鋼板 , 厚鋼板的鋼種大體上和薄鋼板相同。在品各方麵,除了橋梁鋼板、鍋爐鋼板、汽車製造鋼板、壓力容器(qì)鋼板和多層高壓容器鋼(gāng)板等品種純屬厚板外,有些品(pǐn)種的鋼板如汽車大梁鋼板(厚2.5~10毫米)、花紋鋼板(厚2.5~8毫米)、不鏽鋼板、耐熱鋼板等品種是同薄板交叉的。
另,鋼板還有材質一說,並不是所有的鋼板都是(shì)一樣的,材質不一樣,其鋼板所用(yòng)到的地方,也(yě)不(bú)一樣。是用鋼水澆注,冷卻後壓製而成的平板(bǎn)狀鋼材。
鋼(gāng)板是平板狀,矩形的,可直接軋製或由寬鋼帶剪切而成。
鋼板按厚度分,薄鋼(gāng)板<4毫米(最薄0.2毫米),厚鋼板4~60毫米,特厚鋼板60~115毫米。
鋼板按軋製分,分熱軋和冷軋(zhá)。
薄板的寬度為500~1500毫米;厚的寬度為600~3000毫(háo)米。薄板按鋼種分,有普通鋼、優質鋼、合金鋼、彈簧鋼、不鏽(xiù)鋼、工具鋼(gāng)、耐熱(rè)鋼、軸(zhóu)承鋼、矽鋼和工(gōng)業純鐵薄板(bǎn)等;按專業用途分,有油桶用板、搪瓷用板、防彈用板等(děng);按表麵塗鍍層分,有鍍(dù)鋅薄板、鍍錫薄板、鍍鉛薄板、塑料複合鋼板等(děng)。
合金鋼
隨(suí)著科(kē)學(xué)技術和工業的發展,對(duì)材料提出了更高的(de)要求,如更高的強度,抗高溫、高(gāo)壓、低溫,耐腐蝕、磨損以及其它特殊物理、化學性能的要求,碳鋼(gāng)已不能(néng)完全滿足要求。
碳鋼的(de)在性能上主要有以下幾方麵的不(bú)足:
(1)淬透性低(dī)。一般情況下,碳鋼水淬的(de)最大淬透直徑隻有10mm-20mm。
(2) 強度和屈強(qiáng)比較低。如普通碳鋼Q235鋼的σs為235MPa,而(ér)低合金結構鋼16Mn的σs則為360MPa以上。40鋼的 σs /σb僅為0.43, 遠低於合金鋼。
(3) 回火穩定性差。由於回火(huǒ)穩定性(xìng)差,碳鋼在進行調質處理時,為了保證(zhèng)較高的(de)強度需采用較低(dī)的(de)回火溫度,這(zhè)樣鋼的韌性就偏低;為了(le)保證較好的韌(rèn)性,采用高的回火溫度時強度又偏低,所以碳鋼的綜(zōng)合(hé)機械性能(néng)水平不高。
(4) 不(bú)能滿足特殊性(xìng)能的要求。碳鋼在抗氧化、耐蝕、耐熱、耐低溫、耐磨損以及特殊電磁性等(děng)方麵往往較(jiào)差,不能滿足特殊使用性能的需(xū)求。牌號的首部(bù)用數字標明碳含量(liàng)。規定結構鋼以萬分之一為(wéi)單位的數字(兩位數(shù))、工具鋼和特殊性能鋼以千分之一為單位的數字(zì)(一(yī)位數)來(lái)表示碳含量,而工具鋼的碳(tàn)含量超過1%時,碳含量不標出(chū)。
在表明碳含量數字(zì)之後,用元素的化學符號表(biǎo)明鋼中主要合金元素,含量(liàng)由其後麵的數字標明,平均含量少於1.5%時不標數, 平均含量為1.5%~2.49%、2.5%~3.49%……時,相應地標以2、3……。
合金結構鋼40Cr,平均碳含(hán)量為0.40%,主要合金元素Cr的含量在1.5%以下。
合(hé)金元素與鐵(tiě)、碳的相互作用
合金元素加入鋼中後,主要以三種形式存在鋼中。即:與鐵形成固溶體;與碳(tàn)形成碳(tàn)化物;在高合金鋼中還可能形成金屬(shǔ)間化合物。
1. 溶於鐵中(zhōng)
幾乎所有的合金(jīn)元素(除Pb外)都可溶入鐵中, 形成(chéng)合金鐵素(sù)體或合金奧(ào)氏體, 按其對α-Fe或γ-Fe的作用, 可將合金元(yuán)素分為擴大奧氏體相區(qū)和(hé)縮小奧氏體相區兩大類。
擴大γ相區(qū)的(de)元素—亦稱奧(ào)氏體穩定化元素, 主要是Mn、Ni、Co、C、N、Cu等, 它們使A3點(γ-Fe α-Fe的轉變點)下降, A4點( γ-Fe的轉變點)上升, 從而擴大γ-相的存在(zài)範圍。其中(zhōng)Ni、Mn等加(jiā)入到一定量後, 可使γ相區擴大到室溫以下, 使α相區消失, 稱為完(wán)全擴大γ相區元素。另外一些元素(如C、N、Cu等(děng)), 雖然擴大γ相區, 但(dàn)不(bú)能擴大到室溫, 故稱之為部(bù)分擴大γ相區的元素。
縮小γ相區元素(sù)——亦稱鐵素體穩定化元(yuán)素, 主要(yào)有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等。它們(men)使A3點上升, A4點下降(鉻除外, 鉻(gè)含量小於7%時, A3點下降; 大於7%後,A3點迅速(sù)上升), 從而縮小γ相區存(cún)在(zài)的範圍, 使鐵素體(tǐ)穩定區域擴(kuò)大。按其作用不同可分為完全封閉γ相區的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)和部分(fèn)縮小γ相區的元素(如B、Nb、Zr等)。
2. 形成碳(tàn)化物
其與鋼中碳的親和力的大小, 可分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素兩大類。
常見非碳化物形成元(yuán)素有:Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。它們基本上都溶於(yú)鐵素體和奧氏體中。常見碳化(huà)物形成元素有:Mn、Cr、W、V、Nb、Zr、Ti等(按(àn)形成的碳化物的穩定性程度由弱(ruò)到強的次序排列),它(tā)們在鋼中一部(bù)分(fèn)固(gù)溶於基體相中,一部分形成合金滲碳體, 含量高時可形(xíng)成新的合金碳化合物。
合金工具鋼5CrMnMo, 平均碳含量為0.5%, 主要合金元(yuán)素Cr、Mn、Mo的(de)含量均在1.5%以下。
專用(yòng)鋼用其用途的漢語拚音(yīn)字首來標明。對奧(ào)氏體和(hé)鐵素體存在範圍的影響
擴大或縮小γ相區的元素均同樣擴(kuò)大或縮小Fe-Fe3C相圖中的γ相區, 且同樣Ni或Mn的含量較多時, 可(kě)使鋼(gāng)在室(shì)溫下得到(dào)單(dān)相奧氏體(tǐ)組織(如1Cr18Ni9奧氏(shì)體不鏽鋼和(hé)ZGMn13高錳鋼等), 而(ér)Cr、Ti、Si等超過一定含量時, 可使鋼在室溫獲得單相(xiàng)鐵素體(tǐ)組織(zhī) (如1Cr17Ti高鉻鐵素體不鏽鋼等)。
對Fe-Fe3C相圖臨界點(S和E點)的影響
擴大γ相區的元素使Fe-Fe3C相圖中的共析轉變溫度下降, 縮小γ相區的元素則使其上(shàng)升, 並都使共析反(fǎn)應在一個溫度範圍內進行(háng)。幾乎所有的合金元素都使共析點(S)和共晶點(E)的碳含量降低,即S點和E點左移, 強碳化物形(xíng)成元素的作用尤為強烈。
合金元素對鋼熱處理的影(yǐng)響
合金(jīn)元素(sù)的(de)加入會影響鋼在熱處理過程中的(de)組織轉變。
1. 合金元素對加熱時(shí)相轉變的影響(xiǎng)
合金元素影響加熱時奧氏體(tǐ)形成的速度和奧氏體晶粒的(de)大小。
(1)對奧氏體(tǐ)形成速度的影響: Cr、Mo、W、V等(děng)強(qiáng)碳化(huà)物形成元素與碳的親合力大, 形成難溶於奧(ào)氏體的合金碳化物, 顯著(zhe)減慢奧氏體形成速度(dù);Co、Ni等部分非碳化物形成元素, 因(yīn)增大碳的擴散速度, 使奧氏體的形成速度加快;Al、Si、Mn等合金元素對奧氏體形成(chéng)速度影響不大。
(2)對奧氏體晶(jīng)粒大小(xiǎo)的影響(xiǎng):大多數合金元素都有阻止奧氏體晶粒長大的(de)作用, 但影響程度不同。強烈阻礙晶粒長大的元素有:V、Ti、Nb、Zr等;中等阻礙晶(jīng)粒長大的元素有:W、Mn、Cr等;對(duì)晶粒長大影響不大的元素有:Si、Ni、Cu等;促進晶粒長大的(de)元素:Mn、P等。
2. 合金元素對過冷奧氏體分解轉變的影響
除(chú)Co外, 幾乎所有合金元素都增(zēng)大過冷奧氏體的穩定性(xìng), 推遲(chí)珠光體類型組織的轉變, 使C曲線右移, 即提高(gāo)鋼的淬透性。常用提高(gāo)淬透性的元(yuán)素有:Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等(děng)。必須指出, 加入的合金元素, 隻有完全溶於奧(ào)氏體時(shí), 才能提高淬透性。如果未(wèi)完全溶解, 則碳化物會成為珠光體的核心, 反而降低鋼的淬透性。另外, 兩種或多(duō)種合金元素的同(tóng)時加入(如, 鉻錳鋼、鉻鎳鋼等), 比單個元素對淬(cuì)透性的影響要強得多。
除Co、Al外, 多數合金元素都使Ms和Mf點下降。其作用大小的次序是(shì):Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。其中Mn的作用最強, Si實際上無影響。Ms和(hé)Mf點的下降, 使淬火後鋼中殘餘奧氏體量增多。殘餘奧氏體量過多時,可進行冷處理(lǐ)(冷至Mf點以下), 以使(shǐ)其轉變為馬氏體; 或進行多次回火, 這(zhè)時殘餘奧氏體因析出合金碳化物會使Ms、Mf點上升(shēng), 並(bìng)在冷卻過程中轉變為馬(mǎ)氏體(tǐ)或貝氏體(即發生所謂二次淬火)。
3. 合金元素對回火轉變的(de)影響
(1)提(tí)高(gāo)回火穩定(dìng)性 合金元素(sù)在回火過程中推遲馬(mǎ)氏(shì)體的分解和殘餘(yú)奧(ào)氏體的轉變(即(jí)在較高溫度才開始分解和(hé)轉變), 提高鐵(tiě)素體的再結晶(jīng)溫度, 使碳化物難以聚集長大,因此提高了鋼(gāng)對回火軟化的抗力(lì), 即提高了鋼的回火穩定性。提(tí)高回火穩定(dìng)性作用較強的合(hé)金元素有(yǒu):V、Si、Mo、W、Ni、Co等。
(2)產生二次硬化 一(yī)些Mo、W、V含量較高(gāo)的高合金鋼回火時, 硬(yìng)度不是隨回(huí)火溫度升高而單調降低, 而是到某一溫度(約400℃)後反而開始增大, 並在另一更高溫度(一般為550℃左右)達到峰值。這是(shì)回火過(guò)程的二次硬化(huà)現象, 它與回火析出物的性(xìng)質有(yǒu)關。當回火溫(wēn)度低於450℃時, 鋼中析出滲碳體; 在450℃以上滲碳(tàn)體溶(róng)解, 鋼中開始沉澱出彌散穩定的難熔碳化物Mo2C、W2C、VC等, 使硬度重新升高, 稱為沉澱硬化。回火時冷(lěng)卻過程中殘餘奧氏體轉變(biàn)為馬氏體的二次淬火所也可(kě)導致二(èr)次硬化。
產生二次硬化效應的(de)合金元(yuán)素
產生二次硬化的原因 合 金 元(yuán) 素
殘餘奧氏體的轉變 沉澱硬化 Mn、Mo、W、Cr、Ni、Co①、V V、Mo、W、Cr、Ni①、Co①
①僅在高含量並有(yǒu)其他合金元素存在時, 由於能生(shēng)成彌散分布的金屬間化合物才有效。
(3)增大回(huí)火脆性 和碳鋼一樣, 合(hé)金鋼也產生回火脆性, 而且更明顯。這是合金元素的不利影響。在(zài)450℃-600℃間發生的第二類回火脆性(高溫回火脆性) 主要與(yǔ)某些雜質元(yuán)素(sù)以(yǐ)及合金元(yuán)素本身在原奧氏體晶界(jiè)上的嚴重(chóng)偏聚有(yǒu)關, 多發生在含Mn、Cr、Ni等元素的合金鋼中。 這是一種可(kě)逆回火脆性, 回火(huǒ)後快冷(通常用油冷(lěng))可(kě)防止其發生。鋼中加入適當Mo或W(0.5%Mo, 1%W)也可基本上消除這類脆性。
合金元素對鋼的機械性能的影響
提(tí)高鋼的強度是加入(rù)合金元素的主要目的之一。欲提高強度, 就要設法增(zēng)大位錯運動的阻(zǔ)力。金屬中的強化機製主要有固(gù)溶強(qiáng)化、位錯強化、細晶強化、第二相(沉澱和彌散)強化。合金元素的強化作用, 正是利(lì)用了這些強化機製(zhì)。
1. 對退火狀(zhuàng)態下鋼的機械性能的影響
結構鋼在退火狀態下的基本相是鐵素體和碳化物。合金元素溶於鐵素體中, 形成合金(jīn)鐵素體, 依靠固溶強化作用(yòng), 提高(gāo)強度(dù)和硬度, 但同時降低塑性和韌性。
2.對退火狀態下鋼的機械性能的(de)影響
由於合金元素的加入降低(dī)了共析點的碳含量(liàng)、使C曲線右移, 從而使(shǐ)組織中的珠光體的比例增大, 使珠光體層片距(jù)離減小, 這也使鋼的強度增加(jiā), 塑性下降。但是在退火狀態下, 合金鋼沒有很大的(de)優(yōu)越性。
由於過冷奧氏體穩定性增大, 合金鋼在正(zhèng)火狀態下可得到層片距離更小的珠光體, 或貝(bèi)氏體甚至馬氏體組織(zhī), 從而強度大為增加。Mn、Cr、Cu的強(qiáng)化作(zuò)用較(jiào)大, 而(ér)Si、Al、V、Mo等在(zài)一(yī)般含量(例如一般結(jié)構鋼的實際含量)下影響(xiǎng)很小。
3. 對淬火、回火狀態下鋼的機械性能的影響
合金元素對淬火、回火狀(zhuàng)態下鋼(gāng)的強化(huà)作用(yòng)最顯著, 因(yīn)為它充分利用了全部的四種強化機製。淬火(huǒ)時形(xíng)成馬氏體, 回火(huǒ)時析出碳化物, 造成強烈的第二(èr)相強化,同時使韌性大大改善, 故獲得馬氏體並對其回火是鋼的最經濟和最有效的綜(zōng)合強化方法。
合金元素加入鋼(gāng)中, 首要的目的是提高鋼(gāng)的淬透(tòu)性, 保證在淬火時容易獲得馬氏體(tǐ)。其次是提高鋼的回火穩定性, 使馬氏體的保持到較高溫度,使(shǐ)淬(cuì)火鋼在回火時析(xī)出的碳化物更細小、均勻和穩(wěn)定。這樣, 在同樣條件下, 合金鋼(gāng)比碳鋼(gāng)具有更高的強度。
合金元素對鋼的工藝性能的影響
1. 合金元素(sù)對鋼鑄(zhù)造性能的(de)影響
固、液相線的溫(wēn)度愈低和結晶溫區(qū)愈窄, 其鑄造性能愈(yù)好。合金元素對(duì)鑄造(zào)性能的影響, 主要取決於它們對Fe-Fe3C相圖的影響。另外, 許(xǔ)多元素, 如Cr、Mo、V、Ti、Al等在鋼中形成高熔點碳化物(wù)或氧化物質點, 增大鋼的粘度, 降(jiàng)低流動性, 使(shǐ)鑄造性能惡化。
2.合金元素對鋼塑(sù)性加工性能的影響
塑性加(jiā)工分熱加工和冷加(jiā)工。合金元素溶入固溶體中, 或(huò)形成碳化物(wù)(如Cr、Mo、W等), 都使鋼的熱變形抗力提高和熱(rè)塑性明顯下降而容易鍛裂(liè)。一般合金鋼的熱加工工藝性能比碳鋼要差(chà)得(dé)多。
3. 合金元素對鋼焊接性能的影響
合金元素都提高鋼的淬透性(xìng), 促進脆性組織(zhī)(馬氏體)的形成, 使焊接性能變壞。但鋼中含有少量(liàng)Ti和V, 可改善鋼的焊接性能。
4. 合金元素對鋼切(qiē)削性能的影響 切削性能與鋼的硬度密切相關, 鋼是(shì)適合於切削加工的硬度範圍為170HB~230HB。一般合金鋼(gāng)的切削(xuē)性能比碳鋼差。但適當加入S、P、Pb等元素可(kě)以大大改善鋼的切削性能(néng)。
5. 合金元素對鋼熱處理工藝(yì)性能的影響
熱(rè)處理工藝性能(néng)反映鋼熱處理的難易程度和熱處理產生缺(quē)陷的傾向。主要包括淬透性、過熱敏感性、回火脆化傾(qīng)向和氧化脫碳傾向等。合金鋼的淬透(tòu)性高(gāo), 淬火時可以采用比較緩慢的冷(lěng)卻方法,可減少工件的變形和開裂傾向(xiàng)。加入錳、矽會增大鋼的過(guò)熱敏(mǐn)感性。
§7-2 合金結構鋼
用於製造重要工程結(jié)構和機器零件的鋼種(zhǒng)稱為合金結構(gòu)鋼。主要有低合金結構鋼、合金滲碳鋼、合金調質鋼、合金彈簧鋼、滾珠軸承鋼。
如:滾珠軸(zhóu)承鋼,在鋼(gāng)號(hào)前標(biāo)以“G”。GCr15表示含碳量(liàng)約1.0%、鉻含量約1.5%(這是一個特例, 鉻(gè)含量(liàng)以千(qiān)分之一為單位的數字表示)的滾珠軸承鋼。
Y40Mn,表示碳含量(liàng)為0.4%、錳含(hán)量少於1.5%的易切削(xuē)鋼等(děng)等。
對於高級優質鋼,則在鋼的末尾加(jiā)“A”字表明,例如20Cr2Ni4A
§7-1 鋼的合金化
在鋼中加入合金元素後,鋼的基本(běn)組元鐵和碳與加入的合金元素會發生交互作用。鋼的合金化目的是希望利用合金元素與(yǔ)鐵、碳的相(xiàng)互作用和對鐵碳(tàn)相圖及對鋼的熱處理的影響來改善鋼的組織和性(xìng)能(néng)。