2．1 非合金钢、低合金钢与合金钢（课件）-高一《金属加工与实训--基础常识》同步教学（高教版第三版）

非合金钢 常存杂质元素对钢性能的影响 Part 01 碳素钢的分类 Part 02 普通碳素结构钢牌号、性能和用途 Part 03 优质碳素结构钢牌号、性能和用途 Part 04 碳素工具钢牌号、性能和用途 Part 05 铸造碳钢牌号、性能和用途 Part 06 CONTENT 目 录 常存杂质元素对钢性能的影响 常存杂质元素对钢性能的影响 碳素钢中除铁和碳外，在炼钢过程中不可避免的带入一些杂质。常存的杂质有硅、锰、硫、磷和非金属夹杂物（氧化物、硫化物）等。 它们对钢的性能都会产生一定的影响。 一、硅的影响 硅是炼钢后期，以硅铁脱氧剂进行脱氧反应后残留在钢中的元素。残留在钢中的硅溶于铁素体形成固溶体，它能提高钢的强度和硬度，所以硅是钢中的有益元素。由于其在钢中仅作为少量杂质元素，故含量较少，对钢的性能影响并不显著。 钢中的含硅量通常小于等于0.5%，在碳素镇静钢中一般控制在0.17%～0.37%之间。 二、锰的影响 锰主要来自炼钢脱氧剂。脱氧后残留在钢中的锰可溶于铁素体和渗碳体中，使钢的强度和硬度提高。此外，锰还和硫形成MnS，从而减轻硫对钢的危害。所以锰是钢中的有益元素。 在钢中锰的含量一般为0.25%～0.80%之间，通常不超过0.8%。 三、硫的影响 硫是由生铁和燃料带入钢中的杂质。在固态下，硫在铁中的溶解度极小，主要以化合物FeS的形式存在，并能与铁形成熔点约为985℃的共晶体（FeS+Fe）而分布在奥氏体晶界上。当钢加热至1000～1250℃以上进行轧制或锻造等热加工时，晶界上的共晶体已熔化，晶粒间结合被破坏，使钢材在加工过程中沿晶界开裂，这种现象称为热脆性。此外，硫还会降低钢的强度和韧性。 因此，硫是钢中的有害元素，钢中含硫量不能超过0.05%。钢中加入锰可消除硫的有害影响。因为硫和锰的亲和力较硫和铁的亲和力强。锰能从FeS中夺走硫而形成MnS。MnS的熔点高（1620℃），在钢轧制时不熔化，故能有效地避免钢的热脆性。因此，钢中锰、硫含量常有定比。 四、磷的影响 磷主要来源于炼钢原料生铁。磷少部分溶于铁素体中形成固溶体，大部分在结晶时形成脆性很大的化合物（Fe3P），使钢在室温下（一般为100℃以下）的塑性和韧性急剧下降，这种现象称为冷脆性。钢中含磷量达到0.10%时，冷脆性就很严重了。磷在结晶时还容易偏析，从而在局部地方发生冷脆。因此，磷是钢中的有害元素，一般钢中含磷量限制在0.04%以下。 钢中的硫和磷是有害元素应严格控制它们的含量。但是，在易切削钢中，适当低提高硫、磷含量，增加钢的脆性，反而有利于切削，从而提高切削效率和延长刀具寿命。这种易切削钢主要用于在自动机床上加工生产量大，受力不大的零件。 五、非金属夹杂物的影响 钢中的非金属夹杂物有氧化物（FeO、Fe3O4、MnO、SiO2、Al2O3）、硫化物（MnS、FeS等）、硅酸盐等。这些夹杂物是炼钢反应产生而未能完全排除钢液之上，或是从炉渣、炉体、铸锭设备等耐火材料中带入的。 非金属夹杂物会降低钢的强度、塑性，因而夹杂物越少，钢的质量越好。 碳素钢的分类 碳素钢的分类 为了便于生产、选用和储运，需要按一定标准对钢材进行分类。非合金钢的分类方法很多，常用的有以下几种。 一、碳素钢的分类 低碳钢 中碳钢 高碳钢 碳的质量分数wc＜0.25%的铁碳合金，如08、10、15、20和25等。 碳的质量分数wc=0.25%~0.60%的铁碳合金，如30、35、40、45、50、55、60等。 碳的质量分数wc＞0.60%的铁碳合金，如65、70、75、80、85、T7、T8、T10、T12等。 二、按主要质量等级分类 普通质量非合金钢 是指对生产过程中控制质量无特殊规定的一般用途的非合金钢，如Q195、Q215A、Q215B、Q235A、Q235B、Q275A、Q275B、Q275C等。 优质非合金钢 是指除普通质量非合金钢和特殊质量非合金钢以外的非合金钢，如08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、80、85等。 特殊质量非合金钢 是指在生产过程中需要特别严格控制质量和性能（如控制淬透性和纯净度）的非合金钢，如T7、T8、T10、T12等。 三、按用途分类 01 碳素结构钢：碳素结构钢主要用于制造各种机械零件和工程结构件，其碳的质量分数一般都小于0.70%。此类钢常用于制造齿轮、轴、螺母、弹簧等机械零件，以及桥梁、船舶、建筑等工程结构件。 碳素工具钢：碳素工具钢主要用于制造工具，如刃具、模具、量具等，其碳的质量分数一般都大于0.70%。 02 四、其他分类方法 非合金钢还可以从其他角度进行分类，如按专业可分为锅炉用钢、桥梁用钢、矿用钢等，按冶炼方法可分为转炉钢和电炉钢等。 四、其他分类方法 冷兵器时代的尴尬局面