马氏体体型不锈钢是根据使用需求不断发展和完善起来的，以满足不同条件对材料在耐腐蚀性能、力学性能及其他性能方面的要求。

马氏体型不锈钢常见类型及特点

从现在常用的和近些年发展起来的马氏体不锈钢来看，可以大致将其分为四种类型，即Cr13型马氏体不锈钢、1Cr17Ni2马氏体不锈钢、高碳－高铬马氏体不锈钢、低碳－镍－铬强韧马氏体不锈钢。

一、Cr13型马氏体不锈钢

Cr13型马氏体不锈钢是指含铬量在13%左右，含碳较低(一般含C≤0.45%)的不锈钢。也包括为改善某些性能另加一些其他合金元素而发展起来的马氏体不锈钢。

这类不锈钢依含碳量不同或镍、钼合金元素添加量的不同，又各自具有一些特点和用途。

1．基本Cr13型马氏体不锈钢

基本Cr13型马氏体不锈钢是指含C≤0.45%，只含13%左右铬，不含其他添加元素的钢，代表性的牌号有锻轧材的1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13及铸材ZG1Cr13、ZG2Cr13等。其中，1Cr13、ZG1Cr13等较低含碳量的钢，在淬火和淬火再回火后，组织中会含有少量的δ铁素体，因此，也有把它们列入铁素体－马氏体不锈钢的，根据本书的不锈钢的分类原则，仍列入马氏体不锈钢系列。在这类钢中，含铬量基本相同，在13%左右，主要成分差别是碳的含量。由于碳含量的差别，使钢热处理后在组织上有差别，反映在耐腐蚀性能和力学性能上也有一定的差别。

(1)耐腐蚀性。Cr13型不锈钢中含有保证耐腐蚀性的基本含铬量，具有一定的耐腐蚀性能，不同含碳量的Cr13型不锈钢在耐腐蚀性上显示出差别，含碳量低的耐腐蚀性优于含碳量高的钢号，见图4－1。

含碳量高的Cr13型钢耐腐蚀性差的原因是随着含碳量的增加，形成的含铬碳化物会增加，这不仅会降低钢基体中的含铬浓度，还会使析出的含铬碳化物周围形成的贫铬区更多，从而降低了钢的耐腐蚀性能。所以，一般选材时，在保证力学性能的使用要求前提下，为保证有好的耐腐蚀性，尽量选用含碳低的钢号。

图4－1　含碳量对退火状态的13%铬钢耐腐蚀性能的影响

Cr13型不锈钢的耐腐蚀性还与热处理状态有关。见图4－2。

Cr13型不锈钢退火状态的耐腐蚀性比淬火状态低的原因是因为在退火状态下，钢中的碳可以更充分地形成含铬碳化物，从而降低了基体中的含铬量和在碳化物周围形成更多贫铬区的结果。所以，为充分发挥Cr13型不锈钢的耐腐蚀性能和力学性能，最好在淬火回火后使用。

(2)力学性能。Cr13型马氏体不锈钢的力学性能主要是碳的作用和影响。见图1－5。当碳较低，如含碳≤0.15%时，淬火组织中会含有一定量的δ铁素体，回火后的组织中仍存在这种组织，使钢的力学性能偏低，含碳量＞0.15%～0.45%时，淬火后一般不会存在δ铁素体，并且，随着含碳量的增加，淬火马氏体钢中的固溶含碳量也增加，从而使淬火回火后的钢的硬度和强度提高，塑性和韧性下降。特别是铬的存在使共析点左移，即共析碳量降低，当含铬达12%左右时，含碳量在0.4%左右的钢已属过共析钢。见图4－3。

图4－2　13%铬不锈钢在10%硝酸中的腐蚀率

1．退火状态　2．淬火状态

图4－3　含12%铬，含0%～1%碳的合金状态图

这时，热处理后的钢组织中还会有残余碳化物，从而会进一步提高钢的硬度和强度，降低塑性和韧性。不同含碳量的Cr13型马氏体不锈钢淬火并经650～660℃回火后的性能对比见表4－1。

(3) Cr13型马氏体不锈钢的应用。

①1Cr13钢具有较高的韧性和冷变形性，在常温的弱腐蚀介质中，如盐水溶液、浓度不高的有机酸等溶液中，有良好的耐腐蚀性能，在淡水、水蒸气、潮湿大气中有足够的耐腐蚀性能。锻轧材、铸材经调质热处理后所具有的强度、塑性、韧性配合较好。适用于制造有中等强度、较高韧性要求的承受冲击载荷的零部件。

表4－1　淬火经650～660℃回火后性能对比

②2Cr13钢的含碳量高于1Cr13。所以，可得到的硬度和强度也较高，韧性略低，耐腐蚀性也不如1Cr13。所以，可用于制造有较高强度要求，承受较高应力和一定耐腐蚀性能要求的零部件。

③3Cr13钢相对于1Cr13和2Cr13可有更高的硬度和强度、更好的淬透性能，但耐腐蚀性更低一些，所以，可用其制造对耐腐蚀性要求不高，而要求较高硬度、强度和一定耐磨性能的零部件和易磨损件。

④4Cr13钢由于热处理后有很高的硬度、强度，但耐腐蚀性则较低;所以，可用于制造有高强度要求的、对耐腐蚀性要求不高的零部件和耐磨损件。

2．易切削的Cr13型不锈钢

不锈钢的切削性能较差，为了改善切削加工性能，特别是为适应要求表面较高光洁度的自动机床加工生产的标准件的需要，在某些牌号的不锈钢中，采用提高磷、硫、锰等元素含量的做法。

加硫后，由于硫化物的存在，使切屑易断开，既可改善工件切削表面的光洁度，又可节省切削动力。

加硫的同时提高锰的含量，MnS在加工中可减小工件表面与刀具之间的摩擦，起到润滑作用，增加了切削刀具的使用寿命。

加磷可以提高α铁和δ铁的硬度和强度，同样起到易于切削的作用。

当然，提高钢中硫、磷含量后，对某些性能会稍有影响。

在我国的不锈钢系列中，为提高切削性能而提高硫、磷、锰含量的易切削不锈钢钢牌号前加“Y”字头，马氏体易切削不锈钢有Y1Cr13、Y3Cr13等。此外，在奥化体不锈钢和铁素体不锈钢中，也有易切削钢号，如Y1Cr18Ni9、Y1Cr17等。

此外，我国还有加硒的易切削不锈钢，如Y1Cr18Ni9Se。国外还有加铅等元素的易切削不锈钢。

3．在Cr13型钢基础上发展起来的马氏体不锈钢

这里是指含铬量仍控制在13%左右，为提高某些性能另外有目的的添加一些合金元素而构成的马氏体不锈钢。

(1)高硫马氏体不锈钢。马氏体不锈钢中提高硫、锰含量，除改善切削加工性能的目的外，还有的在1Cr13不锈钢基础上进一步提高锰含量(上限含量达1.5%)、硫含量(0.23%～0.32%)，用做摩擦副材料。

经研究可知，由硫、锰形成的较多含量的MnS以纺锤状或点状分布于材料表面，当以这种材料制成的零件与另一种马氏体不锈钢制成的零件组成摩擦副高速运转时，较软的MnS会改变两零件接触应力的分布状态，减小接触应力集中，较好地改善了两零件之间的摩擦状况，减小磨损，提高抗咬合能力。这种材料一般作为摩擦副的高硬度件，通过热处理调质后保证硬度在325～375HB之间。

(2)加钼的Cr13型马氏体不锈钢。在Cr13型马氏体不锈钢中，有的有意地添加一定含量的钼，一般不大于1%。应用于工程上的含钼的Cr13型不锈钢牌号有1Cr13Mo、3Cr13Mo、4Cr13 Mo等。

加钼的Cr13型不锈钢与同样含碳、铬量的不加钼不锈钢相比，除有更好的耐腐蚀性能外，还由于钼是较强的碳化物形成元素，含钼的碳化物加热时不易溶解，从而使钢保持细晶粒，在回火时，可提高抗回火稳定性，与不含钼马氏体不锈钢相比，在要求相同的硬度和强度时，可提高回火温度，使其有更好一些的塑性和韧性。钼还可降低Cr13型不锈钢的回火脆性倾向。

含钼的Cr13型不锈钢可以用来制作对强韧性有更高要求的结构件。

(3)加镍的Cr13型马氏体不锈钢。目前，将含C≤0.25%的Cr13型不锈钢中加入0.5%～1.0%的镍用于复杂铸件的生产已被广泛应用，如ZG1Cr13Ni、ZG2Cr13Ni等。

因为不含镍的铸造Cr13型不锈钢中，易存在δ铁素体，特别当其沿晶界分布时，对韧性极为不利，对于形状复杂的铸造零件，极易产生铸造裂纹和热处理裂纹。当加入0.5%～1.0%的镍元素后，这种情况将得到改善，在保证强度的条件下，塑韧性提高，并改善焊接性能。加镍的Cr13型不锈钢可用于生产形状复杂的铸件，在调质状态下使用。

(4)低碳高镍的Cr13型强韧马氏体不锈钢。这也是在Cr13型不锈钢基础上发展起来的新型马氏体不锈钢。

低碳是指含碳量不大于0.07%，高镍指含镍量在4%～7%，另外加一定量的钼元素。这种合金成分的配合使得钢在热处理后获得的组织具有新的特点，也具有更优良的性能。

由于较低的含碳量(≤0.07%)，淬火后可获得板条状马氏体，这种马氏体具有以位错型结构为主的亚结构，位错亚结构使零件承受外力时，有缓和应力集中作用，延缓裂纹的形核，提高材料的韧性。

4%～7%的镍含量对改善组织和性能也发挥出重要的作用。镍元素的加入首先对相变点产生影响，有资料介绍，每加入1%镍，A_C1点大约下降30℃，M _s点下降17～30℃，所以，这种钢的A_C1点可下降至560～630℃，A_C3可下降至800～820℃，镍含量超过5%时，M _f点可下降至室温以下。钢经淬火和高温回火后的组织为具有板条状马氏体位向的索氏体并含有一定量的诱导奥氏体，这种组织保证了钢有较高强度的同时具有良好的韧性。镍的加入还增加了钢中奥氏体的稳定性，保证钢在较缓慢的冷却条件下仍可获得足够量的马氏体，明显增加了钢的淬透性，使大截面的铸件也能获得良好的淬火效果。

钼元素的加入量虽不多，但其与较高含量镍的配合作用，延缓了钢的奥氏体分解过程，使钢在加热时能保证细晶粒。含钼碳化物的存在又提高了钢的抗回火稳定性，使钢在回火后，获得较好韧性的同时保持较高的强度。

这种含镍、钼的低碳Cr13型马氏体不锈钢以其较高的强韧性为特点。在工程上获得了广泛的应用。锻件可用来制造重要的工程结构件，铸件用于制造泵轮，水轮机叶片等，如0Cr13Ni4Mo、0Cr13Ni6Mo、ZG0Cr13Ni4MoRE、ZG0Cr13Ni6MoRE等。

1Cr17Ni2是马氏体不锈钢中较特殊的一种。1Cr17Ni2马氏体不锈钢是在含铬17%左右的铁素体不锈钢基础上，加入2%左右的镍元素形成的。当碳、镍成分比例变化时，这种钢的淬火组织中会含有一定量的δ铁素体，在铸态下更明显一些，因此，有的书中也把它称马氏体－铁素体不锈钢。

由于含有17%左右的铬，使其具有较高的耐腐蚀性。又因含有2%左右的镍，扩大了相图中的γ相区，使钢在加热和冷却过程中发生α→γ转变，见图4－4，所以，可以通过热处理方法调整组织和机械性能，可获得与Cr13型马氏体不锈钢相当的力学性能。

1Cr17Ni2马氏体不锈钢成分中，碳、铬的变化对组织中δ铁素体量的影响较大，从而对力学性能，尤其是冲击韧性影响较大，所以，实际使用中，应根据应用条件和对其各方面的要求，合理控制调整成分。此外，该钢热处理条件对组织和性能也有较明显的影响。

在我国的标准中，对1Cr17Ni2只规定了较低回火温度下的高强度、较低韧性的指标，见表4－3，又因成分波动，热处理条件对性能影响较明显，使其在实际应用上受到限制。

试验研究和经验证明，严格、合理地控制成分比例含量，采用正确的热处理制度，该材料也可以获得满意的强韧性配合，同时又具有比Cr13型不锈钢更好的耐腐蚀性能，可以获得更广泛的应用。

1Cr17Ni2马氏体不锈钢可以在锻态、轧态和铸态下使用。

三、高碳高铬马氏体不锈钢

高碳高铬马氏体不锈钢是指含碳超过0.7%以上，含铬量在16%～19%的马氏体不锈钢。有的还加入钼、钒等合金元素。

由于较高的含铬量，使共析点S左移，当含铬在18%左右时，共析含碳量在0.3%左右，见图4－5。可见，高碳高铬马氏体不锈钢已属于过共析钢。加热奥氏体化后，组织中仍会保留一定量的过剩的含铬碳化物。经过淬火回火后，这些碳化物会保留下来。这类钢常在淬火后再低温回火处理的状态下使用，组织为回火马氏体和合金碳化物，具有很高的硬度。

这类钢常用来制造刀具、手术器械、轴承等。如9Cr18、9Cr18MoV等。

我国常见马氏体不锈钢化学成分见表4－2，热处理制度及力学性能见表4－3。

图4－5　含Cr18%，含0%～1%碳合金状态图

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1、l工业用钢工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。 l碳素钢碳素钢是指含碳量低于是指含碳量低于 2.11%的铁碳合金。的铁碳合金。 l合金钢合金钢是指为了提高钢是指为了提高钢 的性能，在碳钢基础上的性能，在碳钢基础上 有意加入一定量合金元有意加入一定量合金元 素所获得的铁基合金。素所获得的铁基合金。 一、钢的分类一、钢的分类 1、按化学成分分、按化学成分分 中碳钢中碳钢 0.250.6%C 高碳钢高碳钢 0.6%C 低碳钢低碳钢 0.25%C 低合金钢低合金钢 合金元素总量合金元素总量 5% 中合金钢中合金钢 合金元素总量合金元素总量 510% 高合金钢

2、高合金钢 合金元素总量合金元素总量 10% 碳素钢碳素钢 合金钢合金钢 钢钢 类类 碳碳 素素 钢钢合合 金金 钢钢 PSPS 普通质量钢普通质量钢0.50.045 优优 质质 钢钢0.50.035 高级优质钢高级优质钢0.50.025 特级优质钢特级优质钢0.50.015 l2、按质量分、按质量分 l钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。 l分为分为普通质量钢普通质量钢、优质钢优质钢、高级优质钢高级优质钢和和特级优质钢特级优质钢. l根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫

3、含量如下：根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下： 转炉炼钢转炉炼钢 平炉炼钢平炉炼钢 平炉钢平炉钢 转炉钢转炉钢 电炉钢电炉钢 按按 炉炉 别别 分分 沸腾钢：沸腾钢：脱氧不充分，浇注时脱氧不充分，浇注时C C与与OO反应发反应发 镇静钢：镇静钢：脱氧充分，组织致密，成材率低。脱氧充分，组织致密，成材率低。 半镇静钢：半镇静钢：介于前两者之间。介于前两者之间。 生生沸腾。这种钢成材率高，但不致密。沸腾。这种钢成材率高，但不致密。 按脱氧程度分按脱氧程度分 特殊镇静钢特殊镇静钢 珠光体钢珠光体钢 贝氏体钢贝氏体钢 马氏体钢马氏体钢 铁素体钢铁素体钢 奥氏体钢奥氏体钢 莱氏体钢莱氏体钢 按正

4、火组织分按正火组织分 亚共析钢亚共析钢 共共 析析 钢钢 过共析钢过共析钢 按退火组织分按退火组织分 电弧炉炼钢电弧炉炼钢 工程用钢工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆建筑、桥梁、船舶、车辆 渗渗 碳碳 钢钢 调调 质质 钢钢 弹弹 簧簧 钢钢 滚动轴承钢滚动轴承钢 耐耐 磨磨 钢钢 机器用钢机器用钢 结结 构构 钢钢 刃具钢刃具钢 模具钢模具钢 量具钢量具钢 工工 具具 钢钢 不锈钢不锈钢 耐热钢耐热钢 特特 殊殊 性性 能能 钢钢 挤压模具挤压模具 l二、钢的编号二、钢的编号 l我国钢材的编号是采用我国钢材的编号是采用汉汉 语拼音字母语拼音字母、化学元素符化学元素符 号号和和阿拉伯数字阿拉伯数

5、字相结合的相结合的 方法。方法。 l采用汉语拼音字母表示钢采用汉语拼音字母表示钢 产品的名称、用途、特性产品的名称、用途、特性 和工艺方法时，一般从代和工艺方法时，一般从代 表钢产品名称的汉字的汉表钢产品名称的汉字的汉 语拼音中选取第一个字母语拼音中选取第一个字母. 名称名称符号符号位置位置名称名称符号符号位置位置 碳素结构钢碳素结构钢Q头头桥梁用钢桥梁用钢q尾尾 低合金高强度钢低合金高强度钢Q头头锅炉用钢锅炉用钢g尾尾 易切削钢易切削钢Y头头焊接气瓶用钢焊接气瓶用钢HP尾尾 碳素工具钢碳素工具钢T头头车辆车轴用钢车辆车轴用钢LZ头头 (滚珠滚珠)轴承钢轴承钢G头头机车车轴用钢机车车轴用钢JZ

6、头头 焊接用钢焊接用钢H头头沸腾钢沸腾钢F尾尾 铆螺钢铆螺钢ML头头半镇静钢半镇静钢b尾尾 船用钢船用钢 国际符号国际符号 镇静钢镇静钢Z尾尾 汽车大梁用钢汽车大梁用钢L尾尾特殊镇静钢特殊镇静钢TZ尾尾 压力容器用钢压力容器用钢R尾尾质量等级质量等级A.B.C.D.E尾尾 l1、碳素结构钢和低合金高强度钢、碳素结构钢和低合金高强度钢 lQ+最低屈服强度值最低屈服强度值+质量等级符号质量等级符号+脱氧方法符号脱氧方法符号 lQ表示表示“屈服强度屈服强度”；屈服强度值单位是；屈服强度值单位是MPa； l质量等级符号为质量等级符号为A、B、C、D、E。由。由A到到E，其，其P、 S含量依次下降，质量

7、提高。含量依次下降，质量提高。 l脱氧方法符号脱氧方法符号: 沸腾钢沸腾钢F； 镇静钢镇静钢Z；半镇静钢；半镇静钢b； 特殊镇静钢特殊镇静钢TZ。 l如碳素结构钢牌号表示为如碳素结构钢牌号表示为 Q235AF、Q235BZ。 l低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢，都是镇静钢或特殊镇静钢，其其 牌号中没有表示脱氧方法的符号。如牌号中没有表示脱氧方法的符号。如Q345C。 l根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用 两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和 化学元素符号，按顺序表

8、示，如化学元素符号，按顺序表示，如16Mn。 l*说明：说明：通常情况下，通常情况下， 屈服强度值小屈服强度值小300MPa 时为碳素结构钢，大时为碳素结构钢，大 于于300MPa时为低合金时为低合金 高强度钢。高强度钢。 齿轮加工齿轮加工 方钢方钢 l2、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢 l牌号用两位数字表示牌号用两位数字表示。 l这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。 l如如45钢钢平均含碳量为万分之四十五（即平均含碳量为万分之四十五（即0.45%） 的优质碳素结构钢。的优质碳素结构钢。 钢带钢带 l*说明：说明： l 含含Mn量为量为0.71.0%时，

9、在两位数字后加元素符时，在两位数字后加元素符 号号“Mn”，如，如40Mn。 l 对于沸腾钢和半对于沸腾钢和半 镇静钢镇静钢, 在钢号后分在钢号后分 别加字母别加字母F和和b，如，如 08F、10b。 l 高级优质钢在钢高级优质钢在钢 号后加字母号后加字母A，如，如 20A。 钢管钢管 l3、合金结构钢和合金弹簧钢、合金结构钢和合金弹簧钢 l两位数字（表示平均含碳量的万分之几）两位数字（表示平均含碳量的万分之几）+合金元合金元 素符号素符号+该元素百分含量数字该元素百分含量数字+ l当合金元素的平均含量小于当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符时，只标元素符 号，不标含量；号，不标含

10、量； l当合金元素的平均含量为当合金元素的平均含量为1.502.49%、2.50 3.49%、 3.504.49%、4.505.49%、时，在相应的合金元时，在相应的合金元 素符号后标素符号后标2、3、4、5 等数字。等数字。如如20CrNi3。 l高级优质钢高级优质钢在牌号后加字母在牌号后加字母A，如，如60Si2MnA。 l特级优质钢特级优质钢在牌号后加字母在牌号后加字母E，如，如30CrMnSiE。 不锈钢制管板式换热器不锈钢制管板式换热器 所有合所有合 金钢的金钢的 合金元合金元 素量标素量标 法相同法相同 l4、工具钢、工具钢 l 碳素工具钢碳素工具钢 lT + 数字数字 lT表示表

11、示“碳素工具钢碳素工具钢” ； l数字表示平均含碳量的千分之几数字表示平均含碳量的千分之几. l如如T8其平均含碳量为千分之八其平均含碳量为千分之八 (0.8%C)。 l*说明：说明：碳素工具钢都是优质以上碳素工具钢都是优质以上 质量的。高级优质钢在钢号后加质量的。高级优质钢在钢号后加 “A”，如，如T8A。 丝锥丝锥 锉刀锉刀 l 合金工具钢合金工具钢 l含碳量含碳量+合金元素符号合金元素符号+该元素百分含量该元素百分含量+ l当含碳量小于当含碳量小于1.00%时，时，含碳量用一位数字标明，含碳量用一位数字标明， 这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如8

12、MnSi. l当含碳量大于当含碳量大于1.00%时，时，不标含碳量。不标含碳量。 * 高速钢高速钢不标含碳量，如不标含碳量，如 W6Mo5Cr4V2(含含0.85%C). * 含铬量小于含铬量小于1%时，在含铬时，在含铬 量量(以千分之一为单位以千分之一为单位)前加前加 数字数字“0”，如，如Cr06。 l5、轴承钢、轴承钢 lG+Cr+铬含量铬含量(不标含碳量不标含碳量) l“G”表示表示“滚滚动轴承钢动轴承钢”。 * 铬含量以千分之一为单位铬含量以千分之一为单位. l如如“GCr15”的平均含铬量的平均含铬量 为为1.5%。 l渗碳轴承钢渗碳轴承钢牌号的表示方法牌号的表示方法 与合金结构钢

13、相同，仅在牌与合金结构钢相同，仅在牌 号头部加字母号头部加字母“G”，如，如 “G20CrNiMo”。 l6、不锈钢和耐热钢、不锈钢和耐热钢 l含碳量含碳量+合金元素符号合金元素符号+该元素百分含量该元素百分含量+ l含碳量以千分之一为单位。含碳量以千分之一为单位。 l含碳量的表示方含碳量的表示方 法为：法为： l当平均含碳量当平均含碳量 1.00%时，时，用两用两 位数字表示位数字表示，如，如 11Cr17(平均含碳平均含碳 量为量为1.10%)； 涡轮叶片涡轮叶片 l 当当1.0%平均含碳量平均含碳量0.1%时，时，用一位数字表示用一位数字表示, 如如2Cr13（平均含碳量为（平均含碳量为

14、0.20%） l 当当0.1%含碳量上限含碳量上限 0.03%时，时，以以“0”表示表示，如，如 0Cr18Ni9（含碳量上限为（含碳量上限为0.08%） l 当当0.03%含碳量上限含碳量上限0.01%时时（超低碳超低碳），），以以 “03”表示表示，如，如03Cr19Ni10(含碳量上限为含碳量上限为0.03%） l 当含碳量上限当含碳量上限0. 01%时时 (极低碳极低碳)，以以“01”表示表示， 如如01Cr19Ni11（含碳量上（含碳量上 限为限为0.01%）。）。 汽轮机叶片汽轮机叶片 * 珠光体耐热钢含碳量的标注同结构钢。如珠光体耐热钢含碳量的标注同结构钢。如15CrMo l注：

15、注：旧标准含碳量表示方法为：旧标准含碳量表示方法为： l当含碳量当含碳量0.08%时，以时，以“0”表示，如表示，如0Cr18. l当含碳量当含碳量0.03%时，以时，以“00”表示，如表示，如00Cr18Ni10. 不锈钢法兰不锈钢法兰 不锈钢型材不锈钢型材 l7、铸钢、铸钢 lZG + 两位数字两位数字 lZG表示表示“铸钢铸钢”； l两位数字表示平均含碳两位数字表示平均含碳 量的万分之几量的万分之几, 如如ZG25. 铸钢件铸钢件 2.5吨大齿轮铸件 吨大齿轮铸件 l1、Mn: 0.8%时为杂质时为杂质, 是有益元素。作用为：是有益元素。作用为： l 强化铁素体；强化铁素体； l 消除硫

16、的有害作用。消除硫的有害作用。 一、杂质元素对性能的影响一、杂质元素对性能的影响 l钢中的杂质一般是指钢中的杂质一般是指Mn、Si、P、S。是由原料带。是由原料带 入或脱氧残留的元素。入或脱氧残留的元素。 l 强化铁素体；强化铁素体； l 增加钢液流动性。增加钢液流动性。 l3、S：是有害元素。：是有害元素。 l常以常以FeS形式存在。易与形式存在。易与Fe在晶在晶 界上形成低熔点共晶界上形成低熔点共晶(985)， 热加工时热加工时()，由于其，由于其 熔化而导致开裂，称熔化而导致开裂，称热脆性热脆性. l钢中的硫应控制在钢中的硫应控制在0.045%以下以下. l2、Si： 0

17、.5%时为杂质，时为杂质， 是有益元素。作用为：是有益元素。作用为： 合金晶界的低熔点硫化物共晶合金晶界的低熔点硫化物共晶 lMn可消除硫的有害作用可消除硫的有害作用, lFeS + Mn Fe + MnS， lMnS熔点高熔点高(1600)。 l4、P：也是有害元素：也是有害元素。 l能全部溶入铁素体中，使能全部溶入铁素体中，使 钢在常温下硬度提高，钢在常温下硬度提高，塑塑 性、韧性急剧下降性、韧性急剧下降，称，称冷冷 脆性脆性。 lP一般控制在一般控制在0.045%以下以下. 钢中的钢中的MnS夹杂夹杂 比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生 冷脆性于冷脆性于19

18、38年冬发生断裂坠入河中年冬发生断裂坠入河中 l5、气体元素气体元素 l N：室温下室温下N在铁素体中溶在铁素体中溶 解度很低，钢中过饱和解度很低，钢中过饱和N在常在常 温放置过程中以温放置过程中以FeN、Fe4N形形 式析出使钢变脆式析出使钢变脆, 称称时效脆化时效脆化. l加加Ti、V、Al等元素可使等元素可使N固固 定，消除时效倾向。定，消除时效倾向。 l O：氧在钢中以氧化物的形氧在钢中以氧化物的形 式存在，其与基体结合力弱，式存在，其与基体结合力弱， 不易变形，易成为疲劳裂纹源不易变形，易成为疲劳裂纹源. 钢中钢中TiN夹杂夹杂 钢中氧化物夹杂钢中氧化物夹杂 l H：常温下氢在钢中的

19、溶解度也很低。当氢在钢常温下氢在钢中的溶解度也很低。当氢在钢 中以原子态溶解时，降低韧性，引起中以原子态溶解时，降低韧性，引起氢脆氢脆。 l当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压， 形成微裂纹，其内壁为白色，称形成微裂纹，其内壁为白色，称白点白点或或发裂发裂。 l 对钢中基本相的影响对钢中基本相的影响 l1、溶于铁素体、溶于铁素体, 起固溶强起固溶强 化作用化作用 l非碳化物形成元素及过剩非碳化物形成元素及过剩 的碳化物形成元素都溶于的碳化物形成元素都溶于 铁素体，形成合金铁素体铁素体，形成合金铁素体. lSi、Mn对强度、硬度提高对强度、硬度提

20、高 显著。显著。Cr、Ni在适当范围在适当范围 内提高韧性。内提高韧性。 二、合金元素在钢中的作用二、合金元素在钢中的作用 对铁素体冲击韧性影响对铁素体冲击韧性影响 l2、形成碳化物，起强化相作用、形成碳化物，起强化相作用 l合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为： Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。 l Ti、Nb、 V为强碳化物为强碳化物 形成元素，碳形成元素，碳 化物的稳定性化物的稳定性、 熔点、硬度、熔点、硬度、 耐磨性高，如耐磨性高，如 TiC、VC等。等。 l W、Mo、Cr为中碳化物形成元素，碳化物的稳为中碳化物形成元素，碳化物

21、的稳 定性、熔点、硬度、耐磨性较高，如定性、熔点、硬度、耐磨性较高，如W2C等。等。 l Mn、Fe为弱碳化物形成元素，碳化物的稳定性为弱碳化物形成元素，碳化物的稳定性、 熔点、硬度、耐磨性较低，如熔点、硬度、耐磨性较低，如Fe3C等。等。 l 对对Fe - Fe3C相图的相图的 影响影响 l1、对奥氏体相区的、对奥氏体相区的 影响影响 l Ni、Mn、Co、C、 N等是扩大奥氏体相等是扩大奥氏体相 区的元素，使区的元素，使A1、A3 点下降，点下降，A4点上升。点上升。 l当当Mn 13%或或Ni 9%时，时，S点降到点降到0以下，室温下以下，室温下 为单相奥氏体组织，称奥氏体钢。为单相奥氏

22、体组织，称奥氏体钢。 锰对奥氏体相区的影响锰对奥氏体相区的影响 l Cr、Mo、Si、 Ti、W、Al等是缩等是缩 小奥氏体相区的元小奥氏体相区的元 素，使素，使A1、A3点上点上 升，升，A4点下降。点下降。 l当当Cr 13%时，奥时，奥 氏体相区消失，室氏体相区消失，室 温下为单相铁素体温下为单相铁素体 组织，称铁素体钢组织，称铁素体钢. 铬对奥氏体相区的影响铬对奥氏体相区的影响 l2、对、对E点和点和S点位置的影响点位置的影响 l所有合金元素均使所有合金元素均使E点和点和S点左移，点左移，即这两点的含碳即这两点的含碳 量下降，使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如量下降，使碳含量比较低的

23、钢出现过共析组织（如 4Cr13）或共晶组织（如）或共晶组织（如W18Cr4V）。）。 l 对钢中相变过程的对钢中相变过程的 影响影响 l1、对奥氏体化的影响、对奥氏体化的影响 l 对奥氏体形成速度对奥氏体形成速度 的影响：的影响：除除Ni、Co外，外， 都减缓奥氏体化过程。都减缓奥氏体化过程。 l 对奥氏体晶粒长大对奥氏体晶粒长大 倾向的影响：倾向的影响： l碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大。碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大。 lMn、P促进长大。促进长大。 l2、对过冷奥氏体转变的影响、对过冷奥氏体转变的影响 l对对C曲线和淬透性的影响：曲线和淬透性的影响：除除Co外，凡溶入奥氏外

24、，凡溶入奥氏 体的合金元素均使体的合金元素均使C曲线右移，淬透性提高。曲线右移，淬透性提高。 l常用提高淬透性的元素为常用提高淬透性的元素为Mn、Si、Cr、Ni、B。 l 对对Ms、Mf 点的影响：点的影响： 除除Co、 Al外外, 所有元素都所有元素都 使使Ms、Mf点点 下降。下降。 合金元素对钢合金元素对钢 淬透性的影响淬透性的影响 淬火碳钢淬火碳钢 回火回火 时的时的 硬度变化硬度变化 l3、对回火转变的影响、对回火转变的影响 l 提高耐回火性：提高耐回火性：淬淬 火钢在回火过程中抵火钢在回火过程中抵 抗硬度下降的能力称抗硬度下降的能力称 耐回火性耐回火性。 l合金元素能阻碍马氏合金

25、元素能阻碍马氏 体分解及碳化物的析体分解及碳化物的析 出与聚集。出与聚集。 l当回火硬度相同时，合金钢比同含碳量碳钢回火温当回火硬度相同时，合金钢比同含碳量碳钢回火温 度高。如果同温度回火，合金钢硬度比碳钢高。度高。如果同温度回火，合金钢硬度比碳钢高。 l 产生二次硬化产生二次硬化 l含高含高W、Mo、Cr、V钢钢 淬火后回火时，由于析出淬火后回火时，由于析出 细小弥散的特殊碳化物及细小弥散的特殊碳化物及 回火冷却时回火冷却时A转变为转变为M回 回, 使硬度不仅不下降，反而使硬度不仅不下降，反而 升高的现象称升高的现象称二次硬化二次硬化。 l 防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性 l加加W、M

26、o可防止第二类可防止第二类 回火脆性。回火脆性。 高速钢高速钢 l对结构钢的性能要求为：对结构钢的性能要求为： l使用性能使用性能以强韧性为主。以强韧性为主。 l工艺性能工艺性能以可焊性、淬透以可焊性、淬透 性为主。性为主。 l合金结构钢除少量为中高合金结构钢除少量为中高 合金钢外，都是低合金钢合金钢外，都是低合金钢. . 铜陵长江公路大桥铜陵长江公路大桥 l1、成分：、成分：0.4%C, P、 S量及非金属夹杂较多量及非金属夹杂较多. l2、性能：、性能：可焊性、塑可焊性、塑 性好。性好。 l3、热处理：、热处理：不进行专不进行专 门热处理，热轧空冷态门热处理，热轧空冷态 下使用。下使用。

27、l4、使用状态下组织：、使用状态下组织： F+P 一、碳素结构钢一、碳素结构钢 l5、用途、用途 l常以热轧板、带、棒及型常以热轧板、带、棒及型 钢使用，用量约占钢材总钢使用，用量约占钢材总 量的量的70%。 l用于建筑结构，适合焊接用于建筑结构，适合焊接、 铆接、栓接等。铆接、栓接等。 螺纹钢螺纹钢 黄河小浪底枢纽工程黄河小浪底枢纽工程 l1、性能要求、性能要求 l 高强度及足够韧性。高强度及足够韧性。 l 良好的焊接性能。良好的焊接性能。 l 良好的耐蚀性及低良好的耐蚀性及低 的韧脆转变温度。的韧脆转变温度。 l2、成分特点、成分特点 l 低碳：低碳：0.2%C. l 合金元素：合金元素：

28、主要是主要是Mn，还有少量，还有少量V、Ti、Nb等。等。 二、低合金高强度结构钢二、低合金高强度结构钢 l3、热处理、热处理：大多数大多数 热轧空冷后使用热轧空冷后使用。 少数可用正火少数可用正火+高温高温 回火处理。回火处理。 l4、使用状态下组织、使用状态下组织： F+P 低合金高强钢合金元素细化晶粒作用低合金高强钢合金元素细化晶粒作用 l Mn的作用的作用是强化铁素体；增加珠光体的量。是强化铁素体；增加珠光体的量。 l V、Ti、Nb等等起细化晶粒和弥散强化作用。起细化晶粒和弥散强化作用。 l 另外加另外加Cu、P可提高耐蚀性；加可提高耐蚀性；加RE可提高韧性、可提高韧性、 疲劳极限，

29、降低冷脆转变温度。疲劳极限，降低冷脆转变温度。 l5、用途：、用途： lQ345钢钢(16Mn)综合性能综合性能 好，用于船舶、桥梁、好，用于船舶、桥梁、 车辆等大型钢结构。车辆等大型钢结构。 lQ390钢含钢含V、Ti、Nb， 强度高，用于中等压力强度高，用于中等压力 的压力容器。的压力容器。 lQ460钢含钢含Mo、B，正火，正火 组织为贝氏体，强度高组织为贝氏体，强度高, 用于石化中温高压容器用于石化中温高压容器. 南京长江大桥南京长江大桥 l制造渗碳零件的钢种。制造渗碳零件的钢种。 l1、性能要求、性能要求 l 表面具有高硬度、表面具有高硬度、 高耐磨性，心部具有足高耐磨性，心部具有足

30、 够的韧性和强度，即表够的韧性和强度，即表 硬里韧硬里韧。 l 良好的热处理性能良好的热处理性能, 如淬透性和渗碳能力。如淬透性和渗碳能力。 三、渗碳钢三、渗碳钢 渗碳炉渗碳炉 l2、成分特点、成分特点 l 低碳：低碳：0.10.25%C l 合金元素作用：合金元素作用： l 提高淬透性：提高淬透性： Cr、Mn、Ni、B l 强化铁素体：强化铁素体： Cr、Mn、Ni l 细化晶粒：细化晶粒： W、Mo、Ti、V 渗碳件渗碳件 高精密独高精密独 立导柱立导柱 渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的表层组织 l3、热处理特点、热处理特点 l渗碳件的加工工艺路线为：下料渗碳件的加工工艺路线为：下料锻造

31、锻造正火正火 机加工机加工渗碳渗碳淬火淬火+低温回火低温回火 l正火目的正火目的为调整硬度，便于切削加工。为调整硬度，便于切削加工。 l淬火温度淬火温度一般为一般为 Ac1+30-50。 l4、使用状态下组织、使用状态下组织 l心部：心部：M回 回+F l表层：表层：M回 回+颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A(少量少量)； l5、常用钢号及用途、常用钢号及用途 l低淬透性钢：低淬透性钢：20、 20Cr。 柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴 用于受力小的用于受力小的 耐磨件，如柴耐磨件，如柴 油机的活塞销、油机的活塞销、 凸轮轴等。凸轮轴等。 l中淬透性钢：中淬透性钢： 20CrMnTi。用用 于中等载荷

32、的于中等载荷的 耐磨件，如变耐磨件，如变 速箱齿轮。速箱齿轮。 l高淬透性钢：高淬透性钢： 18Cr2Ni4WA. 用于大载荷的用于大载荷的 耐磨件，如柴耐磨件，如柴 油机曲轴。油机曲轴。 增压柴油机曲轴增压柴油机曲轴 调质件（螺杆）调质件（螺杆） l调质后使用的钢种。调质后使用的钢种。 l1、性能要求、性能要求 l 良好的综合力学性能良好的综合力学性能. l 良好的淬透性。良好的淬透性。 四、调质钢四、调质钢 l2、成分特点、成分特点 l 中碳：中碳：0.30.5%C l 合金元素作用：合金元素作用： l 提高淬透性提高淬透性: Mn、Si、Cr、Ni、B l 强化铁素体强化铁素体: Mn、

33、Si、Cr、Ni l 细化晶粒细化晶粒: Ti、V l 防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性: W、Mo 调质件（冷却轮）调质件（冷却轮） 破碎机主轴破碎机主轴 l调质件的加工工艺路线为：下料调质件的加工工艺路线为：下料锻造锻造退火退火粗粗 加工加工调质调质精加工精加工装配装配 l调质目的：获得良好综合力学性能调质目的：获得良好综合力学性能 l使用状态下的组织为：使用状态下的组织为：S回 回 l为提高表面耐磨性，调质后可为提高表面耐磨性，调质后可 进行表面淬火或氮化。进行表面淬火或氮化。 回火索氏体回火索氏体 调质处理车间调质处理车间 (表面淬火表面淬火+低温回火低温回火)装配装配 为表面淬火

34、作组织准备；为表面淬火作组织准备；获得最终心部组织获得最终心部组织. 表面：表面： M回 回； ；心部：心部：S回 回 柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴 l4、常用钢号及用途、常用钢号及用途 l低淬透性钢：低淬透性钢： D0油 油60mm, 常 常 用用40CrNiMo, 用于制造大截用于制造大截 面重载荷零件，如曲轴等。面重载荷零件，如曲轴等。 单缸汽车曲轴单缸汽车曲轴 l制造弹簧或类似性能零件制造弹簧或类似性能零件 的钢种。的钢种。 l1、性能要求、性能要求 l弹簧是利用弹性变形储存弹簧是利用弹性变形储存 能量或缓和冲击的零件。能量或缓和冲击的零件。 l 高的高的s，s/b； 高的高的-1；足够的

35、韧性足够的韧性 l 高的淬透性高的淬透性。 五、弹簧钢五、弹簧钢 l2、成分特点、成分特点 l 中高碳：中高碳： l碳素弹簧钢为碳素弹簧钢为0.60.9%C l合金弹簧钢为合金弹簧钢为0.450.7%C l 合金元素作用：合金元素作用： l 提高淬透性、强化铁素提高淬透性、强化铁素 体：体：Mn、Si、Cr l 提高提高 s/ b：Si l 细化晶粒：细化晶粒：V 汽车弹簧汽车弹簧 l3、热处理及组织特点、热处理及组织特点 l 冷成型弹簧：冷成型弹簧：冷拔冷拔 冷成型冷成型定型处理定型处理 (250300)。 l用于用于10mm) 汽车板簧淬火线汽车板簧淬火线 冷卷螺旋压缩弹簧冷卷螺旋压缩弹簧

36、 l弹簧的表面质量对其弹簧的表面质量对其 寿命影响很大。寿命影响很大。 l提高表面质量的方法提高表面质量的方法: l 防止表面脱碳；防止表面脱碳； l 避免表面缺陷；避免表面缺陷； l 进行喷丸处理，使表进行喷丸处理，使表 面产生压应力。面产生压应力。 板簧喷丸处理示意图板簧喷丸处理示意图 l5、常用钢号及用途、常用钢号及用途 lSi、Mn弹簧钢弹簧钢，如，如65Mn、60Si2Mn，用于制造较，用于制造较 大截面弹簧。大截面弹簧。 lCr、V弹簧钢弹簧钢，如，如50CrV，用于大截面、大载荷、，用于大截面、大载荷、 耐热的弹簧。耐热的弹簧。 大型热卷弹簧大型热卷弹簧 汽车板簧汽车板簧 载荷载

37、荷(频率达数万次频率达数万次/分分)和摩擦。和摩擦。 l 高而均匀的硬度和耐磨性。高而均匀的硬度和耐磨性。 l 高的高的 b和接触疲劳强度。和接触疲劳强度。 l 足够的韧性、淬透性和耐蚀性足够的韧性、淬透性和耐蚀性. l用于制造轴承套和滚动体的专用于制造轴承套和滚动体的专 用钢种。用钢种。 l1、性能要求、性能要求 l轴承工作时轴承工作时, 承受接触应力承受接触应力(达达 MPa)、周期性交变、周期性交变 圆柱滚圆柱滚 子轴承子轴承 自动调自动调 心球轴承心球轴承 l2、成分特点、成分特点 l 高碳：高碳：0.951.10%C l 合金元素：合金元素：以以Cr为主为主, 加入加

38、入Mn、Si。 lCr、Mn、Si的主要作用的主要作用 是提高淬透性是提高淬透性 推力球轴承推力球轴承 滚针滚针 轴承轴承 lCr还提高耐磨性还提高耐磨性（形成合金渗（形成合金渗 碳体）碳体）和耐蚀性。和耐蚀性。 l当当1.65%Cr时时,会因会因A增加而增加而 使硬度和稳定性下降。使硬度和稳定性下降。 l3 、热处理和组织特点、热处理和组织特点 l滚动轴承钢是过共析钢。滚动轴承钢是过共析钢。 l 热处理：热处理： 球化退火球化退火+淬火淬火+低温回火低温回火 l 组织：组织： M回 回+颗粒状碳化物 颗粒状碳化物 +A(少量少量) l淬火后进行冷处理淬火后进行冷处理 (- -60 - -80

39、), 可以可以 减少减少A、稳定尺寸、稳定尺寸. 轴承生产车间轴承生产车间 滚针轴承滚针轴承 滚柱轴承滚柱轴承滚珠轴承滚珠轴承 大型轴承大型轴承 l4、常用钢号及用途、常用钢号及用途 l应用最广的是应用最广的是GCr15，大量用于大，大量用于大 中型轴承；中型轴承； l大型轴承用大型轴承用GCr15SiMn。 l这类钢还可用于制造模具这类钢还可用于制造模具、量具等量具等. l是指在冲击载荷作用下是指在冲击载荷作用下 发生冲击硬化的发生冲击硬化的高锰钢高锰钢. l只有只有ZGMn13一个钢号一个钢号. l1、成分特点、成分特点 l 高碳高碳：1.01.3%C 以保持高耐磨性。以保持高耐磨性。 l

40、 高锰高锰：1114%Mn 以保证形成奥氏体组织以保证形成奥氏体组织. 七、七、 高锰钢铸件高锰钢铸件 高锰钢高锰钢 l2、热处理及组织、热处理及组织 l铸态组织为铸态组织为奥氏体奥氏体+ 碳化物碳化物, 性能硬而脆性能硬而脆. l热处理采用水韧处热处理采用水韧处 理。理。即将钢加热到即将钢加热到 1100，使碳化物，使碳化物 溶入奥氏体，并进溶入奥氏体，并进 行水淬。行水淬。 l室温组织为过饱和室温组织为过饱和 单相奥氏体。单相奥氏体。 高锰钢水韧处理组织高锰钢水韧处理组织 浇铸高锰钢件浇铸高锰钢件 l3、使用及用途、使用及用途 l水韧处理后，韧性高，硬度低水韧处理后，韧性高，硬度低. 使用

41、时必须伴随着压力和冲击使用时必须伴随着压力和冲击 作用作用。 l在压力及冲击作用下，表面奥在压力及冲击作用下，表面奥 氏体迅速氏体迅速加工硬化加工硬化，形成马氏形成马氏 体体并并析出碳化物析出碳化物，使表面硬度使表面硬度 提高到提高到HB500550，获得高耐，获得高耐 磨性。而心部仍为奥氏体组织磨性。而心部仍为奥氏体组织, 具有高耐冲击能力。具有高耐冲击能力。 颚式破碎机颚式破碎机 挖掘机挖掘机 l高锰钢广泛用于既要求耐磨又高锰钢广泛用于既要求耐磨又 要求耐冲击的零件。要求耐冲击的零件。如拖拉机如拖拉机 的履带板、球磨机衬板、破碎的履带板、球磨机衬板、破碎 机牙板、挖机牙板、挖 掘机铲齿和掘

42、机铲齿和 铁路辙岔等铁路辙岔等. 球磨机衬板球磨机衬板 挖掘机铲齿挖掘机铲齿 铁路辙岔铁路辙岔 破碎机牙板破碎机牙板 按用途分为按用途分为: 刃具钢刃具钢 模具钢模具钢 量具钢量具钢 模具模具 l用来制造各用来制造各 种切削刀具种切削刀具 的钢种。的钢种。 一、刃具钢一、刃具钢 切削加工切削加工 l 性能要求性能要求 l1、高硬度高硬度 (HRC60), 主要取决于含碳量。主要取决于含碳量。 l2、高耐磨性高耐磨性 靠高硬度靠高硬度 和析出细小均匀硬碳化和析出细小均匀硬碳化 物来达到。物来达到。 l3、高热硬性高热硬性 即高温下即高温下 保持高硬度的能力。保持高硬度的能力。 l4、足够的韧性足

43、够的韧性 以防止以防止 脆断和崩刃。脆断和崩刃。 切削加工的基本形式切削加工的基本形式 l 碳素工具钢碳素工具钢 l共有七个牌号：共有七个牌号： T7T13 l1、成分特点：、成分特点： l高碳高碳(0.651.35%C) 随含碳量提高，碳化物随含碳量提高，碳化物 量增加，耐磨性提高，量增加，耐磨性提高， 但韧性下降。但韧性下降。 碳素工具钢带碳素工具钢带碳素工具钢材料碳素工具钢材料 l2、热处理及组织、热处理及组织 l 热处理：热处理：正火正火+球化球化 退火退火+淬火淬火+低温回火低温回火 l球化退火目的：球化退火目的： l 降低硬度降低硬度, 便于加工便于加工; l 为淬火作组织准备。为

44、淬火作组织准备。 l 使用状态下的组织：使用状态下的组织： M回 回+颗粒状碳化物 颗粒状碳化物 +A(少量少量) 球状珠光体球状珠光体 T12钢正常淬火组织钢正常淬火组织 l3、用途、用途 l由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸 的手工工具和低速刃具。的手工工具和低速刃具。 lT7T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、 凿子、锤子等。凿子、锤子等。 木工凿木工凿 木工钻木工钻 lT10T11：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车 刀等。刀等。 lT12T13：制造

45、耐磨工具，如锉刀、锯条等。制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。 丝锥丝锥 锉刀锉刀 手锯条手锯条 钻头钻头 l1、成分特点：、成分特点： l 高碳：高碳：0.751.5%C l 合金元素作用合金元素作用 l 提高淬透性提高淬透性: Cr、Mn、Si l 提高耐回火性提高耐回火性：Si l 提高耐磨性、细化晶粒提高耐磨性、细化晶粒: W、V l 低合金工具钢低合金工具钢 l由碳素工具钢基础上加入少量合金元素由碳素工具钢基础上加入少量合金元素(35)形成。形成。 低合金工具钢制品低合金工具钢制品 l2、热处理及组织、热处理及组织 l同碳素工具钢，只是淬火介同碳素工具钢，只是淬火介 质为油质为油(碳素工具

46、钢为水碳素工具钢为水)。 l使用状态下的组织为：使用状态下的组织为： M回 回+颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A(少量少量) l3、常用钢号及用途、常用钢号及用途 l应用最多的是应用最多的是9SiCr。用于制用于制 造形状复杂、要求变形小的造形状复杂、要求变形小的 低速刃具，如丝锥、板牙等低速刃具，如丝锥、板牙等. 丝锥丝锥 板牙板牙 低合金工具钢扳手低合金工具钢扳手 l1、性能特点性能特点: 高热硬性高热硬性 (600)、高淬透性高淬透性 l2、成分特点成分特点 l 高碳高碳: 0.701.5%C l 合金元素作用合金元素作用 l 提高淬透性：提高淬透性：Cr l 提高热硬性提高热硬性、耐磨性

47、耐磨性: W、Mo、V l 高速钢高速钢（俗称风钢）（俗称风钢） l制造高速切削刃具用钢。制造高速切削刃具用钢。 高速钢冷轧钢带高速钢冷轧钢带 高速钢形材高速钢形材 W18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织 l3、加工与热处理、加工与热处理 l加工工艺路线：加工工艺路线：下料下料锻造锻造退火退火机加工机加工淬火淬火 回火回火磨削磨削 l高速钢是莱高速钢是莱氏体氏体 钢钢，其铸态组织，其铸态组织 为亚共晶组织，为亚共晶组织， 由由鱼骨状莱氏体鱼骨状莱氏体 与树枝状与树枝状M+T组组 成，成，脆性大且无脆性大且无 法热处理改善。法热处理改善。 l 退火目的：退火目的： l降低硬度，便于降低硬度，便于

48、 切加工；切加工； l为淬火作组织准为淬火作组织准 备。备。 l退火后组织：退火后组织： S+颗粒状碳化物颗粒状碳化物 l 锻造目的：锻造目的：打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均 匀分布于基体中。匀分布于基体中。 W18Cr4V钢的退火组织钢的退火组织 l 淬火目的淬火目的: 获得获得 高合金元素含量的高合金元素含量的 马氏体。因此淬火马氏体。因此淬火

49、，产生二次硬化。产生二次硬化。 l 碳及合金元素含量下降，碳及合金元素含量下降，Ms点上升，回火冷却点上升，回火冷却 时，时，A转变为转变为M。 l每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。 l 回火目的：回火目的：主要主要 为减少为减少A。消除内应。消除内应 力、稳定组织。力、稳定组织。 l常用常用560三次回火三次回火. l回火时的组织变化：回火时的组织变化： l 析出析出W、Mo、V 高速钢硬度与回火温度关系高速钢硬度与回火温度关系 W18Cr4V钢淬火、回火后的组织钢淬火、回火后的组织 l4、使用状态下组织、使用状态下组织 M回 回+颗粒状碳化物

50、颗粒状碳化物+A（少量）（少量） 铸态铸态 淬火回火态淬火回火态 淬火态淬火态 退火态退火态 l5、常用钢号及用途、常用钢号及用途 l常用钢号为常用钢号为W18Cr4V(18-4-1) 和和W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。 l用于高速切削刃具，如用于高速切削刃具，如车刀车刀、 刨刀刨刀、铣刀铣刀、钻头钻头等。等。 车刀车刀铣刀铣刀 高速钢铣刀高速钢铣刀 钻头铣刀钻头铣刀 汽车冲压模具汽车冲压模具 l用以制造冷热模具的钢种用以制造冷热模具的钢种. l 冷作模具钢冷作模具钢 l制造金属冷成型模具钢种制造金属冷成型模具钢种. l1、性能要求、性能要求 l 高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。 l

51、 足够的强度和韧性。足够的强度和韧性。 l 良好的工艺性能良好的工艺性能（淬透（淬透 性、切削加工性等）性、切削加工性等） 二、模具钢二、模具钢 l2、常用钢种、常用钢种 l 小尺寸小尺寸、形状简单形状简单、受力受力 不大的模具不大的模具, 可用碳素工具可用碳素工具 钢和低合金工具钢制造。钢和低合金工具钢制造。 l 截面、受力大的冷模具截面、受力大的冷模具 用用Cr12型冷作模具钢型冷作模具钢制造制造. l 成分特点：成分特点：高碳高碳(1.42.3%C)；高铬高铬(11.513%Cr) l合金元素作用：合金元素作用： Cr 提高淬透性提高淬透性； Mo、V 提高耐磨性，细化晶粒提高耐磨性，细

52、化晶粒。 Cr12钢钢 l 加工及热处理：加工及热处理：Cr12型模具钢也是莱氏体钢，需进型模具钢也是莱氏体钢，需进 行锻造、退火行锻造、退火, 目的同高速钢目的同高速钢. l 常用钢号常用钢号为为Cr12 和和Cr12MoV。用于。用于 制造制造冷冲模冷冲模、挤压挤压 模模等。等。 l最终热处理为最终热处理为: 淬火淬火+低温回火低温回火 l使用状态下的组织使用状态下的组织: M回 回+颗粒 颗粒 状碳化物状碳化物+A(少量少量) 汽车外板冷冲模汽车外板冷冲模 冲压模具冲压模具 l 热作模具钢热作模具钢 l制造使加热金属或液制造使加热金属或液 态金属成型模具钢种态金属成型模具钢种. l1、性

53、能要求、性能要求 l 高温下良好的高温下良好的 综合力学性能。综合力学性能。 l 抗热疲劳性能。抗热疲劳性能。 l 高的淬透性和良好高的淬透性和良好 的导热性。的导热性。热模锻曲轴毛坯热模锻曲轴毛坯 热镦模热镦模 凸缘模凸缘模 l2、常用钢种、常用钢种 l 热锻模钢热锻模钢 5CrNiMo、5CrMnMo l前者用于大型热锻模，前者用于大型热锻模， 后者用于中小型热锻模后者用于中小型热锻模. l成分特点、合金元素作成分特点、合金元素作 用及热处理同调质钢。用及热处理同调质钢。 l使用状态下的组织使用状态下的组织: S回 回 l 压铸模钢压铸模钢 l典型钢号是典型钢号是3Cr2W8V, 为过共析

54、钢为过共析钢. l中碳中碳(0.30.4%C), 合金元素作用同合金元素作用同 高速钢。高速钢。W、Cr提高抗热疲劳性能提高抗热疲劳性能. l淬火淬火+回火后组织：回火后组织： M回 回+颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A(少量少量) 型板压铸模型板压铸模 压铸工艺压铸工艺 压铸模具压铸模具 l制造各种量具用钢。制造各种量具用钢。 如千分尺、卡尺、块如千分尺、卡尺、块 规、塞规等。规、塞规等。 三、量具钢三、量具钢 卡尺卡尺 塞规塞规千分尺千分尺 l1、性能要求、性能要求 l量具在使用过程中与被测零量具在使用过程中与被测零 件接触，承受摩擦和冲击。件接触，承受摩擦和冲击。 l 高硬度和耐磨性。高硬

55、度和耐磨性。 l 高的尺寸稳定性。高的尺寸稳定性。 l 足够的韧性。足够的韧性。 渐开线花键环渐开线花键环 规、塞规规、塞规 矩形花键环矩形花键环 规、塞规规、塞规 光面量规光面量规 l2、量具用钢、量具用钢 l 低碳钢低碳钢渗碳、渗碳、 中碳钢中碳钢表面淬火表面淬火 l 碳素工具钢、低合碳素工具钢、低合 金工具钢金工具钢 两者用于尺寸小、形两者用于尺寸小、形 状简单、精度要求不状简单、精度要求不 高的量具。高的量具。 l 滚动轴承钢、冷作模具钢滚动轴承钢、冷作模具钢。用于制造精密量具。用于制造精密量具. l 不锈钢不锈钢用于制造接触腐蚀介质的量具。用于制造接触腐蚀介质的量具。 量块量块 電子

56、卡尺電子卡尺 l3、量具钢的热处理特点、量具钢的热处理特点 l 淬火前预备热处理采用球化退火或调质处理。淬火前预备热处理采用球化退火或调质处理。 l 下限温度淬火及冷处理。目下限温度淬火及冷处理。目 的是减少的是减少A。 l 长时间低温时效，以消除内长时间低温时效，以消除内 应力，降低马氏体的正方度。应力，降低马氏体的正方度。 量规量规 指指 具有特殊物理、具有特殊物理、 化学性能的钢。化学性能的钢。 本节只介绍不锈本节只介绍不锈 钢和耐热钢。钢和耐热钢。 化工管道化工管道 的腐蚀的腐蚀 裂解管内裂解管内 壁的高温壁的高温 腐蚀减薄腐蚀减薄 l化学腐蚀化学腐蚀是指金属在非电解质中的腐蚀。是指金

57、属在非电解质中的腐蚀。 l电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中的腐蚀，是有是指金属在电解质溶液中的腐蚀，是有 电流参与作用的腐蚀。电流参与作用的腐蚀。 一、不锈钢一、不锈钢 l在腐蚀介质中具有在腐蚀介质中具有 耐蚀性能的钢。耐蚀性能的钢。 l 金属的腐蚀金属的腐蚀 l金属的腐蚀分金属的腐蚀分化学化学 腐蚀腐蚀和和电化学腐蚀电化学腐蚀。 l不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。 l防止电化学腐蚀的措施：防止电化学腐蚀的措施： l 获得均匀的单相组织。获得均匀的单相组织。 l 提高合金的电极电位。提高合金的电极电位。 l 使表面形成致密的钝化

58、膜。使表面形成致密的钝化膜。 l工业发达国家每年金属腐蚀工业发达国家每年金属腐蚀 造成的直接经济损失占造成的直接经济损失占GNP 的的4%左右。中国每年腐蚀左右。中国每年腐蚀 的损失至少到的损失至少到400亿元以上亿元以上. Zn Zn Zn-Cu原电池示意图原电池示意图 珠光体腐蚀示意图珠光体腐蚀示意图 电解液电解液 l 不锈钢中合金元素的作用不锈钢中合金元素的作用 l1、低碳：低碳：碳高，则降低耐蚀性。碳高，则降低耐蚀性。 l2、Cr：是提高耐蚀性的主要元素是提高耐蚀性的主要元素 l 形成稳定致密的形成稳定致密的Cr2O3氧化膜氧化膜. l Cr含量大于含量大于13%时，形成单相时，形成单

59、相 铁素体组织。铁素体组织。 l 提高基体电极电位提高基体电极电位(n/8规律规律) l3、Ni：获得单相奥氏体组织。：获得单相奥氏体组织。 l4、Mo：耐有机酸腐蚀。耐有机酸腐蚀。 l5、Ti, Nb: 防止奥氏体钢晶间腐蚀防止奥氏体钢晶间腐蚀. l晶间腐蚀晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大. l它是由于它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近析出于晶界，使晶界附近Cr含量降含量降 到到12%以下，在介质以下，在介质 l加加 Ti、Nb则先于则先于Cr与与C形成不易溶于奥氏体的碳化形成不易溶于奥氏体的碳化 物物, 避免晶界贫避免晶界贫Cr。 晶

60、间腐蚀晶间腐蚀 304不锈钢不锈钢 消火栓消火栓 齿轮架齿轮架 l 常用不锈钢常用不锈钢 l1、马氏体不锈钢、马氏体不锈钢 l主要是主要是Cr13型不锈钢型不锈钢 钢号为钢号为1Cr134Cr13 l随含碳量提高，强度、随含碳量提高，强度、 硬度提高，耐蚀性下降硬度提高，耐蚀性下降. l 1Cr13、2Cr13 l热处理热处理: 淬火淬火+高温回火高温回火 l使用状态下的组织使用状态下的组织: S回 回 不锈钢棒不锈钢棒 l1Cr13、2Cr13具有具有 耐大气耐大气、蒸汽腐蚀蒸汽腐蚀 能力及良好的综合能力及良好的综合 力学性能。力学性能。 用于要求塑韧性用于要求塑韧性 较高的耐蚀件，较高的耐

61、蚀件， 如汽轮机叶片等如汽轮机叶片等. 汽轮机叶片汽轮机叶片 透平转轮透平转轮 l 3Cr13、4Cr13 l热处理：热处理：淬火淬火+低温回火。低温回火。 l使用状态下的组织：使用状态下的组织：M回 回。 。 l具有较高强度、硬度。具有较高强度、硬度。 l用于要求耐蚀、耐磨件，用于要求耐蚀、耐磨件， 医疗器械、量具等。医疗器械、量具等。 医疗器械医疗器械 不锈钢刀不锈钢刀 1Cr17削片刀削片刀 l2、铁素体不锈钢、铁素体不锈钢 l典型钢号如典型钢号如0Cr13、 1Cr17等。等。 l 成分：成分：高铬低碳高铬低碳 l 无无相变相变，不能，不能 进行热处理强化。进行热处理强化。 l 组织组

62、织：单相铁素体单相铁素体 钢中钢中相相 l 性能特点性能特点 l耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向：耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向： l 475脆化：脆化：加热到加热到450550停留，产生脆化停留，产生脆化. 再加热到再加热到600 快冷可消除。快冷可消除。 l 相脆化：相脆化： 在在600 800长长 期加热时，析出期加热时，析出 硬而脆的硬而脆的 相。相。 l 用途用途 l广泛用于硝酸和氮肥工广泛用于硝酸和氮肥工 业的耐蚀件。业的耐蚀件。 硝酸生产装置硝酸生产装置 铁素体不铁素体不 锈钢制品锈钢制品 l3、奥氏体不锈钢、奥氏体不锈钢 l主要是主要是18-8（18Cr-

63、8Ni）型不锈钢。）型不锈钢。 l 性能特点：性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及具有良好的耐蚀性，冷热加工性及 l可焊性。高的塑韧性可焊性。高的塑韧性, 无磁性。无磁性。 l 热处理：热处理：采用采用固固 溶处理溶处理。即加热到。即加热到 1100使碳化物溶解使碳化物溶解 后水冷。后水冷。 l组织为组织为单相奥氏体单相奥氏体。 不锈钢带不锈钢带 l 常用钢种常用钢种 l为为1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti l广泛用于化工设备及管道广泛用于化工设备及管道. 反应釜反应釜 (316L) 大型化工储罐大型化工储罐(304) 热交换器热交换器(316L) l 应力腐蚀应力腐蚀 l奥氏体不锈

64、钢易发生应力腐蚀。奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即即在特定合金在特定合金-环环 境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力。应力 腐蚀易在含腐蚀易在含Cl的介质中发生，裂纹为树枝状。的介质中发生，裂纹为树枝状。 发生应力腐蚀奥氏发生应力腐蚀奥氏 体不锈钢管道内壁体不锈钢管道内壁 应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹 l 性能要求性能要求 l1、高的抗氧化性：、高的抗氧化性： l指钢在高温下对氧指钢在高温下对氧 化作用的抗力。化作用的抗力。 l钢中加入钢中加入Cr、Si、 Al可形成致密稳定可形成致密稳定 的氧化膜，阻碍氧的氧化膜，阻碍氧 进一步扩散，提高进一步扩散，提

65、高 抗氧化性。抗氧化性。 二、耐热钢二、耐热钢 气轮机叶片气轮机叶片 飞机发动机飞机发动机 过热器过热器 l2、高的热强性、高的热强性 l热强性是指金属热强性是指金属 在高温下的强度在高温下的强度. l指标为蠕变强度指标为蠕变强度 和持久强度。和持久强度。 l蠕变指金属在高蠕变指金属在高 温低于温低于s的应力的应力 下所发生的极其下所发生的极其 缓慢的塑性变形缓慢的塑性变形. l提高高温强度的途径提高高温强度的途径: l 固溶强化；固溶强化； l 析出强化；析出强化； l 晶界强化晶界强化(加入加入B、 Zr等降低晶界能量等降低晶界能量) 高温合金中的高温合金中的 析出相析出相高温合金中的弯曲

66、晶界高温合金中的弯曲晶界 裂纹中止于晶界颗粒状析出物裂纹中止于晶界颗粒状析出物 涡轮机机壳涡轮机机壳 钢制法兰钢制法兰 l 常用耐热钢常用耐热钢 l1、珠光体耐热钢、珠光体耐热钢 l常用钢号为常用钢号为15CrMo、 12Cr1MoV，是低合，是低合 金钢。金钢。 l 合金元素作用：合金元素作用： lCr提高抗氧化性；提高抗氧化性； lMo提高热强性提高热强性(T再 再); lV弥散强化。弥散强化。 l 热处理：热处理： 正火正火+高温回火高温回火 l 组织组织: F+P l 用途：用途：600 以下的锅炉零件以下的锅炉零件, 压力容器，热交压力容器，热交 换器等。换器等。 烟管式锅炉烟管式锅炉 锅炉管锅炉管 l2、马氏体耐热钢、马氏体耐热钢 l常用钢号为常用钢号为1Cr13、 1Cr11MoV、4Cr9Si2 l 合金元素作用：合金元素作用： lCr、Si提高抗氧化性提高抗氧化性; lMo提高热强性提高热强性(T再 再); lV弥散强化。弥散强化。 l 热处理：热处理：调质调质。 l 组织：组织： S回 回。 。 汽轮机叶片汽轮机叶片 l 用途：用途：1Cr13、1Cr11MoV用于