鋼闆

鋼闆是用鋼水澆注，冷卻後壓制而成的平闆狀鋼材。

鋼闆是平闆狀，矩形的，可直接軋制或由寬鋼帶剪切而成。

鋼闆按厚度分(fēn)，薄鋼闆<4毫米（最薄0.2毫米），厚鋼闆4~60毫米，特厚鋼闆60~115毫米。

鋼闆按軋制分(fēn)，分(fēn)熱軋的和冷軋的。

薄闆的寬度爲500~1500毫米；厚的寬度爲600~3000毫米。薄闆按鋼種分(fēn)，有普通鋼、優質鋼、合金鋼、彈簧鋼、不鏽鋼、工(gōng)具鋼、耐熱鋼、軸承鋼、矽鋼和工(gōng)業純鐵薄闆等；按專業用途分(fēn)，有油桶用闆、搪瓷用闆、防彈用闆等；按表面塗鍍層分(fēn)，有鍍鋅薄闆、鍍錫薄闆、鍍鉛薄闆、塑料複合鋼闆等。

厚鋼闆的鋼種大(dà)體(tǐ)上和薄鋼闆相同。在品各方面，除了橋梁鋼闆、鍋爐鋼闆、汽車(chē)制造鋼闆、壓力容器鋼闆和多層高壓容器鋼闆等品種純屬厚闆外(wài)，有些品種的鋼闆如汽車(chē)大(dà)梁鋼闆（厚2.5~10毫米）、花紋鋼闆（厚2.5~8毫米）、不鏽鋼闆、耐熱鋼闆等品種是同薄闆交叉的。

另，鋼闆還有材質一(yī)說，并不是所有的鋼闆都是一(yī)樣的，材質不一(yī)樣，其鋼闆所用到的地方，也不一(yī)樣。

合金鋼

概述

随着科學技術和工(gōng)業的發展，對材料提出了更高的要求，如更高的強度，抗高溫、高壓、低溫，耐腐蝕、磨損以及其它特殊物(wù)理、化學性能的要求，碳鋼已不能完全滿足要求。

碳鋼的在性能上主要有以下(xià)幾方面的不足：

(1) 淬透性低。一(yī)般情況下(xià)，碳鋼水淬的最大(dà)淬透直徑隻有10mm-20mm。

(2) 強度和屈強比較低。如普通碳鋼Q235鋼的σs爲235MPa，而低合金結構鋼16Mn的σs則爲360MPa以上。40鋼的 σs /σb僅爲0.43, 遠低于合金鋼。

(3) 回火(huǒ)穩定性差。由于回火(huǒ)穩定性差，碳鋼在進行調質處理時，爲了保證較高的強度需采用較低的回火(huǒ)溫度，這樣鋼的韌性就偏低；爲了保證較好的韌性，采用高的回火(huǒ)溫度時強度又(yòu)偏低，所以碳鋼的綜合機械性能水平不高。

(4) 不能滿足特殊性能的要求。碳鋼在抗氧化、耐蝕、耐熱、耐低溫、耐磨損以及特殊電磁性等方面往往較差，不能滿足特殊使用性能的需求。

分(fēn)類

合金鋼的分(fēn)類

按合金元素含量多少，分(fēn)爲

低合金鋼（合金元素總量低于5%）、

中(zhōng)合金鋼（合金元素總量爲5%-10%）

高合金鋼（合金元素總量高于10%）。

按所含的主要合金元素，分(fēn)爲

鉻鋼（Cr-Fe-C) 鉻鎳鋼（Cr-Ni-Fe-C)

錳鋼（Mn-Fe-C)

矽錳鋼（Si-Mn-Fe-C)

按小(xiǎo)試樣正火(huǒ)或鑄态組織，分(fēn)爲

珠光體(tǐ)鋼

馬氏體(tǐ)鋼

鐵素體(tǐ)鋼

奧氏體(tǐ)鋼

萊氏體(tǐ)鋼

按用途分(fēn)類

合金結構鋼

合金工(gōng)具鋼

特殊性能鋼

牌号的首部用數字标明碳含量。規定結構鋼以萬分(fēn)之一(yī)爲單位的數字（兩位數）、工(gōng)具鋼和特殊性能鋼以千分(fēn)之一(yī)爲單位的數字（一(yī)位數）來表示碳含量，而工(gōng)具鋼的碳含量超過1%時，碳含量不标出。

在表明碳含量數字之後，用元素的化學符号表明鋼中(zhōng)主要合金元素，含量由其後面的數字标明，平均含量少于1.5%時不标數, 平均含量爲1.5%～2.49%、2.5%～3.49%……時,相應地标以2、3……。

合金結構鋼40Cr，平均碳含量爲0.40%，主要合金元素Cr的含量在1.5%以下(xià)。 合金工(gōng)具鋼5CrMnMo, 平均碳含量爲0.5%, 主要合金元素Cr、Mn、Mo的含量均在1.5%以下(xià)。

專用鋼用其用途的漢語拼音字首來标明。

如:滾珠軸承鋼,在鋼号前标以“G”。GCr15表示含碳量約1.0%、鉻含量約1.5%(這是一(yī)個特例, 鉻含量以千分(fēn)之一(yī)爲單位的數字表示)的滾珠軸承鋼。

Y40Mn,表示碳含量爲0.4%、錳含量少于1.5%的易切削鋼等等。

對于高級優質鋼，則在鋼的末尾加“A”字表明，例如20Cr2Ni4A

§7-1 鋼的合金化

在鋼中(zhōng)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發生(shēng)交互作用。鋼的合金化目的是希望利用合金元素與鐵、碳的相互作用和對鐵碳相圖及對鋼的熱處理的影響來改善鋼的組織和性能。

相互作用

合金元素與鐵、碳的相互作用

合金元素加入鋼中(zhōng)後，主要以三種形式存在鋼中(zhōng)。即：與鐵形成固溶體(tǐ)；與碳形成碳化物(wù)；在高合金鋼中(zhōng)還可能形成金屬間化合物(wù)。

1. 溶于鐵中(zhōng)

幾乎所有的合金元素（除Pb外(wài)）都可溶入鐵中(zhōng), 形成合金鐵素體(tǐ)或合金奧氏體(tǐ), 按其對α-Fe或γ-Fe的作用, 可将合金元素分(fēn)爲擴大(dà)奧氏體(tǐ)相區和縮小(xiǎo)奧氏體(tǐ)相區兩大(dà)類。

擴大(dà)γ相區的元素—亦稱奧氏體(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(xià)降, A4點( γ-Fe的轉變點)上升, 從而擴大(dà)γ-相的存在範圍。其中(zhōng)Ni、Mn等加入到一(yī)定量後, 可使γ相區擴大(dà)到室溫以下(xià), 使α相區消失, 稱爲完全擴大(dà)γ相區元素。另外(wài)一(yī)些元素(如C、N、Cu等), 雖然擴大(dà)γ相區, 但不能擴大(dà)到室溫, 故稱之爲部分(fēn)擴大(dà)γ相區的元素。

縮小(xiǎo)γ相區元素——亦稱鐵素體(tǐ)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(xià)降(鉻除外(wài), 鉻含量小(xiǎo)于7%時, A3點下(xià)降; 大(dà)于7%後,A3點迅速上升), 從而縮小(xiǎo)γ相區存在的範圍, 使鐵素體(tǐ)穩定區域擴大(dà)。按其作用不同可分(fēn)爲完全封閉γ相區的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)和部分(fēn)縮小(xiǎo)γ相區的元素(如B、Nb、Zr等)。

2. 形成碳化物(wù) 

合金元素按其與鋼中(zhōng)碳的親和力的大(dà)小(xiǎo), 可分(fēn)爲碳化物(wù)形成元素和非碳化物(wù)形成元素兩大(dà)類。

常見非碳化物(wù)形成元素有：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。它們基本上都溶于鐵素體(tǐ)和奧氏體(tǐ)中(zhōng)。常見碳化物(wù)形成元素有：Mn、Cr、W、V、Nb、Zr、Ti等(按形成的碳化物(wù)的穩定性程度由弱到強的次序排列)，它們在鋼中(zhōng)一(yī)部分(fēn)固溶于基體(tǐ)相中(zhōng)，一(yī)部分(fēn)形成合金滲碳體(tǐ), 含量高時可形成新的合金碳化合物(wù)。

影響

對奧氏體(tǐ)和鐵素體(tǐ)存在範圍的影響

擴大(dà)或縮小(xiǎo)γ相區的元素均同樣擴大(dà)或縮小(xiǎo)Fe-Fe3C相圖中(zhōng)的γ相區, 且同樣Ni或Mn的含量較多時, 可使鋼在室溫下(xià)得到單相奧氏體(tǐ)組織(如1Cr18Ni9奧氏體(tǐ)不鏽鋼和ZGMn13高錳鋼等)， 而Cr、Ti、Si等超過一(yī)定含量時, 可使鋼在室溫獲得單相鐵素體(tǐ)組織 (如1Cr17Ti高鉻鐵素體(tǐ)不鏽鋼等)。

對Fe-Fe3C相圖臨界點(S和E點)的影響

擴大(dà)γ相區的元素使Fe-Fe3C相圖中(zhōng)的共析轉變溫度下(xià)降, 縮小(xiǎo)γ相區的元素則使其上升, 并都使共析反應在一(yī)個溫度範圍内進行。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(wù)形成元素的作用尤爲強烈。

合金元素對鋼熱處理的影響

合金元素的加入會影響鋼在熱處理過程中(zhōng)的組織轉變。

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(tǐ)形成的速度和奧氏體(tǐ)晶粒的大(dà)小(xiǎo)。

(1)對奧氏體(tǐ)形成速度的影響： Cr、Mo、W、V等強碳化物(wù)形成元素與碳的親合力大(dà), 形成難溶于奧氏體(tǐ)的合金碳化物(wù), 顯著減慢(màn)奧氏體(tǐ)形成速度；Co、Ni等部分(fēn)非碳化物(wù)形成元素, 因增大(dà)碳的擴散速度, 使奧氏體(tǐ)的形成速度加快；Al、Si、Mn等合金元素對奧氏體(tǐ)形成速度影響不大(dà)。

(2)對奧氏體(tǐ)晶粒大(dà)小(xiǎo)的影響：大(dà)多數合金元素都有阻止奧氏體(tǐ)晶粒長大(dà)的作用, 但影響程度不同。強烈阻礙晶粒長大(dà)的元素有：V、Ti、Nb、Zr等；中(zhōng)等阻礙晶粒長大(dà)的元素有：W、Mn、Cr等；對晶粒長大(dà)影響不大(dà)的元素有：Si、Ni、Cu等；促進晶粒長大(dà)的元素：Mn、P等。

2. 合金元素對過冷奧氏體(tǐ)分(fēn)解轉變的影響

除Co外(wài), 幾乎所有合金元素都增大(dà)過冷奧氏體(tǐ)的穩定性, 推遲珠光體(tǐ)類型組織的轉變, 使C曲線右移, 即提高鋼的淬透性。常用提高淬透性的元素有：Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等。必須指出, 加入的合金元素, 隻有完全溶于奧氏體(tǐ)時, 才能提高淬透性。如果未完全溶解, 則碳化物(wù)會成爲珠光體(tǐ)的核心, 反而降低鋼的淬透性。另外(wài), 兩種或多種合金元素的同時加入(如, 鉻錳鋼、鉻鎳鋼等), 比單個元素對淬透性的影響要強得多。

除Co、Al外(wài), 多數合金元素都使Ms和Mf點下(xià)降。其作用大(dà)小(xiǎo)的次序是：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。其中(zhōng)Mn的作用最強, Si實際上無影響。Ms和Mf點的下(xià)降, 使淬火(huǒ)後鋼中(zhōng)殘餘奧氏體(tǐ)量增多。殘餘奧氏體(tǐ)量過多時,可進行冷處理(冷至Mf點以下(xià)), 以使其轉變爲馬氏體(tǐ); 或進行多次回火(huǒ), 這時殘餘奧氏體(tǐ)因析出合金碳化物(wù)會使Ms、Mf點上升, 并在冷卻過程中(zhōng)轉變爲馬氏體(tǐ)或貝氏體(tǐ)(即發生(shēng)所謂二次淬火(huǒ))。

3. 合金元素對回火(huǒ)轉變的影響

(1)提高回火(huǒ)穩定性 合金元素在回火(huǒ)過程中(zhōng)推遲馬氏體(tǐ)的分(fēn)解和殘餘奧氏體(tǐ)的轉變(即在較高溫度才開(kāi)始分(fēn)解和轉變)， 提高鐵素體(tǐ)的再結晶溫度, 使碳化物(wù)難以聚集長大(dà)，因此提高了鋼對回火(huǒ)軟化的抗力, 即提高了鋼的回火(huǒ)穩定性。提高回火(huǒ)穩定性作用較強的合金元素有：V、Si、Mo、W、Ni、Co等。

(2)産生(shēng)二次硬化 一(yī)些Mo、W、V含量較高的高合金鋼回火(huǒ)時, 硬度不是随回火(huǒ)溫度升高而單調降低, 而是到某一(yī)溫度(約400℃)後反而開(kāi)始增大(dà), 并在另一(yī)更高溫度(一(yī)般爲550℃左右)達到峰值。這是回火(huǒ)過程的二次硬化現象, 它與回火(huǒ)析出物(wù)的性質有關。當回火(huǒ)溫度低于450℃時, 鋼中(zhōng)析出滲碳體(tǐ); 在450℃以上滲碳體(tǐ)溶解, 鋼中(zhōng)開(kāi)始沉澱出彌散穩定的難熔碳化物(wù)Mo2C、W2C、VC等, 使硬度重新升高, 稱爲沉澱硬化。回火(huǒ)時冷卻過程中(zhōng)殘餘奧氏體(tǐ)轉變爲馬氏體(tǐ)的二次淬火(huǒ)所也可導緻二次硬化。

産生(shēng)二次硬化效應的合金元素

産生(shēng)二次硬化的原因 合 金 元 素

殘餘奧氏體(tǐ)的轉變 沉澱硬化 Mn、Mo、W、Cr、Ni、Co①、V V、Mo、W、Cr、Ni①、Co①

①僅在高含量并有其他合金元素存在時, 由于能生(shēng)成彌散分(fēn)布的金屬間化合物(wù)才有效。

(3)增大(dà)回火(huǒ)脆性 和碳鋼一(yī)樣, 合金鋼也産生(shēng)回火(huǒ)脆性, 而且更明顯。這是合金元素的不利影響。在450℃-600℃間發生(shēng)的第二類回火(huǒ)脆性(高溫回火(huǒ)脆性) 主要與某些雜(zá)質元素以及合金元素本身在原奧氏體(tǐ)晶界上的嚴重偏聚有關, 多發生(shēng)在含Mn、Cr、Ni等元素的合金鋼中(zhōng)。 這是一(yī)種可逆回火(huǒ)脆性, 回火(huǒ)後快冷(通常用油冷)可防止其發生(shēng)。鋼中(zhōng)加入适當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元素的主要目的之一(yī)。欲提高強度, 就要設法增大(dà)位錯運動的阻力。金屬中(zhōng)的強化機制主要有固溶強化、位錯強化、細晶強化、第二相(沉澱和彌散)強化。合金元素的強化作用, 正是利用了這些強化機制。

1. 對退火(huǒ)狀态下(xià)鋼的機械性能的影響

結構鋼在退火(huǒ)狀态下(xià)的基本相是鐵素體(tǐ)和碳化物(wù)。合金元素溶于鐵素體(tǐ)中(zhōng), 形成合金鐵素體(tǐ), 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。

2.對退火(huǒ)狀态下(xià)鋼的機械性能的影響

由于合金元素的加入降低了共析點的碳含量、使C曲線右移, 從而使組織中(zhōng)的珠光體(tǐ)的比例增大(dà), 使珠光體(tǐ)層片距離(lí)減小(xiǎo), 這也使鋼的強度增加, 塑性下(xià)降。但是在退火(huǒ)狀态下(xià), 合金鋼沒有很大(dà)的優越性。

由于過冷奧氏體(tǐ)穩定性增大(dà), 合金鋼在正火(huǒ)狀态下(xià)可得到層片距離(lí)更小(xiǎo)的珠光體(tǐ), 或貝氏體(tǐ)甚至馬氏體(tǐ)組織, 從而強度大(dà)爲增加。Mn、Cr、Cu的強化作用較大(dà), 而Si、Al、V、Mo等在一(yī)般含量(例如一(yī)般結構鋼的實際含量)下(xià)影響很小(xiǎo)。

3. 對淬火(huǒ)、回火(huǒ)狀态下(xià)鋼的機械性能的影響

合金元素對淬火(huǒ)、回火(huǒ)狀态下(xià)鋼的強化作用最顯著, 因爲它充分(fēn)利用了全部的四種強化機制。淬火(huǒ)時形成馬氏體(tǐ), 回火(huǒ)時析出碳化物(wù), 造成強烈的第二相強化，同時使韌性大(dà)大(dà)改善, 故獲得馬氏體(tǐ)并對其回火(huǒ)是鋼的最經濟和最有效的綜合強化方法。

合金元素加入鋼中(zhōng), 首要的目的是提高鋼的淬透性, 保證在淬火(huǒ)時容易獲得馬氏體(tǐ)。其次是提高鋼的回火(huǒ)穩定性, 使馬氏體(tǐ)的保持到較高溫度，使淬火(huǒ)鋼在回火(huǒ)時析出的碳化物(wù)更細小(xiǎo)、均勻和穩定。這樣, 在同樣條件下(xià), 合金鋼比碳鋼具有更高的強度。

合金元素對鋼的工(gōng)藝性能的影響

1. 合金元素對鋼鑄造性能的影響

固、液相線的溫度愈低和結晶溫區愈窄, 其鑄造性能愈好。合金元素對鑄造性能的影響, 主要取決于它們對Fe-Fe3C相圖的影響。另外(wài), 許多元素, 如Cr、Mo、V、Ti、Al等在鋼中(zhōng)形成高熔點碳化物(wù)或氧化物(wù)質點, 增大(dà)鋼的粘度, 降低流動性, 使鑄造性能惡化。

2.合金元素對鋼塑性加工(gōng)性能的影響

塑性加工(gōng)分(fēn)熱加工(gōng)和冷加工(gōng)。合金元素溶入固溶體(tǐ)中(zhōng), 或形成碳化物(wù)(如Cr、Mo、W等), 都使鋼的熱變形抗力提高和熱塑性明顯下(xià)降而容易鍛裂。一(yī)般合金鋼的熱加工(gōng)工(gōng)藝性能比碳鋼要差得多。

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, 促進脆性組織(馬氏體(tǐ))的形成, 使焊接性能變壞。但鋼中(zhōng)含有少量Ti和V, 可改善鋼的焊接性能。

4. 合金元素對鋼切削性能的影響 切削性能與鋼的硬度密切相關, 鋼是适合于切削加工(gōng)的硬度範圍爲170HB～230HB。一(yī)般合金鋼的切削性能比碳鋼差。但适當加入S、P、Pb等元素可以大(dà)大(dà)改善鋼的切削性能。

5. 合金元素對鋼熱處理工(gōng)藝性能的影響

熱處理工(gōng)藝性能反映鋼熱處理的難易程度和熱處理産生(shēng)缺陷的傾向。主要包括淬透性、過熱敏感性、回火(huǒ)脆化傾向和氧化脫碳傾向等。合金鋼的淬透性高, 淬火(huǒ)時可以采用比較緩慢(màn)的冷卻方法,可減少工(gōng)件的變形和開(kāi)裂傾向。加入錳、矽會增大(dà)鋼的過熱敏感性。

§7-2 合金結構鋼

用于制造重要工(gōng)程結構和機器零件的鋼種稱爲合金結構鋼。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。