鋼闆
鋼闆是用鋼水澆注，冷卻後(hòu)壓制而成(chéng)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(chéng)。
鋼闆按厚度分，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。
薄闆的寬度爲500~1500毫米；厚的寬度爲600~3000毫米。薄闆按鋼種(zhǒng)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、矽鋼和工業純鐵薄闆等；按專業用途分，有油桶用闆、搪瓷用闆、防彈用闆等；按表面(miàn)塗鍍層分，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(zhǒng)大體上和薄鋼闆相同。在品各方面(miàn)，除了橋梁鋼闆、鍋爐鋼闆、汽車制造鋼闆、壓力容器鋼闆和多層高壓容器鋼闆等品種(zhǒng)純屬厚闆外，有些品種(zhǒng)的鋼闆如汽車大梁鋼闆（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(zhǒng)是同薄闆交叉的。
另，鋼闆還(hái)有材質一說，并不是所有的鋼闆都(dōu)是一樣(yàng)的，材質不一樣(yàng)，其鋼闆所用到的地方，也不一樣(yàng)。
合金鋼
概述
随著(zhe)科學(xué)技術和工業的發(fā)展，對(duì)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理、化學(xué)性能(néng)的要求，碳鋼已不能(néng)完全滿足要求。
碳鋼的在性能(néng)上主要有以下幾方面(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) 回火穩定性差。由于回火穩定性差，碳鋼在進(jìn)行調質處理時，爲了保證較高的強度需采用較低的回火溫度，這(zhè)樣(yàng)鋼的韌性就(jiù)偏低；爲了保證較好(hǎo)的韌性，采用高的回火溫度時強度又偏低，所以碳鋼的綜合機械性能(néng)水平不高。
(4) 不能(néng)滿足特殊性能(néng)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(miàn)往往較差，不能(néng)滿足特殊使用性能(néng)的需求。
分類
合金鋼的分類
按合金元素含量多少，分爲
低合金鋼（合金元素總量低于5%）、
中合金鋼（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)
按小試樣(yàng)正火或鑄态組織，分爲
鐵素體鋼
奧氏體鋼
萊氏體鋼
按用途分類
合金結構鋼
牌号的首部用數字标明碳含量。規定結構鋼以萬分之一爲單位的數字（兩(liǎng)位數）、工具鋼和特殊性能(néng)鋼以千分之一爲單位的數字（一位數）來表示碳含量，而工具鋼的碳含量超過(guò)1%時，碳含量不标出。
在表明碳含量數字之後(hòu)，用元素的化學(xué)符号表明鋼中主要合金元素，含量由其後(hòu)面(miàn)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。 合金工具鋼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。
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(zhè)是一個特例, 鉻含量以千分之一爲單位的數字表示)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(duì)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
在鋼中加入合金元素後(hòu)，鋼的基本組元鐵和碳與加入的合金元素會(huì)發(fā)生交互作用。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(duì)鐵碳相圖及對(duì)鋼的熱處理的影響來改善鋼的組織和性能(néng)。
相互作用
合金元素與鐵、碳的相互作用
合金元素加入鋼中後(hòu)，主要以三種(zhǒng)形式存在鋼中。即：與鐵形成(chéng)固溶體；與碳形成(chéng)碳化物；在高合金鋼中還(hái)可能(néng)形成(chéng)金屬間化合物。
1. 溶于鐵中
幾乎所有的合金元素（除Pb外）都(dōu)可溶入鐵中, 形成(chéng)合金鐵素體或合金奧氏體, 按其對(duì)α-Fe或γ-Fe的作用, 可將(jiāng)合金元素分爲擴大奧氏體相區和縮小奧氏體相區兩(liǎng)大類。
擴大γ相區的元素—亦稱奧氏體穩定化元素, 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-相的存在範圍。其中Ni、Mn等加入到一定量後(hòu), 可使γ相區擴大到室溫以下, 使α相區消失, 稱爲完全擴大γ相區元素。另外一些元素(如C、N、Cu等), 雖然擴大γ相區, 但不能(néng)擴大到室溫, 故稱之爲部分擴大γ相區的元素。
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, 鉻含量小于7%時, A3點下降; 大于7%後(hòu),A3點迅速上升), 從而縮小γ相區存在的範圍, 使鐵素體穩定區域擴大。按其作用不同可分爲完全封閉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(chéng)碳化物
合金元素按其與鋼中碳的親和力的大小, 可分爲碳化物形成(chéng)元素和非碳化物形成(chéng)元素兩(liǎng)大類。
常見非碳化物形成(chéng)元素有：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。它們基本上都(dōu)溶于鐵素體和奧氏體中。常見碳化物形成(chéng)元素有：Mn、Cr、W、V、Nb、Zr、Ti等(按形成(chéng)的碳化物的穩定性程度由弱到強的次序排列)，它們在鋼中一部分固溶于基體相中，一部分形成(chéng)合金滲碳體, 含量高時可形成(chéng)新的合金碳化合物。
影響
對(duì)奧氏體和鐵素體存在範圍的影響
擴大或縮小γ相區的元素均同樣(yàng)擴大或縮小Fe-Fe3C相圖中的γ相區, 且同樣(yàng)Ni或Mn的含量較多時, 可使鋼在室溫下得到單相奧氏體組織(如1Cr18Ni9奧氏體不鏽鋼和ZGMn13高錳鋼等)， 而Cr、Ti、Si等超過(guò)一定含量時, 可使鋼在室溫獲得單相鐵素體組織 (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升, 并都(dōu)使共析反應在一個溫度範圍内進(jìn)行。幾乎所有的合金元素都(dōu)使共析點(S)和共晶點(E)的碳含量降低，即S點和E點左移, 強碳化物形成(chéng)元素的作用尤爲強烈。
合金元素對(duì)鋼熱處理的影響
合金元素的加入會(huì)影響鋼在熱處理過(guò)程中的組織轉變。
1. 合金元素對(duì)加熱時相轉變的影響
合金元素影響加熱時奧氏體形成(chéng)的速度和奧氏體晶粒的大小。
(1)對(duì)奧氏體形成(chéng)速度的影響： Cr、Mo、W、V等強碳化物形成(chéng)元素與碳的親合力大, 形成(chéng)難溶于奧氏體的合金碳化物, 顯著減慢奧氏體形成(chéng)速度；Co、Ni等部分非碳化物形成(chéng)元素, 因增大碳的擴散速度, 使奧氏體的形成(chéng)速度加快；Al、Si、Mn等合金元素對(duì)奧氏體形成(chéng)速度影響不大。
(2)對(duì)奧氏體晶粒大小的影響：大多數合金元素都(dōu)有阻止奧氏體晶粒長(cháng)大的作用, 但影響程度不同。強烈阻礙晶粒長(cháng)大的元素有：V、Ti、Nb、Zr等；中等阻礙晶粒長(cháng)大的元素有：W、Mn、Cr等；對(duì)晶粒長(cháng)大影響不大的元素有：Si、Ni、Cu等；促進(jìn)晶粒長(cháng)大的元素：Mn、P等。
2. 合金元素對(duì)過(guò)冷奧氏體分解轉變的影響
除Co外, 幾乎所有合金元素都(dōu)增大過(guò)冷奧氏體的穩定性, 推遲珠光體類型組織的轉變, 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時, 才能(néng)提高淬透性。如果未完全溶解, 則碳化物會(huì)成(chéng)爲珠光體的核心, 反而降低鋼的淬透性。另外, 兩(liǎng)種(zhǒng)或多種(zhǒng)合金元素的同時加入(如, 鉻錳鋼、鉻鎳鋼等), 比單個元素對(duì)淬透性的影響要強得多。
除Co、Al外, 多數合金元素都(dōu)使Ms和Mf點下降。其作用大小的次序是：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。其中Mn的作用最強, Si實際上無影響。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(guò)多時,可進(jìn)行冷處理(冷至Mf點以下), 以使其轉變爲馬氏體; 或進(jìn)行多次回火, 這(zhè)時殘餘奧氏體因析出合金碳化物會(huì)使Ms、Mf點上升, 并在冷卻過(guò)程中轉變爲馬氏體或貝氏體(即發(fā)生所謂二次淬火)。
3. 合金元素對(duì)回火轉變的影響
(1)提高回火穩定性 合金元素在回火過(guò)程中推遲馬氏體的分解和殘餘奧氏體的轉變(即在較高溫度才開(kāi)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(cháng)大，因此提高了鋼對(duì)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元素有：V、Si、Mo、W、Ni、Co等。
(2)産生二次硬化 一些Mo、W、V含量較高的高合金鋼回火時, 硬度不是随回火溫度升高而單調降低, 而是到某一溫度(約400℃)後(hòu)反而開(kāi)始增大, 并在另一更高溫度(一般爲550℃左右)達到峰值。這(zhè)是回火過(guò)程的二次硬化現象, 它與回火析出物的性質有關。當回火溫度低于450℃時, 鋼中析出滲碳體; 在450℃以上滲碳體溶解, 鋼中開(kāi)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, 稱爲沉澱硬化。回火時冷卻過(guò)程中殘餘奧氏體轉變爲馬氏體的二次淬火所也可導緻二次硬化。
産生二次硬化效應的合金元素
産生二次硬化的原因 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僅在高含量并有其他合金元素存在時, 由于能(néng)生成(chéng)彌散分布的金屬間化合物才有效。
(3)增大回火脆性 和碳鋼一樣(yàng), 合金鋼也産生回火脆性, 而且更明顯。這(zhè)是合金元素的不利影響。在450℃-600℃間發(fā)生的第二類回火脆性(高溫回火脆性) 主要與某些雜質元素以及合金元素本身在原奧氏體晶界上的嚴重偏聚有關, 多發(fā)生在含Mn、Cr、Ni等元素的合金鋼中。 這(zhè)是一種(zhǒng)可逆回火脆性, 回火後(hòu)快冷(通常用油冷)可防止其發(fā)生。鋼中加入适當Mo或W(0.5%Mo, 1%W)也可基本上消除這(zhè)類脆性。
合金元素對(duì)鋼的機械性能(néng)的影響
提高鋼的強度是加入合金元素的主要目的之一。欲提高強度, 就(jiù)要設法增大位錯運動的阻力。金屬中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(zhè)些強化機制。
1. 對(duì)退火狀态下鋼的機械性能(néng)的影響
結構鋼在退火狀态下的基本相是鐵素體和碳化物。合金元素溶于鐵素體中, 形成(chéng)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。
2.對(duì)退火狀态下鋼的機械性能(néng)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, 從而使組織中的珠光體的比例增大, 使珠光體層片距離減小, 這(zhè)也使鋼的強度增加, 塑性下降。但是在退火狀态下, 合金鋼沒(méi)有很大的優越性。
由于過(guò)冷奧氏體穩定性增大, 合金鋼在正火狀态下可得到層片距離更小的珠光體, 或貝氏體甚至馬氏體組織, 從而強度大爲增加。Mn、Cr、Cu的強化作用較大, 而Si、Al、V、Mo等在一般含量(例如一般結構鋼的實際含量)下影響很小。
3. 對(duì)淬火、回火狀态下鋼的機械性能(néng)的影響
合金元素對(duì)淬火、回火狀态下鋼的強化作用最顯著, 因爲它充分利用了全部的四種(zhǒng)強化機制。淬火時形成(chéng)馬氏體, 回火時析出碳化物, 造成(chéng)強烈的第二相強化，同時使韌性大大改善, 故獲得馬氏體并對(duì)其回火是鋼的最經(jīng)濟和最有效的綜合強化方法。
合金元素加入鋼中, 首要的目的是提高鋼的淬透性, 保證在淬火時容易獲得馬氏體。其次是提高鋼的回火穩定性, 使馬氏體的保持到較高溫度，使淬火鋼在回火時析出的碳化物更細小、均勻和穩定。這(zhè)樣(yàng), 在同樣(yàng)條件下, 合金鋼比碳鋼具有更高的強度。
合金元素對(duì)鋼的工藝性能(néng)的影響
1. 合金元素對(duì)鋼鑄造性能(néng)的影響
固、液相線的溫度愈低和結晶溫區愈窄, 其鑄造性能(néng)愈好(hǎo)。合金元素對(duì)鑄造性能(néng)的影響, 主要取決于它們對(duì)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(chéng)高熔點碳化物或氧化物質點, 增大鋼的粘度, 降低流動性, 使鑄造性能(néng)惡化。
2.合金元素對(duì)鋼塑性加工性能(néng)的影響
塑性加工分熱加工和冷加工。合金元素溶入固溶體中, 或形成(chéng)碳化物(如Cr、Mo、W等), 都(dōu)使鋼的熱變形抗力提高和熱塑性明顯下降而容易鍛裂。一般合金鋼的熱加工工藝性能(néng)比碳鋼要差得多。
3. 合金元素對(duì)鋼焊接性能(néng)的影響
合金元素都(dōu)提高鋼的淬透性, 促進(jìn)脆性組織(馬氏體)的形成(chéng), 使焊接性能(néng)變壞。但鋼中含有少量Ti和V, 可改善鋼的焊接性能(néng)。
4. 合金元素對(duì)鋼切削性能(néng)的影響 切削性能(néng)與鋼的硬度密切相關, 鋼是适合于切削加工的硬度範圍爲170HB～230HB。一般合金鋼的切削性能(néng)比碳鋼差。但适當加入S、P、Pb等元素可以大大改善鋼的切削性能(néng)。
5. 合金元素對(duì)鋼熱處理工藝性能(néng)的影響
熱處理工藝性能(néng)反映鋼熱處理的難易程度和熱處理産生缺陷的傾向(xiàng)。主要包括淬透性、過(guò)熱敏感性、回火脆化傾向(xiàng)和氧化脫碳傾向(xiàng)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開(kāi)裂傾向(xiàng)。加入錳、矽會(huì)增大鋼的過(guò)熱敏感性。
§7-2 合金結構鋼
用于制造重要工程結構和機器零件的鋼種(zhǒng)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。
