第一節(jié) 鋼的分類與牌號
一．鋼的分類
1．鋼分類
在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13304—91《鋼分類》中，按照化學(xué)成分、主要質(zhì)量等級和主要性能及使用特性，將鋼分為非合金鋼、低合金鋼、合金鋼三大類。以下主要介紹低合金鋼和合金鋼。
(1) 低合金鋼
低合金鋼是指合金元素的種類和含量低于國標(biāo)規(guī)定范圍的鋼。按質(zhì)量等級（即按低合金鋼中有害雜質(zhì)S、P的含量）又可將低合金鋼分為普通質(zhì)量低合金鋼（如一般低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼筋鋼等）；優(yōu)質(zhì)低合金鋼（如通用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、鍋爐和壓力容器用低合金鋼、造船用低合金鋼等）；特殊質(zhì)量低合金鋼（如核能用低合金鋼、低溫壓力容器用鋼等）。
(2) 合金鋼
合金鋼是指合金元素的種類和含量高于國標(biāo)規(guī)定范圍的鋼。按質(zhì)量等級，合金鋼可分為優(yōu)質(zhì)合金鋼（如一般工程結(jié)構(gòu)用合金鋼、耐磨鋼、硅錳彈簧鋼等）；特殊質(zhì)量合金鋼（如合金結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼、耐熱鋼等）。
習(xí)慣上按合金元素總量將合金鋼分為：低合金鋼（wMe＜5%）、中合金鋼（wMe=5%～10%）和高合金鋼（wMe＞10%）。按合金元素種類將合金鋼分為：鉻鋼、錳鋼、硅錳鋼、鉻鎳鋼等。按用途將鋼分為：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、不銹鋼及耐熱鋼等。
二．合金鋼牌號表示方法
合金鋼的牌號是由含碳量數(shù)字、合金元素符號及合金元素含量數(shù)字順序及漢語拼音字母組成的。如60Si2Mn、1Gr13、GCr15等。
1．含碳量數(shù)字
當(dāng)含碳量數(shù)字為兩位數(shù)時，表示鋼中平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)；當(dāng)含碳量數(shù)字為一位數(shù)時，表示鋼中平均含碳量的千分?jǐn)?shù)。例如60Si2Mn鋼平均wC為萬分之六十即0.6%，1Gr13鋼平均wC為千分之一即0.1%。
2．合金元素含量數(shù)字
表示該合金元素平均含量的百分?jǐn)?shù)。當(dāng)合金元素平均含量小于1.5%時不標(biāo)數(shù)字。例如60Si2Mn鋼平均wSi =2%、wMn＜1.5%。
3．符號
當(dāng)采用漢語拼音字母表示產(chǎn)品名稱、用途、特性和工藝方法時，一般從代表產(chǎn)品名稱的漢語拼音中選取第一個字母，加在牌號首或尾部。如GCr15（G表示滾動軸承）、SM3Cr3Mo（SM表示塑料模具）。
第二節(jié) 合金元素對鋼的影響
一. 合金元素對鋼力學(xué)性能的影響
1． 溶解于鐵起固溶強(qiáng)化作用
幾乎所有合金元素均能不同程度地溶于鐵素體、奧氏體中形成固溶體，使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，但塑性韌性有所下降。使鋼具有強(qiáng)韌性的良好配合。
2． 形成碳化物，起第二相強(qiáng)化、硬化作用
按照與碳之間的相互作用不同，常用的合金元素分為非碳化物形成元素和碳化物形成元素兩大類。碳化物形成元素包括Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn等，它們在鋼中能與碳結(jié)合形成碳化物，如TiC、VC、WC等，這些碳化物一般都具有高的硬度、高的熔點(diǎn)和穩(wěn)定性，如果它們顆粒細(xì)小并在鋼中均勻分布時，則顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。
3． 使結(jié)構(gòu)鋼中珠光體增加，起強(qiáng)化的作用
合金元素的加入，使Fe-Fe3C相圖中的共析點(diǎn)左移，因而，與相同含碳量的碳鋼相比，亞共析成分的結(jié)構(gòu)鋼（一般結(jié)構(gòu)鋼為亞共析鋼）含碳量更接近于共析成分，組織中珠光體的數(shù)量，使合金鋼的強(qiáng)度提高。
二. 合金元素對鋼工藝性能的影響
1．對熱處理的影響
（1）對加熱過程奧氏體化的影響
合金鋼熱處理可適當(dāng)提高加熱溫度和延長保溫時間，合金鋼中的合金滲碳體、合金碳化物穩(wěn)定性高，不易溶入奧氏體；合金元素溶入奧氏體后擴(kuò)散很緩慢，因此合金鋼的奧氏體化速度比碳鋼慢，為加速奧氏體化，要求將合金鋼（錳鋼除外）加熱到較高的溫度和保溫較長的時間。除Mn外的所有合金元素都有阻礙奧氏體晶粒長大的作用，尤其是Ti、V等強(qiáng)碳化物形成的合金碳化物穩(wěn)定性高，殘存在奧氏體晶界上，顯著地阻礙奧氏體晶粒長大。因此奧氏體化的晶粒一般比碳鋼細(xì)。
?。?）對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響
合金鋼淬透性更好，可減小淬火冷速，減小淬火變形。但殘余奧氏體增多，除Co外，所有溶于奧氏體中的合金元素，都使過冷奧氏體的穩(wěn)定性增大，使C曲線右移，馬氏體臨界冷卻速度減小，淬透性提高。這使得合金鋼利用較小的冷卻速度即能淬成馬氏體組織，可減小淬火變形。因此大尺寸、形狀復(fù)雜或要求精度高的重要零件需要用合金鋼制作。 除Co、Al外，大多數(shù)合金元素都使Ms點(diǎn)降低，使合金鋼淬火后的殘余奧氏體量比碳鋼多，這將對零件的淬火質(zhì)量會產(chǎn)生不利影響。
（3）對回火轉(zhuǎn)變的影響
合金鋼耐回火性好，回火后強(qiáng)韌性配合更好，有些鋼可產(chǎn)生“二次硬化” ，合金鋼回火時馬氏體不易分解，抗軟化能力強(qiáng)，即提高了鋼的耐回火性，回火后能有更好的強(qiáng)韌性配合。 合金元素能提高馬氏體分解溫度，對于含有較多Cr、Mo、W、V等強(qiáng)碳化物形成元素的鋼，當(dāng)加熱至500～600℃回火時，直接由馬氏體中析出合金碳化物，這些碳化物顆粒細(xì)小，分布彌散，使鋼的硬度不僅不降低，反而升高這種現(xiàn)象稱為“二次硬化”。但有些合金鋼應(yīng)避免“回火脆性”的產(chǎn)生。
2．對焊接性能的影響
淬透性良好的合金鋼在焊接時，容易在接頭處出現(xiàn)淬硬組織，使該處脆性增大，容易出現(xiàn)焊接裂紋；焊接時合金元素容易被氧化形成氧化物夾雜，使焊接質(zhì)量下降，例如，在焊接不銹鋼時，形成Cr2O3夾雜，使焊縫質(zhì)量受到影響，同時由于鉻的損失，不銹鋼的耐腐蝕性下降，所以高合金鋼最好采用保護(hù)作用好的氬弧焊。
3．對鍛造性能的影響
由于合金元素溶入奧氏體后使變形抗力增加，使塑性變形困難，合金鋼鍛造需要施加更大的壓力噸位；同時合金元素使鋼的導(dǎo)熱性降低、脆性加大，增大了合金鋼鍛造時和鍛后冷卻中出現(xiàn)變形、開裂的傾向，因此合金鋼鍛后一般應(yīng)控制終鍛溫度和冷卻速度。
第三節(jié) 低合金鋼
一. 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼
1．化學(xué)成分
這類鋼的成分特點(diǎn)是：低碳、低合金，其wC＜0.20%，常加入的合金元素有Mn、Si、Ti、Nb、V等。含碳量低是為了獲得高的塑性、良好的焊接性和冷變形能力。合金元素Si和Mn主要溶于鐵素體中，起固溶強(qiáng)化作用。Ti、Nb、V等在鋼中形成細(xì)小碳化物，起細(xì)化晶粒和彌散強(qiáng)化作用，從而提高了鋼的強(qiáng)韌性。
2．牌號、性能及用途
牌號表示方法與碳素結(jié)構(gòu)鋼相同，有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460，其中Q345應(yīng)用最廣泛。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是一類可焊接的低碳低合金工程結(jié)構(gòu)用鋼，具有較高的強(qiáng)度，良好的塑性、韌性，良好的焊接性、耐蝕性和冷成形性，低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，適于冷彎和焊接，廣泛用于橋梁、車輛、船舶、鍋爐、高壓容器和輸油管等。在某些場合用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼代替碳素結(jié)構(gòu)鋼可減輕構(gòu)件的質(zhì)量。
——本文摘自《鋼鐵百科》
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