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(共29张PPT)
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
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
从前，罗马军团的士兵在战斗中往往要停下来重新校直他们的刀剑。这种现象的出现可能与制造刀剑的钢的化学成分和内部组织有关：第一种可能是制造刀剑的钢材的碳的质量分数偏低，导致钢的强度和硬度较低；第二种可能是刀剑热处理不合理（如淬火不正确）或没有淬火。
生活常识
普通碳素结构钢牌号、性能和用途
普通碳素结构钢牌号、性能和用途
普通质量非合金钢中使用最多的是碳素结构钢。碳素结构钢的牌号由屈服强度字母、屈服-强度数值、质量等级符号和脱氧方法符号四部分按顺序组成。其中，屈服强度字母以“屈”字汉语拼音字首“Q”表示；质量等级用英文字母A、B、C、D表示，质量依次提高；脱氧方法符号用F、Z、TZ分别表示沸腾钢、镇静钢和特殊镇静钢，“Z”和“TZ”符号可以省略。
例如，Q235AF表示屈服强度≥235MPa（板材厚度小于16mm时），质量等级为A级的沸腾碳素结构钢。常用的碳素结构钢有Q195、Q215A、Q215B、Q235A、Q235B、Q235C、Q235D、Q275A、Q275B、Q275C、Q275D等。
普通碳素结构钢牌号、性能和用途
Q195系列和Q215系列常用于制造薄板、焊接钢管、线材（图1）、铁钉、铆钉、垫圈、地脚螺栓、冲压件、屋面板及烟囱等，Q235系列常用于制造薄板、中板、型钢（图2）、钢筋、钢管、铆钉、螺栓、连杆、小轴、法兰盘、机壳、桥梁与建筑结构件、焊接结构件等，Q275系列常用于制造要求高强度的拉杆、连杆、键、轴、销钉等。
图1 线材 图2型钢
优质碳素结构钢牌号、性能和用途
优质碳素结构钢牌号、性能和用途
优质非合金钢中使用最多的是优质碳素结构钢。优质碳索结构钢的牌号一般用两位阿拉伯数字表示，数字表示该钢的平均碳的质量分数的万分数（以0.01%为单位）。例如，“45”表示平均碳的质量分数为0.45%的优质碳素结构钢，“08”表示平均碳的质量分数为0.08%的优质碳素结构钢。
08钢、10钢和15钢属于冷冲压钢，塑性好，强度低，焊接性能好，主要用于制造薄板，冷冲压零件和焊接件，如螺钉、垫圈、焊接容器等。
优质碳素结构钢牌号、性能和用途
20钢和25钢属于碳碳钢，塑性和韧性较好。冷冲压性能和焊接性能好，可用于制造各种受力不大但要求高韧性的零件，如焊接容器与焊接件、螺钉、杆件、轴套、冷冲压件等。这类钢经渗碳淬火后，表面硬度可达60HRC以上，表面耐磨性较好，而心部具有一定的强度和良好的韧性，可用于制造要求表面硬度高、耐磨并承受冲击载荷的零件。
30钢、35钢、40钢、45钢、50钢和55钢属于调质钢，经过调质处理（淬火加高温回火）后具有良好的综合力学性能，主要用于制造要求强度、塑性、韧性都较高的零件，如齿轮、套筒、轴等。这类钢在机械制造中应用很广泛，特别是40钢和45钢应用最广泛。
60钢、65钢、70钢、75钢、80钢和85钢属于弹簧钢，经热处理后可获得较高的弹性极限，主要用于制造尺寸较小的弹簧等弹性零件及耐磨零件，如机车车辆及汽车上的螺旋弹簧、板弹簧、气门弹簧和弹簧发条等。
碳素工具钢牌号、性能和用途
碳素工具钢牌号、性能和用途
特殊质量非合金钢中使用最多的是碳素工具钢。碳素工具钢主要用于制造刀具、模具和量具。由于大多数工具都要求高硬度和高耐磨性，故碳素工具钢中平均碳的质量分数都在0.70%以上，而且此类钢都是优质钢或高级优质钢，有害杂质元素（S、P）含量较少，质量较高。
优质碳素结构钢牌号、性能和用途
碳索工具钢的牌号以“碳”字汉语拼音字首“T”开头，其后的数字表示平均碳的质量分数的千分数，如T8表示平均碳的质量分数为0.80%的碳素工具钢。如果为高级优质碳索工具钢，则在牌号后面标以字母A，如T12A表示平均碳的质量分数为1.20%的高级优质碳素工具钢。
碳素工具钢随着平均碳的质量分数的增加，其硬度和耐磨性提高，而韧性下降，应用场合也不同。例如，T8钢或T8A钢用于制造冲头、木工工具等，T10钢或T10A钢用于制造手锯锯条、板牙、丝锥等，T12钢或T12A钢用于制造锉刀、钻头、刮刀等。
铸造碳钢牌号、性能和用途
铸造碳钢牌号、性能和用途
一般工程用铸造碳钢，此类钢广泛用于制造形状复杂，又有较高力学性能要求的机械零件，如箱体、曲轴、连杆（图1）、轧钢机机架、水压机横梁、锻锤砧座等。一般工程用铸造碳钢的平均碳的质量分数一般为0.20%~0.60%，随着平均碳的质量分数的提高，钢的塑性降低，铸造时易产生裂纹。
图1连杆
铸造碳钢牌号、性能和用途
一般工程用铸造碳钢的牌号由“铸钢”两字的汉语拼音字首“ZG”加两组数字组成，第一组数字代表屈服强度最低值，第二组数字代表抗拉强度最低值，如ZG200-400表示屈服强度≥200MPa，抗拉强度≥400MPa的一般工程用铸造碳钢。
常用的一般工程用铸造碳钢有ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570、ZG340-640。
谢谢观看！

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