第1章　概述

1.1 結構鋼的類型

結構鋼是用于制造各種工程結構和機器零件的鋼種，分為工程結構用鋼和機械結構用鋼兩大類。工程結構用鋼用于制造各種工程結構，如鋼架、車輛、船舶、橋梁、鋼軌、高壓容器等。這類鋼主要用于承受各種載荷，要求有較高的屈服強度、良好的塑性和韌性，以保證結構的可靠性；其次為適應工作環境，要求有好的低溫韌性，能耐大氣腐蝕或海水腐蝕；另外還要有良好的冷變形性能和焊接性。工程結構用鋼通常是碳的質量分數小于0.2％的低碳鋼，一般在熱軋空冷狀態下使用，有時也在回火狀態下使用。工程結構用鋼主要有碳素結構鋼和低合金高強度結構鋼等。

機械結構用鋼用于制造各種機器零件，如各種軸類、齒輪、連接件、彈簧和軸承等。機器零件在工作時承受拉伸、壓縮、剪切、扭轉、沖擊、振動、摩擦等多種載荷中的一種或幾種同時作用，工作環境可能是高溫、低溫，或者是腐蝕條件。因此機械結構用鋼對力學性能的要求是多方面的，不但要求有足夠的強度和韌性，而且對疲勞強度、耐磨性、缺口敏感性等方面都有要求。機械結構用鋼包括優質碳素結構鋼、合金結構鋼、彈簧鋼、軸承鋼等。為滿足機械零件的性能要求，機械結構用鋼通常是在熱處理后使用。

結構鋼的熱處理包括退火、正火、淬火、回火以及滲碳、滲氮等多種工藝，最常用的是調質和滲碳兩種工藝。

淬火與高溫回火相結合的熱處理工藝稱為調質。調質處理得到的組織為回火索氏體。調質可使工件具有良好的綜合力學性能。在機械結構中，許多重要的零件，如軸、齒輪、連桿和螺栓等，均在多種負荷下工作，受力情況復雜，要求具有良好的綜合力學性能。這類零件一般都選用中含碳量的碳素結構鋼和合金結構鋼來制造，通過調質處理使其達到所需的性能。通常將適用于調質處理的鋼稱為調質鋼。調質鋼的含碳量（質量分數，下同）一般為0.25％～0.60％。含碳量過低，則碳化物數量不足，彌散強化作用小，強度不足；含碳量過高則韌性不足。一般來說，如果零件要求較高的塑性與韌性，則用含碳量低于0.4％的調質鋼；如果零件要求較高的強度與硬度，則用含碳量高于0.4％的調質鋼。

滲碳是把低碳鋼或低碳合金鋼零件置于具有增碳能力、含活性碳原子的介質中，并在900～950℃加熱保溫，使活性碳原子滲入零件表面，在碳濃度梯度的作用下，碳原子由表向里擴散，形成要求厚度和碳濃度的擴散層即滲碳層。滲碳的目的是在低碳鋼或低碳合金鋼零件的表面得到高的含碳量，然后經過淬火-低溫回火得到高的硬度和耐磨性的滲碳層，而零件心部具有高的強韌性。對多數中、小型零件，滲碳層深度為0.7～1.5mm，表層碳的質量分數為0.7％～0.9％。滲碳鋼的含碳量一般都在0.15％～0.25％范圍內，對于重載的滲碳件，可以提高到0.25％～0.30％，以使心部在淬火及低溫回火后仍具有足夠的塑性和韌性。滲碳鋼的含碳量不能太低，否則就不能保證一定的強度。

本書將以現行優質碳素結構鋼和合金結構鋼的現行國家標準的牌號順序，給出每種鋼的熱處理工藝和熱處理后的性能。