鋼板 , 厚鋼板的鋼種大體(tǐ)上和薄鋼(gāng)板相同。在品各方(fāng)麵,除了橋(qiáo)梁鋼板、鍋爐鋼板、汽車製(zhì)造鋼板(bǎn)、壓力容器鋼板和多(duō)層高壓容器鋼(gāng)板等品種純屬厚板外,有些品種的鋼板如汽車(chē)大(dà)梁鋼板(厚2.5~10毫米)、花紋鋼板(厚2.5~8毫米)、不鏽鋼(gāng)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一樣的(de),材質不一樣,其鋼板所用到的地方,也不一樣。是用鋼水(shuǐ)澆注,冷卻後壓製而成的平板狀鋼材。
鋼板是平(píng)板(bǎn)狀,矩形的,可直接(jiē)軋製或由寬鋼帶剪切(qiē)而成。
鋼板按(àn)厚度分,薄鋼板<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(gāng)板按軋製分,分熱軋和冷軋。
薄板(bǎn)的寬度為500~1500毫米;厚的寬度為600~3000毫(háo)米(mǐ)。薄板按鋼種分,有(yǒu)普通(tōng)鋼、優質鋼、合(hé)金鋼、彈簧(huáng)鋼、不鏽鋼、工具鋼、耐熱鋼、軸承鋼(gāng)、矽鋼和(hé)工業(yè)純鐵薄板等;按專業用途分,有油桶用板、搪瓷用板、防彈(dàn)用板等;按表麵塗鍍層分,有鍍鋅薄板、鍍錫薄板、鍍鉛薄板、塑料複合(hé)鋼板等。
合金鋼
隨著科學技術和工業的發展,對材料提出了更高的要求,如更高的強度,抗(kàng)高溫、高壓、低溫(wēn),耐腐蝕、磨(mó)損以(yǐ)及其它特殊物理、化學性能的要求,碳鋼已不能完(wán)全(quán)滿足要求(qiú)。
碳鋼的在(zài)性能上(shàng)主要有以下幾方麵(miàn)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)和屈強比較低。如普通碳鋼Q235鋼的σs為235MPa,而低合金結構鋼16Mn的σs則為(wéi)360MPa以上。40鋼的 σs /σb僅為0.43, 遠低於合金鋼。
(3) 回火(huǒ)穩定性差。由於回火穩定性差,碳鋼在進行調質處理時,為了保證較高(gāo)的強度需采用較低的回火溫度,這(zhè)樣鋼的韌性就偏(piān)低;為了保(bǎo)證較好的韌性,采(cǎi)用(yòng)高的回火溫度時強度又偏低,所(suǒ)以碳鋼的綜合機械性能水平不高。
(4) 不能滿足特殊(shū)性能的要求。碳鋼在(zài)抗氧化、耐蝕、耐熱、耐低溫、耐磨損以及特(tè)殊電磁性等方(fāng)麵往往(wǎng)較差,不能滿足特殊使用性能的需(xū)求。牌號的首(shǒu)部用數字標(biāo)明碳含量(liàng)。規定結構鋼(gāng)以萬(wàn)分之一為單位的數(shù)字(zì)(兩(liǎng)位數)、工具(jù)鋼和特(tè)殊性能鋼以千分之一為單位的數字(一位數)來表示碳含量,而工具(jù)鋼的碳含量超過1%時,碳含量不標出(chū)。
在表明碳含量數字之後,用元素的化學符(fú)號表明鋼中主要合金元素,含量由其後麵(miàn)的數字標明,平均含(hán)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(dì)標以2、3……。
合金結構鋼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(zuò)用(yòng)
合金(jīn)元素(sù)加入鋼中後,主要以三種形式存在鋼中。即:與鐵形成固溶(róng)體;與碳(tàn)形成碳化(huà)物;在高合金鋼(gāng)中還可(kě)能形成金屬間化合物。
1. 溶於鐵(tiě)中
幾乎所有的合金元素(除(chú)Pb外)都可溶入鐵(tiě)中, 形成合金(jīn)鐵(tiě)素體或合金奧氏體, 按其對(duì)α-Fe或γ-Fe的作用, 可將合金元素分為擴大奧氏體相(xiàng)區和縮小奧氏體相區兩大(dà)類。
擴大γ相區的元素(sù)—亦(yì)稱(chēng)奧氏體(tǐ)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(zhuǎn)變點)上升, 從而擴大γ-相的存(cún)在範圍(wéi)。其中Ni、Mn等加入到一定量後, 可使γ相區擴大到室溫以下, 使α相區消失, 稱為完全擴(kuò)大γ相(xiàng)區元素。另外一些元素(如C、N、Cu等(děng)), 雖然擴大γ相區, 但不能擴大到室溫, 故稱之為部分擴大γ相區(qū)的元素。
縮小γ相區元素——亦稱鐵素體穩定化元素, 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點下降; 大於7%後,A3點迅速上升), 從而縮小γ相區存在的範(fàn)圍, 使鐵素體穩定區(qū)域擴大(dà)。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(bù)分縮小γ相區的元素(如B、Nb、Zr等(děng))。
2. 形成碳化物
其與鋼中碳的親和力的大小, 可分為碳化(huà)物形成元素和非碳化物形成元素兩大類。
常(cháng)見非碳化物形成(chéng)元素有:Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。它們基本上都(dōu)溶於鐵素體和奧氏體中。常見碳化物形成元素有:Mn、Cr、W、V、Nb、Zr、Ti等(按形(xíng)成的碳化物(wù)的穩定性程(chéng)度由弱到強的次序排列(liè)),它們(men)在鋼(gāng)中一部分固溶於基體相中,一部分形成合金滲(shèn)碳體(tǐ), 含量高時可形成新的合金(jīn)碳化合物。
合金工具(jù)鋼5CrMnMo, 平均碳含量為(wéi)0.5%, 主要合金(jīn)元素Cr、Mn、Mo的含(hán)量均在1.5%以下(xià)。
專用(yòng)鋼用其用途的漢語拚音字首(shǒu)來(lái)標明。對奧氏體和鐵(tiě)素體存在範圍的(de)影(yǐng)響
擴大或縮小γ相區的元素均同樣擴大或縮小Fe-Fe3C相圖(tú)中的γ相區, 且同(tóng)樣Ni或Mn的含量較多時, 可使鋼(gāng)在室溫下得到單(dān)相奧氏體組織(如1Cr18Ni9奧(ào)氏體不鏽鋼和ZGMn13高錳鋼等), 而Cr、Ti、Si等超過一定含量(liàng)時, 可使鋼在室溫獲得(dé)單相鐵素體組織 (如1Cr17Ti高鉻鐵素體不鏽鋼等)。
對(duì)Fe-Fe3C相圖臨(lín)界點(S和E點)的(de)影響
擴大γ相區(qū)的元素使Fe-Fe3C相圖中的共析轉變溫度下(xià)降, 縮小γ相區的元(yuán)素則使其上升, 並都使共析反應在一個溫(wēn)度範圍內(nèi)進行。幾乎所有的合金元素都使(shǐ)共析點(S)和共晶點(E)的碳含量降低(dī),即S點和E點左移, 強碳化物形成元素的作用尤為強烈(liè)。
合金元素對鋼熱處理的影響
合金元素的加(jiā)入會影響鋼在熱(rè)處理過程中的(de)組織(zhī)轉變。
1. 合金元素對加熱時相轉變的影響
合金元素影響加熱時奧氏體形成的速度(dù)和奧(ào)氏體晶粒的大小。
(1)對奧氏體形成速度(dù)的影響: Cr、Mo、W、V等強碳化物(wù)形(xíng)成元素與碳(tàn)的親合(hé)力大, 形成難溶於奧氏體的合金碳化物(wù), 顯(xiǎn)著減慢奧氏體形成速度;Co、Ni等部分(fèn)非碳化物形成元素, 因(yīn)增大碳的擴散速度, 使(shǐ)奧氏體的形成速(sù)度加快;Al、Si、Mn等(děng)合金元素(sù)對奧(ào)氏體形成速(sù)度影響不大。
(2)對奧氏體晶粒(lì)大小的影響:大(dà)多數合金元素都有(yǒu)阻止奧(ào)氏體晶粒長大的作用, 但影響程度不同。強烈阻礙(ài)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;對晶粒長大影響不大的元素有:Si、Ni、Cu等(děng);促進晶粒長大的(de)元素:Mn、P等(děng)。
2. 合金元素對過冷奧氏體分解轉變(biàn)的影響
除Co外, 幾乎所有合(hé)金元(yuán)素都(dōu)增(zēng)大過冷奧氏體的穩定性, 推遲珠(zhū)光體類型(xíng)組織的轉變, 使C曲線右移, 即提高鋼的淬透性(xìng)。常用提高淬透性(xìng)的元素有:Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等。必須指出, 加入的合金(jīn)元(yuán)素(sù), 隻有完全溶於奧氏體時, 才能提高淬透性。如果未完全溶(róng)解, 則碳化物會成為珠(zhū)光體的核心, 反而降低鋼(gāng)的(de)淬透性。另外, 兩種或多種合金元素的同時(shí)加入(如, 鉻錳鋼、鉻鎳(niè)鋼等), 比單個元素對淬透性的影響要強得多。
除Co、Al外(wài), 多(duō)數合金元素都使Ms和(hé)Mf點下降。其作用大小的次序是:Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。其中Mn的作用最強, Si實際(jì)上無影響。Ms和Mf點的下降, 使淬火後鋼(gāng)中殘餘奧氏體量增多。殘餘奧氏體(tǐ)量過多時,可進行冷處理(冷(lěng)至Mf點以下), 以使其轉變為馬氏體; 或進行多次回火, 這時殘(cán)餘奧氏體因析出合金碳化物會使Ms、Mf點上升, 並在冷卻過程中(zhōng)轉變(biàn)為馬氏(shì)體或貝氏體(tǐ)(即發生所謂二次(cì)淬火)。
3. 合金(jīn)元素對回火轉變的影響
(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(即在較高溫度才開始分解和轉變), 提高鐵素體(tǐ)的再結晶溫度, 使碳化物難以聚集長大(dà),因(yīn)此提高了鋼(gāng)對(duì)回火軟化的抗(kàng)力, 即提高了鋼的回火穩定性。提高回火穩定性作用較強(qiáng)的合金元素有:V、Si、Mo、W、Ni、Co等。
(2)產(chǎn)生二次硬化 一些(xiē)Mo、W、V含量(liàng)較(jiào)高的高合金鋼回火(huǒ)時, 硬度不(bú)是隨回火溫(wēn)度(dù)升高而單調降低, 而是到某一溫度(約(yuē)400℃)後反(fǎn)而開(kāi)始增大, 並在另(lìng)一更高溫度(一(yī)般為550℃左右)達到峰值。這是回火過程的二(èr)次硬化現象, 它與回火析出物的性質有關(guān)。當(dāng)回火溫度低於450℃時, 鋼中析出滲碳(tàn)體; 在450℃以上滲(shèn)碳體溶解, 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(huà)。回火時冷(lěng)卻過程中殘餘奧氏體轉變為馬氏體的二次淬火所也可導致二次硬化。
產生二(èr)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(shì)體的轉變 沉澱硬化(huà) Mn、Mo、W、Cr、Ni、Co①、V V、Mo、W、Cr、Ni①、Co①
①僅在高含量並有其他合金元素存在時, 由於能生成彌散(sàn)分布的金屬間化(huà)合物才(cái)有(yǒu)效。
(3)增大回火脆性 和碳鋼(gāng)一樣, 合金鋼也產(chǎn)生回(huí)火脆性, 而且更明顯(xiǎn)。這是合金元(yuán)素的不(bú)利影響。在450℃-600℃間發生的第二類回火脆性(高(gāo)溫回火脆性) 主要與某些雜質元(yuán)素以及(jí)合金元素本身在原奧氏體晶界(jiè)上的嚴重偏(piān)聚有關, 多發生在含Mn、Cr、Ni等元素(sù)的合金鋼中。 這是(shì)一種可逆回(huí)火脆(cuì)性, 回火後快冷(lěng)(通常用油冷)可防止其發(fā)生。鋼中加入適(shì)當Mo或W(0.5%Mo, 1%W)也可(kě)基本上消除這類脆性(xìng)。
合金元(yuán)素(sù)對(duì)鋼的機械性能的影響
提高鋼的強度是加入合金元素的主要目的之一。欲提高(gāo)強度, 就要設法增大位錯運動的(de)阻力。金屬中的強化機製主要有固溶強化、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(zuò)用, 正是(shì)利用了這些強化(huà)機製。
1. 對退火狀態下鋼的機械性能的影響
結構鋼在退火(huǒ)狀態下的基本(běn)相是鐵素體和碳化物。合金元素溶於(yú)鐵素體中, 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性(xìng)。
2.對退火狀態下鋼的機械(xiè)性能的影響
由於合金元素的加入降低了共析點(diǎn)的碳含量、使(shǐ)C曲線右移, 從而使組織中的珠光體的(de)比例增大, 使珠光體層(céng)片距(jù)離減小, 這也使鋼的強度增加, 塑性下降。但是在退(tuì)火狀態下, 合金鋼沒(méi)有很大的(de)優越性。
由於過冷奧氏體穩定性增大, 合金鋼在正火狀態下可得到層(céng)片距離更(gèng)小的珠光體, 或貝氏體甚至馬氏體組織(zhī), 從而強度大為增(zēng)加。Mn、Cr、Cu的強化(huà)作用較大, 而Si、Al、V、Mo等在一般含量(例(lì)如一般結構鋼的實際含量)下影響很小。
3. 對淬(cuì)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(de)強化作用最顯(xiǎn)著, 因為它充分利用了全部(bù)的(de)四種強化(huà)機製。淬火時形(xíng)成馬氏體, 回火時析出碳化物, 造成強烈的第二相強化,同時(shí)使韌性大大改善, 故獲得馬氏體並對其回火(huǒ)是鋼的最經濟和最有效(xiào)的綜合強化方法。
合金元素加(jiā)入鋼(gāng)中, 首要的目的是提高鋼的淬透性(xìng), 保證在淬火(huǒ)時容易獲得馬氏體。其次是提高鋼的回火穩定性, 使馬氏(shì)體的保持到較(jiào)高溫度,使淬火鋼在回火時析出的碳化物(wù)更細小、均(jun1)勻和穩(wěn)定。這樣(yàng), 在(zài)同樣條(tiáo)件(jiàn)下, 合金鋼比碳(tàn)鋼具(jù)有更高的強度(dù)。
合金元素對鋼的工藝性(xìng)能的影響
1. 合金元素對鋼鑄造(zào)性能的影響
固、液相線的溫度愈低和結晶(jīng)溫區愈(yù)窄, 其鑄(zhù)造(zào)性能愈好。合(hé)金元素對鑄造性能的影響, 主要取決(jué)於它們對Fe-Fe3C相圖的影響。另(lìng)外, 許多元素, 如Cr、Mo、V、Ti、Al等(děng)在鋼(gāng)中形成高熔點(diǎn)碳化(huà)物或氧化物質點, 增大鋼的粘度, 降低流動性, 使鑄造性(xìng)能惡(è)化。
2.合金元素對鋼(gāng)塑性(xìng)加工性能的影響
塑性加工分熱加工和冷加工。合金元(yuán)素溶入固溶體(tǐ)中, 或形成碳化物(如Cr、Mo、W等), 都使鋼的熱變形抗力提高和熱塑性(xìng)明顯下降而(ér)容易鍛裂。一般合(hé)金鋼的熱加工工藝(yì)性能比碳鋼要差得多。
3. 合金元素(sù)對鋼焊接性能的影響
合金元素都(dōu)提高(gāo)鋼的淬透性, 促進脆(cuì)性組織(zhī)(馬氏體)的形成, 使焊接性能變壞。但鋼中(zhōng)含有少量Ti和V, 可改善鋼的(de)焊接性能。
4. 合(hé)金元素對(duì)鋼(gāng)切削性能的影響 切削性能與鋼的(de)硬(yìng)度密切相(xiàng)關, 鋼是適合(hé)於(yú)切削加工的硬度範圍為(wéi)170HB~230HB。一般合金鋼的切削(xuē)性能比碳鋼差。但適當加入S、P、Pb等元素可以大(dà)大(dà)改善(shàn)鋼的切削性能。
5. 合金元素對鋼熱處理工藝性能的影響
熱處理工藝性能反映鋼熱處理的難易程度和熱處理產生(shēng)缺陷的傾向。主要包括淬透性、過熱敏感性、回火(huǒ)脆化(huà)傾(qīng)向和氧化脫碳傾向等。合金鋼的(de)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(rù)錳、矽會增大(dà)鋼的過熱敏感性。
§7-2 合金結構鋼
用於(yú)製造重要工程結構和機器零件的鋼種稱為合金結構鋼。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:滾珠軸承鋼,在(zài)鋼號前標以“G”。GCr15表示含碳量約1.0%、鉻(gè)含量約1.5%(這(zhè)是一個特例, 鉻含量以千分之一為(wéi)單位的數字表示)的滾珠軸承鋼。
Y40Mn,表(biǎo)示碳含量為(wéi)0.4%、錳含量少於1.5%的(de)易(yì)切削鋼等等。
對於高級優質鋼,則在鋼的末尾加“A”字表明,例如20Cr2Ni4A
§7-1 鋼的合金化
在鋼中加入合金元素後,鋼的基本組元鐵和碳與加入的合金元素會(huì)發生交互作用。鋼的合金化目的是希望利(lì)用合(hé)金(jīn)元素與鐵、碳的相互作用和對鐵碳相圖及對(duì)鋼的熱處理的影響來改善鋼的組織和(hé)性能。