第八章 工业用钢
Industry Steels
在工业用钢中除铁、碳之外，还含有其它元素。分
常存元素；偶存元素；隐存元素和合金元素。常存
元素有锰、硅、硫、磷。偶存元素是由于矿石产地
不同（有与铁共存的共生矿混入）及以废钢为原料，
在冶炼及工艺操作时带入钢中，如铜、钛、钒、稀
土元素等。隐存元素是指原子半径较小的非金属元
素，如氧、氢等。合金元素是指为改变成分特别添
加的元素，如铬、镍、钨、钼、钒等。
第一节 钢的分类
Classify of Steels
钢的种类繁多, 为了便于生产, 使
用和研究, 可以按照化学成分, 冶
金质量和用途对钢进行分类 。
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0, 3 %C%
0, 3 % C%
0, 6 %C
5%M%
5%M%
1 0 %M%
低碳钢
中碳钢
％高碳钢
钢碳
低合金钢
中合金钢
高合金钢
合金钢
按成分分类
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耐热钢
不锈钢
特殊钢
量具钢
模具钢
切削用钢
工具钢
滚动轴承钢
弹簧钢
调质钢
渗碳钢
工程用钢
结构钢
按用途分类
第二节 钢中的杂质及合金元素
Impurity & Alloying Element in Steel
一、钢中的杂质元素
钢在冶炼的时候，除了必须的合金元素外，不可避免的会从原料中
带入一些杂质元素。杂质元素主要有硫、磷、氮、氢、砷、锡、秘、锑
等。这些杂质元素对钢组织和性能产生不利的影响。
硫易在钢中形成 FeS共晶体，熔点很低，造成, 热脆, 。
磷使钢脆化，降低钢的塑性和韧性，产生, 冷脆性,,使钢的冷加
工性能和焊接性能变坏。
氧容易在钢中形成氧化物，使性能下降。
李熏首先发现，氢在钢中形成所谓, 氢脆, 现象，严重影响钢的塑
性。钢的强度越高，脆性越大，造成的危害也越严重。
二, 合金元素在钢中的作用
合金元素在钢中可以两种形式存在：一是溶解于碳钢原有的
相中, 另一种是形成某些碳钢中所没有的新相 。
合金元素对钢中基本相的影响
碳钢中有三个基本相, 即铁素体, 奥氏体和渗碳体 。 合金元
素加入钢中时, 可以溶于此三相中形成合金铁素体, 合金奥氏体
及合金渗碳体 。
合金元素溶于铁素体中, 对位错线的移动起牵制作用, 降低
位错的易动性, 从而提高塑变抗力, 产生固溶强化效果 。
合金渗碳体的晶体结构与渗碳体相同, 可表达为 (Fe,Me)3C
（ Me代表合金元素 ） 。 渗碳体中溶入碳化物形成元素后, 硬度有
明显增加, 因而可提高钢的耐磨性 。
当钢中合金元素含量超过一定限度时, 可以生成一些碳钢中
没有的新相 。 其中最重要的是由强碳化物形成元素生成的各种合
金碳化物 （ 如 W2C,VC,TiC等 ） 。 它们熔点高, 硬度高, 加热
时很难溶于奥氏体中, 因此对钢的机械性能及工艺性能有很大影
响 。
合金元素对铁碳相图的影响
合金元素对碳钢中的相平衡关系有很大影响, 加入合金元素
后 Fe-Fe3C相图要发生变化 。 加入合金元素, 可使 α－ Fe与 γ－ Fe
存在范围发生变化 。 按照对 α－ Fe或 γ－ Fe的作用, 可将合金元素
分为两大类 。
（ 1） 扩大奥氏体区的元素
扩大奥氏体区域的元素有镍, 锰, 碳, 氮等, 这些元素使 A1
和 A3温度降低, 使 S点, E点向左下方移动, 从而使奥氏体区域扩
大 。 其中与 γ－ Fe无限互溶的元素镍或锰的含量较多时, 可使钢
在室温下以奥氏体单相存在而成为一种奥氏体钢 。 如 Ni%>9%的
不锈钢和 Mn%>13%的 ZGMn13耐磨钢均属奥氏体钢 。
（ 2）缩小奥氏体区的元素
缩小奥氏体区的元素有铬、钼、硅、钨等，使 A1和 A3温度升
高，使 S点,E点向左上方移动，从而使奥氏体区域缩小。由于 A1
和 A3温度升高了，这类钢的淬火温度也相应地提高了。图 7-2表
示铬对奥氏体区域位置的影响。当加入的元素超过一定含量后，
则奥氏体可能完全消失，此时，钢在包括室温在内的广大温度范
围内获得单相铁素体，通常称之为铁素体钢。如含 17%～ 28%Cr
的 Cr17,Cr25,Cr28不锈钢就是铁素体不锈钢。
合金元素对钢的热处理的影响
合金元素主要是通过改变钢在热处理过程中的组织转变来显
示其作用的 。 合金元素对钢的热处理的影响主要表现在对加热,
冷却和回火过程中的相变等方面 。
（ 1） 对加热的影响
增加奥氏体化的时间, 阻止奥氏体晶粒长大 。
（ 2） 对冷却转变的影响
提高过冷奥氏体的稳定性, 提高钢的淬透性 。
（ 3） 对淬火钢回火转变的影响
提高回火稳定性, 形成特殊碳化物 。
合金元素对钢的机械和工艺性能的影响
（ 1）对强度的影响
固溶强化、细晶强化、弥散强化
（ 2）对塑性和韧性的影响
一般降低钢的塑性和韧性。
（ 3）对工艺性能的影响
对铸造、锻造、焊接、切削性能的影响。
根据钢中合金元素与碳的亲合力的大小, 合金元素可分为碳化物
形成元素和非碳化物形成元素 。
非碳化物形成元素主要有,Ni,Si,Co,Cu,Al,N,B等, 它们
几乎都固溶于铁素体和奥氏体中 。
碳化物形成元素与钢中的碳原子相互作用可形成各种碳化物, 碳
化物的种类, 数量, 尺寸大小以及分布等对钢的性能均起到重要的影
响 。
碳化物形成元素均是过渡族金属, 它们与碳原子间的结合力大小,
将影响到形成碳化物的难易程度以及碳化物的稳定性 。 结合力的大小
主要取决于原子 d层的电子数 。 d层的电子数越少, 它与碳的亲合力就
越大, 形成的碳化物在钢中也越稳定 。
按照原子间结合力的大小可将合金元素分为：强碳化物形成元素,
如 Ti,Zr,Nb,V；中等强碳化物形成元素, 如 W,Mo,Cr和弱碳化
物形成元素, 如 Mn。 如果是多种碳化物形成元素共存在于钢中, 一
般情况是强碳化物形成元素优先与碳结合形成碳化物 。
为了管理和使用的方便，每一种合金钢都应该有一个简明的
编号。世界各国钢的编号方法不一样。钢编号的原则主要有两条,
（ 1）根据编号可以大致看出该钢的成分。
（ 2）根据编号可大致看出该钢的用途。
我国的钢材编号是采用国际化学元素符号和汉语拼音字母并
用的原则。即钢号中的化学元素采用国际化学元素符号表示。
第三节 我国的钢材编号
Steel Grade
一、普通碳素结构钢
普通碳素结构钢的牌号以, Q＋数字＋字母＋字母” 表示。其
中,,Q”字是钢材的屈服强度, 屈, 字的汉语拼音字首，紧跟后
面的是屈服强度值，再其后分别是质量等级符号和脱氧方法。例
如,Q235AF即表示屈服强度值为 235MPa的 A级沸腾钢。
牌号中规定了 A,B,C,D四种质量等级,A级质量最差,D级
质量最好。
按脱氧制度，沸腾钢在钢号后加, F”，半镇静钢在钢号后加
,b”,镇静钢则不加任何字母。
二,优质碳素结构钢与合金结构钢
优质碳素结构钢与合金结构钢编号的方法是相同的，都是以
,两位数字＋元素＋数字＋ ?” 的方法表示。钢号的前两位数字
表示平均含碳量的万分之几，沸腾钢、半镇静钢以及专门用途的
优质碳素结构钢，应在钢号后特别标出。合金元素以化学元素符
号表示，合金元素后面的数字则表示该元素的含量，一般以百分
之几表示。
三, 碳素工具钢
碳素工具钢的牌号以, T＋数字＋字母, 表示 。 钢号前面的
,碳, 或, T”表示碳素工具钢, 其后的数字表示含碳量的千分之
几 。 如平均含碳量为 0.8%的碳素工具钢, 其钢号为, 碳 8”或
,T8”。
含锰量较高者, 在钢号后标以, 锰, 或, Mn”,如, 碳 8锰, 或
,T8Mn”。 如为高级优质碳素工具钢, 则在其钢号后加, 高, 或
,A”,如, 碳 10高, 或, T10A”。
四, 合金工具钢与特殊性能钢
合金工具钢的牌号以, 一位数字 （ 或没有数字 ） ＋元素＋数
字＋ ?, 表示 。 其编号方法与合金结构钢大体相同, 区别在于含
碳量的表示方法, 当碳含量 ≥1.0%时, 则不予标出 。 而对于含铬
量低的钢, 其含铬量以千分之几表示, 并在数字前加, 0”, 以
示区别 。 如平均 Cr =0.6%的低铬工具钢的钢号为, Cr06” 。
在高速钢的钢号中, 一般不标出含碳量, 只标出合金元素含
量平均值的百分之几 。
特殊性能钢的牌号和合金工具钢的表示相同, 但也有少数例
外, 例如耐热钢 20Cr3W3NbN其编号方法和结构钢相同, 但这种
情况极少 。
五, 专用钢
这类钢是指某些用于专门用途的钢种 。 它是以其用途名称的
汉语拼音第一个字母表明该钢的类型, 以数字表明其含碳量；化
学元素符号表明钢中含有的合金元素, 其后的数字标明合金元素
的大致含量 。
例如滚珠轴承钢在编号前标以, G”字, 其后为铬 （ Cr） +数字,
数字表示铬含量平均值的千分之几, 如, 滚铬 15”（ GCr15） 。 这
里应注意牌号中铬元素后面的数字是表示含铬量为 1.5%,其他元
素仍按百分之几表示, 如 GCr15SiMn表示含铬为 1.5%,Si,Mn均
小于 1.5% 的滚动轴承钢 。
又如易切钢前标以, Y”字, Y40Mn表示含碳量约 0.4%,含锰
量小于 1.5的易切钢 。 还有如 20g表示含碳量为 0.20%的锅炉用钢；
16MnR表示含碳量为 1.6%,含锰量小于 1.5%的容器用钢 。
第四节 常见工业用钢的性能及用途
Speciality & Usefulness of Steel
一、结构钢
结构钢按用途分为工程构件用钢和机器零件用钢两大类。
工程构件用钢
工程构件用钢是应用较广泛的钢种之一，用于国防、化工、
石油、电站、车辆、造船、桥梁、建筑等国民经济部门，制造各
种重要构件。
（ 1）普通碳素工程构件用钢
普通碳素工程构件用钢简称普碳钢，产量约占钢总产量的
70%，其中大部分用作机器零件。由于普碳钢易于冶炼、价格低
廉，性能也基本满足了一般工程构件的要求，所以在工程上用量
很大。
（ 2）低合金高强度钢
低合金高强度钢是一种含有少量合金元素，具有较高强度的
构件用钢，由于强度高，所以 1吨低合金高强度钢可顶 1.2~2.0吨
普碳钢使用，从而可减轻构件重量，提高使用的可靠性并节约钢
材。这类钢主要用来制造各种要求强度较高的工程结构，例如船
舶、车辆、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。它在建筑、
石油、化工、铁道、造船、机车车辆、锅炉容器、农机农具等许
多部门得到广泛的应用。
常用低合金高强度钢按其屈服强度的高低分为 6个级别：
300MPa,350 MPa,400 MPa,450 MPa,500 MPa,
550~650 MPa。
（ 3） 工程结构用钢的发展趋势
低合金高强度钢由于其强度高, 韧性和加工性能优异, 合金
元素耗量少, 并且不需进行复杂的热处理, 已越来越受到重视 。
目前, 这类钢发展趋势是,
a） 通过微合金化与合理的轧制工艺结合起来, 实行控制轧制, 以达
到更高的强度 。 在钢中加入少量的微合金化元素, 如 V,Ti,Nb
等, 通过控制轧制时的再结晶过程, 使钢的晶粒细化, 达到既提
高强度又改善塑韧性的最佳效果 。
b） 通过合金化改变基体组织, 提高强度 。 在钢中加入较多的其它元
素, 如 Cr,Mn,Mo,Si,B等, 使钢在热轧空冷的条件下即可得
到贝氏体组织, 甚至马氏体组织 。 这种马氏体在冷却过程中可发
生自回火过程, 甚至不需要专门进行回火 。
c） 超低碳化 。 为了保证韧性和焊接性能, 含碳量进一步降低, 甚至
降到 PPM级, 此时必须采用真空冶炼, 或真空去气的先进冶炼工
艺 。
机器零件用钢
指用于制造各种机器零件、如轴类零件、齿轮、弹簧和轴承
等所用的钢种，也称为机器制造用钢。
（ 1）渗碳钢
a）渗碳钢的工作条件及对性能的要求
渗碳钢常用在受冲击和磨损条件下工作的一些机械零件，如
汽车、拖拉机上的变速齿轮、内燃机上的凸轮、活塞销等，要求
表面硬、耐磨，而零件心部则要求有较高的韧性和强度以承受冲
击。通常尺寸小的、受力小的，采用低碳钢，而尺寸大的、受力
大的则采用低碳合金钢。
b） 渗碳钢的成分和钢种
按照渗碳钢的淬透性大小, 可分为三类,
①, 低淬透性渗碳钢 。 典型钢种为 20Cr,这类钢水淬临界
直径 <25mm,渗碳淬火后, 心部强韧性较低, 只适于制造
受冲击载荷较小的耐磨零件, 如活塞销, 凸轮, 滑块, 小齿
轮等 。
②, 中淬透性渗碳钢 。 典型钢种为 20CrMnTi,这类钢油淬
临界直径约为 25～ 60mm,主要用于制造承受中等载荷, 要
求足够冲击韧性和耐磨性的汽车, 拖拉机齿轮等零件 。
③, 高淬透性渗碳钢 。 典型钢种为 20Cr2Ni4A,这类钢的
油淬临界直径 >100mm,主要用于制造大截面, 高载荷的重
要耐磨件, 如飞机, 坦克中的曲轴, 大模数齿轮等 。
c）渗碳钢的热处理
渗碳钢的热处理规范一般是渗碳后进行直
接淬火（一次淬火或二次淬火），而后低温回
火。碳素渗碳钢和低合金渗碳钢，经常采用直
接淬火或一次淬火，而后低温回火；高合金滲
碳钢则采用二次淬火和低温回火处理。
（ 2） 调质钢
a） 调质钢的工作条件及对性能的要求
采用调质处理, 即淬火 +高温回火后使用的优质碳素钢和合金
结构钢, 统称为调质钢 。 淬火后得到位错与孪晶马氏体的混合组
织, 以及残余奥氏体和碳化物 。 用于受力较复杂的重要结构零件 。
如汽车后桥半轴, 连杆, 螺栓以及各种轴类零件 。 对于截面尺寸
大的零件, 为保证有足够的淬透性, 就要采用合金调质钢 。
b） 调质钢的成分特点和钢种
调质钢的含碳量在 0.30~0.50%之间, 属中碳钢, 含碳量在这
一范围内可保证钢的综合性能, 含碳量过低, 则影响钢的强度指
标, 含碳量过高则韧性显得不足 。 一般碳素调质钢的含碳量偏上
限, 对于合金调质钢, 随合金元素的增加, 含碳量趋于下限 。
按淬透性的高低，调质钢大致可以分为三类,
①．低淬透性调质钢。典型钢种是 40Cr，这类钢的油淬临界
直径最大为 30～ 40mm，广泛用于制造一般尺寸的重要零件，如
轴、齿轮、连杆螺栓等。 35SiMn,40MnB是为节约铬而发展的代
用钢种。
②．中淬透性调质钢。典型钢种为 40CrNi，这类钢的油淬临
界直径最大为 40～ 60mm，含有较多的合金元素，用于制造截面
较大、承受较重载荷的零件，如曲轴、连杆等。
③．高淬透性调质钢。典型钢种为 40CrNiMoA，这类钢的油淬
临界直径为 60～ 100mm，多半为铬镍钢。铬、镍的适当配合，可
大大提高淬透性，并能获得比较优良的综合机械性能。用于制造
大截面、承受重负荷的重要零件，如汽轮机主轴、压力机曲轴、
航空发动机曲轴等。
c) 调质钢的热处理
调质钢的热处理通常是淬火＋高温回火（调质处理）
（ 3） 弹簧钢
a） 弹簧钢的工作条件及对性能的要求
弹簧是各种机器和仪表中的重要零件 。 它是利用弹性变形吸
收能量以缓和振动和冲击, 或依靠弹性储存能量来起驱动作用 。
因此, 要求制造弹簧的材料具有高的弹性极 （ 即具有高的屈服点
或屈强比 ）, 高的疲劳极限与足够的塑性和韧性 。
b） 弹簧钢的成分特点和钢种
弹簧钢含碳量一般为 0.45~0.70%。 含碳量过高, 塑性和韧性
降低, 疲劳极限也下降 。 可加入的合金元素有锰, 硅, 铬, 矾和
钨等 。 加入硅, 锰主要是提高淬透性, 同时也提高屈强比, 其中
硅的作用更为突出 。 硅, 锰元素的不足之处是硅会促使钢材表面
在加热时脱碳, 锰则使钢易于过热 。 因此, 重要用途的弹簧钢必
须加入铬, 矾, 钨等 。 它们不仅使钢材有更高的淬透性, 不易脱
碳和过热, 而且有更高的高温强度和韧性 。
c）弹簧钢的热处理
根据弹簧钢的生产方式，可分为热成型弹簧和冷成型弹簧两
类，所以其热处理也分为两类。
对于热成形弹簧，一般可在淬火加热时成形，然后淬火 +中温
回火，获得回火屈氏体组织，具有很高的屈服强度和弹性极限，
并有一定的塑性和韧性。
弹簧经热处理后，一般进行噴丸处理，使表面强化并在表面
产生残余压应力，以提高疲劳强度。
（ 4） 滚动轴承钢
a） 滚动轴承钢的工作条件及对性能的要求
用于制造滚动轴承的钢称为滚动轴承钢 。 滚动轴承是一种高速转
动的零件, 工作时接触面积很小, 不仅有滚动摩擦, 而且有滑动摩
擦, 承受很高, 很集中的周期性交变载荷, 所以常常是接触疲劳破
坏 。 因此要求滚动轴承钢具有高而均匀的硬度, 高的弹性极限和接
触疲劳强度, 足够的韧性和淬透性, 一定的抗腐蚀能力 。
b） 滚动轴承钢的成分特点及钢种
滚动轴承钢是一种高碳低铬钢, 含碳量为 0.95%~1.10%,含铬
量为 0.4%~1.65%。 高碳为保证有高的淬硬性, 同时可形成铬的碳
化物强化相 。 铬的主要作用是增加钢的淬透性,使淬火, 回火后整个
截面上获得较均匀的组织 。 铬可形成合金渗碳体 （ Fe·Cr） 3C,加热
时降低过热敏感性, 得到细小的奥氏体组织 。 溶入奥氏体中的铬,
又可提高马氏体的回火稳定性 。 高碳低铬的滚动轴承钢, 经正常热
处理后获得较高且均匀的硬度, 强度和较好的耐磨性 。
c） 滚动轴承钢的热处理
滚动轴承钢的预备热处理是球化退火, 滚动轴承钢的最终热
处理为淬火 +低温回火, 淬火切忌过热, 淬火后立即回火, 经
150~160℃ 回火 2~4h,以去除应力, 提高韧性和稳定性 。 滚动轴
承钢淬火, 回火后得到极细的回火马氏体；分布均匀细小的粒状
碳化物 （ 5%~10%） 以及少量残余奥氏体 （ 5%~10%）, 硬度
为 HRC62~66。
二, 工具钢
工具钢是用来制造刀具, 模具和量具的钢 。 按化学成分分为
碳素工具钢, 低合金工具钢, 高合金工具钢等 。 按用途分为刃具
钢, 模具钢和量具钢 。
刃具钢
（ 1） 切削刃具的工作条件及对性能的要求
车刀工作时主要是承受压应力和弯曲应力, 受到很大的机械
磨损 。 机床的震动, 要求刀具有一定的耐冲击性能 。 连续低速切
削时, 要求车刀有高的硬度, 耐磨性和适当的弯曲强度, 防止刃
部磨钝 。 连续高速切削时, 由于车刀与工件接触, 刃部温度会迅
速升高, 这就要求车刀有较高的热稳定性 （ 又称热硬性或红硬
性 ） 。
鉴于刃具的特殊工况条件, 对刃具钢的基本性能要求应该是：
高的切断抗力, 高的耐磨性, 高的弯曲强度和足够的韧性, 高的
热稳定性 。
（ 2） 碳素工具钢与低合金工具钢
主要用于制造低速切削工具, 如锉刀, 钳子, 手用锯条等 。
典型钢号,
碳素工具钢,T8,T12等 。
低合金工具钢,9SiCr,CrWMn等 。
碳素工具钢价格低廉, 用于生产普通手用锯条, 锉刀, 钳子
等, 而低合金工具钢淬透性好, 常用于制作形状复杂的, 要求变
形小的刀具 。
热处理工艺,
预备热处理：球化退火
最终热处理：淬火＋低温回火 。
（ 3） 高速工具钢
a） 高速钢的成分特点与常用钢种
高速钢是一种含有钨, 铬, 钒等多种元素的高合金工具钢 。
钢中加入较多的碳, 其作用是既保证它的淬硬性, 又保证淬火后
有足够多的碳化物相 。 一般含碳量在 1%左右, 最高可达 1.6%。
高速钢中一般含有较多数量的 W元素, 它是提高钢红硬性的
主要元素,由于世界范围 W资源的缺少,使人们找到了以 Mo,Co元
素代替 W元素而保持高的红硬性的方法 。
Cr元素在钢中的作用,Cr的加入可提高钢的淬透性, 并能形
成碳化物强化相 。
V元素在钢中的作用,V与 C的亲和力很强, 在高速钢中形成碳
化物 （ VC）, 它有很高的稳定性, 即使淬火温度在 1260~1280℃
时, VC也不会全部溶于奥氏体中 。 在高温多次回火过程中 VC呈弥
散状析出, 进一步提高了高速钢的硬度, 强度和耐磨性 。
高速钢主要用于制造高速切削工具, 如车刀, 铣刀, 刨刀等 。
典型钢号,
W18Cr4V（ 18－ 4－ 1）, W6Mo5Cr4V2（ 6－ 5－ 4－ 2） 。
高速钢的热处理,
预备热处理：大变形锻造后退火
最终热处理：淬火＋ 560℃ 三次回火 。
高速钢的回火, 一般需要进行三次, 其回火温度为 560℃, 每次
1~1.5h。 第一次回火只对淬火马氏体起回火作用, 在回火冷却过程
中, 发生残余奥氏体的转变, 同时产生新的内应力 。 经第二次回火,
没有彻底转变的残余奥氏体继续发生新的转变, 又产生新的内应力 。
这就需要进行第三次回火 。 高速钢淬火后残余奥氏体量大约为 30%，
三次回火后仍保留有 3%~4%,与此同时, 使碳化物析出量增多,
产生二次硬化现象, 提高了刃具使用性能 。 为使高速钢中的残余奥
氏体量减少到最低程度, 往往还需进行冷处理 。
模具钢
根据模具的工作条件不同, 模具钢一般分为冷作模具钢和热
作模具钢两大类 。 前者用于制造冷冲模和冷挤压模等, 工作温度
大都接近室温；后者用于制造热锻模和压铸模等, 工作时型腔表
面温度可高达 600℃ 以上 。
（ 1） 冷作模具钢
a） 冷作模具钢的工作条件及对性能的要求
制造在冷态下变形的模具, 如冷冲模, 冷镦模, 拉丝模, 冷
轧辊等, 从工作条件出发, 对性能的基本要求是,
①, 高的硬度和耐磨性 。
②, 较高的强度和韧性 。
③, 良好的工艺性 。 要求热处理的变形小, 淬透性高 。
模具钢钢号表示方法与低合金工具钢相同 。
b）冷作模具钢的成分特点和钢种
高碳高铬模具钢
这类钢主要是指 Cr12型冷作模具钢。这类钢由于淬透性好，
淬火变形小，耐磨性好，广泛地用于制造负荷大、尺寸大、形状
复杂的模具。钢号有 Cr12,Cr12MoV等。
c）冷作模具钢的热处理
Cr12型钢的预备热处理是球化退火。球化退火的目的是消除
应力、降低硬度、便于切削加工，退火后硬度为 HB207~255。退
火组织为球状珠光体 +均匀分布的碳化物。
最终热处理：淬火 +低温回火
（ 2） 热作模具钢
a） 热作模具钢的工作条件及对性能的要求
制造使金属热成型的模具, 如热锻模, 热挤压模和压铸模 。
这种模是在反复受热和冷却的条件下进行工作的, 所以比冷作模
具有更高要求 。 对热作模具钢的性能要求是,
① 要求综合力学性能好 。
② 抗热疲劳能力高 。
③ 淬透性高 。
b）热作模具钢的成分特点及钢种
对于中小尺寸（截面尺寸 ≤300mm）的模具，一般采用
5CrMnMo，对于大尺寸（截面尺寸 >400mm）的模具，一般采用
5CrNiMo。对于压铸模，常采用 3Cr2W8V。
三, 不锈钢
常用不锈钢有三大类,
马氏体不锈钢
常用马氏体不锈钢的含碳量为 0.1~0.45%,含铬量为
12~14%,属于铬不锈钢, 通常指 Cr13型不锈钢 。 典型钢号有
1Cr13,2Cr13,3Cr13,4Cr13等 。
为了提高耐蚀性, 马氏体不锈钢的含碳量都控制在很低的含
量范围, 一般不超过 0.4%。 含碳量越低, 钢的耐蚀性就越好, 而
含碳量越高, 基体中的含碳量就越高, 则钢的强度和硬度就越高；
含碳量越高, 形成铬的碳化物量也就越多, 其耐蚀性就变得越差
一些 。 由此不难看出, 4Cr13的强度, 硬度指标优于 1Cr13,但其
耐蚀性却不如 1Cr13。
马氏体不锈钢常用来制造需要高强度而又需要抗腐蚀的工具,
如食品加工刀具, 手术刀等 。
马氏体不锈钢的热处理工艺为：淬火＋低温回火 。
铁素体不锈钢
常用的铁素体不锈钢的含碳量低于 0.15%，含铬量为 12~30%，
也属于铬不锈钢，典型钢号有 0Cr13,1Cr17,1Cr17Ti,1Cr28等。
由于含碳量相应地降低，含铬量有相应地提高，钢从室温加热到
高温（ 960~11000C），其显微组织始终是单相铁素体组织。其
耐蚀性、塑性、焊接性均优于马氏体不锈钢。对于高铬铁素体不
锈钢，其抗氧化性介质腐蚀的能力较强，随含铬量增加，耐蚀性
又进一步提高。
钢中加入钛，能细化晶粒，稳定碳和氮，改善钢的韧性和焊
接性。
奥氏体不锈钢
在含 18%Cr的钢中加入 8~11%Ni，就是的奥氏体不锈钢。如
1Cr18Ni9是最典型的钢号。这类钢由于镍的加入，扩大了奥氏体
区域，从而在室温下就能得到亚稳的单相奥氏体组织。由于含有
较高的铬和镍，并呈单相的奥氏体组织，因而具有比铬不锈钢更
高的化学稳定性，有更好的耐腐蚀性，是目前应用最多的一类不
锈钢。
Industry Steels
在工业用钢中除铁、碳之外，还含有其它元素。分
常存元素；偶存元素；隐存元素和合金元素。常存
元素有锰、硅、硫、磷。偶存元素是由于矿石产地
不同（有与铁共存的共生矿混入）及以废钢为原料，
在冶炼及工艺操作时带入钢中，如铜、钛、钒、稀
土元素等。隐存元素是指原子半径较小的非金属元
素，如氧、氢等。合金元素是指为改变成分特别添
加的元素，如铬、镍、钨、钼、钒等。
第一节 钢的分类
Classify of Steels
钢的种类繁多, 为了便于生产, 使
用和研究, 可以按照化学成分, 冶
金质量和用途对钢进行分类 。
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0, 3 %C%
0, 3 % C%
0, 6 %C
5%M%
5%M%
1 0 %M%
低碳钢
中碳钢
％高碳钢
钢碳
低合金钢
中合金钢
高合金钢
合金钢
按成分分类
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耐热钢
不锈钢
特殊钢
量具钢
模具钢
切削用钢
工具钢
滚动轴承钢
弹簧钢
调质钢
渗碳钢
工程用钢
结构钢
按用途分类
第二节 钢中的杂质及合金元素
Impurity & Alloying Element in Steel
一、钢中的杂质元素
钢在冶炼的时候，除了必须的合金元素外，不可避免的会从原料中
带入一些杂质元素。杂质元素主要有硫、磷、氮、氢、砷、锡、秘、锑
等。这些杂质元素对钢组织和性能产生不利的影响。
硫易在钢中形成 FeS共晶体，熔点很低，造成, 热脆, 。
磷使钢脆化，降低钢的塑性和韧性，产生, 冷脆性,,使钢的冷加
工性能和焊接性能变坏。
氧容易在钢中形成氧化物，使性能下降。
李熏首先发现，氢在钢中形成所谓, 氢脆, 现象，严重影响钢的塑
性。钢的强度越高，脆性越大，造成的危害也越严重。
二, 合金元素在钢中的作用
合金元素在钢中可以两种形式存在：一是溶解于碳钢原有的
相中, 另一种是形成某些碳钢中所没有的新相 。
合金元素对钢中基本相的影响
碳钢中有三个基本相, 即铁素体, 奥氏体和渗碳体 。 合金元
素加入钢中时, 可以溶于此三相中形成合金铁素体, 合金奥氏体
及合金渗碳体 。
合金元素溶于铁素体中, 对位错线的移动起牵制作用, 降低
位错的易动性, 从而提高塑变抗力, 产生固溶强化效果 。
合金渗碳体的晶体结构与渗碳体相同, 可表达为 (Fe,Me)3C
（ Me代表合金元素 ） 。 渗碳体中溶入碳化物形成元素后, 硬度有
明显增加, 因而可提高钢的耐磨性 。
当钢中合金元素含量超过一定限度时, 可以生成一些碳钢中
没有的新相 。 其中最重要的是由强碳化物形成元素生成的各种合
金碳化物 （ 如 W2C,VC,TiC等 ） 。 它们熔点高, 硬度高, 加热
时很难溶于奥氏体中, 因此对钢的机械性能及工艺性能有很大影
响 。
合金元素对铁碳相图的影响
合金元素对碳钢中的相平衡关系有很大影响, 加入合金元素
后 Fe-Fe3C相图要发生变化 。 加入合金元素, 可使 α－ Fe与 γ－ Fe
存在范围发生变化 。 按照对 α－ Fe或 γ－ Fe的作用, 可将合金元素
分为两大类 。
（ 1） 扩大奥氏体区的元素
扩大奥氏体区域的元素有镍, 锰, 碳, 氮等, 这些元素使 A1
和 A3温度降低, 使 S点, E点向左下方移动, 从而使奥氏体区域扩
大 。 其中与 γ－ Fe无限互溶的元素镍或锰的含量较多时, 可使钢
在室温下以奥氏体单相存在而成为一种奥氏体钢 。 如 Ni%>9%的
不锈钢和 Mn%>13%的 ZGMn13耐磨钢均属奥氏体钢 。
（ 2）缩小奥氏体区的元素
缩小奥氏体区的元素有铬、钼、硅、钨等，使 A1和 A3温度升
高，使 S点,E点向左上方移动，从而使奥氏体区域缩小。由于 A1
和 A3温度升高了，这类钢的淬火温度也相应地提高了。图 7-2表
示铬对奥氏体区域位置的影响。当加入的元素超过一定含量后，
则奥氏体可能完全消失，此时，钢在包括室温在内的广大温度范
围内获得单相铁素体，通常称之为铁素体钢。如含 17%～ 28%Cr
的 Cr17,Cr25,Cr28不锈钢就是铁素体不锈钢。
合金元素对钢的热处理的影响
合金元素主要是通过改变钢在热处理过程中的组织转变来显
示其作用的 。 合金元素对钢的热处理的影响主要表现在对加热,
冷却和回火过程中的相变等方面 。
（ 1） 对加热的影响
增加奥氏体化的时间, 阻止奥氏体晶粒长大 。
（ 2） 对冷却转变的影响
提高过冷奥氏体的稳定性, 提高钢的淬透性 。
（ 3） 对淬火钢回火转变的影响
提高回火稳定性, 形成特殊碳化物 。
合金元素对钢的机械和工艺性能的影响
（ 1）对强度的影响
固溶强化、细晶强化、弥散强化
（ 2）对塑性和韧性的影响
一般降低钢的塑性和韧性。
（ 3）对工艺性能的影响
对铸造、锻造、焊接、切削性能的影响。
根据钢中合金元素与碳的亲合力的大小, 合金元素可分为碳化物
形成元素和非碳化物形成元素 。
非碳化物形成元素主要有,Ni,Si,Co,Cu,Al,N,B等, 它们
几乎都固溶于铁素体和奥氏体中 。
碳化物形成元素与钢中的碳原子相互作用可形成各种碳化物, 碳
化物的种类, 数量, 尺寸大小以及分布等对钢的性能均起到重要的影
响 。
碳化物形成元素均是过渡族金属, 它们与碳原子间的结合力大小,
将影响到形成碳化物的难易程度以及碳化物的稳定性 。 结合力的大小
主要取决于原子 d层的电子数 。 d层的电子数越少, 它与碳的亲合力就
越大, 形成的碳化物在钢中也越稳定 。
按照原子间结合力的大小可将合金元素分为：强碳化物形成元素,
如 Ti,Zr,Nb,V；中等强碳化物形成元素, 如 W,Mo,Cr和弱碳化
物形成元素, 如 Mn。 如果是多种碳化物形成元素共存在于钢中, 一
般情况是强碳化物形成元素优先与碳结合形成碳化物 。
为了管理和使用的方便，每一种合金钢都应该有一个简明的
编号。世界各国钢的编号方法不一样。钢编号的原则主要有两条,
（ 1）根据编号可以大致看出该钢的成分。
（ 2）根据编号可大致看出该钢的用途。
我国的钢材编号是采用国际化学元素符号和汉语拼音字母并
用的原则。即钢号中的化学元素采用国际化学元素符号表示。
第三节 我国的钢材编号
Steel Grade
一、普通碳素结构钢
普通碳素结构钢的牌号以, Q＋数字＋字母＋字母” 表示。其
中,,Q”字是钢材的屈服强度, 屈, 字的汉语拼音字首，紧跟后
面的是屈服强度值，再其后分别是质量等级符号和脱氧方法。例
如,Q235AF即表示屈服强度值为 235MPa的 A级沸腾钢。
牌号中规定了 A,B,C,D四种质量等级,A级质量最差,D级
质量最好。
按脱氧制度，沸腾钢在钢号后加, F”，半镇静钢在钢号后加
,b”,镇静钢则不加任何字母。
二,优质碳素结构钢与合金结构钢
优质碳素结构钢与合金结构钢编号的方法是相同的，都是以
,两位数字＋元素＋数字＋ ?” 的方法表示。钢号的前两位数字
表示平均含碳量的万分之几，沸腾钢、半镇静钢以及专门用途的
优质碳素结构钢，应在钢号后特别标出。合金元素以化学元素符
号表示，合金元素后面的数字则表示该元素的含量，一般以百分
之几表示。
三, 碳素工具钢
碳素工具钢的牌号以, T＋数字＋字母, 表示 。 钢号前面的
,碳, 或, T”表示碳素工具钢, 其后的数字表示含碳量的千分之
几 。 如平均含碳量为 0.8%的碳素工具钢, 其钢号为, 碳 8”或
,T8”。
含锰量较高者, 在钢号后标以, 锰, 或, Mn”,如, 碳 8锰, 或
,T8Mn”。 如为高级优质碳素工具钢, 则在其钢号后加, 高, 或
,A”,如, 碳 10高, 或, T10A”。
四, 合金工具钢与特殊性能钢
合金工具钢的牌号以, 一位数字 （ 或没有数字 ） ＋元素＋数
字＋ ?, 表示 。 其编号方法与合金结构钢大体相同, 区别在于含
碳量的表示方法, 当碳含量 ≥1.0%时, 则不予标出 。 而对于含铬
量低的钢, 其含铬量以千分之几表示, 并在数字前加, 0”, 以
示区别 。 如平均 Cr =0.6%的低铬工具钢的钢号为, Cr06” 。
在高速钢的钢号中, 一般不标出含碳量, 只标出合金元素含
量平均值的百分之几 。
特殊性能钢的牌号和合金工具钢的表示相同, 但也有少数例
外, 例如耐热钢 20Cr3W3NbN其编号方法和结构钢相同, 但这种
情况极少 。
五, 专用钢
这类钢是指某些用于专门用途的钢种 。 它是以其用途名称的
汉语拼音第一个字母表明该钢的类型, 以数字表明其含碳量；化
学元素符号表明钢中含有的合金元素, 其后的数字标明合金元素
的大致含量 。
例如滚珠轴承钢在编号前标以, G”字, 其后为铬 （ Cr） +数字,
数字表示铬含量平均值的千分之几, 如, 滚铬 15”（ GCr15） 。 这
里应注意牌号中铬元素后面的数字是表示含铬量为 1.5%,其他元
素仍按百分之几表示, 如 GCr15SiMn表示含铬为 1.5%,Si,Mn均
小于 1.5% 的滚动轴承钢 。
又如易切钢前标以, Y”字, Y40Mn表示含碳量约 0.4%,含锰
量小于 1.5的易切钢 。 还有如 20g表示含碳量为 0.20%的锅炉用钢；
16MnR表示含碳量为 1.6%,含锰量小于 1.5%的容器用钢 。
第四节 常见工业用钢的性能及用途
Speciality & Usefulness of Steel
一、结构钢
结构钢按用途分为工程构件用钢和机器零件用钢两大类。
工程构件用钢
工程构件用钢是应用较广泛的钢种之一，用于国防、化工、
石油、电站、车辆、造船、桥梁、建筑等国民经济部门，制造各
种重要构件。
（ 1）普通碳素工程构件用钢
普通碳素工程构件用钢简称普碳钢，产量约占钢总产量的
70%，其中大部分用作机器零件。由于普碳钢易于冶炼、价格低
廉，性能也基本满足了一般工程构件的要求，所以在工程上用量
很大。
（ 2）低合金高强度钢
低合金高强度钢是一种含有少量合金元素，具有较高强度的
构件用钢，由于强度高，所以 1吨低合金高强度钢可顶 1.2~2.0吨
普碳钢使用，从而可减轻构件重量，提高使用的可靠性并节约钢
材。这类钢主要用来制造各种要求强度较高的工程结构，例如船
舶、车辆、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。它在建筑、
石油、化工、铁道、造船、机车车辆、锅炉容器、农机农具等许
多部门得到广泛的应用。
常用低合金高强度钢按其屈服强度的高低分为 6个级别：
300MPa,350 MPa,400 MPa,450 MPa,500 MPa,
550~650 MPa。
（ 3） 工程结构用钢的发展趋势
低合金高强度钢由于其强度高, 韧性和加工性能优异, 合金
元素耗量少, 并且不需进行复杂的热处理, 已越来越受到重视 。
目前, 这类钢发展趋势是,
a） 通过微合金化与合理的轧制工艺结合起来, 实行控制轧制, 以达
到更高的强度 。 在钢中加入少量的微合金化元素, 如 V,Ti,Nb
等, 通过控制轧制时的再结晶过程, 使钢的晶粒细化, 达到既提
高强度又改善塑韧性的最佳效果 。
b） 通过合金化改变基体组织, 提高强度 。 在钢中加入较多的其它元
素, 如 Cr,Mn,Mo,Si,B等, 使钢在热轧空冷的条件下即可得
到贝氏体组织, 甚至马氏体组织 。 这种马氏体在冷却过程中可发
生自回火过程, 甚至不需要专门进行回火 。
c） 超低碳化 。 为了保证韧性和焊接性能, 含碳量进一步降低, 甚至
降到 PPM级, 此时必须采用真空冶炼, 或真空去气的先进冶炼工
艺 。
机器零件用钢
指用于制造各种机器零件、如轴类零件、齿轮、弹簧和轴承
等所用的钢种，也称为机器制造用钢。
（ 1）渗碳钢
a）渗碳钢的工作条件及对性能的要求
渗碳钢常用在受冲击和磨损条件下工作的一些机械零件，如
汽车、拖拉机上的变速齿轮、内燃机上的凸轮、活塞销等，要求
表面硬、耐磨，而零件心部则要求有较高的韧性和强度以承受冲
击。通常尺寸小的、受力小的，采用低碳钢，而尺寸大的、受力
大的则采用低碳合金钢。
b） 渗碳钢的成分和钢种
按照渗碳钢的淬透性大小, 可分为三类,
①, 低淬透性渗碳钢 。 典型钢种为 20Cr,这类钢水淬临界
直径 <25mm,渗碳淬火后, 心部强韧性较低, 只适于制造
受冲击载荷较小的耐磨零件, 如活塞销, 凸轮, 滑块, 小齿
轮等 。
②, 中淬透性渗碳钢 。 典型钢种为 20CrMnTi,这类钢油淬
临界直径约为 25～ 60mm,主要用于制造承受中等载荷, 要
求足够冲击韧性和耐磨性的汽车, 拖拉机齿轮等零件 。
③, 高淬透性渗碳钢 。 典型钢种为 20Cr2Ni4A,这类钢的
油淬临界直径 >100mm,主要用于制造大截面, 高载荷的重
要耐磨件, 如飞机, 坦克中的曲轴, 大模数齿轮等 。
c）渗碳钢的热处理
渗碳钢的热处理规范一般是渗碳后进行直
接淬火（一次淬火或二次淬火），而后低温回
火。碳素渗碳钢和低合金渗碳钢，经常采用直
接淬火或一次淬火，而后低温回火；高合金滲
碳钢则采用二次淬火和低温回火处理。
（ 2） 调质钢
a） 调质钢的工作条件及对性能的要求
采用调质处理, 即淬火 +高温回火后使用的优质碳素钢和合金
结构钢, 统称为调质钢 。 淬火后得到位错与孪晶马氏体的混合组
织, 以及残余奥氏体和碳化物 。 用于受力较复杂的重要结构零件 。
如汽车后桥半轴, 连杆, 螺栓以及各种轴类零件 。 对于截面尺寸
大的零件, 为保证有足够的淬透性, 就要采用合金调质钢 。
b） 调质钢的成分特点和钢种
调质钢的含碳量在 0.30~0.50%之间, 属中碳钢, 含碳量在这
一范围内可保证钢的综合性能, 含碳量过低, 则影响钢的强度指
标, 含碳量过高则韧性显得不足 。 一般碳素调质钢的含碳量偏上
限, 对于合金调质钢, 随合金元素的增加, 含碳量趋于下限 。
按淬透性的高低，调质钢大致可以分为三类,
①．低淬透性调质钢。典型钢种是 40Cr，这类钢的油淬临界
直径最大为 30～ 40mm，广泛用于制造一般尺寸的重要零件，如
轴、齿轮、连杆螺栓等。 35SiMn,40MnB是为节约铬而发展的代
用钢种。
②．中淬透性调质钢。典型钢种为 40CrNi，这类钢的油淬临
界直径最大为 40～ 60mm，含有较多的合金元素，用于制造截面
较大、承受较重载荷的零件，如曲轴、连杆等。
③．高淬透性调质钢。典型钢种为 40CrNiMoA，这类钢的油淬
临界直径为 60～ 100mm，多半为铬镍钢。铬、镍的适当配合，可
大大提高淬透性，并能获得比较优良的综合机械性能。用于制造
大截面、承受重负荷的重要零件，如汽轮机主轴、压力机曲轴、
航空发动机曲轴等。
c) 调质钢的热处理
调质钢的热处理通常是淬火＋高温回火（调质处理）
（ 3） 弹簧钢
a） 弹簧钢的工作条件及对性能的要求
弹簧是各种机器和仪表中的重要零件 。 它是利用弹性变形吸
收能量以缓和振动和冲击, 或依靠弹性储存能量来起驱动作用 。
因此, 要求制造弹簧的材料具有高的弹性极 （ 即具有高的屈服点
或屈强比 ）, 高的疲劳极限与足够的塑性和韧性 。
b） 弹簧钢的成分特点和钢种
弹簧钢含碳量一般为 0.45~0.70%。 含碳量过高, 塑性和韧性
降低, 疲劳极限也下降 。 可加入的合金元素有锰, 硅, 铬, 矾和
钨等 。 加入硅, 锰主要是提高淬透性, 同时也提高屈强比, 其中
硅的作用更为突出 。 硅, 锰元素的不足之处是硅会促使钢材表面
在加热时脱碳, 锰则使钢易于过热 。 因此, 重要用途的弹簧钢必
须加入铬, 矾, 钨等 。 它们不仅使钢材有更高的淬透性, 不易脱
碳和过热, 而且有更高的高温强度和韧性 。
c）弹簧钢的热处理
根据弹簧钢的生产方式，可分为热成型弹簧和冷成型弹簧两
类，所以其热处理也分为两类。
对于热成形弹簧，一般可在淬火加热时成形，然后淬火 +中温
回火，获得回火屈氏体组织，具有很高的屈服强度和弹性极限，
并有一定的塑性和韧性。
弹簧经热处理后，一般进行噴丸处理，使表面强化并在表面
产生残余压应力，以提高疲劳强度。
（ 4） 滚动轴承钢
a） 滚动轴承钢的工作条件及对性能的要求
用于制造滚动轴承的钢称为滚动轴承钢 。 滚动轴承是一种高速转
动的零件, 工作时接触面积很小, 不仅有滚动摩擦, 而且有滑动摩
擦, 承受很高, 很集中的周期性交变载荷, 所以常常是接触疲劳破
坏 。 因此要求滚动轴承钢具有高而均匀的硬度, 高的弹性极限和接
触疲劳强度, 足够的韧性和淬透性, 一定的抗腐蚀能力 。
b） 滚动轴承钢的成分特点及钢种
滚动轴承钢是一种高碳低铬钢, 含碳量为 0.95%~1.10%,含铬
量为 0.4%~1.65%。 高碳为保证有高的淬硬性, 同时可形成铬的碳
化物强化相 。 铬的主要作用是增加钢的淬透性,使淬火, 回火后整个
截面上获得较均匀的组织 。 铬可形成合金渗碳体 （ Fe·Cr） 3C,加热
时降低过热敏感性, 得到细小的奥氏体组织 。 溶入奥氏体中的铬,
又可提高马氏体的回火稳定性 。 高碳低铬的滚动轴承钢, 经正常热
处理后获得较高且均匀的硬度, 强度和较好的耐磨性 。
c） 滚动轴承钢的热处理
滚动轴承钢的预备热处理是球化退火, 滚动轴承钢的最终热
处理为淬火 +低温回火, 淬火切忌过热, 淬火后立即回火, 经
150~160℃ 回火 2~4h,以去除应力, 提高韧性和稳定性 。 滚动轴
承钢淬火, 回火后得到极细的回火马氏体；分布均匀细小的粒状
碳化物 （ 5%~10%） 以及少量残余奥氏体 （ 5%~10%）, 硬度
为 HRC62~66。
二, 工具钢
工具钢是用来制造刀具, 模具和量具的钢 。 按化学成分分为
碳素工具钢, 低合金工具钢, 高合金工具钢等 。 按用途分为刃具
钢, 模具钢和量具钢 。
刃具钢
（ 1） 切削刃具的工作条件及对性能的要求
车刀工作时主要是承受压应力和弯曲应力, 受到很大的机械
磨损 。 机床的震动, 要求刀具有一定的耐冲击性能 。 连续低速切
削时, 要求车刀有高的硬度, 耐磨性和适当的弯曲强度, 防止刃
部磨钝 。 连续高速切削时, 由于车刀与工件接触, 刃部温度会迅
速升高, 这就要求车刀有较高的热稳定性 （ 又称热硬性或红硬
性 ） 。
鉴于刃具的特殊工况条件, 对刃具钢的基本性能要求应该是：
高的切断抗力, 高的耐磨性, 高的弯曲强度和足够的韧性, 高的
热稳定性 。
（ 2） 碳素工具钢与低合金工具钢
主要用于制造低速切削工具, 如锉刀, 钳子, 手用锯条等 。
典型钢号,
碳素工具钢,T8,T12等 。
低合金工具钢,9SiCr,CrWMn等 。
碳素工具钢价格低廉, 用于生产普通手用锯条, 锉刀, 钳子
等, 而低合金工具钢淬透性好, 常用于制作形状复杂的, 要求变
形小的刀具 。
热处理工艺,
预备热处理：球化退火
最终热处理：淬火＋低温回火 。
（ 3） 高速工具钢
a） 高速钢的成分特点与常用钢种
高速钢是一种含有钨, 铬, 钒等多种元素的高合金工具钢 。
钢中加入较多的碳, 其作用是既保证它的淬硬性, 又保证淬火后
有足够多的碳化物相 。 一般含碳量在 1%左右, 最高可达 1.6%。
高速钢中一般含有较多数量的 W元素, 它是提高钢红硬性的
主要元素,由于世界范围 W资源的缺少,使人们找到了以 Mo,Co元
素代替 W元素而保持高的红硬性的方法 。
Cr元素在钢中的作用,Cr的加入可提高钢的淬透性, 并能形
成碳化物强化相 。
V元素在钢中的作用,V与 C的亲和力很强, 在高速钢中形成碳
化物 （ VC）, 它有很高的稳定性, 即使淬火温度在 1260~1280℃
时, VC也不会全部溶于奥氏体中 。 在高温多次回火过程中 VC呈弥
散状析出, 进一步提高了高速钢的硬度, 强度和耐磨性 。
高速钢主要用于制造高速切削工具, 如车刀, 铣刀, 刨刀等 。
典型钢号,
W18Cr4V（ 18－ 4－ 1）, W6Mo5Cr4V2（ 6－ 5－ 4－ 2） 。
高速钢的热处理,
预备热处理：大变形锻造后退火
最终热处理：淬火＋ 560℃ 三次回火 。
高速钢的回火, 一般需要进行三次, 其回火温度为 560℃, 每次
1~1.5h。 第一次回火只对淬火马氏体起回火作用, 在回火冷却过程
中, 发生残余奥氏体的转变, 同时产生新的内应力 。 经第二次回火,
没有彻底转变的残余奥氏体继续发生新的转变, 又产生新的内应力 。
这就需要进行第三次回火 。 高速钢淬火后残余奥氏体量大约为 30%，
三次回火后仍保留有 3%~4%,与此同时, 使碳化物析出量增多,
产生二次硬化现象, 提高了刃具使用性能 。 为使高速钢中的残余奥
氏体量减少到最低程度, 往往还需进行冷处理 。
模具钢
根据模具的工作条件不同, 模具钢一般分为冷作模具钢和热
作模具钢两大类 。 前者用于制造冷冲模和冷挤压模等, 工作温度
大都接近室温；后者用于制造热锻模和压铸模等, 工作时型腔表
面温度可高达 600℃ 以上 。
（ 1） 冷作模具钢
a） 冷作模具钢的工作条件及对性能的要求
制造在冷态下变形的模具, 如冷冲模, 冷镦模, 拉丝模, 冷
轧辊等, 从工作条件出发, 对性能的基本要求是,
①, 高的硬度和耐磨性 。
②, 较高的强度和韧性 。
③, 良好的工艺性 。 要求热处理的变形小, 淬透性高 。
模具钢钢号表示方法与低合金工具钢相同 。
b）冷作模具钢的成分特点和钢种
高碳高铬模具钢
这类钢主要是指 Cr12型冷作模具钢。这类钢由于淬透性好，
淬火变形小，耐磨性好，广泛地用于制造负荷大、尺寸大、形状
复杂的模具。钢号有 Cr12,Cr12MoV等。
c）冷作模具钢的热处理
Cr12型钢的预备热处理是球化退火。球化退火的目的是消除
应力、降低硬度、便于切削加工，退火后硬度为 HB207~255。退
火组织为球状珠光体 +均匀分布的碳化物。
最终热处理：淬火 +低温回火
（ 2） 热作模具钢
a） 热作模具钢的工作条件及对性能的要求
制造使金属热成型的模具, 如热锻模, 热挤压模和压铸模 。
这种模是在反复受热和冷却的条件下进行工作的, 所以比冷作模
具有更高要求 。 对热作模具钢的性能要求是,
① 要求综合力学性能好 。
② 抗热疲劳能力高 。
③ 淬透性高 。
b）热作模具钢的成分特点及钢种
对于中小尺寸（截面尺寸 ≤300mm）的模具，一般采用
5CrMnMo，对于大尺寸（截面尺寸 >400mm）的模具，一般采用
5CrNiMo。对于压铸模，常采用 3Cr2W8V。
三, 不锈钢
常用不锈钢有三大类,
马氏体不锈钢
常用马氏体不锈钢的含碳量为 0.1~0.45%,含铬量为
12~14%,属于铬不锈钢, 通常指 Cr13型不锈钢 。 典型钢号有
1Cr13,2Cr13,3Cr13,4Cr13等 。
为了提高耐蚀性, 马氏体不锈钢的含碳量都控制在很低的含
量范围, 一般不超过 0.4%。 含碳量越低, 钢的耐蚀性就越好, 而
含碳量越高, 基体中的含碳量就越高, 则钢的强度和硬度就越高；
含碳量越高, 形成铬的碳化物量也就越多, 其耐蚀性就变得越差
一些 。 由此不难看出, 4Cr13的强度, 硬度指标优于 1Cr13,但其
耐蚀性却不如 1Cr13。
马氏体不锈钢常用来制造需要高强度而又需要抗腐蚀的工具,
如食品加工刀具, 手术刀等 。
马氏体不锈钢的热处理工艺为：淬火＋低温回火 。
铁素体不锈钢
常用的铁素体不锈钢的含碳量低于 0.15%，含铬量为 12~30%，
也属于铬不锈钢，典型钢号有 0Cr13,1Cr17,1Cr17Ti,1Cr28等。
由于含碳量相应地降低，含铬量有相应地提高，钢从室温加热到
高温（ 960~11000C），其显微组织始终是单相铁素体组织。其
耐蚀性、塑性、焊接性均优于马氏体不锈钢。对于高铬铁素体不
锈钢，其抗氧化性介质腐蚀的能力较强，随含铬量增加，耐蚀性
又进一步提高。
钢中加入钛，能细化晶粒，稳定碳和氮，改善钢的韧性和焊
接性。
奥氏体不锈钢
在含 18%Cr的钢中加入 8~11%Ni，就是的奥氏体不锈钢。如
1Cr18Ni9是最典型的钢号。这类钢由于镍的加入，扩大了奥氏体
区域，从而在室温下就能得到亚稳的单相奥氏体组织。由于含有
较高的铬和镍，并呈单相的奥氏体组织，因而具有比铬不锈钢更
高的化学稳定性，有更好的耐腐蚀性，是目前应用最多的一类不
锈钢。
