特種鋼的常識

1、合金鋼應用綜述本材料有無錫嘉運不銹鋼-包雷提供TEL金鋼的分類:金鋼的分類方法很多。例如按合金元素質量分數(shù)多少，可分為低合金鋼（合金元素總質量分數(shù)低于5%) 、中合金鋼（合金元素總質量分數(shù)為5%10%）和高合金鋼（合金元素總質量分數(shù)高于10%) 。按所含的主要合金元素，可分為鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼、硅錳鋼等。按小試樣正火或鑄造狀態(tài)的組織，可分為珠光體鋼、馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼和萊氏體鋼等。我國常采用按用途來分類，可分為結構鋼、工具鋼和特殊性能鋼三大類。1. 合金結構鋼用作機械零件和各種工程構件并含有一種或數(shù)種一定量的合金元素的鋼。這類鋼,由于具有合適的淬透性，經適宜

2、的金屬熱處理后，顯微組織為均勻的索氏體、貝氏體或極細的珠光體，因而具有較高的抗拉強度和屈強比（一般在0.85左右），較高的韌性和疲勞強度，和較低的韌性脆性轉變溫度，可用于制造截面尺寸較大的機器零件。(1)合金元素作用有三個方面：增大鋼的淬透性。淬透性是指鋼淬火時，從表層起淬成馬氏體層的深度，是取得良好綜合性能的主要參數(shù)。除Co外，幾乎所有合金元素如 Mn、Mo、Cr、Ni、Si和C、N、B等都能提高鋼的淬透性，其中 Mn、Mo、Cr、B的作用最強，其次是Ni、Si、Cu。而強碳化物形成元素如 V、Ti、Nb等，只有溶于奧氏體中時才能增大鋼的淬透性。影響鋼的回火過程。由于合金元素在回火時能阻礙鋼

3、中各種原子的擴散，因而在同樣溫度下和碳素鋼相比，一般均起到延遲馬氏體的分解和碳化物的聚集長大作用，從而提高鋼的回火穩(wěn)定性,即提高鋼的抗回火軟化能力,V、W、Ti、Cr、Mo、Si的作用比較顯著，Al、Mn、Ni的作用不明顯。含有較高含量的碳化物形成元素如V、W、Mo等的鋼，在500600回火時，析出細小彌散的特殊碳化物質點如V4C3、Mo2C、W2C等,代替部分較粗大的合金滲碳體,使鋼的強度不再下降反而升高,即出現(xiàn)二次硬化（見回火）。Mo對鋼的回火脆性有阻止或減弱的作用。影響鋼的強化和韌化。Ni以固溶強化方式強化鐵素體；Mo、V、Nb等碳化物形成元素,既以彌散硬化方式又以固溶強化方式提高鋼的屈

4、服強度；碳的強化作用最顯著。此外，加入這些合金元素，一般都細化奧氏體晶粒，增加晶界的強化作用。影響鋼的韌性因素比較復雜，Ni改善鋼的韌性；Mn易使奧氏體晶粒粗化，對回火脆性敏感；降低P、S含量，提高鋼的純凈度，對改善鋼的韌性有重要作用。(2)分類合金結構鋼一般分為調質結構鋼和表面硬化結構鋼。調質結構鋼 這類鋼的含碳量一般約為0.25%0.55%，對于既定截面尺寸的結構件，在調質處理（淬火加回火）時，如果沿截面淬透，則力學性能良好，如果淬不透，顯微組織中出現(xiàn)有自由鐵素體，則韌性下降。對具有回火脆性傾向的鋼如錳鋼、鉻鋼、鎳鉻鋼等，回火后應快冷。這類鋼的淬火臨界直徑，隨晶粒度和合金元素含量的增加而增

5、大，例如，40Cr和35SiMn鋼約為3040mm，而40CrNiMo和30CrNi2MoV鋼則約為 60100mm，常用于制造承受較大載荷的軸、連桿等結構件。表面硬化結構鋼 用以制造表層堅硬耐磨而心部柔韌的零部件,如齒輪、軸等。為使零件心部韌性高,鋼中含碳量應低，一般在0.120.25%，同時還有適量的合金元素，以保證適宜的淬透性。氮化鋼還需加入易形成氮化物的合金元素（如Al、Cr、Mo等）。滲碳或碳氮共滲鋼，經850950滲碳或碳氮共滲后，淬火并在低溫回火(約200)狀態(tài)下使用。氮化鋼經氮化處理(480580)，直接使用，不再經淬火與回火處理。(4)生產工藝根據(jù)鋼種和鋼的質量要求，合金結構

6、鋼的冶煉，可采用氧氣頂吹轉爐、平爐、電弧爐；或再加電渣重熔、真空除氣。鑄錠可采用連鑄或模鑄。鋼錠應緩慢冷卻或熱送鍛造、軋制。鋼錠加熱時，應力求溫度均勻并有足夠的保溫時間，以改善偏析缺陷和避免鍛、軋時變形不均勻；鍛、軋后的鋼材，尺寸小的、特別是含碳0.2%左右的滲碳鋼,在600以上時應快速冷卻,以免加重帶狀組織；截面較大的鍛件，應采取措施消除內應力和白點。調質鋼應盡可能淬火成馬氏體組織，然后回火成索氏體組織；滲碳鋼在滲碳過程中，滲層濃度梯度不宜過大,以免在滲層晶界上出現(xiàn)連續(xù)網狀碳化物;氮化鋼必需先經熱處理得到所需的性能，再經最后精加工才能進行氮化。氮化處理后除將脆薄的“白層”研磨除去外，不再加工

7、。可分為普通合金結構鋼和特殊用途合金結構鋼。前者包括低合金高強度鋼、低溫用鋼、超高強度鋼、滲碳鋼、調質鋼和非調質鋼；后者包括彈簧鋼、滾珠軸承鋼、易切削鋼、冷沖壓鋼等。要求具有較高的屈服強度、抗拉強度和疲勞強度，還有足夠的塑性和韌性。一般采用電弧爐和氧氣頂吹轉爐冶煉，要求高的采用爐外精煉、電渣重熔或真空處理、真空感應爐冶煉或雙真空冶煉、合適的熱處理。這類鋼的合金元素含量都相當高，主要有耐蝕鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、磁鋼以及具有其他特殊物理和化學性能的特殊鋼。合金結構鋼廣泛用于船舶、車輛、飛機、導彈、兵器、鐵路、橋梁、壓力容器、機床等結構上。合金結構鋼比碳素鋼有更好的力學性能，特別是熱處理性能優(yōu)良。其牌

8、號通常是以“數(shù)字+元素符號+數(shù)字”的方法來表示。牌號中起首的兩位數(shù)字表示鋼的平均含碳量的萬分數(shù)，元素符號及其后的數(shù)字表示所含合金元素及其平均含量的百分數(shù)。若合金元素含量小于1.5%，則不標其含量。高級優(yōu)質鋼在牌號尾部增加符號“A”例如，16Mn、20Cr、40Mn2、30CrMnSi、38CrMoAlA等。 下面就滾珠軸承鋼做分析:滾珠軸承鋼是指用于制造各種環(huán)境中工作的各類滾動軸承圈和滾動體的鋼。這類鋼雖化學成分不復雜（含碳1%左右，含鉻最高1.65%），但由于滾珠軸承是在高速度的轉動和滑動的條件下工作，相互間產生極大的摩擦，因此要求具有高而均勻的硬度和耐磨性。這樣，對鋼的內部組織和化學成分的

9、均勻性，所含非金屬夾雜物和碳化物的數(shù)量與分布以及鋼的脫碳程度等，比其他一般工業(yè)用鋼都有更高的要求。軸承鋼分為高碳鉻軸承鋼、無鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、不銹軸承鋼及中、高溫軸承鋼五大類。滾珠軸承鋼包括GCr6、GCr9、GCrl5、GCrl5SiMn等是過共 析珠光體類鋼，其軋制特點為：1)鋼錠可以熱裝爐也可以冷裝爐，但由于其導熱性較差容易 產生組織應力和熱應力，加熱速度不宜過快，以免產生裂紋，形 成鳥巢裂口。2)由于這類鋼在澆注后的冷卻過程中產生碳和鉻的偏析，鋼 錠中心部分的碳化物以萊氏體共晶體存在,一般稱為碳化物液析。 因此鋼錠在11501200'C溫度下要進行較長時間的髙溫擴散退 火，

10、以消除或降低碳化物液析級別。3)鋼錠的加熱溫度過髙，超過122CTC時，產生內部過燒缺陷。 所以這類鋼的加熱極限溫度是1220。4)鋼坯比鋼錠的加熱溫度低一些，一般在1050110(TC之 間，在高溫帶加熱時間盡量短，主要是為了防止脫碳和過熱。5)這類鋼高溫下塑性較好，變形抗力較低，可以采用較大的 壓下量軋制。終軋溫度應嚴格控制在800850'C之間，以利于破 碎網狀碳化物。當終軋溫輿>90(TC時，應該用水把鋼材快速冷卻 至60065(TC (以防止網狀碳化物繼續(xù)析出）然后再進行緩冷。終 乳溫度低于80CTC時，鋼材易形成帶狀碳化物組織，并且容易因塑 性降低而產生裂紋。6)軋后

11、的大斷面鋼坯（邊長大于150mm)及少50mm以上的 型鋼應進行緩冷，小規(guī)格鋼材可以在空氣中堆冷。緩冷的目的是 消除白點缺陷，緩冷速度為2(TC/h，冷至10CTC終了。7)鋼材出廠前的熱處理是球化退火，目的在于改善冷加工和 切削加工性能，并為軸承零件熱處理做好組織準備。8)為了防止產生網狀碳化物，熱軋軸承鋼管生產需要在均整 之后由85(TC快冷（509(TC/min)至650°C或增加正火工序。2.合金工具鋼合金工具鋼是在碳素工具鋼基礎上加入鉻、鉬、鎢、釩等合金元素以提高淬透性、韌性、耐磨性和耐熱性的一類鋼種。它主要用于制造量具、刃具、耐沖擊工具和冷、熱模具及一些特殊用途的工具。合

12、金工具鋼廣泛用作刃具、冷、熱變形模具和量具，也可用于制作柴油機燃料泵的活塞、閥門、閥座以及燃料閥噴嘴等。合金工具鋼的淬硬性、淬透性、耐磨性和韌性均比碳素工具鋼高，按用途大致可分為刃具、模具和量具用鋼3類。其中碳含量高的鋼（碳質量分數(shù)大于0080%）多用于制造刃具、量具和冷作模具，這類鋼淬火后的硬度在HRC60以上，且具有足夠的耐磨性；碳含量中等的鋼（碳質量分數(shù) 0.35%0.70%）多用于制造熱作模具，這類鋼淬火后的硬度稍低，為HRC5055,但韌性良好。下面就合金刃具鋼做分析:合金刃具鋼主要用于制造切削刀具，如車刀、銑刀、鉆頭、絲錐、板牙等。刃具在工作時.受到復雜的切削力作用.刃部與切屑間產

13、生強烈的摩擦，使刀刃磨損并發(fā)熱。切削量越大，切削速度越高，則單位時間產生的熱量越多，刃部溫度也就越高，有時可達500 - 600。刃部溫度的高低是影響刀具性能和使用壽命的重要因素。例如車刀在工作時主要受壓應力和彎曲應力，并受很大的摩擦力，還承受一定的沖擊力與震動。常見的失效形式是刃口變鈍，不正常的破壞形式為折斷、崩刃和塑性變形等。在這種情況下.使用碳素工具鋼已不能滿足刃具在工作中對使用性能的要求，因此必須選用合金刃具鋼。合金刃具鋼應具有下列性能。(1)耐磨性:高的硬度與耐磨性:只有刃部的硬度大大高于被加工材料硬度時，才能順利進行切削。一般刃具的硬度都在HRC60以上。刃具鋼的硬度主要取決于馬氏

14、體的碳含量，因此刃具鋼的碳含量都較高，達到0.75%-1.45%C,耐磨性是反映材料抵抗磨損的能力。當磨損量超過所規(guī)定的尺寸范圍時，刃部就喪失了切削能力，刀具便不能繼續(xù)使用。耐磨性的高低，直接影響著刀具的使用壽命。耐磨性與刀具材料的硬度、碳化物之間有密切的關系。一般認為合金刃具鋼硬度愈高，其耐磨性愈好，隨著硬度降低.其耐磨性變差，如硬度由HRC62-63降至HRC60時，其耐磨性減弱25%-30%;刃具鋼，在淬火加低溫回火狀態(tài)下，硬度基本相同,則碳化物硬度、數(shù)量、顆粒大小及分布情況對耐磨性有很大影響。事實證明，一定數(shù)量的硬而細小的碳化物均勻地分布在馬氏體基體上，可獲得良好的耐磨性。(2)硬度:

15、高的紅硬性:紅硬性是指刀具刃部在高溫下保持高硬度(HRC60)的能力。刃具鋼的紅硬性高低與回火穩(wěn)定性及碳化物彌散沉淀有關。若在刃具鋼中加人鎢、釩、鈮等元素，既能增加回火穩(wěn)定性.又能形成沉淀型碳化物，則將顯著提高刃具鋼的紅硬性。如含有這些元素的高速鋼，其紅硬性可達600左右，即刃部溫度達到600左右時，硬度仍保持在HRC60以上。3.特殊性能鋼特殊性能鋼具有特殊物理或化學性能，用來制造除要求具有一定的機械性能外，還要求具有特殊性能的零件。其種類很多，機械制造中主要使用不銹耐酸鋼、耐熱鋼、耐磨鋼。不銹耐酸鋼包括不銹鋼與耐酸鋼。能抵抗大氣腐蝕的鋼稱為不銹鋼。而在一些化學介質（如酸類等）中能抵抗腐蝕的

16、鋼稱為耐酸鋼。通常也將這兩類鋼統(tǒng)稱為不銹鋼。一般不銹鋼不一定耐酸，而耐酸鋼則一般都具有良好的耐蝕性能。不銹鋼的鋼號前的數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾，合金元素仍以百分數(shù)表示。當含碳量0.03%及0.08%者，在鋼號前分別冠以“00”或“0”，例如不銹鋼3Cr13的平均含碳量為0.3%、鉻13%；0Cr13鋼的平均含碳量0.08%、鉻13%；00Cr18Ni10鋼的平均含碳量0.03%、鉻18%、鎳10%分類馬氏體不銹鋼常用馬氏體不銹鋼含碳量為0.1-0.45%,含鉻量為12-14%，屬鉻不銹鋼。隨著鋼中含碳量的增加，鋼的強度、硬度、耐磨性提高，但耐蝕性則下降。為了提高耐蝕性及機械性能，這類鋼最后

17、熱處理是淬火和回火。它在空氣中可淬硬，但一般仍用油冷。這類鋼多用于機械性能要求較高，而耐蝕性要求較低的零件。如汽輪機葉片、各種泵的零件、彈簧、滾動軸承及一些醫(yī)療器械。鐵素體不銹鋼常用含碳量低于0.15%, 含鉻量為12-30%,也屬于鉻不銹鋼。其塑性、焊接性均較馬氏體鋼好。這類鋼廣泛用于硝酸、氮肥、磷酸等化學工業(yè)中。奧氏體不銹鋼這是應用最廣泛的不銹鋼，屬鎳鉻鋼。抗氧化鋼一般鋼鐵在較高溫度下（560以上）表面容易氧化，主要是由于在高溫下生成松脆多孔的FeO，它較易剝落，最終導致零件破壞。實際應用的抗氧化鋼，大多數(shù)是在鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻錳氮鋼基礎上添加硅、鋁制成的。和不銹鋼一樣，含碳量增多，會降低鋼的抗氧化性。故一般抗氧化鋼為低碳鋼。熱強鋼金屬在高溫下的強度有兩個特點：一是溫度升高，金屬原子間結合力減弱、強度下降；二是在再結晶溫度以上，即使金屬受的應力不超過該溫度下的彈性極限，它也會緩慢地發(fā)生塑性變形，且變形量隨時間的增長而增大，最后導致金屬破壞。這種現(xiàn)象稱為蠕變。產生的原因是：在高溫下金屬原子擴散能力增大，使那些在低溫下起強化作用的因素逐漸減