碳鋼

（1）按用途可以把碳鋼分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼和易切削結(jié)構(gòu)鋼三類，碳素結(jié)構(gòu)鋼又分為工程構(gòu)建鋼和機(jī)器制造結(jié)構(gòu)鋼兩種；

（2）按冶煉方法可分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼；

（3）按脫氧方法可分為沸騰鋼（F）、鎮(zhèn)靜鋼（Z）、半鎮(zhèn)靜鋼（b）和特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）；

（4）按含碳量可以把碳鋼分為低碳鋼（WC ≤ 0.25%）,中碳鋼（WC0.25%—0.6%）和高碳鋼（WC>0.6%）；

（5）按鋼的質(zhì)量可以把碳素鋼分為普通碳素鋼（含磷、硫較高）、優(yōu)質(zhì)碳素鋼（含磷、硫較低）和高級優(yōu)質(zhì)鋼（含磷、硫更低）和特級優(yōu)質(zhì)鋼。

碳素結(jié)構(gòu)鋼

牌號：例Q235-A·F，表示σs=235MPa。

牌號注解：Q是屈服強(qiáng)度 A質(zhì)量等級（有ABCD四級），F(xiàn)沸騰鋼。

特點(diǎn)：價(jià)格低廉，工藝性能（如焊接性和冷成形性）優(yōu)良。

應(yīng)用：一般工程結(jié)構(gòu)和普通機(jī)械零件。如Q235可制作螺栓、螺母、銷子、吊鉤和不太重要的機(jī)械零件以及建筑結(jié)構(gòu)中的螺紋鋼、型鋼、鋼筋等。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

牌號：例45、65Mn、08F。

牌號注解：直接表示金屬含碳量的萬分?jǐn)?shù)。

應(yīng)用：制造重要機(jī)械零件的非合金鋼，一般都要經(jīng)過熱處理之后使用。

常用鋼號及用途：

08F，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，塑性好，強(qiáng)度低，用于沖壓件如汽車和儀表外殼；

20，塑性和焊接性好，用于強(qiáng)度要求不高的零件及滲碳零件，例如機(jī)罩、焊接容器，小軸、螺母、墊圈及滲碳齒輪等；

45，40Mn，經(jīng)調(diào)質(zhì)后綜合力學(xué)性能良好，用于受力較大的機(jī)械零件，如齒輪、連桿、機(jī)床主軸等；

60、65Mn鋼具有較高的強(qiáng)度；用于制造各種彈簧、機(jī)車輪緣、低速車輪。

碳素工具鋼

牌號：例如T12鋼表示W(wǎng)c=1.2%的碳素工具鋼。

牌號注解：T加金屬含碳量的千分?jǐn)?shù)。

特點(diǎn)：屬共析鋼和過共析鋼，強(qiáng)度、硬度較高，耐磨性好適用于制造各種低速切削刀具。

常用鋼號及用途：

T7、T8：制作承受一定沖擊而要求韌性的零件。如大錘、沖頭、鑿子、木工工具、剪刀。

T9、T10、T11：制造沖擊較小的要求高硬度高耐磨性的工具。如絲錐、小鉆頭、沖模、手鋸條。

T12、T13：制作不受沖擊的工具。如銼刀、刮刀、剃刀、量具。

鑄鋼

牌號：例如ZG200-400，表示σs=200MPa，σb=400MPa的鑄鋼。

性能：鑄造性能比鑄鐵差，但力學(xué)性能比鑄鐵好。

應(yīng)用：主要用于制造形狀復(fù)雜，力學(xué)性能要求高，而在工藝上又很難用鍛壓等方法成形的比較重要的機(jī)械零件，例如汽車的變速箱殼，機(jī)車車輛的車鉤和聯(lián)軸器等。

碳鋼錳

約為0.25%~0.80%。固溶強(qiáng)化；清除FeO，降低鋼的脆性；與硫化合成MnS，可以減輕硫的有害作用。有益。

碳鋼硅

約為0.10%~0.40%，固溶強(qiáng)化；除FeO對鋼質(zhì)量的不良影響，有益。

碳鋼硫

FeS與Fe形成低熔點(diǎn)共晶體（熔點(diǎn)為985℃），在1000~1250℃熱加工時(shí)導(dǎo)致鋼變脆而開裂，“熱脆”。有害。

碳鋼磷

強(qiáng)度、硬度提高，但使塑性和韌性降低，“冷脆”。有害。

(一)產(chǎn)量創(chuàng)歷史最高水平。2013年1-6月，全國累計(jì)生產(chǎn)粗鋼3.9億噸，同比增長7.4%，增速較一年前同期提高5.6個(gè)百分點(diǎn)。前6個(gè)月，粗鋼日均產(chǎn)量215.4萬噸，相當(dāng)于年產(chǎn)粗鋼7.86億噸水平。其中，2月份達(dá)到歷史最高的220.8萬噸，3-6月份雖有回落，但仍保持在210萬噸以上較高水平。分省區(qū)看，1-6月，河北、江蘇兩省粗鋼產(chǎn)量同比分別增長6.8%和13.2%，兩省合計(jì)新增產(chǎn)量占全國2694萬噸增量的42.4%，另有山西、遼寧、河南和云南等省增產(chǎn)也在100萬噸以上。分企業(yè)類型看，1-6月，重點(diǎn)大中型鋼鐵企業(yè)粗鋼產(chǎn)量同比增長5.5%，低于全國平均增幅2個(gè)百分點(diǎn)，但仍有60%的增產(chǎn)來自重點(diǎn)大中型鋼鐵企業(yè)。

(二)鋼材價(jià)格低位運(yùn)行。2013年1-6月，國內(nèi)鋼材市場整體表現(xiàn)低迷。隨著粗鋼產(chǎn)能大幅釋放，市場供需陷入失衡狀態(tài)，鋼材價(jià)格步入下降通道，已弱勢下跌4個(gè)多月。截止2013年7月26日，鋼材價(jià)格指數(shù)降到100.48點(diǎn)，低于年初6.6點(diǎn)。鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)的八個(gè)鋼材品種價(jià)格比年初均有不同程度的下降，平均跌幅5.7%。分品種來看，占我國鋼材產(chǎn)量比重較大的建筑用線材、螺紋鋼價(jià)格跌幅分別達(dá)4.9%和6.7%，中厚板和熱軋卷板價(jià)格跌幅分別達(dá)5.7%和9.7%。

(三)鋼材出口增長較快。國內(nèi)鋼材市場供需失衡刺激企業(yè)出口。1-6月，我國累計(jì)出口鋼材3069萬噸，同比增長12.6%;進(jìn)口鋼材683萬噸，下降1.8%，進(jìn)口鋼坯和鋼錠32萬噸，增長50%。將坯材折合粗鋼，累計(jì)凈出口2506萬噸，同比增長17.3%，占我國粗鋼產(chǎn)量的6.4%。從出口價(jià)格看，1-6月出口棒線材均價(jià)624.3美元/噸，同比下降18%;板材835.2美元/噸，同比下降2.8%。

(四)鋼廠及社會(huì)庫存高位運(yùn)行。市場供需矛盾向流通領(lǐng)域蔓延，國內(nèi)鋼材庫存延續(xù)上年末增長態(tài)勢。3月15日達(dá)到歷史最高的2252萬噸，比上年最高點(diǎn)增加351萬噸，其中建筑鋼材庫存1432萬噸，占庫存總量的63.6%。之后，隨著季節(jié)性消費(fèi)增加，庫存逐漸回落，7月26日降至1540萬噸。市場供大于求也推高鋼廠庫存，3月中旬重點(diǎn)企業(yè)鋼材庫存創(chuàng)歷史記錄，達(dá)到1451萬噸，同比增長29.7%，6月下旬降至1268萬噸，仍比年初增長29.9%，比2012年同期增長11.4%。

(五)鋼廠盈利水平逐月下滑。2013年上半年，冶金行業(yè)實(shí)現(xiàn)利潤736.9億元，同比增長13.7%，其中黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)實(shí)現(xiàn)利潤454.4億元，同比增長22.7%。1-5月份重點(diǎn)大中型鋼鐵企業(yè)的盈利狀況遠(yuǎn)不如行業(yè)總體水平，并呈逐月下降態(tài)勢，盡管實(shí)現(xiàn)利潤增長34%，但也僅有28億元，銷售利潤率為0.19%。5月當(dāng)月，86家重點(diǎn)大中型鋼鐵企業(yè)僅實(shí)現(xiàn)利潤1.5億元，連續(xù)5個(gè)月環(huán)比下滑，其中34家虧損，虧損面高達(dá)40%。

(六)鋼鐵行業(yè)固定資產(chǎn)投資增幅明顯回落。2013年1-6月，鋼鐵行業(yè)固定資產(chǎn)投資3035億元，同比增長4.3%，其中黑色金屬冶煉及壓延投資2356億元，同比增長3.3%，比2012年同期回落6.1個(gè)百分點(diǎn);黑色金屬礦采選投資679億元，同比增長7.8%，增速大幅回落15個(gè)百分點(diǎn)。2100433B

一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

1. 了解碳鋼的基本熱處理工藝方法

2. 研究冷卻條件與鋼性能的關(guān)系

3. 分析淬火和回火溫度對鋼性能的影響

二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和試件

1. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：SX-10M-2.5型箱試電阻爐

2. 試件：45鋼、30鋼及T8鋼試件各一件

3. 45鋼淬火后的試件三件

三、 實(shí)驗(yàn)原理

熱處理是一種重要的金屬加工工藝方法，目的是提高鋼的性能(使用性能和工藝性能)。鋼的熱處理的工藝特點(diǎn)是，將鋼加熱到一定的溫度，保溫一定的時(shí)間，然后以一定的冷卻速度進(jìn)行冷卻。通過該工藝過程使鋼的性能發(fā)生改變。

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟

(一) 鋼的淬火熱處理

淬火熱處理就是把碳鋼加熱到AC3或者AC1以上30-50°C，保溫后放到不同的冷卻介質(zhì)中進(jìn)行快速冷卻(冷卻速度大于臨界冷卻速度)，以得到馬氏體組織(M)。淬火后的組織為馬氏體和殘余奧氏體。

1. 淬火溫度的確定

根據(jù)材料的不同，在表1中查得其臨界溫度AC3或者AC1，然后加上40°C，就可以得到其加熱溫度。

亞共析鋼(45鋼，30鋼)：

加熱溫度=AC3 40°C

過共析鋼(T10鋼)：

加熱溫度=AC1 40°C

所以最終30鋼的加熱溫度= °C 40°C=

45鋼的加熱溫度= °C 40°C=

45鋼的加熱溫度= °C 40°C=

2. 保溫時(shí)間的確定

零件隨爐子加熱達(dá)到所需的加熱溫度以后，還要進(jìn)行一段時(shí)間的保溫，以保證整個(gè)零件均勻充分地達(dá)到所需要的溫度。顯然保溫時(shí)間跟工件的大小和形狀有關(guān)系。

通過測量零件的尺寸，然后查表2，計(jì)算試件的保溫時(shí)間。

零件的尺寸為直徑二十毫米的圓柱形零件，所以30鋼、45鋼、T10鋼的保溫時(shí)間分別為：

3. 冷卻介質(zhì)的選擇

冷卻是淬火的關(guān)鍵工序。它直接影響淬火后的鋼的性能。淬火的冷卻速度要大于臨界冷卻速度，以獲得過冷馬氏體組織。同時(shí)在冷卻過程中還要控制結(jié)晶過程中內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生，防止變形和開裂的發(fā)生。

為了保證淬火效果，應(yīng)選擇合適的冷卻介質(zhì)和冷卻方法。本實(shí)驗(yàn)中我們選擇室溫下的水作為冷卻介質(zhì)。

4. 工件放入爐中，設(shè)定電爐溫度控制器的加熱控制溫度，開始加熱。

5. 電爐達(dá)到設(shè)定溫度后，開始保溫的計(jì)時(shí)。

6. 工件出爐，快速放入水中冷卻。

(二) 鋼的回火熱處理

鋼在淬火后得到的馬氏體組織硬而脆，且工件內(nèi)部有很大的內(nèi)應(yīng)力?；鼗鸬哪康氖窍齼?nèi)應(yīng)力，適當(dāng)降低硬度，改善加工性能。根據(jù)不同的工藝要求，回火分為高溫回火，中溫回火和低溫回火三種工藝方法，其溫度的選擇及組織性能的變化見表3。

回火的冷卻方式為空冷，即工件出爐后放在室溫下慢慢冷卻。

1. 工件放入爐中，設(shè)定電爐溫度控制器的加熱控制溫度，開始加熱；

2.電爐達(dá)到設(shè)定溫度后，開始保溫的計(jì)時(shí)，保溫時(shí)間為30分鐘；

3. 工件出爐，放在室溫下慢慢冷卻。

按鋼的化學(xué)成分可分為碳素鋼和合金鋼兩大類。碳素鋼又分為：①低碳鋼，含碳量小于0.25%；②中碳鋼，含碳量為0.25%——0.60%；③高碳鋼，含碳量大于0.6%；中碳鋼熱加工及切削性能良好，焊接性能較差。強(qiáng)度、硬度比低碳鋼高，而塑性和韌性低于低碳鋼?？刹唤?jīng)熱處理，直接使用冷軋材、冷拉材，亦可經(jīng)熱處理后使用。淬火、回火后的中碳鋼具有良好的綜合力學(xué)性能。能夠達(dá)到的最高硬度約為HRC55（HB538），σb為600～1100MPa。所以在中等強(qiáng)度水平的各種用途中，中碳鋼得到最廣泛的應(yīng)用，除作為建筑材料外，還大量用于制造各種機(jī)械零件。

中碳鋼屬于亞共析鋼，其退火組織為珠光體和鐵素體。隨著鋼中碳含量增加，組織中珠光體數(shù)量增加，而鐵素體數(shù)量減少。碳含量大于0.40%的鋼淬火組織為馬氏體;碳含量大于0.40%時(shí)，除了馬氏體外還有少量殘留奧氏體，殘留奧氏體數(shù)量隨著鋼中碳含量的增加而增加。

滲碳鋼大致可分為碳素滲碳鋼和合金滲碳鋼。滲碳鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般約為0.1%～0.3%，其牌號主要是15鋼和20鋼。這類滲碳鋼經(jīng)滲碳及隨后的淬火、同火處理，其表面硬度可以達(dá)到58～64HRC，具有較好的耐磨性。但是由于這類滲碳鋼的淬透性較低，只能適用于心部強(qiáng)度要求不高、承受負(fù)載較小的小尺寸零件，如襯套、鏈條片以及量具、夾具等。

合金滲碳鋼由于是在低碳碳素鋼的基礎(chǔ)上，加入了各種不同化學(xué)成分的合金元素，如Cr、Mo、Ni、Mn、Ti、V等，可抑制奧氏體晶粒長大，提高淬透性和增加回火穩(wěn)定性，所以，能改善滲碳鋼的工藝性能。這類合金滲碳鋼主要用于制作軸類、齒輪類、銷桿類、鏈輪類等承受負(fù)載較大的零件。按照淬透性的大小，合金鋼滲碳鋼還可分為以下三類：淬透性一般的滲碳鋼，如15Cr、20Cr和20MnV等；淬透性較好的滲碳鋼，如20CrMo、20CrMnTi等；淬透性最好的滲碳鋼，如12CrNi3A、12Cr2Ni4A和18Cr2Ni4WA等。

滲碳用鋼的選用應(yīng)根據(jù)工件的服役條件及尺寸的大小來確定。對承受一定沖擊載荷、有一定耐磨要求的工件，如起重、采礦、運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備的普通齒輪，可選用20CrMo鋼和20CrMnTi鋼等；對承受重載及尺寸較大的工件，如大型軋鋼機(jī)減速器齒輪、大型錐齒輪、坦克齒輪等，可選用12Cr2Ni4A鋼或18Cr2Ni4WA鋼等。

還可以根據(jù)淬透性不同，可將滲碳鋼分為三類：

①低淬透性滲碳鋼：典型鋼種如20、20Cr等，其淬透性和心部強(qiáng)度均較低，水中臨界直徑不超過20~35mm。只適用于制造受沖擊載荷較小的耐磨件，如小軸、小齒輪、活塞銷等。

②中淬透性滲碳鋼：典型鋼種如20CrMnTi等，其淬透性較高，油中臨界直徑約為25~60mm，力學(xué)性能和工藝性能良好，大量用于制造承受高速中載、抗沖擊和耐磨損的零件，如汽車、拖拉機(jī)的變速齒輪、離合器軸等。

③高淬透性滲碳鋼：典型鋼種如18Cr2Ni4WA等，其油中臨界直徑大于100mm，且具有良好的韌性，主要用于制造大截面、高載荷的重要耐磨件，如飛機(jī)、坦克的曲軸和齒輪等。