6.1 鋼的分類與編號(hào)
6.1.1 鋼的分類
鋼的種類繁多，為了便于生產(chǎn)、使用、管理，可按以下幾種方法分類。
1.按化學(xué)成分分類
按化學(xué)成份可將鋼分為碳素鋼和合金鋼。碳素鋼根據(jù)含碳量分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。合金鋼根據(jù)合金元素含量分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼。
2.按質(zhì)量分類
鋼的質(zhì)量是以硫、磷的含量來(lái)劃分的。根據(jù)硫、磷的含量可將鋼分為普通質(zhì)量鋼、鋼、鋼和特級(jí)鋼。
3.按冶煉方法分類
根據(jù)冶煉所用煉鋼爐不同，可將鋼分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼和電爐鋼。
4.按金相組織分類
在退火組織可將鋼分為亞共析鋼、共析鋼和過(guò)共析鋼。按正火組織可將鋼分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼和萊氏體鋼等。
5.按用途分類
按用途可將鋼分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼。

6.1.2 鋼的分類
1.鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法
我國(guó)鋼的牌號(hào)一般采用漢語(yǔ)拼音字母、化學(xué)元素符號(hào)和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法表示。
碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼
這兩類鋼采用屈服點(diǎn)的拼音字母“Q” ，屈服點(diǎn)數(shù)值(單位為MPa)和表6-2中規(guī)定的質(zhì)量等級(jí)脫氧方法等符號(hào)表示，按順序組成牌號(hào)。例如碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)為Q23F、Q235BZ等；低合金鋼高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)表示為Q345C、Q345D等。
質(zhì)量等級(jí)由A到E磷硫含量質(zhì)量提高。碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)中表示鎮(zhèn)靜鋼的符號(hào)”Z”和表示特殊鎮(zhèn)靜鋼的符號(hào)“TZ”可以省略，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼都是鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼，其牌號(hào)中沒(méi)有表示脫氧方法的符號(hào)。
根據(jù)需要，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)也可采用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字（表示平均含碳量的萬(wàn)分之幾）和化學(xué)元素符號(hào)，按順序表示，如16Mn等。

碳素結(jié)構(gòu)鋼
碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)以兩位數(shù)表示，這兩位數(shù)字表示鋼的平均含碳量的萬(wàn)分之幾。
沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼在牌號(hào)尾部分別加符號(hào)“F”和“b”。如平均含碳量為0.08%的沸騰鋼，其牌號(hào)表示為“08F”；平均含碳量為0.01%的半鎮(zhèn)靜鋼，其牌號(hào)表示為“10b”。鎮(zhèn)靜鋼一般不表示符號(hào)，如平均含碳量為0.45%的鎮(zhèn)靜鋼，其牌號(hào)表示為“45”。
鋼的含錳量為0.70%～1.00%時(shí)，在牌號(hào)后加錳元素符號(hào)，如“50Mn”。鋼在牌號(hào)后加字母“A”。特級(jí)鋼在牌號(hào)后加字母“E”如“45E”。

合金結(jié)構(gòu)鋼和合金彈簧鋼
合金結(jié)構(gòu)鋼和合金彈簧鋼牌號(hào)由兩位數(shù)字（表示平均含碳量的萬(wàn)分之幾）加上其后帶有百分含量數(shù)字的合金元素符號(hào)組成。

工具鋼
①碳素工具鋼
碳素工具鋼的牌號(hào)由字母“T”與其后的數(shù)字組成，如“T9”。鋼在牌號(hào)后加字母“A”如“T10A”。
②合金工具鋼和高速工具鋼
合金工具鋼和高速工具鋼牌號(hào)的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼基本相同，但一般不標(biāo)明含碳量數(shù)字，如“Cr12MoV”（平均含碳量為1.60%）“W6Mo5Cr4V2”（平均含碳量為0.85%）當(dāng)合金工具鋼的含碳量小于1.00%時(shí)，含碳量用一位數(shù)字標(biāo)明，表示平均含碳量的千分之幾，如“8MnSi”。
平均含鉻量小于1%的合金工具鋼，在含鉻量（以千分之一為單位）前加數(shù)字“0”，如“Cr06”。

軸承鋼
高碳鉻軸承鋼的牌號(hào)以字母“G”打頭，牌號(hào)中不標(biāo)明含碳量，鉻含量以千分之一為單位，如“GCr15”的平均含鉻量為1.5%。滲碳軸承鋼牌號(hào)的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同，僅在牌號(hào)頭部加字母“G”如“G20CrNiMo”。

不銹鋼和耐熱鋼
不銹鋼和耐熱鋼的牌號(hào)由表示平均含碳量的數(shù)字（以千分之一為單位）與其后帶有百分含量的合金元素符號(hào)組成。合金元素含量表示方法同合金結(jié)構(gòu)鋼。含碳量的表示方法為：當(dāng)平均含碳量≥1.00%時(shí)，用兩位數(shù)字表示，如“11Cr17”（平均含碳量為1.10%）；當(dāng)1.00%＞平均含碳量≥0.1%時(shí)，用一位數(shù)字表示，如“2Cr13”（平均含碳量偽0.20%）；當(dāng)含碳量上限＜0.1%時(shí)，以“0”表示，如“0Cr18Ni9”（含碳量上限為0.08%）；當(dāng)0.03%≥含碳量上限＞0.01%（超低碳），以“03”表示，如“03Cr19Ni10”（含碳量上限為0.03%）；當(dāng)含碳量上限≤0.01%時(shí)（極低碳），以“01”表示，如“01Cr19Ni11”（含碳量上限為0.01%）。

鑄 鋼
以強(qiáng)度為主要特征的鑄鋼牌號(hào)為“ZG”（表示“鑄鋼“二字）加上兩組數(shù)字，*組數(shù)字表示zui低屈服強(qiáng)度值，第二組數(shù)字表示zui低抗拉強(qiáng)度值，單位均為MPa如“ZG200-400”。以化學(xué)成分為主要特征的鑄鋼的牌號(hào)為“ZG”加上兩位數(shù)字，這兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬(wàn)分之幾。合金鑄鋼牌號(hào)在兩位數(shù)字后加上帶有百分含量數(shù)字的元素符號(hào)。當(dāng)合金元素平均含量為0.9%～1.4%時(shí)，除錳只標(biāo)符號(hào)不標(biāo)含量外，其他元素需在符號(hào)后標(biāo)注數(shù)字1；當(dāng)合金元素平均含量大于1.5%時(shí)，標(biāo)注方法同合金結(jié)構(gòu)鋼，如“ZG15Cr1Mo1V”、“ZG20Cr13”。
 
6.2 鋼中的雜質(zhì)與合金元素
6.2.1 鋼中常存雜質(zhì)元素對(duì)性能的影響
鋼中常存雜質(zhì)元素主要是指錳、硅、硫、磷及氮、氫、氧等。這些元素在冶煉時(shí)或者由原料、燃料及耐火材料中帶入鋼中，或者由大氣進(jìn)入鋼中，或者脫氧時(shí)殘留于鋼中，它們的存在會(huì)對(duì)鋼的性能產(chǎn)生影響。
1.硅和錳的影響
硅和錳在鋼中均為有益元素，能溶于鐵素體中起固溶強(qiáng)化作用，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。
2.硫和磷的影響
硫和磷在鋼中都是有害元素。硫在鋼中以FeS的形式存在，使鋼變脆，產(chǎn)生熱脆性。控制在0.05％以下，MnS對(duì)斷屑有利。磷可溶于鐵素體中，使鋼的強(qiáng)度、硬度顯著增加。但使鋼脆化，產(chǎn)生冷脆性。
3. 氣體元素的影響
氮：室溫下氮在鐵素體中溶解度很低，鋼中過(guò)飽和的氮在常溫放置過(guò)程中會(huì)以Fe4N形式析出而使鋼變脆，稱為時(shí)效脆化。在鋼中加入Ti、V、Al等元素可使氮以這些元素氮化物的形式被固定，從而消除時(shí)效傾向。
氧： 氧在鋼中主要以氧化物夾雜的形式存在，氧化物夾雜與基體的結(jié)合力弱，不易變形，易成為疲勞裂紋源。
氫：常溫下氫在鋼中的溶解度很低。當(dāng)氫在鋼中以原子態(tài)溶解時(shí)，降低韌性，引起氫脆。當(dāng)氫在缺陷處以分子態(tài)析出時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高的內(nèi)壓，形成內(nèi)裂紋，其內(nèi)壁為白色，稱為白點(diǎn)或裂紋。

6.2.2 合金元素在鋼中的主要作用
1.合金元素對(duì)鋼中基本相的影響
鐵素體和滲碳體是碳素鋼中兩個(gè)基本相，合金元素進(jìn)入鋼中將對(duì)這兩個(gè)基本相的成分、結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生影響。
（1）溶于鐵素體，起固溶強(qiáng)化作用
加入鋼中的非碳化物形成元素及過(guò)剩的碳化物形成元素都將溶于鐵素體，形成合金鐵素體，起固溶強(qiáng)化作用。從幾種合金元素對(duì)鐵素體硬度和韌性的影響可以看出，Si、Mn的固溶強(qiáng)化效果zui顯著，但其含量超過(guò)一定值后，鐵素體的韌性將急劇下降，而Cr、Ni在適當(dāng)?shù)暮糠秶鷥?nèi)不但能提高鐵素體的硬度，而且還能提高其韌性。因此為了獲得良好的強(qiáng)化效果，應(yīng)控制固溶強(qiáng)化元素在鋼中的含量。
（2）形成碳化物
加入到鋼中的合金元素，除溶入鐵素體外，還能進(jìn)入滲碳體中，形成合金滲碳體，如鉻進(jìn)入滲碳體形成(Fe,Cr)3C。當(dāng)碳化物形成元素超過(guò)一定量后，將形成這些元素自己的碳化物。合金元素與碳的親和力從大到小的順序?yàn)椋篫r、Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。合金元素與碳的親和力越大，所形成化合物越穩(wěn)定、熔點(diǎn)、分解溫度、硬度、耐磨性就越高。在碳化物形成元素中，鈦、鈮、釩是強(qiáng)碳化物形成元素，所形成的碳化物如TiC、VC等；鎢、鉬、鉻是中碳化物形成元素，所形成碳化物如Cr23C6、Cr7C3、W2C等；錳、鐵是弱碳化物形成元素，所形成的碳化物如Fe3C、Mn3C等。碳化物是鋼中的重要組成相之一，其類型、數(shù)量、大小、形態(tài)及分布對(duì)鋼的性能有著重要的影響。
 
2.合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響
(1) 對(duì)奧氏體相區(qū)的影響
加入到鋼中的合金元素，依其對(duì)奧氏體區(qū)的作用可分為兩類。
一類是擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素，如Ni、Co、Mn、N等，這些元素使A1、A3點(diǎn)下降，A4點(diǎn)上升。當(dāng)鋼中的這些含量足夠高（如Mn含量大于13%或Ni含量大于9%）時(shí)，A3點(diǎn)降到零度以下，因而室溫下鋼具有單相奧氏體組織，稱為奧氏體鋼。
另一類是縮小奧氏體相區(qū)的元素，如Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等，這些元素是A1、A3點(diǎn)上升，A4點(diǎn)下降。當(dāng)鋼中的這些元素含量足夠高（如Cr含量大于13%）時(shí)，奧氏體相區(qū)消失，室溫下鋼具有單相鐵素體組織，稱為鐵素體鋼。
(2)對(duì)S點(diǎn)和E點(diǎn)位置的影響
幾乎所有合金元素都使E點(diǎn)和S點(diǎn)左移，即這兩點(diǎn)的含碳量下降。由于S點(diǎn)的左移，使含碳量低于0.77%的合金鋼出現(xiàn)過(guò)共析組織（如4Cr13），在退火狀態(tài)下，相同含碳量的合金鋼組織中的珠光體量比碳鋼多，從而使鋼的強(qiáng)度和硬度提高。同樣由于E點(diǎn)的左移，使含碳量低于2.11%的合金鋼出現(xiàn)共晶組織，成為萊氏體鋼，如W18Cr4V（含碳量為0.7%～0.8%）。

3.合金元素對(duì)鋼中相變過(guò)程的影響
對(duì)鋼加熱時(shí)奧氏體化過(guò)程的影響
① 對(duì)奧氏體形成速度的影響
大多數(shù)合金元素（鎳、鈷以外）都減緩鋼的奧氏體化過(guò)程。因此合金鋼在熱處理時(shí)要相應(yīng)地提高加熱溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，才能保證奧氏體化過(guò)程的充分進(jìn)行。
② 對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向的影響
碳、氮化物形成元素阻礙奧氏體的長(zhǎng)大。合金元素與碳和氮的親和力越大，阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的作用也越強(qiáng)烈，因而強(qiáng)碳化物和氮化物形成元素具有細(xì)化晶粒的作用。Mn 、P對(duì)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大起促進(jìn)作用，因此含錳鋼加熱時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時(shí)間。
 
對(duì)鋼冷卻時(shí)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程的影響
① 對(duì)C曲線和淬透性的影響
除Co外，凡溶入奧氏體的合金元素均使C曲線右移，鋼的臨界冷卻速度下降，淬透性提高。淬透性的提高，可使淬火的冷卻速度降低，這有利于減少零件的淬火變形和開(kāi)裂傾向。合金元素對(duì)鋼淬透性的影響取決于該元素的作用強(qiáng)度和溶解量，鋼中常用的提高淬透性元素為Mn、Si、Cr、Ni、B。如果采用多元少量的合金化原則，對(duì)提高鋼的淬透性將會(huì)更為有效。
對(duì)于中強(qiáng)和強(qiáng)碳化物形成元素（如鉻、鎢、鉬、釩等），溶于奧氏體后，不僅使C曲線右移，而且還使C曲線的形狀發(fā)生改變，使珠光體轉(zhuǎn)變與貝氏體轉(zhuǎn)變明顯地分為兩個(gè)獨(dú)立的區(qū)域。
②對(duì)Ms、Mf點(diǎn)的影響
除Co、Al外，所有溶于奧氏體的合金元素都使Ms、Mf點(diǎn)下降，使鋼在淬火后的殘余奧氏體量增加。一些高合金鋼在淬火后殘余奧氏體量可高達(dá)30%~40%，這對(duì)鋼的性能會(huì)產(chǎn)生不利的影響，可通過(guò)淬火后的冷處理和回火處理來(lái)降低殘余奧氏體量。

對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變過(guò)程的影響
① 提高耐回火性
淬火鋼在回火過(guò)程中抵抗硬度下降的能力稱為耐回火性（也稱回火穩(wěn)定性）。由于合金元素阻礙馬氏體分解和碳化物聚集長(zhǎng)大過(guò)程，使回火時(shí)的硬度降低過(guò)程變緩，從而提高鋼的耐回火性。因此，當(dāng)回火硬度相同時(shí)，合金鋼的回火溫度比相同含碳量的碳鋼高，這對(duì)于消除內(nèi)應(yīng)力是有利的，而當(dāng)回火溫度相同時(shí)，合金鋼的強(qiáng)度、硬度要比碳鋼高。
② 產(chǎn)生二次硬化
含有高W、Mo、Cr、V等元素的鋼在淬火后回火加熱時(shí)，由于析出細(xì)小彌散的這些元素碳化物以及回火冷卻時(shí)殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使鋼的硬度不僅不下降，反而升高，這種現(xiàn)象稱為二次硬化。二次硬化使鋼具有熱硬性，這對(duì)于工具鋼是非常重要的。
③ 防止第二類回火脆性
如第5章所述，在鋼中加入W、Mo可防止第二類回火脆性，這對(duì)于需調(diào)質(zhì)處理后使用的大型件有著重要意義。

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