资源简介

(共28张PPT)
低合金钢
合金元素在钢中的主要作用
Part 01
合金钢的分类和牌号
Part 02
低合金结构钢
Part 03
低合金刃具钢
Part 04
合金元素在钢中的主要作用
合金元素在钢中的主要作用
低合金钢也是工业生产中用量较大的钢铁材料，种类较多。它具有较高的屈服强度、良好的塑性和韧性，还具有良好的焊接性能。用低合金钢制造金属结构件可以减轻质量，节约钢材。低合金钢是一类可焊接的低碳低合金结构用钢，大多数在热轧或正火状态下使用。
合金元素在钢中的主要作用
钢材中加入的合金元素主要有硅（Si）、锰（Mn）、铬（Cr）、镍（Ni）、钨（W）、钼（Mo）、钒（V）、钛（Ti）、铌（Nb）、钴（Co）、铝（AI）、硼（B）及稀土元素（RE）等。科学合理地使用合金元素，可以生产出各种具有优异性能的低合金钢和合金钢。一般来说，加入合金元素后会使钢材的强度、硬度及综合性能得到提高，但是合金元素的作用大多要经过热处理才能发挥出来。
拓展知识
合金钢的分类和牌号
一、低合金钢的分类
01
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。
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）。
02
二、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
低合金高强度结构钢的牌号由代表屈服强度的汉语拼音字首、屈服强度数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）三部分按顺序组成。例如，Q390A表示屈服强度≥390MPa，质量等级为A级的低合金高强度结构钢。
如果是专用结构钢，一般在低合金高强度结构钢牌号表示方法的基础上附加钢产品的用途符号，如Q390G表示锅炉用钢，Q420Q表示桥梁用钢等。
二、低合金钢的牌号及用途
低合金高强度结构钢与非合金钢相比具有较高的强度、韧性、耐蚀性及良好的焊接性能，价格比非合金钢略高，广泛用于制造桥梁、车辆、船舶、锅炉、高压容器、输油输气管线、建筑钢结构（图1）等。常用的低合金高强度结构钢有Q355、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690。
图1 鸟巢钢结构
二、低合金钢的牌号及用途
我国是世界上稀土矿产资源最丰富的国家，工业储量是国外已探明总储量的5倍。国内主要产地是内蒙古、江西、湖南和广东。稀土是镧、铈、镨、钕、铕、钇等17种金属的总称，符号为“RE”。这些元素总是难分难离地共生在一起。稀土可以显著地提高耐热钢、不锈钢、工具钢、磁性材料、超导材料、铸铁等的使用性能，因此专家称稀土是金属材料的“维生素”和“味精”。另外，稀土还是制造导弹等尖端武器上的高精度传感器的重要原料之一。
职业常识
二、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的钢。低合金耐候钢是在低碳非合金钢的基础上加入少量铜、铬、镍、钼等合金元素，使其在金属表面形成一层保护膜的钢材。
为了进一步改善其性能，还可再加微量的铌、钛、钒、锆等元素。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。
二、低合金钢的牌号及用途
其牌号由“Q+数字+NH”组成，其中“Q”是“屈”字汉语拼音字首，数字表示最低屈服强度数值，字母“NH”是“耐候”二字汉语拼音字首，牌号后缀质量等级代号（C、D、E），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。
此类耐候钢适用于制造桥梁、建筑及其他要求耐候性的钢结构。
（1）焊接结构用耐候钢的牌号及用途
二、低合金钢的牌号及用途
其牌号由“Q+数字+GNH”组成，“GNH”为“高耐候”二字汉语拼音字首。含Cr、Ni元素的高耐候性结构钢在其牌号后面加字母“L”，如Q345GNHL，此类耐候钢适用于制造机车车辆、建筑、塔架（图2）和其他要求高耐候性的钢结构，并可根据不同需要制成螺栓连接件、铆接件和焊接结构件。
（2）高耐候性结构钢的牌号及用途
图2 电力塔架
二、低合金钢的牌号及用途
3. 低合金专业用钢的牌号及用途
为了适应某些特殊需要，对低合金高强度结构钢的化学成分、加工工艺及性能进行了相应的调整和补充，从而发展出门类众多的低合金专业用钢，如锅炉用钢、压力容器用钢、船舶用钢、桥梁用钢、汽车用钢、钢筋钢、铁道用钢、自行车用钢、矿山用钢及建筑用钢等，其中部分低合金专用钢已纳人国家标准。
二、低合金钢的牌号及用途
它是用量较大的专业用钢，主要用于制造汽车大梁、托架及车壳等结构件，如汽车大梁用钢09MnREL、06TiL、08TiL、16MnL及16MnREL等。
（1）汽车用钢
它是指主要用于制造建筑钢筋结构的钢，如20MnSi、20MnTi、20MnSiV及25MnSi等。
（2）钢筋钢
它主要用于制造重轨（如U71Cu、U71Mn、U71MnSi及U71MnSiCu等）轻轨（如45SiMnP，50SiMnP及36CuCrP等）和异型钢（09CuPRE，09V等）。
（3）铁道用钢
二、低合金钢的牌号及用途
它主要用于制造矿用结构件，如20MnK、20MnVK、25MnK及25MnVK等。
（4）矿山用钢
它是指用于制造海船和内河船舶船体结构的钢，通常是优质碳素钢和优质低合金钢。船舶用钢要求具有一定的强度、韧性和一定的耐低温及耐蚀性，并要求具有较好的焊接性能。常用的船舶用钢有A32、A36、A40、D32、D36、D40、E32、E36、E40、F32、F36及F40等。
（5）船舶用钢
低合金结构钢
一、成分特点
低合金结构钢是在碳素结构钢的基础上，加入少量（总量小于等于3％）合金元素而制成的工程用钢，这类产品同时保证力学性能与化学成分。
其含碳量较低（约0.1％一0.2％)，以保证具有良好的塑性和韧性；以少量锰（0.8％一1.8％）为主加元素，含硅量较碳素结构钢高，以提高钢的强度；并辅加某些其他合金元素（如铜、钛、钒、稀土等），以提高钢的耐蚀性和淬透性。
二、性能用途
由于合金元素的强化作用，这类钢比相同含碳量的碳素结构钢的强度要高得多，并且具有良好的塑性、韧性、耐蚀性和焊接性，广泛用于制造工程用钢结构件，例如桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器、输油管、起重机械等钢结构件，如下图所示。
三、热处理特点
低合金结构钢多在热轧、正火状态下使用，组织为铁素体＋珠光体。
也有在淬火成低碳马氏体或热轧空冷后获得贝氏体组织状态下使用。
四、钢种及牌号
低合金高强度结构钢的牌号表示方法与碳素结构钢相同。
常用低合金高强度结构钢的牌号、力学性能及应用见下表。
低合金刃具钢
低合金刃具钢
低合金刀具钢是在碳素工具钢的基础上加人少量合金元素（小于5％）的钢。低合金刀具钢与碳素工具钢相比淬透性提高了，它主要用于制造尺寸较大，切削速度较低，形状比较复杂，要求淬火后变形小的刀具，如板牙、拉刀、铰刀等。
一、成分特点
1. 高碳
低合金刃具钢的含碳量较高，一般C = 0 .9％一1.1 ％。
2. 加入合金元素（一般为3％一5％）
主要加人铬、锰、硅等合金元素，以提高钢的强度和淬透性；硅还能提高钢的回火稳定性；加人钨、钒合金元素，以提高钢的硬度、耐磨性和红硬性，还可保持晶粒细小。由于合金元素的加入，低合金刃具钢的硬度、耐磨性和淬透性均比碳素工具钢有较大的提高。但由于加入的合金元素量少，故工作温度一般不超过300℃ 。
二、热处理特点
预备热处理为球化退火，最终热处理为淬火＋低温回火。其组织为回火马氏体＋未溶碳化物＋残余奥氏体。
三、常用牌号及用途
最常用的低合金刃具钢是9SiCr钢、CrWMn钢和9Mn2V钢，它们的性能良好，不仅适用于制造刀具，还常用于制造冷冲模和量具。
9SiCr钢具有较高的淬透性、耐磨性和回火稳定性，红硬性高达300℃。适用于制造形状复杂、变形小的低速切削刀具，特别是薄刃刃具，如板牙、铰刀、丝锥和钻头等。
CrWMn钢由于同时加人铬、钨、锰元素，因此具有更高的的硬度（64一66 HRC）和耐磨性，热处理后变形小（又称微变形钢），但红硬性不如9SiCr钢。主要用于制造较精密的低速刀具，如拉刀、长铰刀等。
三、常用牌号及用途
9Mn2V钢也具有淬透性好、热处理变形小的特点，其性能与CrWMn钢相近，故常用于代替CrWMn钢。此外，它适用于制造要求变形小的刀具、冷作模具和精密量具。同时也用于制造重要结构件，如磨床主轴、精密丝杠等。
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