07《工程》第七章钢铁课稿.ppt

第七章 钢铁材料 [学习内容] 1. 钢中的杂质和合金元素； 2. 钢的编号； 3. 合金结构钢 4. 工具钢； 5. 特殊性能钢； 钢铁材料:钢和铸铁的总称。 钢分为两大类： 碳钢（价格便宜，占钢量的90％）; 合金钢（占钢量的10％）。 第一节 钢中的杂质 碳钢的主要成分为Fe和C。 因原材料及冶炼工艺等因素，混入一些杂质元素，主要： Mn（锰）、Si（硅）、S（硫）、P（磷）、H（氢）、N（氮）、O（氧） 等，对钢的性能影响较大。 1. S（硫） ①S是炼钢时无法除尽的有害杂质。难固溶于Fe，形成低熔点FeS（1190℃），FeS又与γ-Fe形成低熔点共晶体（FeS+Fe）（985℃），分布于奥氏体晶界上。 当钢加热到锻、轧温度时，（FeS+Fe）共晶体熔化，造成沿晶界碎裂，称为 “红脆”或“热脆”。 ② S在钢焊接时，易导致焊缝热裂，使焊缝出现氧化、气孔和疏松。 ③ 高级优质钢：S＜0.02%～0.03%； 优质钢：S＜0.03%～0.045%； 普通钢：S＜0.055%～0.7%以下。 2. Mn（锰） 有益元素，随脱氧剂进入钢中。 ① 脱氧：把钢水中的FeO还原为Fe。 ② Mn对S的亲和力大于Fe，优先形成高熔点的在高温下具有一定的塑性的MnS，可避免钢发生热脆。 ③ Mn固溶于铁素体中，起到固溶强化作用。 ④ Mn增加珠光体量，能细化晶粒,显著提高钢的力学性能。 3. Si（硅）影响与锰相似，炼钢脱氧剂 ① 脱氧能力比Mn强，能更好地将FeO还原。 ② Si溶于F中，起固溶强化作用。 ③ 冶炼后含量通常小于0.5%。 4. P（磷） 生铁中带入，不能除尽有害元素。 ① 在F中固溶强化，钢的强度、硬度显著提高 。 ② 使钢的塑性、韧性在室温下急剧降低，称“冷脆”。 ③?Fe-P合金偏析严重。 ④含P0.08%－0.15%，F脆化，切削加工性提高。 ⑤ 高P钢抗大气、海水腐蚀，含Cu时，作用更加显著。 5. N（氮） α-Fe中590℃溶解度最大0.1%，室温时0.001%以下，过饱和N的F，变形后析出N化物，使低C钢强度上升，塑性下降，性能不稳定。 与钒、铌、钛形成N化物，有细化晶粒和沉淀强化的效果。 研发以N代Ni，制造低铬或无铬不锈钢, 替代Cr18Ni9Ti不锈钢。 6. H（氢）含量甚微，危害很大： 微量H引起“氢脆” 产生大量微裂纹—白点，使钢塑性显著下降，韧性几乎为0。 7. O（氧）以氧化物的形式存在，如FeO、Fe2O3、SiO2、MnO、Al2O3、CaO、MgO、复合氧化物等，使钢的性能下降。 第二节 钢与合金元素 合金钢：在碳钢中有意识加入一种或几种元素，形成合金钢。 常见合金元素 Ni、Si、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Ti、Co等。 优越性 ①机械性能好；②淬透性高； ?? ③获得特殊性能钢:不锈钢、耐热 钢、耐磨钢等。 1、合金元素对钢机械性能的影响 金属的强化机制主要有固溶强化、位错强化、细晶强化、第二相(沉淀和弥散)强化四种。合金元素在这些强化机制中起到了重要作用。1)固溶强化，晶格畸变→阻碍位错运动。Mn、Si 2)形成合金碳化物→弥散强化 Nb，V，Al，Ti3)阻碍A晶粒长大→细晶强化； 大多数合金元素都有阻止A晶粒长大作用， 主要： Nb、V、Al、Ti、 合金元素对钢性能的影响 4)提高淬透性→M强化，Si、Mn、Cr、Ni、B， ? 合金元素（除Co外）推迟珠光体(P)转变，使C曲线右移。 注意：合金元素 只有完全溶于奥氏 体时, 才能提高淬 透性。未溶解合金 元素形成碳化物促 进形核，会降低淬 透性。 5)合金元素改变马氏体转变温度 合金元素对钢性能的影响 6)提高回火抗力,Si、W、Mo、V、Ti 7)产生二次硬化→沉淀出弥散稳定的难熔碳化物W2C、VC、Cr7C3等, 使钢的硬度升高, 称为沉淀硬化。提高钢的红硬性、硬度及耐磨性。 2、合金元素对相图的影响 1） Ni、Mn使γ相区扩大，使E、S点向左、下移动；A1和A3温度降低。 2） Si、Cr、Mo、W、V、Ti等使γ相区缩小, E、S点向左、上移动；A1 和A3温度升高。 3、合金元素对钢的工艺性能的影响 1）铸造性能 ↓(流动性降低、成分偏析严重) 第三节 钢的分类、牌号及用途 一、碳钢的分类 1.碳含量 低碳C%＜0.25%、中碳0.25＜C%＜0.6%、高碳C0.6% 2．质量 普碳钢S＜0.055,P＜0.045、优质碳素钢S＜0.04, P＜0.04 、高级优质碳素钢S＜0.03,P＜0.