第7讲 低合金和合金钢及其应用（课件）《金属加工与实训—基础常识与技能训练》同步精品课堂（高教版）

模块2 常用工程材料 2.3 低合金钢和合金钢及其应用 主讲人：XXXX 非合金钢-知识树 二、低合金钢的分类、牌号及用途 低合金钢：合金元素含量较少的钢。大多数的低合金钢是低碳低合金可焊接结构钢，并在热轧或正火状态下使用。 1．低合金钢的分类 （1）按主要质量等级分类 低合金钢按主要质量等级可分为普通质量低合金钢、优质低合金钢和特殊质量低合金钢。 （2）按主要性能及使用特性分类 低合金钢按主要性能及使用特性分类，可分为可焊接的低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金专业用钢（如低合金钢筋钢、铁道用低合金钢、矿用低合金钢等）。 模块2 常用工程材料 2．低合金钢的牌号及用途 （1）低合金高强度结构钢的牌号及用途 低合金高强度钢的牌号由代表屈服强度“屈”字的汉语拼音字母Q、规定的最小上屈服强度数值、交货状态代号、质量等级符合（B、C、D、E、F）四部分组成。 （GB/T 1591-2018 低合金高强度结构钢） 例如，Q390B表示屈服强度≥390MPa，质量为B级的低合金高强度结构钢。 常用低合金高强度结构钢有Q355、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690等。 模块2 常用工程材料 2．低合金钢的牌号及用途 （2）低合金耐候钢的牌号及用途 耐候钢是指耐大气腐蚀钢。我国目前使用的耐候钢分为焊接结构用耐候钢和高耐候性结构钢两大类。 例如：Q355NHC表示屈服强度≥355MPa，质量等级为C级的焊接结构用耐候钢。 Q355GNH表示屈服强度≥345MPa的高耐候结构钢。 （3）低合金专业用钢 例如，锅炉用钢、压力容器用钢、船舶用钢、桥梁用钢、汽车用钢、铁道用钢、自行车用钢、矿山用钢、建筑用钢等。 ①汽车用钢：GB/T 3273-2015 执行 钢的牌号由抗拉强度下限值和汉语拼音“梁”的首位字母 L两个部分组成。L——表示汽车大梁。 例如：370L 表示抗拉强度≥370MPa的汽车用钢。 模块2 常用工程材料 2．低合金钢的牌号及用途 （3）低合金专业用钢 例如，锅炉用钢、压力容器用钢、船舶用钢、桥梁用钢、汽车用钢、铁道用钢、自行车用钢、矿山用钢、建筑用钢等。 ②钢筋钢：GB/T 1499.1-2024 和GB/T 1499.2-2024 执行。 模块2 常用工程材料 2．低合金钢的牌号及用途 （3）低合金专业用钢 例如，锅炉用钢、压力容器用钢、船舶用钢、桥梁用钢、汽车用钢、铁道用钢、自行车用钢、矿山用钢、建筑用钢等。 ②钢筋钢：GB/T 1499.1-2024 和 GB/T 1499.2-2024 执行。 模块2 常用工程材料 2．低合金钢的牌号及用途 （3）低合金专业用钢 例如，锅炉用钢、压力容器用钢、船舶用钢、桥梁用钢、汽车用钢、铁道用钢、自行车用钢、矿山用钢、建筑用钢等。 ③铁道用钢：按 GB/T 2585-2021 铁路用热轧钢轨 执行。 模块2 常用工程材料 2．低合金钢的牌号及用途 （3）低合金专业用钢 例如，锅炉用钢、压力容器用钢、船舶用钢、桥梁用钢、汽车用钢、铁道用钢、自行车用钢、矿山用钢、建筑用钢等。 ④船舶用钢：按GB/T 712-2022 船舶及海洋工程用结构钢执行。 模块2 常用工程材料 合金钢-知识树 三、合金钢的分类、牌号及用途 合金钢：含有一种或数种有意添加的合金元素的钢。 1.合金钢的分类 （1）按主要质量等级分类 合金钢按主要质量等级可分为优质合金钢和特殊质量合金钢。 （2）按主要性能及使用特性分类 合金钢按主要性能及使用特性分类，可分为工程结构用合金钢，机械结构用合金钢，不锈、耐蚀和耐热钢，工具钢，轴承钢，特殊物理性能钢等。 模块2 常用工程材料 模块2 常用工程材料 2．合金钢的牌号及用途 （1）合金钢的牌号 数字表示方法：一般牌号的首部是表示其平均碳的质量分数的数字，数字含义与优质碳素结构钢是一致的。 对于结构钢，数字表示平均碳的质量分数的万分之几。 对于工具钢，数字表示平均碳的质量的千分之几。 合金元素表示方法：当某合金元素(Me)的质量分数wMe＜1.5%时，牌号中仅标出合金元素符号，不标明其含量； 当合金元素的质量分数在1.5%≤ wMe ＜2.49%时，在该合金元素后面相应地用整数“2”表示其平均质量分数 当合金元素的质量分数在2.5%≤ wMe ＜3.49%时，在该合金元素后面相应地用整数“3”表示其平均质量分数，以此类推。 模块2 常用工程材料 ①合金结构钢的牌号。例如，60Si2Mn表示wC=0.60%、wSi=2%、wMn＜1.5%的合金结构钢。 ②合金工具钢的牌号。当钢中wC＜1.0%时，牌号前数字以千分之几(一位数)表示。例如，9Mn2V表示wC=0.9%，wMn=2%、wV＜1.5%的合金工具钢。 当wC≥1%时，为了避免与合金结构钢相混淆，牌号前不标数字。 例如，CrWMn表示钢中wC≥1.0%、wCr＜1.5%、wW＜1.5%、wMn＜1.5%的合金工具钢；高速工具钢牌号不标出碳的质量分数值，如W18Cr4V钢。 ③高碳铬轴承钢的牌号。高碳铬轴承钢牌号前面冠以汉语拼音字母“G”，其后为铬元素符号Cr，铬的质量分数以千分之几表示，其余合金元素与合金结构钢牌号规定相同，如GCr15SiMn钢。 ④不锈钢和耐热钢的牌号。不锈钢和耐热钢的牌号表示方法与合金结构钢基本相同，只是当wC≥0.04%时，推荐取两位小数，如10Cr17Mn9Ni4N钢；在wC≤0.03%时，推荐取3位小数，如022Cr17Ni7N钢等。 模块2 常用工程材料 （2）合金钢的用途 常用的合金钢主要包括高锰耐磨钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、超高强度钢、高碳铬轴承钢、合金工具钢、不锈钢、耐热钢、特殊物理性能钢、低温钢、铸钢等。 ①高锰耐磨钢（GB/T 5680-2023 奥氏体锰钢铸件）。对于工作时承受很大压力、强烈冲击和严重磨损的机械零件，典型的耐磨钢牌号是ZG120Mn13，其碳的质量分数为1.0%～1.3%，锰的质量分数为11%～14%。 常用的耐磨钢牌号有ZG120Mn13、ZG100Mn13、ZG120Mn13Cr2和ZG110Mn13Mo1等。 ②合金渗碳钢(GB/T 3077-2015)。用于制造渗碳零件的合金钢称为合金渗碳钢。 常用的合金渗碳钢牌号有20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、20MnVB钢等。 模块2 常用工程材料 ③合金调质钢(GB/T 3077-2015)。合金调质钢是在中碳钢(30钢、35钢、40钢、45钢、50钢)的基础上加入一种或数种合金元素，以提高淬透性和耐回火性，使之在调质处理后具有良好的综合力学性能的钢。 常用合金调质钢的牌号有40B、40Cr、40MnB、40CrNi、40CrMnMo等。 ④合金弹簧钢(GB/T 3279-2023)。在非合金弹簧钢基础上，加入合金元素，用于制造重要弹簧的钢种，称为合金弹簧钢。 常用合金弹簧钢牌号有55CrMn、60Si2Mn、55SiMnVB、65Mn、55CrVA等。 弹簧根据加工工艺的不同可分为冷成形弹簧和热成形弹簧。 模块2 常用工程材料 ⑤高碳铬轴承钢（滚动轴承钢）(GBT 18254-2016 高碳铬轴承钢)。高碳铬轴承钢属于特殊质量合金钢，它主要用于制造滚动轴承中的钢球、钢柱、钢针及套圈（内圈和外圈），也可用来制造高耐磨性的量具、模具、低合金刃具等，这些零件要求具有均匀的高硬度、高耐磨性、高耐压强度和疲劳强度等性能。 最常用的高碳铬轴承钢是GCr15、GCr15SiMn、GCr18Mo、GCr15SiMo。 ⑥合金工具钢（GBT 1299-2014 工模具钢）。合金工具钢是指用于制作重要的刃具、量具、耐冲击工具和模具的钢材。 制作刃具（冷剪切刀、板牙、丝锥、铰刀、搓丝板、拉刀、圆锯）、量具（量规、精密丝杠）的合金工具钢一般需要淬火加低温回火后使用。要求热处理后变形小，具有高硬度(大多数≥60HRC)和高耐磨性。 常用的制作刃具、量具的合金工具钢有9SiCr、9Cr2、CrWMn、Cr2和9Mn2V等。 模块2 常用工程材料 耐冲击工具主要是指风动工具、金属冷剪刀片、铆钉冲头、冲孔冲头等。此类工具不仅要求高硬度和高耐磨性，而且还要求有良好的冲击韧性。制作耐冲击工具的合金工具钢一般需要淬火加中温回火后使用。常用的制作耐冲击工具的合金工具钢有4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si等。 冷作模具主要是指冷冲模、冷拔模、冷挤压模等。此类模具要求高硬度和高耐磨性，还要求有一定的冲击韧性和抗疲劳性。制作冷作模具的合金工具钢一般需要淬火加低温回火后使用，而且热处理后变形小。常用的制作冷作模具的合金工具钢有Cr12MoV、Cr12、9Mn2V、CrWMn钢等。 热作模具主要是指锻模、压铸模等。此类模具要求高强度、较好的韧性和耐磨性，还要求有较好的抗热疲劳性能。制作热作模具的合金工具钢一般需要调质处理或淬火加中温回火后使用，而且热处理后变形小。常用的制作热作模具的合金工具钢有：5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V等。 模块2 常用工程材料 高速工具钢(高速钢、锋钢)（GB/T 9943-2008）： 是用于制作中速或较高速切削工具（如车刀、铣刀、麻花钻、齿轮刀具、拉刀等）的高碳合金钢，其碳的质量分数为0.7%～1.65%，含有W、Mo、Cr、V、Co等贵重元素，合金元素含量达10%～25%，可形成大量的碳化物，保证高速工具钢获得高硬度、高热硬性和高耐磨性。 按化学成分为：钨系高速工具钢和钨钼系高速工具钢两类。 按使用性能分为：低合金高速工具钢、普通高速工具钢、高性能高速工具钢。 高速工具钢淬火后一般要进行多次高温回火，处理后硬度为65HRC左右。高速钢的突出特点是具有很高的热硬性，当刃部切削温度高达600℃左右时，硬度无明显下降，仍能保持53HRC左右。常用的高速工具钢有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V、W18Cr4V2Co8等。 模块2 常用工程材料 ⑦不锈钢（GB/T 20878-2024 ）。不锈钢是指以不锈、耐蚀性为主要特性，且铬的质量分数至少为10.5%，碳的质量分数最大不超过1.2%的钢。常用的不锈钢主要是铬不锈钢和铬镍不锈钢两类。按其使用时的组织特征分为铁素体型不锈钢、奥氏体型不锈钢、马氏体型不锈钢、奥氏体-铁素体型不锈钢和沉淀硬化型不锈钢五类。 ⑧耐热钢（GB/T 20878-2024 ）。耐热钢是指在高温下具有良好的化学稳定性或较高强度的钢。钢的耐热性包括钢在高温下具有抗氧化性(热稳定性)和高温热强性(蠕变强度)两个方面。高温抗氧化性是指钢在高温下对氧化作用的抗力；热强性是指钢在高温下对机械载荷作用的抗力。 例如，26Cr18Mn12Si2N、22Cr20Mn10Ni2Si2N等钢用于制造各种加热炉内结构件、渗碳炉构件、加热炉传送带料盘、燃气轮机的燃烧室等。 模块2 常用工程材料 ⑨特殊物理性能钢。它包括永磁钢、软磁钢、无磁钢、高电阻钢及其合金。 永磁钢（硬磁钢）是指钢材被磁化后，除去外磁场后仍然具有较高剩磁的钢材。永磁钢主要用于制造无线电及通讯器材里的永久磁铁装置以及仪表中的马蹄形磁铁。 软磁钢(硅钢片)是指钢材容易被反复磁化，并在外磁场除去后磁性基本消失的钢材。通常软磁钢轧制成薄片（电机硅钢片和变压器硅钢片），常用于制作电动机的转子与定子、变压器、继电器等。 无磁钢是指在电磁场作用下，不引起磁感或不被磁化的钢材，由于这类钢材不受磁感应作用，也就不干扰电磁场。无磁钢常用于制作电机绑扎钢丝绳和护环，变压器的盖板，电动仪表壳体与指针以及制作在磁场中不被磁化的模具等。 四、钢铁及合金牌号统一数字代号体系（GB/T 17616-2013） 钢铁及合金牌号统一数字代号体系规定了钢铁及合金产品统一数字代号的编制原则、结构分类、管理及体系表等内容。该标准适用于钢铁及合金产品牌号编制统一数字代号。凡列入国家标准和行业标准的钢铁及合金产品应同时列入产品牌号和统一数字代号，相互对照，两种表示方法均为有效。 统一数字代号由固定的6位数组成，左边第一位用大写的拉丁字母作前缀（一般不使用“I”和“O”字母），后接5位阿拉伯数字，如“A×××××”表示合金结构钢，“B×××××”表示轴承钢，“L×××××”表示低合金钢，“S×××××”表示不锈钢和耐热钢，“T×××××”表示工模具钢，“U×××××”表示非合金钢。 模块2 常用工程材料 Thank You! 金山办公软件有限公司 $$