《金属材料科学与工程》课程教学资源（PPT课件讲稿）第一章 钢的合金化原理

第一章钢的合金化原理 §11钢中的合金元素及合金钢概述 合金元素在钢中的分布 钢是铁基合金,钢中除Fe元素外,还有以下4类元素: 常存元素:C、Si、Mn、P、S即钢中的五大元素; 偶存元素:由于矿石、废钢中含有的在冶炼及工艺操 作时,带入钢中,如Cu等; 隐存元素:原子半径较小的非金属元素,如H、O、N 等 合金元素:为保证获得所要求的组织结构,物理、化 学性能而特别添加到钢中的化学元素

第一章 钢的合金化原理 §1-1 钢中的合金元素及合金钢概述 一、合金元素在钢中的分布 钢是铁基合金，钢中除Fe元素外，还有以下4类元素： ◼ 常存元素：C、Si、Mn、P、S即钢中的五大元素； ◼ 偶存元素：由于矿石、废钢中含有的在冶炼及工艺操 作时，带入钢中，如Cu等； ◼ 隐存元素：原子半径较小的非金属元素，如H、O、N 等； ◼ 合金元素：为保证获得所要求的组织结构，物理、化 学性能而特别添加到钢中的化学元素

钢中除基本元素C以外,不是“特别添加”的元 素,又称为“杂质”或“残余元素”。 同一元素既可作为杂质又可能作为添加的合金元 素,一般根据其含量而定。 如P、S一般看作杂质元素,其含量≤0.05%。 易切削钢中,S含量可达0.3~04%,是作为改善 切削性能的合金元素。 在耐蚀钢中,P含量可达006-015%,可看作是 提高耐蚀性的合金元素

钢中除基本元素C以外，不是“特别添加”的元 素，又称为“杂质”或“残余元素”。 同一元素既可作为杂质又可能作为添加的合金元 素，一般根据其含量而定。 如P、S一般看作杂质元素，其含量≤0.05%。 易切削钢中，S含量可达0.3~0.4%，是作为改善 切削性能的合金元素。 在耐蚀钢中，P含量可达0.06~0.15%，可看作是 提高耐蚀性的合金元素

目前钢铁中常用的合金元素有十几个,分属于 素周期表中不同周期: 第二周期:B、C 第三周期:A、Si、P、S 第四周期:Ti、V、Cr、Mn、co、Ni、cu 第五周期:zr、Nb、Mo 第六周期:W、Ta 第七周期:稀土元素

目前钢铁中常用的合金元素有十几个，分属于 元素周期表中不同周期： ◼ 第二周期：B、C、N ◼ 第三周期：Al、Si、P、S ◼ 第四周期：Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu ◼ 第五周期：Ｚr、Nb、Mo ◼ 第六周期：W、Ta ◼ 第七周期：稀土元素

元素在钢中的存在形态 (1)以溶质形式溶入固溶体,如:溶入铁素体,奥氏 体和马氏体中。 (有利) (2)形成强化相,形成碳化物或金属间化合物。(有 利) (3)形成非金属夹杂物,如氧化物(Al2O3、SiO2 等),氮化物和硫化物(MnS、FeSs等)(有害、尽量减 (4)以游离态存在,如C以石墨状态存在(一般也有 害) 元素以哪种形式存在,取决于元素的种类、含量、 冶炼方法及热处理工艺等

元素在钢中的存在形态 （1）以溶质形式溶入固溶体，如：溶入铁素体，奥氏 体和马氏体中。 （有利） （2）形成强化相，形成碳化物或金属间化合物。（有 利） （3）形成非金属夹杂物，如氧化物（Al2O3、SiO2 等），氮化物和硫化物（MnS、FeS等）（有害、尽量减 少） （4）以游离态存在，如C以石墨状态存在（一般也有 害） 元素以哪种形式存在，取决于元素的种类、含量、 冶炼方法及热处理工艺等

二、合金钢定义与分类 1、定义: 合金钢:在化学成分上特别添加合金元素 用以保证一定的生产和加工工艺以及所要求的组 织与性能的铁基合金

二、合金钢定义与分类 1、定义： 合金钢：在化学成分上特别添加合金元素 用以保证一定的生产和加工工艺以及所要求的组 织与性能的铁基合金

2、分类 碳素钢 低碳钢(C≤025% 中碳钢(025%0609 低合金钢Me≤5% 合金钢中合金钢(5%10% 普通钢(S≤0050%,P≤0.045% 按冶金质量优质钢(S≤0.035%,P0035% 高级优质钢(≤0.025%,P≤0.025% 特级优质钢(S≤0015%,P≤0025%)

2、分类： 按化学成分 碳素钢 (非合金钢) 合金钢 低碳钢(C≤0.25%) 中碳钢(0.25%＜ C≤0.60%) 高碳钢(C＞0.60%) 低合金钢(Me ≤5%) 中合金钢(5%＜Me≤10%) 高合金钢(Me ＞10%) 按冶金质量 普通钢(S ≤0.050%，P ≤0.045%) 优质钢(S ≤0.035%，P ≤0.035%) 高级优质钢(S ≤0.025%，P ≤0.025%) 特级优质钢(S ≤0.015%，P ≤0.025%)

工程构件用钢(桥梁、船舶、建筑等) 合金结构钢 调质钢 机器零件用钢/弹簧钢 渗碳钢 滚动轴承钢 刃具钢 按用途合金工具钢〈模具钢 量具钢 不锈钢 特殊性能钢〈耐热钢 耐磨钢

按用途 合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢 工程构件用钢(桥梁、船舶、建筑等) 机器零件用钢 调质钢 弹簧钢 渗碳钢 滚动轴承钢 刃具钢 模具钢 量具钢 不锈钢 耐热钢 耐磨钢

在给钢产品命名时,往往把成分、质量和用 途分类方法结合起来。 如:优质碳素结构钢,合金工具钢等

在给钢产品命名时，往往把成分、质量和用 途分类方法结合起来。 如：优质碳素结构钢，合金工具钢等

「三、合金钢的编号原则 GB221—2000《钢铁产品牌号表示方法》中给予了规定。 般原则为: 平均碳含量+合金元素符号+合金元素平均含量 平均碳含量——数字。 结构钢:两位,以0.01%为一个单位; 工具钢:一位,以01%为一个单位,≥1%,不标 合金元素符号——以汉字或化学元素符号表示。 合金元素平均含量—数字,以1%为一个单位,含量 ≤15%,不标出 高级优质钢,钢号尾部加“A”。 特级优质钢,钢号尾部加“E”。 例:12crNi3A、9sicr

三、合金钢的编号原则 GB221—2000《钢铁产品牌号表示方法》中给予了规定。 一般原则为： 平均碳含量+合金元素符号+合金元素平均含量 平均碳含量 ——数字。 结构钢：两位，以 0.01%为一个单位； 工具钢：一位，以0.1%为一个单位，≥1%，不标。 合金元素符号 —— 以汉字或化学元素符号表示。 合金元素平均含量 —— 数字，以1%为一个单位，含量 ≤1.5%，不标出。 高级优质钢，钢号尾部加 “A” 。 特级优质钢，钢号尾部加 “E” 。 例：12CrNi3A、9SiCr

滚动轴承钢的编号为特例: Gcr× G”—“滚”字汉语拼音的第一个字母,表 示专用钢; “cr”——合金元素铬的化学符号 “××”—铬含量,以0.1%为单位,而含 碳量不标出。 例:Gcr15

滚动轴承钢的编号为特例： GCr×× “G” ——“滚”字汉语拼音的第一个字母，表 示专用钢； “Cr”——合金元素铬的化学符号； “××”——铬含量，以0.1%为单位，而含 碳量不标出。 例：GCr15