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(zhì)造鋼板(bǎn)、壓(yā)力容器鋼板和多層(céng)高壓(yā)容器鋼板等品種純屬厚板(bǎn)外,有些品種的鋼板如汽車大梁鋼板(厚(hòu)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(bǎn)還有材質一說,並不是所有的鋼板都是一樣的,材質不一樣(yàng),其鋼板所用到的地方,也不一(yī)樣。是用鋼水澆注,冷卻後(hòu)壓製而成的平板狀(zhuàng)鋼材。
鋼板是平板狀,矩形的,可直接軋製(zhì)或由寬鋼帶剪切而成。
鋼板按厚度(dù)分,薄鋼板<4毫米(最薄0.2毫米(mǐ)),厚鋼板4~60毫米,特厚鋼板60~115毫米(mǐ)。
鋼板按軋製分,分熱軋和冷(lěng)軋。
薄板的寬(kuān)度為500~1500毫(háo)米;厚的寬度為600~3000毫米。薄板(bǎn)按鋼種分,有普通鋼、優質鋼、合金鋼、彈簧鋼、不鏽鋼、工具鋼、耐熱鋼、軸承鋼、矽鋼和工業純鐵薄板等(děng);按專業用途分,有油桶用板、搪瓷用板、防彈用板等;按表麵塗鍍層分,有(yǒu)鍍鋅薄板、鍍錫薄板、鍍鉛薄板、塑料複合鋼板等。
合(hé)金(jīn)鋼
隨著科學技術和工業的發展,對(duì)材料提出了更高的要求,如(rú)更高的強度,抗高溫、高壓(yā)、低溫,耐腐蝕、磨損以及其它特殊物理、化(huà)學性能的(de)要求,碳(tàn)鋼已不能完全滿足要求。
碳鋼的在性(xìng)能上主要(yào)有以(yǐ)下幾方麵的不足:
(1)淬透性低。一般情況下,碳鋼水淬的最大淬透直徑隻有10mm-20mm。
(2) 強度(dù)和(hé)屈強(qiáng)比較(jiào)低。如普通碳鋼Q235鋼的σs為235MPa,而低合金結構鋼16Mn的(de)σs則為360MPa以(yǐ)上。40鋼的 σs /σb僅(jǐn)為0.43, 遠低於合金鋼。
(3) 回(huí)火穩(wěn)定性(xìng)差。由於回火(huǒ)穩定性差(chà),碳鋼在進行調質處理時,為了保證較高的強度需采用較低的回火溫度,這樣鋼的韌性就偏低;為(wéi)了保證(zhèng)較好的韌性,采用高的回火溫度時強度(dù)又偏低,所以碳鋼(gāng)的綜合機械(xiè)性能水平不高。
(4) 不能(néng)滿足特殊性能的要求。碳鋼在抗氧化、耐蝕(shí)、耐熱、耐低(dī)溫、耐磨損以及特殊電磁性(xìng)等方麵往往較差,不能滿足特(tè)殊使用性(xìng)能(néng)的需求。牌號的(de)首部用數字標(biāo)明碳含量。規定(dìng)結構鋼以萬分之一(yī)為單位的數字(zì)(兩位數(shù))、工具鋼和特殊性能鋼以千分之一為單位的數字(一位數)來表示碳含(hán)量,而工具鋼的碳含量(liàng)超過1%時(shí),碳含量不標出。
在表明碳含量數字之後,用元素的化學符(fú)號表明鋼中(zhōng)主要合金元素,含量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(yǐ)2、3……。
合金(jīn)結構鋼40Cr,平均碳含量為0.40%,主要合金元素Cr的含量在1.5%以下。
合金元素與鐵、碳的相互作用
合金元素加入鋼(gāng)中後(hòu),主要以三種(zhǒng)形式存在鋼中。即:與鐵形成固溶體;與碳形成(chéng)碳化物;在高合金鋼中還可能形成金屬間化合物。
1. 溶於鐵中
幾乎所有的合金元素(除Pb外)都可溶入鐵中, 形(xíng)成合金鐵素體或合金奧(ào)氏體, 按其對α-Fe或γ-Fe的(de)作(zuò)用, 可將合金元素分為擴大奧氏(shì)體相區和縮小奧氏體相區兩大類。
擴大γ相區的(de)元素—亦稱奧氏體穩定化元(yuán)素, 主要是Mn、Ni、Co、C、N、Cu等(děng), 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(shēng), 從而(ér)擴大γ-相的存在範圍(wéi)。其(qí)中Ni、Mn等加入到一定量後, 可使γ相區擴大到室(shì)溫以下, 使α相區消(xiāo)失, 稱為完全擴大γ相區元素。另外一些元素(如C、N、Cu等), 雖然擴大γ相(xiàng)區(qū), 但不能擴大到室溫(wēn), 故稱之為部分擴大γ相區的元(yuán)素。
縮小γ相區元素——亦稱鐵素(sù)體穩定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等。它們使A3點上升, A4點下降(鉻除外, 鉻含量小於7%時, A3點(diǎn)下降; 大於7%後,A3點迅速上升(shēng)), 從而縮小γ相(xiàng)區存在的範圍, 使鐵素體穩定區域擴大。按其作(zuò)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)和部分縮小γ相區的元素(如B、Nb、Zr等)。
2. 形成碳(tàn)化物
其(qí)與鋼中碳的親(qīn)和力(lì)的大小(xiǎo), 可分為碳(tàn)化物形成(chéng)元(yuán)素(sù)和非碳化物形成(chéng)元素兩(liǎng)大類。
常見非碳化物形(xíng)成元素有:Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。它們基本上(shàng)都溶於鐵(tiě)素體和奧氏體中。常見碳化物形成元素有:Mn、Cr、W、V、Nb、Zr、Ti等(按形成的碳化物的穩定性程度由弱(ruò)到強的次序排(pái)列),它們在鋼中一部分(fèn)固溶於基體相中,一(yī)部分形成合金滲碳體, 含量高時(shí)可(kě)形成新的合金碳化(huà)合物。
合金工具(jù)鋼5CrMnMo, 平均碳含量為(wéi)0.5%, 主要合金元素Cr、Mn、Mo的含量均在1.5%以下。
專用鋼用其用途的漢語拚音字首來標明。對奧(ào)氏體(tǐ)和鐵素(sù)體存在範圍的影響
擴大或縮小γ相區的元素均同(tóng)樣擴大或縮小Fe-Fe3C相圖中的γ相區, 且同樣Ni或Mn的含量較多時, 可使鋼在(zài)室溫下得到單相(xiàng)奧氏體(tǐ)組織(如(rú)1Cr18Ni9奧氏(shì)體不鏽鋼和ZGMn13高錳鋼等(děng)), 而Cr、Ti、Si等(děng)超過一定含量時, 可(kě)使鋼在室溫獲得(dé)單相鐵素體組織(zhī) (如1Cr17Ti高鉻鐵素體不鏽鋼等)。
對Fe-Fe3C相圖臨(lín)界點(S和(hé)E點)的影響
擴大γ相區的元素使(shǐ)Fe-Fe3C相圖中的共(gòng)析轉變溫度下降, 縮小γ相區的元素則使其上升, 並都使共析反應在(zài)一(yī)個溫度(dù)範圍內進行。幾(jǐ)乎所有的合金元素都使共析(xī)點(diǎn)(S)和共晶(jīng)點(E)的碳含量降低,即S點和E點左移, 強碳化(huà)物形成元素的作用(yòng)尤為強烈(liè)。
合金元素對鋼熱處(chù)理的(de)影響
合金元(yuán)素的加入會影(yǐng)響(xiǎng)鋼在熱(rè)處理過程中的(de)組織(zhī)轉變(biàn)。
1. 合金元素對加熱時相轉變(biàn)的(de)影響
合金元素(sù)影響(xiǎng)加熱時奧氏體形成的速度和奧氏體晶粒的大小。
(1)對奧氏(shì)體形成速度的影響: Cr、Mo、W、V等強碳化物形成元素與(yǔ)碳的親合力(lì)大, 形成難溶於(yú)奧氏體的合金碳化物, 顯著(zhe)減慢奧氏體形成速度;Co、Ni等部(bù)分非碳化物形成元素, 因增大碳的擴(kuò)散速度, 使奧氏體的(de)形成速(sù)度加快;Al、Si、Mn等合金元素對奧氏(shì)體形成速(sù)度影響不大。
(2)對奧氏體晶粒大小的影(yǐng)響:大(dà)多數合金元素都有阻止(zhǐ)奧氏體(tǐ)晶粒長大的作用, 但(dàn)影響程度不同。強(qiáng)烈阻礙晶粒長大的元素有:V、Ti、Nb、Zr等;中等阻礙晶粒長大的元素有:W、Mn、Cr等;對晶粒長大影響不(bú)大的元素有:Si、Ni、Cu等;促進晶粒長大的元素:Mn、P等。
2. 合金元素對(duì)過冷奧氏體分解轉變的(de)影響
除Co外, 幾乎(hū)所有合(hé)金元(yuán)素都增大過(guò)冷奧氏(shì)體的穩定性, 推遲珠光體類型組(zǔ)織(zhī)的(de)轉變, 使C曲線右移, 即(jí)提高鋼的淬透(tòu)性。常(cháng)用(yòng)提高淬透(tòu)性(xìng)的元素有:Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等。必須指出, 加入的合金元素, 隻(zhī)有完全溶於奧(ào)氏體時, 才能提高淬透性。如果未完全溶解, 則(zé)碳化物會成為珠光體的核心, 反而(ér)降低鋼(gāng)的淬透性。另外, 兩種或(huò)多種合金元素的同時加入(如, 鉻錳鋼、鉻鎳鋼等), 比單(dān)個元(yuán)素對淬透性的影響(xiǎng)要(yào)強得多。
除Co、Al外, 多數合金元素都(dōu)使Ms和Mf點下降。其作用大小的(de)次序是:Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。其中(zhōng)Mn的作用(yòng)最(zuì)強, Si實(shí)際上無影響。Ms和Mf點的下降, 使淬火後(hòu)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(冷至Mf點以下), 以使其轉變為馬氏體; 或進行(háng)多次回火, 這時殘餘奧氏體因析出(chū)合金碳化(huà)物會使Ms、Mf點上升, 並在冷卻過程中轉變為馬氏體或貝氏體(即發生所謂二次淬火)。
3. 合金元素對回火(huǒ)轉變的影響
(1)提高回火穩定性 合金元素在回火過程中推遲馬氏體的分解和(hé)殘餘奧氏體的轉變(即在較高溫度(dù)才開始分解和轉變), 提高鐵素體的再結晶溫度, 使碳化物難以聚集長大,因此提高了鋼對回火軟化的抗力, 即提高了鋼的回火穩定性。提高回火穩定性作用較強的合金(jīn)元素有:V、Si、Mo、W、Ni、Co等(děng)。
(2)產生二次硬化 一些Mo、W、V含量較高的高合金鋼回火時(shí), 硬度不是(shì)隨回火溫度升高而單調降低, 而是到(dào)某一溫度(約400℃)後反而開始增大, 並在另一更高溫度(一般為(wéi)550℃左右)達到峰值(zhí)。這是回(huí)火過程的二次硬化現象, 它與回火析出物的(de)性質(zhì)有關。當回火溫度低於450℃時, 鋼中析出滲碳體; 在450℃以上滲碳體溶解, 鋼中開始沉(chén)澱出(chū)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(diàn)硬化。回火時冷卻過程中殘餘奧氏體轉變為馬氏(shì)體的二次淬火(huǒ)所(suǒ)也可導致二次硬化。
產生二次硬化效應的合金元素
產生二次硬化的原因 合 金 元 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(zài)高含量並有其他(tā)合金元素存在時, 由於能生成彌散分布的金屬間化合物才有效。
(3)增大(dà)回火脆性 和碳鋼(gāng)一樣, 合金鋼也產生回火脆性(xìng), 而且更明顯。這是合金元素的不利影響。在450℃-600℃間發生的第二類回火脆性(高溫回火脆性) 主(zhǔ)要與某些雜質元素以及合金元素本身(shēn)在(zài)原奧(ào)氏(shì)體晶界上的嚴重偏聚有關, 多發生在含Mn、Cr、Ni等元素的合金鋼中。 這是(shì)一種可逆回火脆性, 回火後快冷(通(tōng)常用油冷(lěng))可防止其發(fā)生。鋼中(zhōng)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
提高鋼的強度是加入合金(jīn)元素的主要目的之一。欲提高強度, 就要(yào)設法增大位錯運動的阻力。金屬中的強化機製主要(yào)有固溶強化、位(wèi)錯強化、細晶強化、第二相(沉澱和(hé)彌散)強化。合金元素的強化作用, 正(zhèng)是利用了這些強化機製。
1. 對退(tuì)火狀態下鋼的(de)機械性能的影響
結構(gòu)鋼在退火狀態下的基本相(xiàng)是鐵素體(tǐ)和碳化物(wù)。合金元素溶於鐵素體中(zhōng), 形成合金鐵素體, 依靠固溶強化作用, 提高強度和硬度, 但同時降低塑性和韌(rèn)性。
2.對退(tuì)火狀態(tài)下鋼的機械(xiè)性能的影響
由於合金元素的加入降(jiàng)低(dī)了共析點的碳含量(liàng)、使(shǐ)C曲線右移, 從而使組(zǔ)織中的珠光體的比例增大, 使珠光體層片距離減小, 這也使鋼(gāng)的強度(dù)增加, 塑性下降。但是在退火(huǒ)狀態下, 合金鋼沒有很大的優越性。
由於過冷奧氏體(tǐ)穩定性增大, 合金鋼在正火狀態下可得(dé)到層片距離更小的珠(zhū)光體, 或貝氏體甚至馬氏體組織, 從(cóng)而強度大為增(zēng)加。Mn、Cr、Cu的強化作用較大, 而Si、Al、V、Mo等在一般含量(例如一般(bān)結構鋼(gāng)的實際(jì)含量)下影響很(hěn)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、回火狀態下鋼的強化作(zuò)用最顯著, 因為它充分利用了(le)全(quán)部的四種強化機製(zhì)。淬火時形成馬氏(shì)體, 回火時析出碳化物, 造(zào)成強烈的第二相強化,同時(shí)使韌性大大改善, 故獲得馬氏體並對(duì)其(qí)回火是鋼的最經濟和最有效的綜合強化方(fāng)法。
合金元素加入鋼(gāng)中, 首要的目的是提高鋼的淬透性, 保證在淬火時容易獲得馬(mǎ)氏(shì)體。其次是提(tí)高鋼的回火穩定性, 使馬氏體的保持到較(jiào)高溫度,使淬火鋼在(zài)回火時析出的碳化(huà)物更細小、均勻和穩定(dìng)。這樣, 在同樣條(tiáo)件(jiàn)下, 合金鋼比碳鋼具有更高的強度。
合(hé)金元素對鋼的工藝性能的(de)影響
1. 合金元素對鋼鑄(zhù)造性能的影響
固、液相線的溫度愈低和結晶溫(wēn)區愈窄, 其鑄造性能愈好。合金元素對鑄造性能的影響, 主要取決於(yú)它們對Fe-Fe3C相圖的影響。另外, 許多元素, 如Cr、Mo、V、Ti、Al等在鋼中形成高熔點(diǎn)碳化物(wù)或氧化物質點, 增(zēng)大鋼的粘度, 降(jiàng)低(dī)流動性, 使鑄造性能惡化。
2.合金(jīn)元素對鋼塑(sù)性加工性能的影(yǐng)響
塑性加工分熱加工和冷加工。合金元素溶入固(gù)溶體(tǐ)中, 或形成碳化物(如Cr、Mo、W等), 都使鋼的(de)熱變形抗力提(tí)高和熱(rè)塑(sù)性明顯下降而(ér)容易鍛裂。一般合金鋼的熱加工工藝性(xìng)能比碳鋼要差得多。
3. 合金元素對鋼焊接性(xìng)能的影響
合金元素都提高鋼的淬透性, 促(cù)進脆性(xìng)組織(馬(mǎ)氏體)的形成, 使焊接性能變壞。但鋼中含(hán)有少量Ti和V, 可改善鋼的焊接性能。
4. 合金元素對鋼切削性(xìng)能的影響 切削性能與鋼的硬度密切相關, 鋼是適合於切削加工的(de)硬度範圍為170HB~230HB。一般合金鋼的切削性能(néng)比碳鋼差。但適當加入(rù)S、P、Pb等元(yuán)素可以大大改善鋼的(de)切削性能。
5. 合金元素(sù)對鋼熱處理工藝(yì)性能的影響
熱處(chù)理工藝(yì)性能(néng)反映鋼熱處理的難易程度(dù)和熱處理(lǐ)產(chǎn)生缺(quē)陷的傾向。主要包括淬透性(xìng)、過熱敏感性、回火脆化傾向(xiàng)和氧化脫碳(tàn)傾(qīng)向等。合金鋼的淬透性高, 淬火時可以采用比較緩慢的冷卻方法,可減少工件的變形和(hé)開裂傾向。加入錳、矽會增大鋼的過熱敏感性。
§7-2 合(hé)金結構鋼
用(yòng)於製造重要工程結構和機器零件的鋼種稱為合(hé)金結(jié)構鋼。主要有低合金結(jié)構鋼、合金滲碳鋼、合金調質鋼、合金彈簧鋼、滾珠軸承鋼。
如:滾(gǔn)珠軸承鋼,在鋼號前標以“G”。GCr15表示含碳量約1.0%、鉻含(hán)量約1.5%(這是(shì)一個特例, 鉻含量以千分之一為單位的數字表示)的滾珠軸承鋼。
Y40Mn,表示碳含量為0.4%、錳含量少於(yú)1.5%的易切削(xuē)鋼等等。
對於高級優質鋼,則在鋼的末尾加“A”字表(biǎo)明(míng),例如20Cr2Ni4A
§7-1 鋼的合金化
在鋼中加(jiā)入合金元素(sù)後,鋼的基本組元鐵和碳(tàn)與加入的合金元素會發生交(jiāo)互作用(yòng)。鋼的合金化目的是希望利用合金元素與鐵(tiě)、碳的相互作用和對鐵碳相圖及對鋼的熱處理(lǐ)的影響來改善鋼的組織和性能。