钢材料的基础知识详述

1、 . . 41/41钢材料的基础知识详述 日期：钢材料的基础知识第一章 钢材料的定义与分类合金结构钢是用于制造承受较高压力的各种机械零件用的合金钢，一般属于亚共析钢。根据钢强化热处理的工艺特点或其成分、工艺和性能特点，广义上把合金结构钢分为调质钢、渗碳钢、氧化钢、弹簧钢、轴承钢、冷缴钢、耐热结构钢、非调质钢、易切削钢、硼钢、超高强度钢等。 第一节 合金结构钢的定义与分类一、 调质钢经受淬火和在AC1以下进行回火的热处理钢称为调质钢。传统的调质钢是指淬火和高温火钢，调质钢是机械制造行业中应用十分广泛的重要材料之一。调质钢在化学成分上的特点是，碳含量为0.30.5%，并含有一种或几种合金元素。具有

2、较低或中等的合金化程度。钢中合金元素的作用主要是提高钢的淬透性和保证零件在高温回火后获得预期的综合性能。热处理工艺是在临界点以上一定温度加热后淬火成马氏体，并在500-650回火。热处理后的金相组织是回火索氏体。这种组织具有强度、塑性的韧性的良好配合。调质钢的质量要求，除一般的冶金方面的代倍和高倍组织要求外，主要为钢的力学性能以与与工作可靠性和寿命密切相关的冷脆性转变温度、断裂韧性和疲劳抗力等。在特定条件下，还要求具有耐磨性、耐蚀性和一定的抗热性。由于调质钢最终采用高温回火，能使钢中应力完全消除，钢的氢脆破坏倾向性小，缺口敏感性较低。脆性破坏抗力较大。但也存在特有的高温回火脆性。大多数调质钢为

3、中碳合金结构钢，屈服强度（0.2）在4901200MPao以焊接性能为突出要求的调质钢。，为低碳合金结构钢，屈服强度（0.2）一般为4901800MPa，有很高的塑性和韧性。少数沉淀硬化型调质钢，屈服强度（0.2）可到1400MPa以上，属高强度的超高强度调质钢。常用的合金调质钢按淬透性的强度妥为四类：低淬透性调质钢;中淬透性调质钢；较高淬透性调质钢；高淬透性调质钢。二、 渗碳钢具有高碳的耐磨表层和低碳的高强韧性心部，能承受巨大的冲击载荷、接触应力和磨损。汽车、工程机械和机械制造等行业中，大量使用的齿轮，是渗碳钢应用中最具代表性实例。渗碳钢常用的合金钢系列主要是Cr-Mn系、Cr- Mo系和C

4、r-Ni-Mo系等。保证渗碳钢心部的组织和性能的核心是淬透性。一般用途的渗碳件的心部组织为50%左右的马氏体加其它非马氏体组织。重要用途（如航空渗碳齿轮），心部组织亦应为马氏体或马氏体/贝氏体组织。提高淬透性的常用合金元素有铬、锰、镍、钼和硼。从合金化的经济角度考虑，Cr-Mn系（特别是含硼钢）值得推荐，但就生产和使用的角度而言，Cr- Mo钢更为优越。重要用途的、高质量要求的渗碳钢一般均含有一定量的钼，尤其是对于重载的大型渗碳件更需要。当心部性能确定后，渗层组织和性能对使用寿命具有决定性作用。渗层的组织要求为马氏体和细小、弥散、球状分布的合金碳化物。保证渗层组织的核心仍然是淬透性。渗层应具有

5、高的硬度、良好的显微组织、合理的残余应力分布和一定的韧性储备。三、 氮化钢（渗氮钢） 适合天氮化（或渗氮）工艺的钢种，称氮化钢或渗氮钢。一般狭义而言，是指专门为渗氮零件设计、冶炼、加工的一种特殊钢种。其典型代表为38CrMoAl。氮化钢制作的机械零件，经氮化处理后，能获得极高的表面硬度、良好的耐磨性、高的疲劳强度的较低的缺口敏感性、一定的抗腐蚀能力、高的热稳定性，氮化处理用于处理某些在较高温度工作的耐磨零件或精密零件，如燃机曲轴、汽缸套和汽阀、镗床的主轴和主轴套、精密齿轮和精密机闲丝杆等。氮化钢的合金化应考虑以下几点：（1） 氮化前需进行调质处理。氮化钢首先应是调质钢，即具有足够的淬透性。铬、

6、锰、钼是提高淬透性的有效元素。（2） 为了使钢在氮化温度下（500-570）长时间加热后仍能保持强度不变，向钢中加入钼和钒。为了防止或减轻高温回火脆性，往往向钢中添加0.2%-0.5%Mo。（3） 氮化时，渗入相基体的氮原子同固溶于相中的铬、钼、钨、钒、铝等元素结合，形成合金氮化物，呈细小颗粒，与相基体保持共格、弥散分布，起沉淀强化作用，使氮化层硬度提高，并能在氮化温度下长时间保持弥散状态和高硬度。四、 超高强度钢超高强度钢的定义是相对于时代要求的技术进步程度而在变化的。一般讲，屈服强度在1 370MPa（140 kgf/mm2）以上，抗拉强度在1 620 MPa（165 kgf/mm2）以上

7、的合金钢称超高强度钢。按其合金化程度和显微组织分为低合金中碳马氏体强化超高强度钢、中合金中碳二次沉淀硬化型超高强度钢、高合金中碳NiCo型超高强度钢、超低碳马氏体时效硬化型超高强度钢、半奥氏体沉淀硬化型不锈钢等。低合金中碳马氏体强化型超高强度钢是在低合金调质钢的基础上发展起来的，合金元素总量一般不超过6%。主要牌号包括传统的镍铬钼调质钢4340（40CrNiMo）,碳含量0.45%的镍 铬 钼 钒 钢D6AC（45 CrNiMoV），碳含量0.30%的铬 锰 硅 镍 钢（30CrMnSiNi2A）,在4340钢基础上通过加入硅（1.6%）和钒（0.1%）而研制成的300M 钢（43CrNiSi

8、MoV）以与不含镍的硅锰钼钒或硅锰铬钼钒等。通过真空熔炼降低钢中杂质元素含量，改善钢的横向塑性和韧性，由于钢中合金元素含量较低，成本低，生产工艺简单，广泛用于飞机大梁、起落架、发动机轴、高强度螺栓、固体火箭发动机壳体和化工高压容器等。中合金中碳二次沉淀硬化型超高强度钢是从5%Cr型模具钢移而来的。由于它在高温回火状态下有很高的强度和较满意的塑性和韧性，抗热性好，组织稳定，用于飞机起落架、火箭壳体等。典型钢种为H11和H13等。其主要成分为：C 0.32%-0.45%；Cr 4.75%-5.5%；Mo 1.1%-1.75%；Si 0.8%-1.2%。高合金中碳NiCo（9Ni-4Co-）型超高强

9、度钢，是在具有高韧性、低脆性转变温度的9%Ni型低温钢的基础上发展起来的。在9%Ni钢中添加钻是为了提高钢的Ms（马氏体转变）温度，减少钢中的残余奥氏体，同时，钻在镍钢中起固溶强化作用，还通过加钻来获得钢的自回火特性，从而使这类钢具有优良的焊接性能。碳在这类钢中起强化作用。钢中还含有少量铬和钼，以便在回火时产生弥散强化效应。主要牌号有HP9-4-25，HP9-4-30，HP9-4-45以与改型的AF1410（0.16%C-10%Ni-14%Co-1%Mo-2%Cr-0.05%V）等。这类钢综合力学性能高。抗应力腐蚀性好，具有良好的工艺性能和焊接性能，广泛用于航空、航天和潜艇亮体等产品上。超低碳

10、马氏体时效硬化型超高强度钢，通常称马氏体时效钢。钢的基体为超低碳的铁镍或铁镍钴马氏体。其特点是，马氏体形成时不需要快冷，可变温与等温形成；具有体心立方结构；硬度约为HRC20，塑性很好；再加热时不出现像在低碳马氏体中发生的回火现象，并有很大的逆转变温度迟滞，因而可以在较高温度进行马氏体基体的时效硬化。在这样的高镍马氏体中含有能引起时效强化的合金元素，借助于时效强化，从过饱和的马氏体中析出弥散分布的金属间化合物，使钢获得高强度和高韧性。按镍含量，马氏体时效钢分为25%Ni、20%Ni、18%Ni和12%Ni等类型.18%Ni型应用较广，为含有钼、钛等强化原素的超低碳铁-镍（18%）-钻（8.5%

11、）合金，包括3个牌号：18%Ni（200）、18%Ni（250）、和18%Ni（300）（200、250、300为抗拉强度等级，单位为Ksi）。这种钢是通过金属间化合物的析出使钢强化。借无碳的马氏体基体取得高塑性，最后达到很高的强度塑性配合。这类钢具有良好的成形性能、焊接性能和尺寸稳定性，热处理工艺也较简单，用于航空、航天器构件和冷挤、冷冲压模具等。半奥氏体沉淀硬化型不锈钢是一类高合金的超高强度钢，如常见的17-7PH（OCr17Ni7Al）、PH15-7Mo（OCr15Ni7Mo2Al）和AFC-77（15Cr15Mo5Co14V）等。这类钢经固溶化处理，冷却到室温为奥氏体组织，再经过冷加工

12、、冷处理或者加热到750进行调整处理后，奥氏体转变为马氏体。最后在400-550时效，便得到在回火马氏体基体上弥散分布着第二相强化组织的超高强度钢。这类钢在315以上长时间使用时，会因为金属间化合物沉淀而使材料变脆，所以使用温度要限制在315以下。这类钢主要用于制造航空器件构件、高压容器和高应力腐蚀化工设备零件等。对于这类钢的详细情况可参阅钢铁材料手册 第5卷 不锈钢一书。五、 非调质钢非调质钢是在中碳锰钢的基础上加入钒、钛、铌微合金化元素，使其在加热过程中溶于奥氏体中，因奥氏体中的钒、钛、铌的固溶度随着冷却而减小。微合金元素钒、钛、铌将以细小的碳化物的氮化物形式在先析出的铁素体和珠光体中析出

13、。这些析出物与母相保持共格关系，使钢强化。这类钢在热轧状态、锻造状态或正火状态的力学性能既缩短了生产周期，又节省了能源。非调质钢的力学性能取决于基体显微组织和析出相的强化。非调质钢分为热锻用非调质钢、直接切削用非凋质钢、冷作强化非调质钢和高韧性调质钢。热锻用非调质钢用于热锻件（如曲轴、连杆等），直接切削用非调质钢用热轧件直接加工成零件，冷作强化非调质钢用于标准件（如螺母等），高韧性非调质钢用于要求韧性较高的零部件。六、 硼钢硼钢是指加入硼元素的钢。硼在钢中的作用主要是增加钢的淬透性，一般加入量很少（0.0003%-0.0050%）。硼元素资源富有。价格便宜。钢中添加硼能显著节省镍、铬、钼等昂贵

14、的合金元素，有可观的经济效益。硼钢的主要优点是价格便宜，在保证钢具有所需淬透性和力学性能的同时，钢的热、冷加工性能较好。主要缺点是，淬透性的波动比不含硼元素的钢大。七、 冷镦钢用冷镦加工方法制造紧固件、连接件（如螺栓、螺母、螺钉、铆钉等）用的钢称为冷镦钢，俗称铆螺钢。通常使用有调质型合金结构钢、低温回火型合金结构钢、低碳低合金高强度钢、铁素体-马氏体双相钢等。冷镦是在常温下利用金属塑性成形的。采用冷镦工艺制造紧固件，不但效率高、质量好，而且用料省、成本低。但是冷镦工艺对原材料的质量要求较高。冷镦性能是冷镦钢重要性能之一。冷镦钢应具备的主要性能是，具有良好的冷成形性；对于冷镦变形要具有尽可能小的

15、阴力和可能高的变形能力。为此，一般要求冷镦钢的屈强比为0.50.65，断面收缩率大于50%。此外，为避免在冷镦时表面开裂，要求钢材表面质量良好，同时钢材的表面脱碳要尽可能小。标准规定钢材应进行冷顶锻试验。要求试样冷顶锻后与冷顶锻前高度之比为高级：1/4；较高级：1/3；普通级：1/2。一般标准规定为1/2。八、 耐热结构钢在室温和工作温度条件下此类钢的组织为珠光体或珠光体加少量铁素体。其典型代表钢种为低合金铬钼钢、铬钼钒钢、铬硅钢、铬镍钼钢。在汽轮机、锅炉和压呼容器、石油化工等行业中应用广泛，多用于热交换器管和高压容器管等。这类钢热膨胀系数小，热导率大，工艺性能好，使用温度为450-620。合

16、金元素含量一般小于5%。九、 易切削结构钢通过加入易切削元素提高钢的切削性能的钢。主要易切削元素有硫、磷、铅、硒、钙、碲、铋等。这些元素可以单独加入，也可以复合加入钢中，如硫与磷，硫与铅等。按钢中易切削结构钢的力学性能要求较高，多用于制造负荷较大的重要零件，如齿轮、连杆、轴等汽车部件、各种渗碳件与重要标准件。除按以上分类外，合金结构钢按特殊用途还可分为航空航天用合金结构钢，兵器用合金结构钢（包括轻武器用钢、坦克装甲用钢、火炮用钢、炮弹用钢等），舰船用合金结构钢，锅炉和压力容器用合金结构钢，石油化工等抗腐蚀用合金结构钢，燃气轮机等用合金结构钢钢。第二节 优质碳素结构钢和定义与分类一、定义 优质碳

17、素结构钢是碳素钢中硫、磷和其他有害杂质含量较低、纯洁度和化学成分均匀性较高，除含有碳、锰、硅元素外不含其他作为合金元素有意加入的元素；既要保证化学成分，又要保证力学性能；在生产过程中需要控制质量和性能的钢类。根据国家标准GB/T 13304钢分类的规定，优质碳素结构钢属于非合金钢，其熔炼分析规定的硅、锰含量均在界限值之，如表1-1-1所示。根据国家标准GB/T13304钢分类的规定，不同牌号和使用特性的优质碳素结构钢分别属于：优质非合金钢，即在生产过程中需要特别控制质量，如控制晶粒度、降低硫和磷含量、改善表面质量或增加工艺控制等的非合金钢。特殊质量非合金钢，即在生产过程中需要特别注意控制质量。

18、加控制淬透性、控制纯洁度等的非合金钢。优质碳素结构钢是我国传统钢分类中的一个钢类（沿袭前联标准的钢分类）。也是俗称的碳素钢（包括碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、易切削碳素钢等）中的一种。非合金钢是引用国际标准ISO 49481钢分类 第1部分：根据化学成分钢分为非合金钢和合金钢和ISO 49482钢分类 第2部分：非合金钢和合金钢按主要质量级别和主要性能与使用特性分类的通用术语。非合金钢的涵比碳素钢更广泛，更科学。非合金钢不但包括碳素钢，还包括电工用钢与其它具有特殊性能的钢。我国标准GB/T 13304除了将低合金钢单独列为一类外，其他规定基本上采用的是国际标准。欧洲标准EN10020

19、钢级别的定义和分类与国际标准ISO 4948基本一样。根据国际标准ISO 49481，非合金钢与合金钢中元素含量的界限值如表1-1-2所示。根据国际标准ISO 49482，非合金钢按主要质量级别分为：普通钢、非合金优质钢、非合金特殊钢。非合金优质钢是指在生产过程中与普通钢相比需要特别加以控制（例如控制晶粒度、减少硫磷含量，改善表面质量或增加生产控制等）以达到特殊的质量要求，如良好的抗脆断性能，良好的冷成形性等。但这种钢的生产控制不如要求控制淬透性的经典的非合金特殊钢那样严格。非合金特殊钢是指在生产过程中要求与生产控制淬透性的经典的非合金特殊钢一样地专门加强质量控制的钢。表111 元素非合金钢合

20、金元素规定含量 （质量分数）界限值/%元素 非合金钢合金元素规定含量 （质量分数）界限值/%Al 0.10 Se 0.10B 0.0005Si 0.50Bi 0.10Te 0.10Cr 0.30Ti 0.05Co 0.10 W 0.10Cu 1.10V 0.04Mn 1.00 Zr 0.05Mo 0.05La系（每 一种元素） 0.02Ni 0.30Nb 0.02其他（S、P、C、N除外） 0.05Pb 0.40 注：当标准、技术条件或订单对钢的熔炼分析化学成分规定最低值或围时，应以最低值作为规定含量进行分类。当标准、技术条件或订单对钢的熔炼分析化学成分规定最高值时，应以最高值的0.7倍作为规

21、定含量进.行分类。标准、技术条件或订单中规定的或钢中实际存在的不作为合金化元素有意加入钢中的残余元素含量，不应作为规定含量对钢进行分类。表1-1-2元素非合金钢合金元素规定含量 （质量分数）界限值/%元素 非合金钢合金元素规定含量 （质量分数）界限值/%Al 0.10 Se 0.10B 0.0008Si 0.50Bi 0.10Te 0.10Cr 0.30Ti 0.05Co 0.10 W 0.10Cu 0.40V 0.10Mn 1.65Zr 0.05Mo 0.08La系（每 一种元素） 0.05Ni 0.30Nb 0.06其他（S、P、C、N除外） 0.05Pb 0.40 注：对表中列出元素的焀

22、炼分析规定了最小值或围时，应根据最小值进行分类。当锰含量的熔炼分析公规定最大值时，应根据这个最大值进行分类。 除锰以外的其他元素，仅规定熔炼分析的最大值时，取这个最大值的0.7倍进行分类。二、分类（一） 按碳含量分类低碳钢：碳含量（质量分数）小于0.25%；中碳钢：碳含量（质量分数）0.25%-0.60%；高碳钢：碳含量（质量分数）大于0.60%。（二） 按锰含量分类普通锰含量：锰含量（质量分数）分别为0.25%-0.50%、0.35%-0.65%、0.50%-0.80%。较高锰含量：锰含量（质量分数）分别为0.70%-1.00%、0.90%-.1.20%。（三） 按冶金质量分类优质钢：硫、磷

23、含量（质量分数）分别不大于0.035%；高级优质钢：硫、磷含量（质量分数）分别不大于0.030%；特级优质钢：硫、磷含量（质量分数）不大于0.020%、磷含量（质量分数）不大于0.025%。（四） 按钢材使用加工方法分类压力加工用钢，其中包括热压力加工用钢、顶锻用钢、冷拔坯料用钢；切削加工用钢。此外，虽然优质碳素结构钢的用途非常广泛，以至于不可能按用途分类，但是根据使用要求基本上还是可以分为通用优质碳素结构钢和专用优质碳素结构钢。专用优质碳素结构钢是在优质碳素结构钢基本牌号的基础上派生出来的。其中有些牌号的化学成分作了微小的调整，或进行符合专门用途要求的检验。其特点是产品性能更加适合于某项专门

24、用途。优质碳素结构钢还可以按照加工产品的形状（如棒材、线材、薄板、厚板、钢带、钢丝、钢管等）和铸件、锻件分类，也可以按照冶炼工艺（如沸腾钢、镇静钢）等分类。第三节 碳素结构钢的定义与分类 碳素结构钢钢中除含有主要为了脱氧而加入的硅、锰元素外，不含其他有意加入的合金元素。钢中硫、磷杂质含量较高，一般来说普通质量碳素结构钢的硫的质量分数不大于0.050%、磷的质量分数不大于0.045%；优质碳素结构钢硫和磷的质量分数不大于0.040%。这类钢通常以热轧状态交货和使用，主要用于工程结构。一、 我国标准的规定根据国家标准GB/T 13304-1991钢分类，碳素结构钢属于非合金钢，是非合金钢中的一种。

25、非合金钢还包括优质碳素结构钢、碳素工具钢、碳素弹簧钢、易切削碳素钢，以与其他一些具有特殊性能和用途的钢。（一） 按化学成分非合金钢各元素规定含量的界限值如表1-1-1所示。对钢规定的任一元素的规定含量符合表中所列相应元素的界限围时，这些钢不非合金钢。当标准、技术条件或订货单中对钢的熔炼分析化学成分规定最低值或围时，应以最低值作为规定时进行分类；若规定最高值时，应以最高值的0.7倍作为规定含量进行分类。根据GB/T 700-1988碳素结构钢化学成分的规定，其所包括的各种牌号钢均属于非合金钢。（二） 按质量等级非合金钢分为普通质量非合金钢、优质非合金钢和特殊质量非合金钢。根据GB/T 700-1

26、988的有关规定，其所包括的A、B等级的钢属于普通质量非合金钢；C、D等级的钢属于优质非合金钢。普通质量非合金钢是指不规定生产过程中需要特别控制质量要求的，并应同时符合下列4种条件的钢。（1） 钢为非合金化的（符合对非合金钢的合金元素规定含量界限值的规定）；（2） 不规定热处理（退火、正火、消除应力与软化处理不作为热处理）；（3） 如产品标准或技术条件中有规定，其特性值应符合下列条件：碳的质量分数最高值 0.10%;硫或磷的质量分数最高值 0.045%；氮的质量分数最高值 0.007%；抗拉强度最低值 690MPa；屈服点或屈服强度最低值 360MPa；伸长率最低值（Lo=5.65 Fo ）

27、33%;弯心直径最低值 0.5*试件厚度；冲击功最低值（20，V型，纵向标准试样） 27J；洛氏硬度最高值（HRB） 60。注：力学性能的规定值是指用厚度为3-16mm钢料纵向或横向试样测定的性能。（4） 未规定其他质量要求。优质非合金钢是指除普通质量非合金钢和特殊质量非合金钢以外的非合金钢。在生产过程中需要特别控制质量（例如控制晶粒度，降低硫、磷含量，改善表面质量或增加工艺控制等），以达到比普通质量非合金钢特殊的质量要求（例如良好的抗脆断性能，良好的冷成形性能等），但这种钢的生产控制不如特殊质量非合金钢严格（如不控制淬透性）。特殊质量非合金钢是指生产过程中需要特别严格控制质量的性能（例如控制

28、淬透性和纯洁度）的非合金钢，应符合下列条件。（1） 钢材要经热处理并至少具有下列一种特殊要求的非合金钢（包括易切钢和工具钢）： 要求淬火和回火，或模拟表面硬化状态下的冲击性能； 要求淬火或淬火和回火后的淬硬层深度或表面硬度； 要求限制表面缺限，比冷镦和冷挤压用钢的规定更严格； 要求限制非金属夹杂物含量和（或）要求部材质均匀性。(2) 钢材不进行热处理并至少应具有下述一种特殊要求的非合金钢： 要求限制非金属夹杂物含量和（或）部材质均匀性，例如钢板抗层状撕裂性能。 要求限制磷含量和（或）硫含量最高值，并符合如下规定：熔炼分析值 0.020%；成品分析值 0.025%。 要求残余元素的含量同时作如下

29、限制：铜熔炼分析最高质量分数 0.10%；钴熔炼分析最高质量分数 0.05%；钒熔炼分析最高质量分数 0.05%。 表面质量的要求比冷镦和冷挤压用钢的规定更严格。（3）具有规定的电磁性能的钢。（三） 按主要性能与使用特性分，GB/T 700-1988所包括的碳素结构钢主要属于以规定最低强度为主要特性的非合金钢，是需要保证钢的强度特性的工程结构和机械结构用的非合金钢。这类钢要求限制最低抗拉强度、最低屈服强度，并具有一定的综合力学性能和工艺性能。二、 国外和国际（ISO）标准规定（一） 国际标准（ISO）的规定根据国际标准ISO 4948-1：1982钢分类-第1部分：根据化学成分钢分为非合金钢和

30、合金钢的规定，根据钢的化学成分分为非合金钢和合金钢。非合金钢与合金钢中元素含量界限值如表1-1-3所示。对于表中所列的所有元素，规定的钢中每个元素的质量分数比表中所列相应元素小时，这种钢为非合金钢。对表中列出元素的熔炼分析仅规定了最低值和围时，应根据最低值进行分类。 当锰的熔炼分析仅规定最大值时，应根据该最大值进行分类。除锰以外的其他元素，仅规定熔炼分析最大值时，取该值的0.7倍进行分类。根据国际标准ISO 4948-2：1981钢分类第2部分：非合金钢和合金钢按主要质量级别和主要性能与使用特性的分类的规定，按主要质量级别非合金钢分为普通钢（base steel）、非合金优质钢（unalloy

31、edquality steel）和非合金特殊钢（unalloyed special steel）。普通钢是指不规定在生产中需特别控制质量要求的钢，并应同时满足下列4个条件：（1） 钢是非合金化的。（2） 不规定进行热处理（例如消除应力处理、软化处理、退火或正火， 不作为热处理）。（3） 如产品标准或技术条件中有规定，其特性值应符合以下条件：抗拉强度最低值 690MPa；屈服强度最低值 360MPa；伸长率最低值（Lo=5d） 26%；弯心直径最低值 1*试样厚度；冲击功最低值（20C，ISOV型缺口，纵向） 27J；洛氏硬度最高值（HRB） 60；碳的质量分数最高值 0.10%；磷的质量分数最

32、高值 0.050%；硫的质量分数最高值 0.050%；氮的质量分数最高值 0.007%。注：上述力学性能为316mm厚度钢材性能，并适用于有关标准或技术条件规定的横向或纵向试样。（4） 未规定其他质量要求非合金优质钢是指在生产过程中与普通钢比较需要特别加以控制（例如控制晶粒度、减少硫和磷的含量、改善表面质量或增加生产控制等），以达到特殊的质量要求，如良好的抗脆断性能、良好的冷成形性能等。但这种钢的生产控制不如要求控制淬透性的经典的非合金特殊钢那样严格。非合金优质钢是不包括在普通钢和非合金特殊钢的钢。非合金特殊钢是指生产中要求与生产控制淬透性的经典非合金特殊钢一样专门加强质量控制的钢。下列非合金

33、钢为特殊钢：（1） 所有预定要热处理，至少具有下述特性之一要求的非合金钢（包括易切钢和工具钢）： 在淬火和回火，或模拟的表面硬化状态的冲击性能要求。 在淬火或淬火和回火后的硬化深度或表面硬度的要求。 限制表面缺陷的要求。 要求限制非金属夹杂物含量和（或）要求部均匀性。（2） 所有不进行热处理，至少应具有下述特性之一要求的非合金钢： 限制非金属夹杂含量和（或）部均匀性的要求，例如钢板抗层状撕裂性能。 最大磷含量和（或）硫质量分数限定如下：熔炼分析 0.020%成品分析 0.025% 残余元素含量同时作如下限制：铜熔炼分析最高质量分数 0.10%钴熔炼分析最高质量分数 0.05%钒熔炼分析最高质量

34、分数 0.05% 表面质量要求比冷镦和冷挤压用钢的规定更严格。（3） 具有规定的电磁性能的钢。按主要特性非合金钢分类如下：（1） 规定最大抗拉强度（Re）、最大屈服强度（Rm）的最大布氏硬度（HBS）为主要特性的非合金钢。（2） 规定最小拉强度（Re）、最小服强度（Rm）为主要特性的非合金钢。（3） 以碳含量为主要特性的非合金钢（非合金易切钢、非合金工具钢除外）。（4） 非合金易切钢。（5） 非合金工具钢。（6） 具有专门规定电磁性能的非合金钢。（7） 其他非合金钢。（二） 欧洲标准规定欧洲标准 EN10020-1991钢的等级和分类的规定，除个别处有一些差别外，基本上与国际标准ISO 494

35、8-1：1982和ISO 4948-2：1981一样。其中普通钢的特性值硫磷的质量分数最高值均为不小于0.045%。（三） 日本标准JIS GO203碳素钢的碳质量分数通常为0.02%至约2%。通常钢中还含有少量的硅、锰、硫、磷等元素。碳素钢按碳含量和硬度（包括强度）分类如下：按碳含量分类：低碳钢、中碳钢、高碳钢。按硬度分类：极软钢、软钢、硬钢。表1-1-3元素界限值（质量分数）/%GB/T 13304 ISO 4948-1EN 10020Al 0.10 0.10 0.10 B 0.0005 0.0008 0.0008Bi 0.10 0.10 0.10 Cr 0.30 0.30 0.30 Co

36、 0.10 0.10 0.10 Cu 0.10 0.40 0.40 Mn 1.00 1.65 1.65 Mo 0.05 0.08 0.08Ni 0.30 0.30 0.30Nb 0.02 0.06 0.06 Pb 0.40 0.40 0.40Se 0.10 0.10 0.10 Si 0.50 0.50 0.50Te 0.10 0.10 0.10Ti 0.05 0.05 0.05 W 0.10 0.10 0.10V 0.04 0.10 0.10 Zr 0.05 0.05 0.05 La系（每一种元素） 0.02 0.05 0.05 其他规定元素（S、P、C、 N除外） 0.05 0.05 0.0

37、5 （四） 美国标准 ASTMA749当对铝、铬、钴、铌、钼、镍、钛、钨、钒、锆，或为了获得所期望的合金化效果而加入的任一元素不规定或不要求最小含量时，当对铜规定的最小质量分数不超过0.40%时，或对下列任一元素规定最大含量不超过所注明的质量分数（锰1.65%、硅0.60%、铜0.60%）时，该类钢称为碳素钢。在所有碳素钢中，有时不可避免在存在着从原材料中带入少时的一些残余元素，如铜、镍、钼、铬等，对这些残余元素，不作规定或不要求。因为这些元素不是主要的，通常不测定或不报告。第四节 低合金高强度钢的定义与分类低合金高强度钢作为近几十年发展很快且生产量大、使用面广的工程结构材料，至今世界各国还没

38、有共同认可的定义和分类。现就我国的国外一些主要国家与组织的标准中有关规定简介如下：一、 中国标准有关规定（一） 根据国家标准 GB/T 13304钢分类第一部分“钢按化学成分分类”，低合金钢合金元素含量的规定界限值如表1-1-4所示。表1-1-4 低合金钢合金元素规定含量界限值 合金元素合金元素规定 含量界限值，% 合金元素合金元素规定 含量界限值，% Cr 0.300.50Si0.500.90Cu 0.400.50 Ti0.050.13Mn 1.001.40 V 0.040.12Mo 0.050.10 Zr0.050.12Ni 0.300.50La (每一种元素) 0.020.05Nb 0.

39、020.06 1.合金元素含量的规定（1） 标准、技术条件或订单对钢的熔炼分析化学成分规定最低值或围时，应以最低值作为规定含量进行分类。（2） 标准、技术条件或订单对钢的熔炼分析化学成分规定最高值时，应以最高值的0.7倍作为规定含量进行分类。2. 标准或技术条件对钢规定的任一合金元素，按上述确定的每个合金元素规定含量的百分数，处在表1-1-4中所列界限值围时为低合金钢。3.当铬、铜、钼、镍四种元素，有其中两种、三种或四种元素同时规定在钢中时，对于低合金钢应同时考虑这些元素中每种元素的规定含量，所有这些元素的规定含量总和，应不大于规定的两种、三种或四种元素中每种元素最高界限值总和的70%。这一原

40、则也适用于铌、钛、钒、锆四种元素。（二） 根据国家标准GB/T 13304钢分类第二部分“钢按主要质量等级和主要性能与使用特性分类”，低合金钢分类如下。1. 低合金钢按主要质量等级分为普通质量低合金钢、优质低合金钢、特殊质量低合金钢三类：（1） 普通质量低合金钢普通质量低合金钢是指不规定生产过程中需要特别控制质量要求的供作一般用途的低合金钢。应同时满足以下条件：1） 合金含量较低（符合对低合金钢的合金元素规定含量界限值的规定；2） 不规定热处理（退火、正火、消除应力与软化处理不作为热处理对待3） 如产品标准或技术条件中有规定，其特性值应符合下列条件：硫或磷含量最高值： 0.045%；抗拉强度最

41、低值： 690MPa；屈服点或屈服强度最低值： 360MPa；伸长率最低值： 26%；弯心直径最低值： 2*试样厚度；冲击功最低值（20，V型纵向标准试样）：27J。注：力学性能的规定值指厚度为316mm钢材的纵向或横向试样测定的性能。 抗拉强度、屈服点或屈服强度特性值只适用于可焊接的低合金高强度结构钢。4）未规定其他质量要求。普通质量低合金钢主要包括：一般用途低合金结构钢，规定的屈服强度不大于360MPa，如GB/T 1591规定的Q295A、 345A；低合金钢筋钢，如GB1449规定的20MnSi、20MnTi、20MnSiV、25MnSi、20MnNbb；铁道用一般低合金钢，如GB 1

42、1264规定的低合金轻轨钢45SiMnP、50SiMnP；矿用一般低合金钢，如GB/T 3414规定的M510、M540、M565热轧钢。（2）优质低合金钢优质低合金钢是指点除普通质量低合金钢和特殊质量低合金钢以外的低合金钢，在生产过程中需要特别控制质量（例如降低硫、磷含量，控制晶粒度，改善表面质量，增加工艺控制等），以达到比普通质量低合金钢特殊的质量要求（例如良好的抗脆断性能、良好的冷成形性能等），但这种钢的生产控制和质量要求，不如特殊质量低合金钢严格。优质低合金钢主要包括：可焊接的高强度结构钢，规定的屈服强度大于360MPa而小于420MPa的一般用途低合金结构钢，如GB/T 1591规定

43、的Q295B、Q345B、Q345C、Q345D、Q345E、Q390A、Q390B、Q390C、Q390D、Q390E；锅炉的压力容器用低合金钢。如GB 713规定的16Mng、12Mng、15MnVg；YB/T 5139规定的HP295、HP325、HP345、HP365、；GB 6654规定的16MnR、15MnVR、15MnVNR；GB 6479规定的16Mn、15MnV；造船用低合金钢，如GB 712规定的AH36、DH36、EH36；汽车用低合金钢，如GB/T 3273规定的09MnREL、06TiL、08 TiL、09SiVL、16MnL、16MnREL；桥梁用低合金钢，如YB1

44、68规定的12Mnq、12MnVq、16Mnq、15MnVq、15MnVNq、YB（T）10规定的16Mnq、16MnCuq、15MnVq、15MnVNq；自行车用低合金钢。如YB/T 5064、YB/T 5066、YB/T 5067、YB/T 5068规定的12Mn、16Mn、19Mn；低合金耐候钢，如GB/T 4171规定的09CuPCrNi-A、09CuPCrNi-B、09CuP、GB/T 4172规定的16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、15MnCuCr-QT；铁道用低合金钢。如GB 2585规定的低合金重轨钢U71Cu、U71Mn、U70MnSi、U71MnSiCu、Y

45、B/T 5055规定的起重机用低合金钢轨钢U71Mn；矿用低合金结构钢，如GB/T 2414规定的M540、M565热处理钢；输油、输气管线用低合金钢；其他低合金钢。（3）特殊质量低合金钢特殊质量低合金是生产过程中需要特别严格控制质量和性能（特别是严格制硫、磷等杂质含量和纯洁度）的低合金钢。应至少符合下列一种条件：规定限制非金属夹杂物含量和（或）部材质均匀性，如钢板抗层状撕裂性能；规定严格控制磷含量和（或）硫含量最高值，并符合下列规定：熔炼分析值： 0.020%；成品分析值： 0.025%；规定限制残余元素含量，并应同时符合下列规定：铜熔炼分析最高值： 0.10%；钴熔炼分析最高值： 0.05

46、%；钒熔炼分析最高值： 0.05；规定低温（低于-40）冲击性能；可焊接的高强度钢，规定的屈服强度最低值不小于420MPa（厚度316mm钢材取纵向或横向试样测定的性能）。特殊质量低合金钢主要包括：低合金高强度钢，如GB/T 1591规定的Q420A、Q420B、Q420C、Q420D、Q420E、Q460C、Q460D、Q460E；保证厚度方向性能的低合金钢，如GB/T 5313规定的所有低合金钢牌号；铁道用低合金钢，如GB 8601规定的CL45MnSiV；低温压力容器用低合金钢，如GB 3531规定的16MnDR、09MnNiDR、15MnNiDR；舰船、兵器用于低合金钢；刮脸刀片用低合

47、金钢，如YB/T 5060规定的Cr03.2.低合金钢主要性能与使用特性分类如下：（1） 可焊接低合金高强度结构钢这类钢是低合金钢的主要部分，是具有较高屈服强度的细晶粒结构用钢。其综合力学性能良好，适于用通常的方法进行焊接，规定的屈服强度约为300460MPa.钢中碳含量一般不大于0.20%，钢的强度提高主要依靠合金元素的作用，锰作为主要强化元素一般不大于1.80%，此外还分别含有钒、钛、铌、锆等细化晶粒的合金元素。通用的低合金高强度结构钢牌号如Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等；船体用低合金结构铜牌号如AH36、DH36、EH36等；汽车大梁用低合金钢牌号如06TiL、08

48、TiL、10 TiL、09SiVL、16MnL、16MnREL等。桥梁用低合金铜牌号如12Mnq、12MnVq、16Mnq、16MnCuq、15MnVq、15MnVNq等.（2） 低合金耐候钢低合金耐候钢是在钢中加入铜、磷、硅、铬、镍和钼等合金元素以显著提高其耐大气腐蚀性能。常用的低合金耐候铜牌号如09CuPCrNi、09Cu、16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、15MnCuCr-QT等。(3)低合金钢筋钢低合金钢筋钢是在钢中加入锰、硅、钛、钒、镍等合金元素，以达到要求的强度性能、冷弯性能、一定的屈服点与抗拉强度比值，较好的焊接性能。常用的低合金钢筋铜牌号如20MuSi、20Mn

49、Ti、20MnSiV、25MuSu、20MnNbb等.（4） 低合金钢铁道用低合金钢主要包括重轨、轻轨、车轮、异型钢等。这类饮要求对生产过程严格控制，对低倍组织、轨端淬火、淬火回火热处理、落锤试验、冲击性能、非金属变白杂物、表面质量和部质量等有特殊要求。主要牌号如U71Cu、U71Mn、U71MnSi、U70MnSiCu、45SiMnP、50SiMnP、09CuPRE、09V、CL45MnSiV等。（5） 矿用低合金铜矿用低合金铜用于矿机设备和矿井支护，如矿机用刮板铜和槽帮钢牌号M540、M565；矿山巷道支护用U型铜牌号20MnVK、25MnVK等。（6） 其他低合金钢除上述外，合金元素含量

50、属于低合金钢围的其他用途的钢。二、国际标准和国外标准有关规定（一）国际标准1.国际标准 ISO 4948/1 钢分类第1部分：根据化学成分钢分为非合金钢和合金钢根据该标准的规定，钢按照化学成分分为非合金钢和合金钢。2.国际标准 ISO 4948/2钢分类第2部分：非合金钢和合金钢按主要质量级别和主要性能与使用我特性的分类根据该标准的规定，按照钢的主要质量级别和主要性能与使用特性。合金钢分为合金优质钢和合金特殊钢。所谓合金优质钢是生产量相当大的低合金含量的钢，与合金特殊相比，其质量要求容易满足。合金优质钢中，具有高屈服强度的可焊接细晶粒结构钢应同时满足下列条件：规定的最小屈服强度小于420MPa

51、（厚度16mm）；规定的熔炼分析合金元素含量的最小值或成分围的下限应符合表1-1-5的规定。如果合金元素仅以最大的含量值来规定，则根据该最大值的70%来确定（锰含量下限除外）。 表1-1-5 高屈服强度合金优质钢合金元素极限含量合金元素 极限含量，% 合金元素极限含量，不小于，%Cr 0.30-0.501）Al 0.10Cu0.40-0.501）B0.0008La系0.05-0.06 Bi0.10Mn 1.65-1.80 Co0.10Mo 0.08-0.10 Pb 0.40Ni0.30-0.50Se 0.10Nb 0.06-0.08Si0.50Ti 0.05-0.12Te0.10V 0.10-

52、0.12W0.10Zr0.05-0.121）当这些元素的两种、三种、或四种一起规定在钢中时，应同时考虑： 这些元素中每种元素的极限含量；全部这些元素的极限含量应等于规定中的两种、三种或四种元素中每种元素极限含量的总和的70%。2）1）的原则也适用于这些元素。此外，优质合金钢还包括仅以铜合金化的钢，其铜含量规定的最小值不小于0.40%，但小于0.50%。或者，如果不规定最小值，规定的最大值不小于0.57%，但小于0.70%（其他合金优质钢略去一编者）。（二）欧洲标准欧洲标准EN10020钢级的定义和分类根据该标准的规定，钢按照化学成分分为非合金钢和合金钢；按照主要质量等级分类，合金钢分为合金优质

53、钢和合金特殊钢。所谓合金优质钢是用于类似非合金优质钢的用途，通常不要求淬火和回火或表面硬化处理。合金优质钢中，可焊接细晶粒结构钢，包括压力容器和钢管用钢。除仅规定铜合金元素的钢之外，应满足下列所有条件：规定的最小屈服强度小于380MPa（厚度16mm）；规定的熔炼分析合金元素含量的最小值应符合表1-1-6的规定；除锰以外的合金元素，如果仅规定熔炼分析最大值时，应该取最大值的70%来确定。当锰仅规定最大值时，界限值为1.80%；表1-1-6高屈服强度合金优质钢合金元素极限含量 合金元素 极限含量，% 合金元素极限含量，不小于，%Cr 0.30-0.501）Al 0.10Cu0.40-0.501）

54、B0.0008La系0.05-0.06 Bi0.10Mn 1.65-1.80 Co0.10Mo 0.08-0.10 Pb 0.40Ni0.30-0.50Se 0.10Nb 0.06-0.08Si0.50Ti 0.05-0.12Te0.10V 0.10-0.12W0.10Zr0.05-0.6%）按磷、硫合量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、优质碳素钢（含磷、硫较低）和高级优质钢（含磷、硫更低）一般碳钢中含碳量越高则硬度越高，强度也就高，但塑性降低2碳素结构钢这类钢主要保证力学性能。故其牌号体现其力学性能，用Q+数字表示其中“Q”为屈服点“屈”字的汉语拼音字首。数字表示屈服点数值，例如Q

55、275表示屈服点为275MPa.若牌号后面标注字母A、B、C、D。则表示钢材质量等级不同，含S、P的量依次降低，钢材质量依次提高。若在牌号后面标注字母“F”则为沸腾钢，标注“b”为半镇静钢，不标注“F”或“b”者为镇静钢。例如Q235A?F表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢，Q235C表示屈服点为235MPa的C级镇静钢碳素结构钢一般情况下都不经热处理，而在供应状态下直接使用。通常Q195、Q215、Q235钢碳的质量分数低，焊接性能好。塑性、韧性好，有一定强度，常轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等。用于桥梁、建筑等结构和制造普通铆钉、螺钉、螺母等零件。Q255和Q275钢碳的质量分数稍高，强度较

56、高。塑性、韧性较好，可进行焊接，通常轧制成型钢、条钢和钢板作结构件以与制造简单机械的连杆、齿轮、联轴节、销等零件3优质结构钢 这类钢必须同时保证化学成分和力学性能。其牌号是采用两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分数（*10000）。例如45钢表示钢中平均碳的质量分数为0.45%；08钢表示钢中平均碳的质量分数为0.80%优质碳素结构钢主要用于制造机器零件。一般都要经过热处理以提高力学性能。根据碳质量分数不同，有不同的用途。08、08F、10、10F钢，塑性、韧性高，具有优良的冷成形性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车身、拖拉机驾驶室等；15、20、

57、25钢用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞销。样板等；30、35、40、45、50钢经热处理（淬火+高温回火）后具有良好的综合力学性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用于制作轴类零件，例如40、45钢常用于制造汽车、拖拉机的曲轴、连杆、一般机床主轴、机床齿轮和其他受力不大的轴类零件；55、60、65钢热处理（淬火+中温回火）后具有高的弹性极限，常用于制作负荷不大、尺寸较小（截面尺寸小于1215mm）的弹簧，如调压和调速弹簧、柱塞弹簧、冷卷弹簧等4碳素工具钢碳素工具钢是基本上不含合金元素的高碳钢，含碳量在0.65%-1.35%围，其生产成本低，原料来

58、源易取得，切削加工性良好，热处理后可以得到高硬度和高耐磨性，所以是被广泛采用的钢种，用来制造各种刃具、模具、量具但这类钢的红硬性差，即当工作温度大于250时，钢的硬度和耐磨性就会急剧下降而失去工作能力。另外，碳素工具钢如制成较大的零件则不易淬硬，而且容易产生变形和裂纹5易切削结构钢易切削结构钢是在钢中加入一些使钢变脆的元素，使钢切削时切削易脆断成碎屑，从而有利于提高切削速度和延长刀具寿命。使钢变脆的元素主要是硫，在普通低合金易切削结构钢中使用了铅、碲、鉍等元素这种钢的含硫量。s在0.08%-0.30%围，含锰量WMn在0.60%-1.55%围。钢中的硫和锰以硫化锰形态存在，硫化锰很脆并有润滑效

59、能，从而使切屑容易碎断，并有利于提高加工表面的质量 6合金钢 在钢中除含有铁、碳和少量不可避免的硅、锰、磷、硫元素以外，还含有一定量的合金元素，钢中的合金元素有硅、锰、钼、镍、铬、钒、钛、铌、硼、铅、稀土等其中和一种或几种，这种钢叫合金钢各国的合金钢系统。随各自的资源情况、生产和使用条件不同而不同，国外以往曾发展镍、铬钢系统，我国则发现以硅、锰、钒、钛、铌、硼、稀土为主的合金钢系统合金钢在钢的总产量中约占百分之十几，一般是在电炉中冶炼的按用途可以把合金钢分为8大类，它们是：合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热不起皮钢，电工用硅钢7普通低合金钢普通低合金钢是一种含有少

60、量合金元素（多数情况下其总量W总不超过3%）的普通合金钢。这种钢的强度比较高，综合性能比较好，并具有耐腐蚀性、耐磨、耐低温以与较好的切削性能、焊接性能等在大量节约稀缺合金元素（如镍、铬）条件下，通常1t普通低合金钢可顶1.2-1.3t碳素钢使用，其使用寿命和使用围更是远远超过碳素钢。普通低合金钢可以用一般冶炼方法在平炉、转炉中冶炼，成本也和碳素钢接近8工程结构用合金钢这是指工程和建筑结构用的合金钢，包括可焊接的高强度合金结构钢、合金钢筋钢、铁道用合金钢、地质石油钻探用合金钢、压力容器用合金钢、高锰耐磨钢等。这类钢用作工程和建筑结构件，在合金钢中，这类钢合金含量总量较低，但生产、使用量较大9机械