第1章　概述

1.1 结构钢的类型

结构钢是用于制造各种工程结构和机器零件的钢种，分为工程结构用钢和机械结构用钢两大类。工程结构用钢用于制造各种工程结构，如钢架、车辆、船舶、桥梁、钢轨、高压容器等。这类钢主要用于承受各种载荷，要求有较高的屈服强度、良好的塑性和韧性，以保证结构的可靠性；其次为适应工作环境，要求有好的低温韧性，能耐大气腐蚀或海水腐蚀；另外还要有良好的冷变形性能和焊接性。工程结构用钢通常是碳的质量分数小于0.2％的低碳钢，一般在热轧空冷状态下使用，有时也在回火状态下使用。工程结构用钢主要有碳素结构钢和低合金高强度结构钢等。

机械结构用钢用于制造各种机器零件，如各种轴类、齿轮、连接件、弹簧和轴承等。机器零件在工作时承受拉伸、压缩、剪切、扭转、冲击、振动、摩擦等多种载荷中的一种或几种同时作用，工作环境可能是高温、低温，或者是腐蚀条件。因此机械结构用钢对力学性能的要求是多方面的，不但要求有足够的强度和韧性，而且对疲劳强度、耐磨性、缺口敏感性等方面都有要求。机械结构用钢包括优质碳素结构钢、合金结构钢、弹簧钢、轴承钢等。为满足机械零件的性能要求，机械结构用钢通常是在热处理后使用。

结构钢的热处理包括退火、正火、淬火、回火以及渗碳、渗氮等多种工艺，最常用的是调质和渗碳两种工艺。

淬火与高温回火相结合的热处理工艺称为调质。调质处理得到的组织为回火索氏体。调质可使工件具有良好的综合力学性能。在机械结构中，许多重要的零件，如轴、齿轮、连杆和螺栓等，均在多种负荷下工作，受力情况复杂，要求具有良好的综合力学性能。这类零件一般都选用中含碳量的碳素结构钢和合金结构钢来制造，通过调质处理使其达到所需的性能。通常将适用于调质处理的钢称为调质钢。调质钢的含碳量（质量分数，下同）一般为0.25％～0.60％。含碳量过低，则碳化物数量不足，弥散强化作用小，强度不足；含碳量过高则韧性不足。一般来说，如果零件要求较高的塑性与韧性，则用含碳量低于0.4％的调质钢；如果零件要求较高的强度与硬度，则用含碳量高于0.4％的调质钢。

渗碳是把低碳钢或低碳合金钢零件置于具有增碳能力、含活性碳原子的介质中，并在900～950℃加热保温，使活性碳原子渗入零件表面，在碳浓度梯度的作用下，碳原子由表向里扩散，形成要求厚度和碳浓度的扩散层即渗碳层。渗碳的目的是在低碳钢或低碳合金钢零件的表面得到高的含碳量，然后经过淬火-低温回火得到高的硬度和耐磨性的渗碳层，而零件心部具有高的强韧性。对多数中、小型零件，渗碳层深度为0.7～1.5mm，表层碳的质量分数为0.7％～0.9％。渗碳钢的含碳量一般都在0.15％～0.25％范围内，对于重载的渗碳件，可以提高到0.25％～0.30％，以使心部在淬火及低温回火后仍具有足够的塑性和韧性。渗碳钢的含碳量不能太低，否则就不能保证一定的强度。

本书将以现行优质碳素结构钢和合金结构钢的现行国家标准的牌号顺序，给出每种钢的热处理工艺和热处理后的性能。