钢板基础知识大全.docx
《钢板基础知识大全.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢板基础知识大全.docx（71页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
钢板基础知识大全
钢板基础知识大全
现在汽车车身主要的原材料是钢板，无论是承载式车身，非承载式车身。
按照钢板的生产工艺分主要可分为热轧钢板和冷轧钢板两大类。
一、钢板的种类
冷轧钢板生产工艺（宝钢）：
矿石－高炉炼铁－转炉炼钢－连铸（板坯）－热连轧－酸洗－冷连轧－连续退火（－热镀锌）－卷取/其他（电镀锌/纵剪成带/横剪成板/）
热轧钢板生产工艺（宝钢）：
矿石－高炉炼铁－转炉炼钢－连铸（板坯）－除鳞－精轧－冷却－卷取－热轧卷（－冷轧）－矫直/纵剪/横剪
二、表征钢板的主要力学性能指标
强度:
金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。
屈服强度、抗拉强度是极为重要的强度指标，是金属材料选用的重要依据。
强度的大小用应力来表示，即用单位面积所能承受的载荷（外力）来表示，常用单位为MPa。
屈服强度：
金属试样在拉力试验过程中，载荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象，称为“屈服”。
产生屈服现象时的应力，即开始产生塑性变形时的应力，称为屈服点，用符号σs表示，单位为MPa。
一般的，材料达到屈服强度，就开始伴随着永久的塑性变形，因此其是非常重要的指标。
抗拉强度：
金属试样在拉力试验时，拉断前所能承受的最大应力，用符号σb表示，单位为MPa。
伸长率：
金属在拉力试验时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原始标距长度的百分比，称为伸长率。
用符号δ表示。
伸长率反映了材料塑性的大小，伸长率越大，材料的塑性越大。
应变强化指数n：
钢材在拉伸中实际应力－应变曲线的斜率。
其物理意义是，n值高，表示材料在成形加工过程中变形容易传播到低变形区，而使应变分布较为均匀，减少局部变形集中现象，因此n值对拉延胀形非常重要。
塑性应变比r值：
r值表示钢板拉伸时，宽度方向与厚度方向应变比之比值。
r值越大，表示钢板越不易在厚度方向变形（越不容易开裂），深冲性越好。
表一典型的冷轧钢板性能表EL1.0-1.6
牌号
σS
σb
EL
r
n
C%
P%
Mn％
DC01（ST12）
130-260
≥270
32
－
－
≤0.10
≤0.035
≤0.50
DC03（ST13）
120-240
≥270
35
－
－
≤0.08
≤0.030
≤0.45
DC04（ST14）
120-210
≥270
39
1.5
0.18
≤0.08
≤0.025
≤0.40
DC05（BSC2）
110-190
≥260
40
1.8
0.20
≤0.008
≤0.020
≤0.30
DC06（ST16）
130-260
≥270
41
2.0
0.22
≤0.006
≤0.020
≤0.30
BLC
140-270
≥270
40
-
-
≤0.10
≤0.035
≤0.50
BLD
120-240
≥270
42
1.4
0.18
≤0.08
≤0.030
≤0.45
BUSD
120-210
≥260
44
1.6
0.20
≤0.01
≤0.025
≤0.40
BUFD
120-190
≥250
46
1.8
0.21
≤0.008
≤0.020
≤0.30
BSUSD
110-180
≥250
48
2.0
0.22
≤0.006
≤0.020
≤0.30
三、钢板表面质量
级别
代号
特征
较高级的精整表面
FB（O3）
表面允许有少量不影响成型性及涂、镀附着力的缺陷，如划伤、压痕、麻点、辊印及氧化色
高级的精整表面
FC（O4）
产品二面种较好的一面无肉眼可见的明显欠缺，另一面必须至少达到FB的要求
超高级别的精整表面
FD（O5）
产品二面中较好的一面不得有任何缺陷，即不能影响涂漆后的外观质量货电镀后的外观质量，另一面至少达到FB级
四、强化因素
一般的，材料的性能由组织（结构）决定，组织由成分（工艺）决定，他们之间构成一个四面体。
钢板也是这样，钢板的强化主要是靠成分和组织，下面拿加磷钢和烘烤硬化钢举例说明。
加磷钢：
一般的，强化钢板的元素主要有C、Mn、Ti、Nb、Al等，有害的元素主要是P和S。
实际上P的强化作用非常明显，仅次于C，但是数量要达到0.04％以上才能使强化作用超过有害的部分，体现出强化作用。
加磷钢正是基于这种原理制造的。
主要有B170P1,B210P1,B250P1,B180P2（BP340）,B220P2（BP380）。
牌号
屈服强度Mpa
抗拉强度Mpa
C%
P％
Mn%
B170P1
170-260
≥340
≤0.006
≤0.08
≤1.00
B210P1
210-310
≥390
≤0.008
≤0.10
≤1.20
B250P1
250-360
≥440
≤0.008
≤0.12
≤1.20
B180P2（BP340）
180-280
≥340
≤0.08
≤0.12
≤0.80
B220P2（BP380）
220-320
≥380
≤0.10
≤0.12
≤1.00
烘烤硬化钢：
烘烤硬化钢是指在低碳或者超低碳钢中保留一定量的固溶碳原子，必要时加入磷等固溶强化元素来提高强度，钢板成形后经过涂漆烘烤处理后强度进一步提高，同时这种钢板具有很好的成形性能。
主要有：
牌号
屈服强度Mpa
抗拉强Mpa
延伸率
烘烤硬化值
C%
P％
Mn%
B140H1
140-230
≥270
41
≥30
≤0.006
≤0.04
≤0.4
B180H1
180-280
≥340
35
≥30
≤0.008
≤0.08
≤1.00
B180H2
180-280
≥340
-
≥30
≤0.02
≤0.12
≤0.40
DIN标准手册3中所规定的DIN及SEW中钢牌号的组成及其主要符号（完）
序号
特定命名方法
1
低碳钢钢板：
St+0～30的数字＋表示表面状况或处理类别的字母和数字。
例：
St4LG,LG－轻平整；
St01Z200,Z－热镀锌，锌层量200g/m2；
对直接用于进一步加工（变形）的热轧板牌号，在St后加上字母W表示。
2
非合金钢的压力容器（锅炉）用钢板：
H＋表示强度等级的罗马数字Ⅰ～Ⅳ
3
变压器用板：
表示质量等级的字母A～F＋连续的数字，例：
A3；
4
极簿板及镀锡板：
T（Tempergrade）＋硬度平均值，并以下列字母对镀锡层的种类及厚度进行补充描述：
H－热镀锡；E－等厚镀锡；D－差厚镀锡
镀锡层重量采用以g/m2为单位的数值表示，例H15/15
为了进一步地标志出钢的特性和制造方法、热处理状态及用途等特性，使用附加字母进行标志，当涉及熔炼和脱氧方式时一般将字母置于原牌号前；当涉及处理状态时一般将字母置于原牌号之后。
字母
含义
例
字母
含义
例
A
耐时效钢
Ast35
N
正火处理
C45N
P
适合于锻压加工的钢
PSt37-3
B
热处理以改善加工性能
42CrMo4B
q,Q
具有良好冷变形性能的钢
QSt37-3
Cq45
BF
热处理以得到一定抗位强度
16MnCr5BF
R
镇静钢或半镇静钢
RSt37-2
BG
热处理得到铁素体-珠光体组织
20MoCr5BG
Ro
适用于制造焊管用
RoSt37-3
C
进行处理以得到可剪切性
100Cr6C
RR
特殊镇静钢
RRSt13
E
要求具有-50C冲击功最小值的细晶粒结构钢
EStE
TM
控制轧制钢
StE360.7TM
T.TT
低温韧性钢
TstE460
f
火焰淬火和感应淬火
Cf54
U
沸腾钢（非镇静钢）
Ust37-2
G
软化退火
Ck45G
U
非处理钢
St37-2U
k
低含S和P的非合金优质钢
Ck35
V
经调质处理的钢
StE460V
W
工具钢
C45W
K
适用于轧制成型的钢
KSt37-2
W
耐热钢
WstE355
K
冷拉拔钢
St37K
WT
耐大气腐蚀钢
WTSt37-3
Z
有特别冷变形性能的冷轧板
ZSt37-3
L
对应力裂纹腐蚀不敏感钢
LstE36
Z
按SEL096规定对厚度方向性能（断面收缩率）有一定要求的钢
St52-3Z15
m
含硫量带上下限（约0.20～0.40）
的非合金优质钢
Cm45
Z
热镀锌
St10Z
金属热处理
简述
金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。
金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。
其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。
为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。
钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。
另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。
金属热处理的工艺:
热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。
这些过程互相衔接，不可间断。
加热是热处理的重要工序之一。
金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。
电的应用使加热易于控制，且无环境污染。
利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。
金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳（即钢铁零件表面碳含量降低），这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。
因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。
加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证热处理质量的主要问题。
加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得高温组织。
另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。
采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学热处理的保温时间往往较长。
冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。
一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。
但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。
金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。
根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。
同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。
钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。
整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。
钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。
退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。
正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。
淬火是将工件加热保温后，在水、油或其他无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。
淬火后钢件变硬，但同时变脆。
为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。
退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。
“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。
为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。
某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。
这样的热处理工艺称为时效处理。
把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。
表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。
为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。
表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。
化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。
化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。
化学热处理是将工件放在含碳、氮或其他合金元素的介质（气体、液体、固体）中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。
渗入元素后，有时还要进行其他热处理工艺如淬火及回火。
化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属。
热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。
大体来说，它可以保证和提高工件的各种性能，如耐磨、耐腐蚀等。
还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。
例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁，提高塑性；齿轮采用正确的热处理工艺，使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高；另外，价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能，可以代替某些耐热钢、不锈钢；工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。
概述
随着社会和科学技术的发展，对钢材的作用性能要求越来越严格，目前提高钢材性能的方法主要有以下两点：
1），在钢中特意加入一些合金元素，也就是用合金化的手段提高钢材的性能（下一章讨论）；2）对钢进行热处理（这一章的内容）。
钢的热处理有以下途径（三步骤）：
固态下进行不同的加热，保温，冷却。
热处理在生产中越来越广泛，据调查，80-90%工件需要进行热处理，象各种工，模具几乎百分之百要求热处理。
根据加热与冷却的不同，热处理可按下面分类：
虽然热处理有很多方法，但它都可归纳为加热，保温，冷却三个步骤，对不同的材料进行不同的热处理，以上三步各部相同，整个这一章我们就讨论的正是这里面的不同与实质。
钢在加热时的转变
从FE-FE3C的分析中我们知道，碳钢在缓慢加热或冷却过程中,经PSK,GS,E线时都会发生组织转变，例如S点, 冷却到S点温度时A转化>P,加热到S点时P转化>S,由于在加热过程中，PSK,GS,ES三条线很重要。
以后我们把它们分别简称为PSK—A1线，GS—A3线，ES—Acm线, 那么在热处理过程中无论是加热还是冷却到这三条线时，温度与这三条上的交点就为平衡临界点。
有一点大家必须明确，以上我们所讨论的FE-FE3C相。
图的制定是在冷却速度非常缓慢的情况下制定的，而实际生产中，我们则选用较大的过冷度和加热度，因此碳钢不可能恰好在平衡临界点上发生转变，而是冷却时在三条线以下的地方，加热时在三条线以上的地方，并且加热和冷却速度越大，组织转变点偏离平衡临界点也越大，这个概念必须有，为了能够区别以上临界点（A1，A3，Acm），我们则将实际加热时的各临界点用Ac1，Ac3，Accm表示，冷却时的各临界点我们则选用Ar1,Ar3，Arcm表示。
一.共析钢的奥氏体化过程
“奥氏体”概念：
任何成分的钢在热处理时都要首先加热，加热到A1以上温时，开始了P 转化>S，象这种由加热获得的A组织我们就称为“奥氏体”，下面我们以共析钢为例，来分析奥氏化过程。
A1点以下的共析钢全为珠光体组织，珠光体是由层片状的铁素体与渗碳体组成的机械混合物，铁素体含碳量很底，在A1点仅为0.0218%,而渗碳体晶格复杂，含碳量高达6.69%。
当加热到A1点以上时，P转变成具有面心立方晶格的奥氏体，A含碳量.77%，因此我们可以得出奥氏体化过程必须进行晶格的改组和铁，碳原子扩散。
奥氏化过程我们简单分成以下三个方面：
（一）奥氏体晶核的形成和长大
A（奥氏体）晶核是在F（铁素体）与Fe3C（渗碳体）的界面形成的。
为什么在这里形成，原因很多，但最主要的原因，是含奥氏体的碳量界于铁素体与渗碳体两者之间，而这里为形核提供了最良好的条件。
（二）残余渗碳体的溶解
A与F的进晶格相比较，F的晶格较接近A晶格，但含碳量远远不能满足A的需要,因此A一方面不断吞吃F转变为A晶格结构，另一方面又不断溶解Fe3C补充自身含碳量的不足，但是Fe3C的溶解速度远比F转变A晶格速度满得多。
（三）奥氏体的均匀化
残余渗碳体全部溶解后，A中的碳浓度在一段时间内用仍不均匀，在原来渗碳体处含碳量较高，在原来铁素体处含碳量较低，经过一段时间的保温,原子不断的扩散，这是A中的含碳量才变的均匀。
二.影响奥氏体化的因素
（一）加热温度的影响
P 转化>A,还在A1点以上温度进行，也就是说刚才我们讨论的共析碳钢加热到A1点温度时，并不是立即向A转变，而是经过一段时间才开始转变，这段时间我们称为“孕育期”，孕育期以后才开始“奥氏体化”过程。
并且在全过程中，加热温度越高↑（℃），孕育期越短↓（t）,转变时间↓，奥氏体化速度↑（A化）。
以上关系是因为，加热温度↑，原子扩散能力↑，“A化”的晶格改组及铁，碳原子扩散也越快。
（二）加热速度的影响
加热速度越快↑，转变的开始温度，终了温度↑，转变的孕育期和转变所需时间越短↑，奥氏体化的速度越快↑。
（三）原始组织的影响
刚才我们讲了，A的晶格是在铁素体与渗碳体的相界面的地方形成的，因此成分相同的钢，P组织的层片状越细，那么相界面的面积也就越大，形成奥氏体的机会也就越大，形成奥氏体晶核的机会也愈高，A化的速度也愈快。
三.A晶粒的长大
（一）A的晶粒度
晶粒度：
是表示晶粒大小的尺度。
起始晶粒度：
钢在进行加热时,P刚转变为A，由于A晶粒此时细小均匀，我们称这时的晶粒为A的起始晶粒度。
A晶粒形成后，如果继续升温或保温，A晶粒会自动长大，加热温度越高保温时间越长，A晶粒也就长的越大，原因是高温条件下，原子扩 散容易，另外大晶粒吞并小晶粒，减小了边界，也减少了表面能，能量总是趋于最地状态，因此A晶粒越大也就越稳定。
实际晶粒度：
钢在某一具体加热条件下（只临界点以上）实际获得奥氏体晶粒大小，它的大小对钢热处理性能影响很大，实际晶粒度总比起始晶粒度要大，它是钢加热临界点以上的温度且保温一定时间，因此A晶粒不同程度的长大。
本质晶粒度：
有些钢加热到临界点以后，温度↑，A晶粒迅速长大粗化↑，我们称它为本质粗晶粒钢，还有一些钢在930℃以下加热，A晶粒生长很慢，因此晶粒细小，当加热到高温时，A晶粒急剧长大，我们称这种钢为本质细晶粒钢。
二）奥氏体大小对钢机械性能的影响
A晶粒越细小，热处理后钢的机械性能越高，特别是冲击韧性高，因此处理时，希望能够获得细小而均匀的奥氏体晶粒。
过热的概念：
这是金属工艺学的一个术语，钢在加热时，如果温度过高A晶粒会长大（粗化），粗化的晶粒降低材料的机械性能我们称这种缺陷为“过热”，需要控制温度在950℃以下，这样一来，本质晶粒钢不易长大，本质粗晶钢不易过热。
四.亚共析碳钢与过共析碳钢加热是的转变
（一）奥氏体化的过程
前面我们在分析Fe-Fe3C相图时，知道亚过共析钢与共析钢组织的不同点在于，除了室温组织中有P外，亚共析碳钢还有先共析铁素体，过共析钢还有先共析二次渗碳体，因此，亚,过共析钢的奥氏体化过程,除了有P 转化>A外，还有Fe,Fe3C向A转化与溶解的过程。
1.亚共析钢
加热到AC1线以上后P 转化>A，在Ac1-Ac3点升温过程中，共析铁素体F转化>A，温度到达Ac3点时，亚共析钢A化过程会结束，获取单一的奥氏体组织。
2.过共析钢
加热到AC1线以上后P转化>A，在Ac1-Acm升温过程中，先共析Fe3CⅡ 转化>A,温度超过Acm点后，过共析碳钢的奥氏体化全部结束，获取单一的奥氏体组织。
（二）奥氏体的晶粒度
从图中可以看出，在相同的温度下，随钢中含碳量增大，A晶粒只寸也在增大，这是因为他们相互碰撞的机会增多，加快了晶粒的长大，但含碳量超过一定限度，A晶粒长大倾向反而减小，这是由于未溶的渗碳体质点阻碍了晶粒长大， 因此钢中含碳量超过某个限度愈多，那么未溶渗碳体也越多，阻碍晶粒长大的作用也愈大，奥氏体晶粒长大倾向也就愈小，我们可以获取较细小的奥氏体实际晶粒度
上一节我们讨论了钢在加热时的转变，而这一节的内容是钢在冷却时的转变，冷却的方式有两种：
1）.连续冷却；
2）.等温冷却。
1.等温冷却
是把加热到A状态的钢，快速冷却到低于Ar1某一温度，等温一段时间，使A发生转变，然后再冷却到室温。
2.连续冷却
把加热到A状态的钢，以不同的冷却速度（空冷，随炉冷，油冷，水冷）连续冷却到室温。
表5-145钢经8400C加热后，不同条件冷却后的机械性能
冷却方法
σb,MN/m2
σs,MN/m2
δ，%
ψ，%
HRC
随炉冷却
530
280
32.5
49.3
15～18
空气冷却
670～720
340
15～18
45～50
18～24
油中冷却
900
620
18～20
48
45～60
水中冷却
1100
720
7～8
12～14
52～6
从这个表中，我们可以发现，同是一种钢，加热条件相同，但由于采用不同的冷却条件，钢所表出的机械性能明显不同。
为什么会出现性能上明显的差别？
一句话是由于钢的内部组织随冷却速度的不同而发生不同的变化，导致性能上的的差别。
由于Fe-Fe3C相图是在极其缓慢加热或冷却条件下建立的，没有考虑冷却条件对相变的影响，而热处理过程中的过冷奥氏体等温转变曲线和过冷奥氏体连续冷却转变曲线是对这个问题的补充，下面分别讨论。
一.过冷奥氏体的等温转变曲线
过冷奥氏体（A）的概念：
加热到A状态的钢快速冷却到A1线以下后，A处于不稳定状态，但过冷到A1点以下的A并不是立即发生转变，而是经过一个孕育期后才开始转变象这个暂时处在孕育期，处于不稳定状态的A，我们就称作“过冷A”。
（一）.共析碳钢过冷A等温曲线的建立
1）.首先将共析碳钢制成许多薄片试样（Ø10*1.5mm）并把它们分成若干组；
2）.先取一组放到炉子内加热到AC1以上某一温度保温，使它转变成为均匀细小的奥氏体晶粒；
3）.将该试样全部取出迅速
升级会员 