第一节 钢材及其生产过程
一、钢铁材料的生产过程
铁矿石 生铁 钢钢锭） 型材
铸铁 轧制、挤压、拉拔、锻造等压力
加工方法1、生铁的冶炼
原料：铁矿石
燃料：焦炭
熔剂：石灰石
设备：高炉
2、钢的冶炼
原料：生铁、废钢
燃料：焦炭
熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂
设备：电弧炉
（钢板、型
钢、钢管）
第 5章 工业用钢
高炉
第 5章 工业用钢
电弧炉
第 5章 工业用钢
第二节 钢的分类与编号
钢
碳素钢
合金钢
1、按含碳量分
低碳钢 0.0218 % <C< 0.25%
中碳钢 0.25 % <C< 0.6%
高碳钢 0.6% <C<2.11%
2、按质量和用途分
碳素结构钢
优质碳素结构钢
碳素工具钢
易切削结构钢
铸钢
一、钢的分类
第 5章 工业用钢
二,钢的牌号及其应用
1、碳素结构钢：
牌号, Q+屈服点数值。 例如,Q195,Q 275等。
用途,薄板，铁丝，钉，小轴，螺栓等。
2、优质碳素结构钢：
牌号,用两位数字表示，该数字表示钢中平均含碳量的
万倍。 例如,08F,20,45,60等。
用途,用作各种较重要的机器零件 如：齿轮、主轴等。
第 5章 工业用钢
3、碳素工具钢
牌号,用,T” 加数字表示，该数字表示钢中平均含
碳量的千倍。 如,T8,T9等。
T8：表示碳的平均含碳量为 0.8%的碳素工具钢 。
用途,用来制作各种刀具、量具和模 具。
4、易切削用钢：主要用在自动机床上加工大批量的零件，如
螺钉，螺母等。其 牌号 如,Y20,表示易切削结构钢，其平
均含碳量为 0.2%。
5、铸钢：用于浇注成铸件的钢。其强度高于各类铸铁，同时
具有良好的塑性和韧性，适于制造形状复杂、强度和韧性
要求高的零件，如火车轮、大齿轮等。其 牌号 如,ZG230-
450。
第 5章 工业用钢
第三节 杂质对钢性能的影响
1、硅和锰的影响：
有益元素 。不但可以溶于 F中，产生强化作用，
使钢的强度和硬度提高；而且 Mn能消除硫对钢的危
害。
2、磷的影响：
有害元素,使钢产生冷脆性。
3、硫的影响：
有害元素,使钢产生热脆性。
第 5章 工业用钢
第四节 合金钢
1、合金元素对钢性能的影响
引言
（ 1）提高了钢的力学性能
（ 2）提高了钢的淬透性
（ 3）使钢具有某些特殊性能
钛、钒等 合金元素的加入提高了钢的强度和硬度，细
化了晶粒，也提高了塑性与韧性。
铬、硅、镍、锰、硼等 合金元素的加入提高钢的淬透性。
铬、锰等 合金元素的加入使钢具有了耐高温、耐热、
耐磨、不生锈等特殊性能。
第 5章 工业用钢
2、合金钢的分类与牌号
合金钢
合金结构钢
合金工具钢
特殊性能钢：
机器合金结构钢,
工程合金结构钢, 普通低合金结构钢
不锈钢,耐热钢、耐磨钢
合金刃具钢：
合金弹簧钢、合金渗碳钢
合金调质钢、合金轴承钢
合金模具钢,
合金量具钢：
低合金刃具钢、高合金
刃具钢、高速钢
冷作模具钢、热作模具钢
没有专用钢种,
第 5章 工业用钢
3、合金钢的牌号
(1)合金结构钢的牌号
(2)合金工具钢的牌号
两位数字 +合金元素符号 +数字
前两位数字表示平均含碳量的 万倍,后面数字表示合
金元素的百倍。如 60Si2Mn,40Cr等 。
其牌号表示方法与合金结构钢类似，但其平均 Wc>1%
时不标出；当 Wc<1%前 面数字表示 含碳量 的 千倍 。
如,9SiCr,Cr12,5CrMnMo等。
但 高速钢 不标含碳量，只写出合金元素 符号 及其含量。
如,W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2
第 5章 工业用钢
一、合金结构钢
1,普通低合金结构钢
低碳，合金含量小于 3%。主加元素为 Mn其强化了铁素体，
提高了强度； V,Ti等元素使晶粒细化，使韧性提高。
在 建筑、桥梁、车辆、船舶 中应用广泛。以 16Mn为最广。
船舶 桥梁
第 5章 工业用钢
2、合金渗碳钢
含碳量为 0.1%--0.2%,以保障心部具有足够的韧性，合
金含量 小于 3%。 主加元素为 Cr,Mn、钛、钒,提高了淬透
性，使晶粒细化，耐磨性提高 。
（常用渗碳钢）
主要用于表面要
求硬而耐磨，心部具
有足够强度和韧性的
零件，如：汽车变速
箱的齿轮等。
以 20Cr,20CrTiMn
为最广。
变
速
齿
轮
拨
叉
第 5章 工业用钢
3,合金调质钢
含碳量为 0.25%--0.5%,主加元素为 Cr,Mn,Si,Ni等以提
高淬透性和强化铁素体,调质钢具有良好的综合力学性能 。
合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机
器上的各种重要零件，如 齿轮、轴类件、连杆 等。
曲轴 连杆
（常用调质钢）
第 5章 工业用钢
4、合金弹簧钢
它具有高的 弹性、疲劳强度及冲动韧度 。 含碳量为 0.5%--
0.7%,主加元素为 Cr,Mn,Si等以提高淬透性和弹性极限。
合金弹簧钢是一种
专用结构钢，主要用于
制造各种 弹簧 和弹性元
件 。
拉力弹簧离合器弹簧 （ 常用弹簧钢 ）
第 5章 工业用钢
5、滚动轴承钢
主要用来制造滚动轴承的 滚动体 （滚珠、滚柱、滚
针）、内外套圈等，属专用结构钢。
碳质量分数一般为 0.95%--1.10%，以保证其高硬
度、高耐磨性和高强度。 铬 为基本合金元素,铬含量
为 0.40%--1.65%。 高碳低铬 。
如,GCr15
(滚珠轴承钢 )
第 5章 工业用钢
二、合金工具钢
合金工具钢是制造刃具、量具和模具的钢种。不仅有更高的硬度
和耐磨性,还具有更高的 红硬性 。
1、合金刃具钢
用途,主要用于制造各种
金属切削刀具，如车刀、铣刀、
钻头等。
性能：
（ 1）高硬度,60HRC以上；
（ 2）高的耐磨性；
（ 3）高热硬性 ；
（ 4）足够的塑性和韧性 。
铣
刀
英制模板刀
第 5章 工业用钢
合金工具钢的 种类及牌号
(1) 低合金刃具钢
(2) 高速钢
最高工作温度不超过 300 ℃ 。
① 高碳：碳质量分数为 0.9%--1.1%，以保证高硬度和高耐磨性。
② Cr,Mn,Si主要是提高钢的淬透性,Si还能提高钢的回火稳定性；
W,V能提高硬度和耐磨性，并防止加热时过热，保持细小的晶粒。
高速钢是高合金刃具钢，具有很高的热硬性，高速切削中刃部温度
达 600 ℃ 时，其硬度无明显下降。
① 高碳：碳质量分数在 0.70%以上，最高可达 1.5%左右，
② 加入 Cr,W,Mo,V等合金元素：
Cr 提高淬透性。
W,Mo 保证高的热硬性。
V 提高耐磨性，细化晶粒。
（如,9SiCr, 9Mn2V）
（如,W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2 ）
常用合金刃具钢和高速钢
第 5章 工业用钢
2、合金量具钢
用途：量具用钢用于制造各种 测 量工具，如卡尺、千分尺、块规。
性能要求,(1) 高硬度（大于 56 HRC）和高耐磨性；
(2) 高尺寸稳定性，在存放和使用过程中，尺寸不发生变化。
螺
纹
规
游
标
卡
尺
千
分
尺
第 5章 工业用钢
3、合金模具钢
合金模具钢按其用途分为 冷作模具钢 和 热作模具钢 两大类。
冷作模具钢
用途：冷模具用于制造
各种冷冲模、冷镦模、冷挤
压模和拉丝模等，工作温度
不超过 200 ℃ ～ 300 ℃ 。
热 作模具钢
如,9Mn2V,CrWMn
用途：热作模具钢用于制造各
种热锻模、热压模、热挤压模和压
铸模等，工作时型腔表面温度可达
600 ℃ 以上。
如,5CrMnMo,5CrNiMo
性能要求：
① 高硬度,58～ 62 HRC;
② 高耐磨性 ;
③ 足够的韧性和疲劳抗力
第 5章 工业用钢
量具用钢的选用举例
量 具 钢 号
平样板或卡板 10,20或 50,55,60,60Mn,65Mn
一般量规与块规 T10A,T12A,9SiCr
高精度量规与块规 Cr（刃具钢）,CrMn,GCr15
高精度且形状复杂的量规与块规 CrWMn(低变形钢 )
抗蚀量具 4Cr13,9Cr18(不锈钢 )
第 5章 工业用钢
三, 特殊性能钢
特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种高合金
钢,它主要包括 不锈钢,耐磨钢 等,
1、不锈钢 能抵抗大气,酸,咸或其它介质腐蚀的钢 。
不锈钢在石油化工、国防工业和一些尖端科学技术及日常生
活中都得到广泛应用，例如化工装置中的各种管道、阀门和泵，
医疗手术器械，防锈刃具和量具等。
根据 不锈钢室温下组织的不同,常用的不锈钢可分三种,
马氏体型不锈钢 铁素体型不锈钢 奥氏体型 不锈钢
第 5章 工业用钢
马氏体型不锈钢 如,1Cr13,2Cr13,3Cr13,4Cr13
不锈钢船用螺旋桨 不锈钢剪刀
含碳为 0.1%--0.4%,含铬为 12%--13%.主要用于力学性能要求不高,
耐蚀性要求较低的零件,如,
第 5章 工业用钢
铁素体型不锈钢
这类钢的铬质量分数为 17%～ 30%，碳质量分数低于 0.15%.主要用
作耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件，例如 容器和管道 等。
奥氏体型 不锈钢
这类不锈钢属铬镍不锈钢,碳含量很低（约 0.1%），耐蚀性很好。
如,1Cr17,1Cr17Ti等
如,0Cr18Ni9,1Cr18Ni9等
第 5章 工业用钢
2、耐磨钢 （就是高锰钢 如,ZGMn13）
履带 铁轨分道叉
破
碎
机
颚
板
挖
掘
机
斗
齿
第 5章 工业用钢
一、钢铁材料的生产过程
铁矿石 生铁 钢钢锭） 型材
铸铁 轧制、挤压、拉拔、锻造等压力
加工方法1、生铁的冶炼
原料：铁矿石
燃料：焦炭
熔剂：石灰石
设备：高炉
2、钢的冶炼
原料：生铁、废钢
燃料：焦炭
熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂
设备：电弧炉
（钢板、型
钢、钢管）
第 5章 工业用钢
高炉
第 5章 工业用钢
电弧炉
第 5章 工业用钢
第二节 钢的分类与编号
钢
碳素钢
合金钢
1、按含碳量分
低碳钢 0.0218 % <C< 0.25%
中碳钢 0.25 % <C< 0.6%
高碳钢 0.6% <C<2.11%
2、按质量和用途分
碳素结构钢
优质碳素结构钢
碳素工具钢
易切削结构钢
铸钢
一、钢的分类
第 5章 工业用钢
二,钢的牌号及其应用
1、碳素结构钢：
牌号, Q+屈服点数值。 例如,Q195,Q 275等。
用途,薄板，铁丝，钉，小轴，螺栓等。
2、优质碳素结构钢：
牌号,用两位数字表示，该数字表示钢中平均含碳量的
万倍。 例如,08F,20,45,60等。
用途,用作各种较重要的机器零件 如：齿轮、主轴等。
第 5章 工业用钢
3、碳素工具钢
牌号,用,T” 加数字表示，该数字表示钢中平均含
碳量的千倍。 如,T8,T9等。
T8：表示碳的平均含碳量为 0.8%的碳素工具钢 。
用途,用来制作各种刀具、量具和模 具。
4、易切削用钢：主要用在自动机床上加工大批量的零件，如
螺钉，螺母等。其 牌号 如,Y20,表示易切削结构钢，其平
均含碳量为 0.2%。
5、铸钢：用于浇注成铸件的钢。其强度高于各类铸铁，同时
具有良好的塑性和韧性，适于制造形状复杂、强度和韧性
要求高的零件，如火车轮、大齿轮等。其 牌号 如,ZG230-
450。
第 5章 工业用钢
第三节 杂质对钢性能的影响
1、硅和锰的影响：
有益元素 。不但可以溶于 F中，产生强化作用，
使钢的强度和硬度提高；而且 Mn能消除硫对钢的危
害。
2、磷的影响：
有害元素,使钢产生冷脆性。
3、硫的影响：
有害元素,使钢产生热脆性。
第 5章 工业用钢
第四节 合金钢
1、合金元素对钢性能的影响
引言
（ 1）提高了钢的力学性能
（ 2）提高了钢的淬透性
（ 3）使钢具有某些特殊性能
钛、钒等 合金元素的加入提高了钢的强度和硬度，细
化了晶粒，也提高了塑性与韧性。
铬、硅、镍、锰、硼等 合金元素的加入提高钢的淬透性。
铬、锰等 合金元素的加入使钢具有了耐高温、耐热、
耐磨、不生锈等特殊性能。
第 5章 工业用钢
2、合金钢的分类与牌号
合金钢
合金结构钢
合金工具钢
特殊性能钢：
机器合金结构钢,
工程合金结构钢, 普通低合金结构钢
不锈钢,耐热钢、耐磨钢
合金刃具钢：
合金弹簧钢、合金渗碳钢
合金调质钢、合金轴承钢
合金模具钢,
合金量具钢：
低合金刃具钢、高合金
刃具钢、高速钢
冷作模具钢、热作模具钢
没有专用钢种,
第 5章 工业用钢
3、合金钢的牌号
(1)合金结构钢的牌号
(2)合金工具钢的牌号
两位数字 +合金元素符号 +数字
前两位数字表示平均含碳量的 万倍,后面数字表示合
金元素的百倍。如 60Si2Mn,40Cr等 。
其牌号表示方法与合金结构钢类似，但其平均 Wc>1%
时不标出；当 Wc<1%前 面数字表示 含碳量 的 千倍 。
如,9SiCr,Cr12,5CrMnMo等。
但 高速钢 不标含碳量，只写出合金元素 符号 及其含量。
如,W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2
第 5章 工业用钢
一、合金结构钢
1,普通低合金结构钢
低碳，合金含量小于 3%。主加元素为 Mn其强化了铁素体，
提高了强度； V,Ti等元素使晶粒细化，使韧性提高。
在 建筑、桥梁、车辆、船舶 中应用广泛。以 16Mn为最广。
船舶 桥梁
第 5章 工业用钢
2、合金渗碳钢
含碳量为 0.1%--0.2%,以保障心部具有足够的韧性，合
金含量 小于 3%。 主加元素为 Cr,Mn、钛、钒,提高了淬透
性，使晶粒细化，耐磨性提高 。
（常用渗碳钢）
主要用于表面要
求硬而耐磨，心部具
有足够强度和韧性的
零件，如：汽车变速
箱的齿轮等。
以 20Cr,20CrTiMn
为最广。
变
速
齿
轮
拨
叉
第 5章 工业用钢
3,合金调质钢
含碳量为 0.25%--0.5%,主加元素为 Cr,Mn,Si,Ni等以提
高淬透性和强化铁素体,调质钢具有良好的综合力学性能 。
合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机
器上的各种重要零件，如 齿轮、轴类件、连杆 等。
曲轴 连杆
（常用调质钢）
第 5章 工业用钢
4、合金弹簧钢
它具有高的 弹性、疲劳强度及冲动韧度 。 含碳量为 0.5%--
0.7%,主加元素为 Cr,Mn,Si等以提高淬透性和弹性极限。
合金弹簧钢是一种
专用结构钢，主要用于
制造各种 弹簧 和弹性元
件 。
拉力弹簧离合器弹簧 （ 常用弹簧钢 ）
第 5章 工业用钢
5、滚动轴承钢
主要用来制造滚动轴承的 滚动体 （滚珠、滚柱、滚
针）、内外套圈等，属专用结构钢。
碳质量分数一般为 0.95%--1.10%，以保证其高硬
度、高耐磨性和高强度。 铬 为基本合金元素,铬含量
为 0.40%--1.65%。 高碳低铬 。
如,GCr15
(滚珠轴承钢 )
第 5章 工业用钢
二、合金工具钢
合金工具钢是制造刃具、量具和模具的钢种。不仅有更高的硬度
和耐磨性,还具有更高的 红硬性 。
1、合金刃具钢
用途,主要用于制造各种
金属切削刀具，如车刀、铣刀、
钻头等。
性能：
（ 1）高硬度,60HRC以上；
（ 2）高的耐磨性；
（ 3）高热硬性 ；
（ 4）足够的塑性和韧性 。
铣
刀
英制模板刀
第 5章 工业用钢
合金工具钢的 种类及牌号
(1) 低合金刃具钢
(2) 高速钢
最高工作温度不超过 300 ℃ 。
① 高碳：碳质量分数为 0.9%--1.1%，以保证高硬度和高耐磨性。
② Cr,Mn,Si主要是提高钢的淬透性,Si还能提高钢的回火稳定性；
W,V能提高硬度和耐磨性，并防止加热时过热，保持细小的晶粒。
高速钢是高合金刃具钢，具有很高的热硬性，高速切削中刃部温度
达 600 ℃ 时，其硬度无明显下降。
① 高碳：碳质量分数在 0.70%以上，最高可达 1.5%左右，
② 加入 Cr,W,Mo,V等合金元素：
Cr 提高淬透性。
W,Mo 保证高的热硬性。
V 提高耐磨性，细化晶粒。
（如,9SiCr, 9Mn2V）
（如,W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2 ）
常用合金刃具钢和高速钢
第 5章 工业用钢
2、合金量具钢
用途：量具用钢用于制造各种 测 量工具，如卡尺、千分尺、块规。
性能要求,(1) 高硬度（大于 56 HRC）和高耐磨性；
(2) 高尺寸稳定性，在存放和使用过程中，尺寸不发生变化。
螺
纹
规
游
标
卡
尺
千
分
尺
第 5章 工业用钢
3、合金模具钢
合金模具钢按其用途分为 冷作模具钢 和 热作模具钢 两大类。
冷作模具钢
用途：冷模具用于制造
各种冷冲模、冷镦模、冷挤
压模和拉丝模等，工作温度
不超过 200 ℃ ～ 300 ℃ 。
热 作模具钢
如,9Mn2V,CrWMn
用途：热作模具钢用于制造各
种热锻模、热压模、热挤压模和压
铸模等，工作时型腔表面温度可达
600 ℃ 以上。
如,5CrMnMo,5CrNiMo
性能要求：
① 高硬度,58～ 62 HRC;
② 高耐磨性 ;
③ 足够的韧性和疲劳抗力
第 5章 工业用钢
量具用钢的选用举例
量 具 钢 号
平样板或卡板 10,20或 50,55,60,60Mn,65Mn
一般量规与块规 T10A,T12A,9SiCr
高精度量规与块规 Cr（刃具钢）,CrMn,GCr15
高精度且形状复杂的量规与块规 CrWMn(低变形钢 )
抗蚀量具 4Cr13,9Cr18(不锈钢 )
第 5章 工业用钢
三, 特殊性能钢
特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种高合金
钢,它主要包括 不锈钢,耐磨钢 等,
1、不锈钢 能抵抗大气,酸,咸或其它介质腐蚀的钢 。
不锈钢在石油化工、国防工业和一些尖端科学技术及日常生
活中都得到广泛应用，例如化工装置中的各种管道、阀门和泵，
医疗手术器械，防锈刃具和量具等。
根据 不锈钢室温下组织的不同,常用的不锈钢可分三种,
马氏体型不锈钢 铁素体型不锈钢 奥氏体型 不锈钢
第 5章 工业用钢
马氏体型不锈钢 如,1Cr13,2Cr13,3Cr13,4Cr13
不锈钢船用螺旋桨 不锈钢剪刀
含碳为 0.1%--0.4%,含铬为 12%--13%.主要用于力学性能要求不高,
耐蚀性要求较低的零件,如,
第 5章 工业用钢
铁素体型不锈钢
这类钢的铬质量分数为 17%～ 30%，碳质量分数低于 0.15%.主要用
作耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件，例如 容器和管道 等。
奥氏体型 不锈钢
这类不锈钢属铬镍不锈钢,碳含量很低（约 0.1%），耐蚀性很好。
如,1Cr17,1Cr17Ti等
如,0Cr18Ni9,1Cr18Ni9等
第 5章 工业用钢
2、耐磨钢 （就是高锰钢 如,ZGMn13）
履带 铁轨分道叉
破
碎
机
颚
板
挖
掘
机
斗
齿
第 5章 工业用钢
