0.75 0.95~1.25 820~840 170~200 >62
GMnMoVRE 0.95~1.05 0.15~0.40 1.10~1.40 770~810 170?5?62
GSiMoMnV 0.95~1.10 0.45~0.65 0.75~1.05 780~820 175~200?62
（摘自 GB/T18254－ 2002）
应用
GCr15,中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。
热处理球化退火 + 淬火 + 低温回火冷处理，时效（ 120～ 140℃,10 ～ 20h）,稳定尺寸，去应力。
组织 —— 回火 M ＋ 细碳化物＋少量 A'
1,合金刃具钢
2,合金模具钢
3,量具用钢
3.2.3 合金工具钢
1,合金刃具钢
（１）性能要求高硬度 —— 机加工刀具 HRC＞ 60
高耐磨性 —— 刀具寿命和生产率 ↑
组织 要求 —— 硬而细小的碳化物，均匀分布在强而韧的钢基体中。
高的热硬性 （ 红硬性 ） —— 高温下保持高硬度的能力，与回火稳定性有关。
足够的韧性 —— 以承受冲击载荷
（２）低合金刃具钢成分 —— w(C) = 0.9 ~ 1.5 %,合金元素＜ 5 % 。
性能 —— HRC＞ 60,使用温度 200 ~ 300 ℃ 。
钢号主要化学成分,w / % 热处理及性能
C Mn Si Cr 淬火 ℃ 回火 ℃ 回火后 HRC
9SiCr 0.85~0.95 0.30~0.60 1.20~1.60 0.95~1.25 860~880油 180~200 60~62
CrWMn 0.90~1.05 0.80~1.10 W1.2~1.60 0.90~1.20 820~840油 140~160 62~65
（摘自 GB/T1299－ 2000）
热处理 —— 球化退火 （ + 机加工） + 淬火 + 低温回火最终组织 —— 回火 M + 合金碳化物 + 少量 A '
应用 —— 如 9SiCr,做板牙、丝锥等。
板牙丝锥
（３）高速钢成分 —— w(C) = 0.7 ~ 1.2 %,合金元素＞ 10 % 。
性能高硬度、耐磨性 —— VC等弥散硬化高热硬性 —— 600 ℃ 时 HRC≈62,W2C等提高热硬性。
高淬透性 —— 尺寸不大时可空冷淬火,Cr 等元素提高淬透性。
钢号主要化学成分,w,% 热处理及性能
C W V Cr Mo 淬火 ℃ 回火 ℃ 回火后 HRC
W18Cr4V 0.70~0.80 17.5~19.0 1.00~1.40 3.80~4.40 1270~1285 油 550~570三次 ≥63
W6Mo5Cr4V2 0.80~0.90 5.50~6.75 1.75~2.20 3.80~4.40 4.75~5.50 1210~1230 油 540~560三次 ≥63
热处理
（锻造 +） 球化退火 （ + 机加工） → 淬火 +回火锻造目的 —— 成型；使铸态粗大碳化物破碎、细化、分布均匀。
淬火,1280 ℃ —— 增加 A,M中合金含量，提高热硬性。
淬火组织 （左图）,M + 碳化物 + A '
最终组织 （右图）：回火 M + 粒状碳化物 + 少量 A '
回火,560 ℃,三次 —— W2C,VC弥散硬化，二次淬火基本消除 A ' 。
应用 —— 高速车刀、钻头、铣刀等。
刃具钢热硬性比较
2,合金模具钢
（１）冷模具钢 —— 冷冲、冷镦、冷挤压模等。
性能 —— 高硬度、耐磨性，足够的韧性和疲劳抗力。
应用小型模具 —— 9Mn2V,9SiCr,CrWMn 等。
大型模具 —— Cr12,Cr12MoV 等，热处理变形小。
最终热处理 —— 淬火 + 低温回火最终组织 —— 回火 M + 碳化物 + 少量 A '
（２）热模具钢 —— 热锻、热挤压、压铸模等。
性能 —— 耐热性、热疲劳抗力高。
应用中小型模具 —— 5CrMnMo 等。
大型模具 —— 3Cr2W8V等，淬透性好。
最终热处理 —— 淬火 + 高温回火最终组织 —— 回火 T或 回火 S
3．量 具用钢 —— 卡尺、千分尺、塞规等性能 —— 高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。
应用简单量具 —— T10A,T12A 等。
高精度量具 —— GCr15,CrWMn 等。
最终热处理 —— 淬火 +（ -70～ -80℃ ） 冷处理 + 低温回火 + 时效处理时效处理,120～ 130℃,保温几～几十小时，使 M,A ' 稳定，消除内应力。
最终组织 —— 回火 M + 碳化物 + 少量 A '
1,不锈钢
2,耐热钢
3,耐磨钢
3.2.4 特殊性能钢
1,不锈钢钢的抗腐蚀措施形成单相组织。
加入 Cr，降低两相的电极电位差。
加入 Cr,Al等，生成致密的表面氧化膜 。
常用不锈钢
F 型 —— 如 1Cr17,化工设备、食品工业。
M 型 —— 如 1Cr13 用于汽轮机叶片； 3Cr13 做手术器具及刀具。
A 型 —— 如 1Cr18Ni9Ti 用于化工、食品、医疗行业。
不锈钢的成分、热处理、性能钢号主 要 化 学 成 分,% 淬火
℃
回火
℃C Cr Ni Ti
类别机械性能?
b
MPa
s
MPa
5
%
HRC
HB
1Cr13?0.15 12~14 950~1000水,油 700~750
4Cr13 0.36~0.45 12~14 1050~1100 油 200~300
M
型
540 345
680 400
25
4
159
50
1Cr17?0.12 16~18 780~850 正火
0Cr18Ni9?0.07 17~19 8~12 1010~1150 水
F型
A
型
A-F
型
450 205
520 205
22
40
183
187
1Cr18Ni9Ti?0.12 17~19 9~12?0.5~0.8 920~1150 水 520 205 40 187
1Cr21Ni5Ti 0.09~0.14 20~22 4.8~5.8?0.35~0.8 950~1100水,空 600 350 20
２,耐热钢抗氧化性,金属在高温下的抗氧化能力热强性,热强性是指钢在高温下的强度用途,锅炉、燃气轮机等类别 钢号主 要 化 学 成 分,% 淬火
℃
回火
℃C Cr Ni Ti
M
型
1Cr13?0.15 12~14 950~1000油 700~750
1Cr11MoV 0.11~0.18 10~11.5
Mo
0.5
~0.7
1050~
1100空
720~
740
A型 1Cr18Ni9Ti?0.12 17~19 8~11?0.5~0.8 920~1150 水机械性能?
b
MPa
s
MPa
540 345
490 685
520 205
5
%
20
40
HB
159
159
187
３,耐磨钢 ZGMn13
热处理,1000℃ ～ 1100℃,保温，水冷 →A,硬度低,韧性高。
性能,工件在工作中受到冲击变形时，表层产生加工硬化，及 M转变，硬度显著提高，心部保持高韧性。
用途,履带、铁道岔道小结重点要求
1,合金钢的编号方法，会辩认各种钢号；
2,合金结构钢的成分，热处理及组织，性能及用途。
３,工具钢的性能，成分，热处理目的和方法，组织；
一般要求
１,特殊性能钢；
２,时效处理、热硬性等概念。
作 业 3 P 21 ~ 22 week12,Nov 16
2,3),7)~9),21)
3,2),5)
P 21 ~ 22 week12,Nov 18
2,4)~ 6),10),12)
3,1),3),4),6),7)
作 业 3a
作业 2f 参考答案 P 9-11
2,27) 除（ ）、（ ）外，几乎所有的合金元素都使 Ms,Mf点下降
，因此淬火后相同 C质量分数的合金钢与 C钢相比，残余 A（ ）,
使钢的硬度（ ）。
Co Al
增多下降
3,26) 所有的合金元素都能提高钢的淬透性。（ ）No
28) 合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。（ ）No
作业 2f 参考答案 P 14
5,26) 直径为 10mm的 共析钢小试样加热 Ac１ +30℃,用图 1-3 所示的冷却曲线进行冷却，分析其所得到的组织，说明各属于什么热处理方法。
答：
a —— M + A′ 单液淬火
b —— M + A′ 分级淬火
c —— T + M + A′ 油冷淬火
d —— 下 B 等温淬火
e —— S 正火
f —— P 完全退火
g —— P 等温退火作业 2f 参考答案 P 15
5,29) 说明直径为 10mm的 45钢试样分别经下列温度加热,700℃,760℃,
840℃,1100℃,保温后在水中冷却得到的室温组织。
答,700℃ —— F + P
760℃ —— M + F
840℃ —— M
1100℃ —— 粗 M
33) 甲、乙两厂生产同一零件，均选用 45钢，硬度要求 220～ 250HB，
甲厂采用正火，乙厂采用调质处理，均能达到硬度要求，试分析甲、乙两厂产品的组织和性能差别 。
答,甲 厂 —— F + S
乙厂 —— 回火 S,韧性较好。
作业 3 参考答案 P 21-22
2,3) 20 是（ ）钢，可制造（ ）。优质碳素结构 冲压、焊接件
7) T12 是（ ）钢，可制造（ ）。碳素工具 锉刀、量规等
8) 16Mn 是（ ）钢，可制造（ ）。低合金结构 桥梁
9) 40Cr 是（ ）钢，可制造（ ）。合金调质 车床齿轮
21) 20CrMnTi 是（ ）钢,Cr,Mn的主要作用是
（ ）,Ti的主要作用是
（ ），热处理工艺是（ ） 。
合金渗碳提高淬透性
3,２ ) T8钢比 T12和 40钢有更好的淬透性和淬硬性。（ ）No
５ ) T8钢与 20MnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。（ ）No
细化晶粒 渗碳 +淬火 +低温回火
of 3.1 & 3.2
