《机械工程材料与热加工工艺》第五章工业用钢

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1、第五章工业用钢以铁为主要元素，碳的质量分数一般在2%以下，并含有其他元素的材料称为钢.按照化学成分分为：碳钢和合金钢两大类。碳钢：指碳含量wc<2.11%的铁碳合金。合金钢：指为改善钢的组织、性能，在冶炼时特意加入合金元素的钢。钢材及其生产过程一、钢铁材料的生产过程铁矿石生铁钢锭型材铸铁轧制、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）高炉电弧炉一、碳钢中的长存杂质元素及其作用碳钢中除铁以外的主要元素是碳

2、，其它长存的杂质元素有硅、锰、硫、磷等，还有熔炼中夹杂进入的氧、氢、氮等气体元素。第一节概述1、有益元素锰——能溶于F，使F强化，也能溶于渗碳体，提高其硬度；能增加并细化P，从而提高钢的强度和硬度；可与S形成MnS，以消除硫的有害作用。一般钢中WMn<0.8%,对钢的性能影响不显著。硅——能溶于F使之强化，从而使钢的强度、硬度、弹性都得到提高。一般钢中Wsi<0.4%,对钢的性能影响不显著。2.有害元素:硫——形成低熔点的FeS，使钢产生热脆。热脆：FeS与Fe形成的熔点（989℃）共晶体分布在奥氏体晶界上；当钢加热到1000-1200℃进行锻

3、压或轧制时，由于晶界上的共晶体已经熔化，使钢在晶界开裂。这种现象称热脆。磷——部分溶于F形成固溶体，部分在结晶时形成脆性很大的Fe3P，使钢在室温下的塑、韧性急剧下降。冷脆：低温时由磷导致钢严重变形的现象称钢的冷脆通常钢材的质量等级以硫磷含量的控制来划分3.气体元素（钢中有害元素）:O、H、N三种气体元素在高温时融入钢液，而在固态钢中溶解度极小，冷却时来不及溢出而积聚在组织中形成高压细微气孔，使钢的塑性、韧性和疲劳强度急剧降低，严重时会造成裂纹、脆断，是必须严格控制的有害元素。常用合金元素：非碳化物形成元素——CoNiCuSiAl碳化物形成元素

4、——ZrNbVTiWMoCrMnFe强中强弱二、合金元素在钢中的作用分析:合金元素对钢中基本相的影响;合金元素对Fe—Fe3C相图的影响;合金元素对相变过程的影响。(1)、强化铁素体1、合金元素对钢基本相的影响合金元素溶于F→形成合金铁素体→固溶强化（Ni强韧化效果最好）(2)、形成碳化物（Fe）Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱强弱碳化物形成元素形成合金渗碳体(FeMn)3C中强碳化物形成元素形成合金碳化物(Cr7C3)强碳化物形成元素形成特殊碳化物（VC，TiC）熔点、硬度和稳定性：特殊碳化物>合金碳化物>合金渗碳体>Fe3C当合

5、金元素溶入γ-Fe之后，γ相（合金元素溶于γ-Fe中形成的固溶体）所在的温度范围会改变。在纯铁中，γ-Fe的存在温度范围是1394～9120C之间。而溶入合金元素以后，γ相区的温度范围就会扩大(A3下降，A4上升）或缩小(A3上升，A4下降）,故相应地使Fe—Fe3C相图中的γ相区也就扩大或缩小。2、合金元素对Fe—Fe3C相图的影响(1)扩大奥氏体区的合金元素Mn、Ni、Co等元素。作用:使A1线温度下降,A3线温度下降——E、S点左下移。Mn元素对奥氏体区的影响若含量足够高，可使单相A扩大到常温，即常温下保持稳定的A组织—可获得奥氏体钢:1

6、Cr18Ni9(2)缩小奥氏体区的合金元素Cr、Mo、W、V、Ti、Si等元素。作用:使A1线温度上升,A3线温度上升——E、S点左上移若含量足够高时，可使钢在高温与常温保持F组织。—可获得铁素体钢1Cr17Cr元素对奥氏体区的影响(3)改变共晶点和共析点参数的元素几乎所有的合金元素。作用:使S点和E点的成分向左移,即使钢的共析含碳量和A对C的最大固溶度降低。若含量足够高时，可以在WC＝0.4％的钢中产生共析组织，在WC＝1.0％的钢中产生Ld组织。由于S点左移，在退火状态合金钢中珠光体的相对量较相同含碳量的碳钢为多，因此钢的强度也较高。因此，

7、对于含有强碳化物形成元素的合金钢，即使采用较高淬火温度和较长的保温时间，钢的晶粒也不会粗大。但对于锰钢来说，由于其奥氏体晶粒易于长大在淬火时应严格控制加热规范。3、合金元素对钢相变过程的影响除Mn、Ｐ元素外,所有合金元素的加入,均使奥氏体的形成速度减慢。(1)、合金元素对加热时奥氏体形成的影响强碳化物形成元素能强烈的阻止奥氏体晶粒长大(Ti、V、Zr、Nb等)。非碳化物形成元素能轻微的阻止奥氏体晶粒长大(Si、Ni、Cu、Co等)。(2)合金元素对过冷奥氏体转变的影响除Co元素外,所有的合金元素均使钢的C曲线向右移。除Co、Al元素外,所有的合

8、金元素都使马氏体转变温度下降。由于合金钢具有较高的淬透性，所以合金钢淬火通常是油淬。提高钢的淬透性,常用的元素有:Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。