钢材料的基础知识详述

钢材料的基础知识第一章钢材料的定义及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0.3—0.5%，并含有一种或几种合金元素。具有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及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。大多数调质钢为中碳合金结构钢，屈服强度（σ0.2）在490—1200MPao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（σ0.2）一般为4901—800MPa，有很高的塑性和韧性。少数沉淀硬化型调质钢，屈服强度（σ0.2）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：①低淬透性调质钢;②中淬透性调质钢；③较高淬透性调质钢；④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Cr-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，如内燃机曲轴、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、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α相基体的氮原子同固溶于α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α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1370MPa（140kgf/mm2）以上，抗拉强度在1620MPa（165kgf/mm2）以上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Ni—Co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（45CrNiMoV），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（43CrNiSiMoV）以及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：C0.32%--0.45%；Cr4.75%--5.5%；Mo1.1%--1.75%；Si0.8%--1.2%。高合金中碳Ni—Co（9Ni--4Co--××）型超高强度钢，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以及改型的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，可变温及等温形成；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内的时效硬化。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%）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、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。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0.5—0.65，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℃。合金元素含量一般小于5%。浑九、兆易虑切削段结构煤钢浑佛通过蠢加入存易切愈削元忧素提世高钢困的切栽削性费能的辉钢。茶主要更易切励削元条素有肚硫、啄磷、丸铅、梁硒、隐钙、圈碲、蚊铋等强。这惨些元笔素可绩以单准独加尝入，顺也可用以复师合加科入钢集中，育如硫分与磷弯，硫格与铅过等。羊毅按钢暂中易扫切削表结构私钢的罗力学歇性能任要求发较高券，多偷用于酷制造吐负荷繁较大真的重之要零桐件，朝如齿桥轮、伴连杆右、轴私等汽幕车部例件、愁各种锋渗碳乔件及招重要庙标准虏件。通燥除按般以上传分类盗外，事合金脚结构汗钢按途特殊柜用途嗓还可湿分为痰航空苹航天输用合辨金结蕉构钢递，兵早器用喷合金刻结构讲钢（捡包括祸轻武或器用匙钢、压坦克瑞装甲鬼用钢锯、火爽炮用密钢、蹲炮弹川用钢麻等）翅，舰煌船用用合金疾结构脚钢，剩锅炉壁和压薯力容件器用习合金怖结构黎钢，鞭石油块化工胀等抗菌腐蚀摆用合甲金结鱼构钢呢，燃沿气轮莫机等差用合吼金结侧构钢扔钢。育第二虹节膀优质护碳素腊结构才钢和秋定义斑与分称类波敌一、但定义野卖优喜质碳靠素结昌构钢涉是碳做素钢滚中硫券、磷江和其钞他有容害杂敲质含傅量较蒙低、裤纯洁苍度和亡化学怠成分爬均匀凑性较泛高，冰除含赴有碳忠、锰忠、硅旨元素坐外不戴含其爆他作洪为合毕金元断素有矿意加赚入的发元素棕；既镜要保帆证化如学成斑分，幻又要案保证动力学叶性能朵；在坟生产植过程常中需刑要控交制质输量和像性能即的钢初类。脏相根据怒国家歉标准剑GB肆/T响1艘33未04妨《钢顽分类渴》的肉规定党，优耗质碳箭素结油构钢锯属于挣非合继金钢犬，其歌熔炼桨分析嚷规定社的硅感、锰木含量悼均在鞋界限允值之慌内，啄如表捡1-竿1-阀1继所示梁。乳瓦根据拳国家挺标准们GB获/T谋13旧30鸦4《叨钢分锋类》荡的规甘定，连不同距牌号毙和使暗用特雅性的朱优质灰碳素阿结构拐钢分恰别属修于：稳优质订非合拳金钢允，即羞在生张产过还程中沾需要也特别屯控制烤质量夏，如仇控制娃晶粒傍度、可降低插硫和局磷含笋量、沫改善阁表面通质量丈或增啦加工煌艺控虏制等遣的非痕合金膀钢。梳敬特殊屯质量徐非合据金钢躁，即静在生涉产过美程中爬需要只特别怎注意苹控制机质量石。加趟控制贼淬透撤性、寄控制姜纯洁史度等港的非由合金虎钢。仿优质汗碳素蜻结构艘钢是译我国格传统扎钢分肺类中猪的一旋个钢团类（汉沿袭顾前苏阳联标糠准的妨钢分码类）舌。也哭是俗念称的遵碳素捞钢（累包括紧碳素懂结构丈钢、咳优质的碳素伴结构厚钢、谁碳素裕工具辞钢、航易切艇削碳绣素钢陆等）帐中的锄一种亚。非琴合金凤钢是孔引用什国际脖标准仍IS樱O仗49垃48已—1繁《钢惨分类娱第毅1部衡分：擦根据榆化学却成分扮钢分宁为非铲合金确钢和型合金确钢》葡和I愚SO吃4祖94沃8—武2《拆钢分英类辟第2状部分虎：非趣合金险钢和捉合金脾钢按池主要永质量孙级别向和主辅要性别能及拼使用笼特性屯分类朵》的必通用蹦术语般。非格合金银钢的沫内涵对比碳籍素钢秤更广积泛，陡更科克学。劝非合汪金钢看不但敏包括坚碳素阴钢，兔还包魔括电帆工用瓜钢及搞其它瑞具有帽特殊傍性能母的钢塞。我春国标闹准G狗B/弦T质13钳30捉4除铸了将长低合捆金钢宁单独课列为叔一类乐外，拳其他始规定娘基本燥上采貌用的玩是国古际标达准。消欧洲愧标准毕EN泡10敬02域0《喊钢级读别的伍定义焦和分厉类》殃与国丛际标估准I仇SO劫4坟94糠8基晓本相结同。塌痰根据午国际洁标准油IS膜O揉49海48奖—1稼，非座合金安钢与佳合金炮钢中悔元素驼含量涛的界监限值虑如表旬1-败1-痰2所殃示。师根据防国际隆标准艺IS该O田49许48橡—2珠，非待合金城钢按袍主要纸质量狂级别雅分为巾：普依通钢鼓、非华合金绑优质舱钢、稻非合免金特把殊钢式。继非合扫金优诚质钢危是指怒在生头产过于程中疤与普纪通钢纳相比顶需要学特别妙加以脆控制傲（例轧如控样制晶桌粒度歪、减致少硫烘磷含枪量，柔改善扔表面插质量年或增冻加生贩产控怜制等剧）以草达到姿特殊旨的质若量要勿求，满如良余好的恢抗脆仰断性熟能，见良好武的冷烧成形粪性等墓。但葬这种炸钢的协生产首控制融不如诊要求泼控制紫淬透净性的甚经典脱的非无合金掀特殊崭钢那袋样严节格。牛非合湾金特鼓殊钢划是指决在生农产过滑程中婶要求码与生仓产控辞制淬川透性针的经蹲典的犯非合击金特获殊钢寇一样哗地专龄门加妻强质单量控员制的类钢。夏辆图向短呈武隶朵抛表1屯－1治－1梨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<0.10Se<0.10B<0.0005Si<0.50Bi<0.10Te<0.10Cr<0.30Ti<0.05Co<0.10W<0.10Cu<1.10V<0.04Mn<1.00Zr<0.05Mo0.05La系（每一种元素）<0.02Ni<0.30Nb0.02其他（S、P、C、N除外）<0.05Pb<0.40丘痛注：坏①投当标勺准、范技术盐条件支或订县单对嫂钢的骗熔炼术分析弄化学承成分跃规定反最低陪值或智范围艇时，葱应以恶最低渴值作展为规放定含才量进亲行分既类。田殊奇②海当标归准、波技术训条件钉或订嫩单对梁钢的灰熔炼剖分析贫化学茂成分佩规定翠最高疾值时筐，应蒸以最缺高值春的0匠.7并倍作述为规渗定含柔量进醋.避行分渔类。裙池森③独标准赤、技狱术条匪件或主订单铺中规芳定的卧或钢滔中实善际存杨在的匙不作歪为合湖金化耕元素陡有意晴加入议钢中毅的残怖余元勤素含失量，简不应勾作为翅规定攀含量用对钢思进行宣分类监。杜匠锡玻拒刑恢浪南堵表犁1-雨1-否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<0.10Se<0.10B<0.0008Si<0.50Bi<0.10Te<0.10Cr<0.30Ti<0.05Co<0.10W<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罗圾注：劫①灭对表恐中列谅出元举素的开焀炼解分析怀规定呜了最好小值救或范伸围时殊，应胞根据蛋最小冰值进堤行分马类。赞②巴当锰诱含量晚的熔建炼分援析公随规定坛最大死值时宫，应雾根据圣这个终最大厨值进承行分仪类。牛沙贱③听除继锰以扎外的茎其他按元素适，仅析规定膛熔炼蜘分析辈的最芝大值棒时，快取这挨个最串大值棒的0丝.7坊倍进纽行分稍类。章坛二、好分类约（酬一）球按晌碳含秩量分猜类晚懒低碳处钢：叮碳含祖量（真质量乔分数扯）小衬于0昏.2摄5%现；筝共中碳猛钢：俯碳含隙量（炒质量丧分数竿）0素.2崭5%蚕--邻0.罗60抚%；泽巷高碳窝钢：航碳含闹量（译质量求分数凯）大殃于0索.6边0%蚊。岭（栗二）叼按凑锰含披量分史类余镜普通撑锰含息量：浙锰含凶量（怎质量目分数漠）分登别为瓜0.负25载%-拒-0堆.5碧0%肌、0坚.3撒5%渔--显0.式65究%、绵0.悼50命%-被-0杰.8哈0%还。厕害较高愁锰含达量：咱锰含今量（扛质量桐分数菌）分厨别为佳0.盟70宜%-迷-1亚.0攻0%懂、0葵.9寨0%疏--痛.1始.2狗0%拒。坟（情三）天按扒冶金弄质量雨分类温楚优质瞒钢：责硫、侨磷含抗量（鱼质量恰分数攀）分息别不逮大于蠢0.谈03构5%蝴；营碰高级武优质粪钢：踏硫、盒磷含信量（她质量玻分数姥）分偶别不罩大于饭0.能03畏0%谈；跳框特级咏优质扬钢：取硫、捞磷含闷量（窗质量踪分数旨）不菠大于冶0.此02闷0%命、磷吸含量犹（质钢量分数数）声不大萄于0凳.0殖25匙%。墨（论四）施按眠钢材折使用亦加工统方法村分类系斑压力仁加工舍用钢焦，其特中包挤括热辱压力白加工巾用钢搅、顶淘锻用姑钢、栏冷拔饱坯料镇用钢朱；歉巴切削愉加工缠用钢寇。经模此外僵，虽齐然优庸质碳欺素结伍构钢佩的用登途非馆常广酸泛，扣以至兽于不活可能助按用染途分叼类，茂但是幸根据铸使用赞要求芒基本蓬上还寇是可键以分械为通糊用优描质碳器素结打构钢碧和专响用优旺质碳刃素结灵构钢闲。专模用优滩质碳赛素结裁构钢享是在去优质存碳素恋结构保钢基驳本牌丢号的鸣基础离上派朴生出工来的遵。其拍中有住些牌插号的麻化学奸成分置作了号微小能的调垦整，院或进拴行符激合专购门用诚途要组求的煎检验韵。其矮特点请是产四品性灵能更烤加适功合于婆某项蓄专门孔用途狸。艘季优质奖碳素李结构视钢还仓可以迎按照滥加工棕产品慕的形访状（行如棒莫材、燥线材来、薄详板、砖厚板筝、钢攀带、菠钢丝臣、钢饭管等美）和路铸件盟、锻误件分风类，助也可坊以按仓照冶掠炼工管艺（购如沸柿腾钢右、镇蔑静钢懂）等己分类伸。黎第三听节配碳素似结构笋钢的哀定义嚼与分积类计档碳素江结构涨钢钢脊中除柏含有素主要暴为了目脱氧修而加象入的恭硅、河锰元死素外夏，不坝含其点他有弦意加幸入的旧合金裁元素丽。钢独中硫距、磷择杂质秤含量豪较高馋，一苹般来丙说普所通质殿量碳恐素结烫构钢谁的硫迁的质梢量分产数不制大于场0.罢05招0%桃、磷英的质素量分仓数不喂大于愚0.摆04常5%旦；优蔑质碳烂素结宗构钢澡硫和斜磷的望质量锤分数愤不大大于0株.0创40弃%。读这类粪钢通评常以爱热轧形状态凡交货垫和使酷用，垦主要画用于塘工程种结构谎。消一拼、富我国龙标准姜的规刃定晚撕根据梢国家悔标准升GB闹/T馆1预33雾04幕-1折99阵1《绝钢分谣类》威，碳微素结虚构钢歼属于按非合决金钢鼻，是亲非合剧金钢蹄中的哑一种作。非依合金鞭钢还锦庄包括嚷优质吹碳素剃结构艳钢、蚂碳素崭工具嫩钢、遗碳素迷弹簧姥钢、转易切艇削碳蓝素钢偷，以宅及其赛他一区些具侍有特山殊性洽能和徐用途愧的钢垃。（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范围时，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范围时，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。变根据娃GB升/T猾7验00嫂-1域98宿8《捐碳素长结构哗钢》解化学吵成分抵的规朗定，屯其所浑包括岔的各坟种牌它号钢则均属普于非饶合金划钢。乏（清二）绑按尸质量夸等级仁非合痰金钢冲分为护普通球质量脸非合狂金钢译、优侄质非胆合金烘钢和昌特殊旦质量稼非合画金钢挣。根逢据G堪B/尼T岁70鞋0-浴19团88羞的有男关规感定，考其所然包括枪的A阴、B污等级俩的钢牛属于湖普通染质量彼非合鼻金钢叛；C义、D绍等级筒的钢糖属于军优质定非合感金钢贤。女普通樱质量或非合胃金钢呀是指膜不规计定生文产过遵程中捡需要条特别头控制渗质量菠要求价的，叹并应库同时泰符合赚下列蚀4种患条件册的钢摘。捧（蜻1）蜂钢梦为非舟合金欢化的榨（符克合对询非合惜金钢爆的合绑金元间素规誓定含笋量界绿限值司的规凡定）梁；鲜（挪2）办不骗规定炎热处略理（晃退火也、正煌火、肃消除游应力透及软软化处热理不求作为别热处斥理）个；升（正3）蛛如满产品云标准茄或技瞒术条网件中券有规维定，汇其特庄性值霞应符颈合下机列条孔件：陪吃碳的豪质量弓分数傻最高痒值杏≥寸0.傲10钉%;窑常硫或吸磷的黎质量从分数子最高赏值悼≥输0.划04锄5%唉；致覆氮的酬质量究分数赵最高湿值王≥犁0.通00配7%拣；顺津抗拉冷强度妥最低简值婚≤碧69巡0M钳Pa追；候拦屈服奥点或挑屈服谣强度致最低扫值腾≤宾36到0M挖Pa贺；坏姐伸长好率最溜低值兼（L旁o=持5.牺65担F盟o旦）闻≤烈33铺%;站此弯心教直径泼最低投值根≥帜0.傲5*扎试件讽厚度塔；漏另冲击角功最脑低值瓦（2屋0冤℃窜，V们型，矿纵向嗽标准注试样盐）肌≤过27敞J；劈坦洛氏羞硬度庭最高核值（念HR膀B）零≥逮6锻0。坏刃注：沟力学兼性能姻的规叔定值特是指盼用厚傍度为搁3-杜-1获6m病m钢疯料纵监向或议横向膨试样庸测定独的性塑能。氧（息4）还未歇规定凡其他佳质量凭要求帽。还隆优质蓝非合很金钢扰是指展除普世通质希量非蕉合金甘钢和归特殊终质量努非合产金钢最以外物的非课合金糕钢。萌在生马产过顶程中鲁需要劣特别雁控制侦质量潜（例致如控序制晶弟粒度励，降符低硫皱、磷椅含量榜，改消善表秧面质此量或滤增加骆工艺择控制恼等）愿，以腐达到扣比普养通质愁量非酬合金驰钢特谨殊的养质量奴要求脖（例丈如良伍好的偷抗脆腾断性供能，三良好炉的冷揉成形露性能铃等）池，但矮这种安钢的哭生产拢控制杂不如肿特殊聋质量触非合朝金钢略严格梢（如亦不控仇制淬符透性弯）。雁董特殊添质量致非合愈金钢眨是指扣生产障过程两中需主要特丘别严长格控纽制质少量的捧性能肠（例专如控敏制淬箱透性递和纯准洁度奉）的案非合铃金钢喉，应晴符合躁下列杨条件恋。坚（何1）短钢裹材要掏经热日处理兄并至父少具专有下拦列一吗种特洗殊要蛮求的模非合糖金钢朝（包宇括易秋切钢愈和工之具钢雨）：精玻①缘要烤求淬好火和腊回火槐，或确模拟倡表面坝硬化倦状态流下的痕冲击肉性能电；雾芳②锅要蝇求淬梦火或秧淬火镇和回丢火后筐的淬译硬层愤深度达或表类面硬底度；录个③倾要微求限牧制表饰面缺卧限，绣比冷延镦和适冷挤蝶压用敬钢的悄规定避更严虽格；稼焰④朗要文求限盆制非庄金属造夹杂盾物含胜量和誉（或唯）要抬求内葛部材炼质均锈匀性菊。葵(剖2)拼钢恩材不梅进行档热处钟理并废至少约应具栗有下凶述一慨种特纵殊要细求的紧非合拘金钢沈：敲刺①它要烂求限歌制非合金属谢夹杂木物含眼量和戏（或依）内搭部材监质均膀匀性鸽，例霸如钢幅板抗周层状迫撕裂激性能狂。泽际②漂要那求限劈制磷能含量王和（席或）戒硫含唱量最冷高值胃，并箩符合距如下财规定锅：竿伞熔炼马分析始值暗≤礼0.简02孟0%套；争佛成品扒分析昨值疯≤此0.蜂02蛛5%抄。效轿③摘要五求残禾余元兴素的角含量滥同时筐作如失下限喘制：典搁铜熔迅炼分悲析最映高质拆量分剃数秃≤植0.钞10凤%；煤瑞钴熔投炼分孔析最楼高质良量分洲数井≤喊0.电05湾%；袭滨钒熔父炼分弃析最集高质辅量分饮数≤技0岩.0伐5%棵。言筐④求表机面质咏量的丸要求宣比冷滴镦和黎冷挤高压用暮钢的宪规定效更严迅格。谢（裂3）砍具有哪规定住的电薄磁性睛能的帅钢。肌（千三）势按年主要钞性能槐及使点用特赤性分衫，G卷B/顾T浓70今0-刊19缎88择所包葛括的跑碳素警结构冤钢主件要属小于以距规定劫最低阶强度堤为主域要特伞性的适非合胸金钢斑，是窑需要拍保证拆钢的跨强度史特性相的工轨程结程构和派机械钻结构吉用的剖非合射金钢提。这慌类钢僻要求美限制靠最低踏抗拉皮强度不、最彩低屈讽服强闹度，分并具白有一棒定的宏综合译力学郊性能占和工枪艺性以能。艺二帖、侨国外勺和国速际（智IS灿O）腾标准然规定偶（禁一）绘国方际标遗准（千IS缸O）扒的规归定男普根据黄国际殖标准台IS梳O范49砍48触-1清：1车98脊2《针钢分览类-掩第1梅部分录：根联据化坡学成牙分钢唤分为麦非合惑金钢赔和合傲金钢遍》的微规定麻，根狡据钢缴的化差学成顶分分端为非涝合金祝钢和叉合金谜钢。挖非合轨金钢雀与合片金钢许中元卫素含可量界检限值剖如表给1-惊1-证3所艳示。椅对于洒表中程所列工的所猎有元晴素，缎规定垫的钢丽中每乱个元净素的版质量润分数静比表筛中所领列相疗应元筋素小坑时，默这种作钢为纪非合鸡金钢夹。止对表茎中列士出元高素的听熔炼六分析册仅规沟定了写最低全值和酱范围构时，仓应根走据最殃低值超进行颤分类已。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ISO4948-2：1981《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及使用特性的分类》的规定，按主要质量级别非合金钢分为普通钢（basesteel）、非合金优质钢（unalloyedqualitysteel）和非合金特殊钢（unalloyedspecialsteel）。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3—16mm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）：①在淬火和回火，或模拟的表面硬化状态的冲击性能要求。②在淬火或淬火和回火后的硬化深度或表面硬度的要求。③限制表面缺陷的要求。④要求限制非金属夹杂物含量和（或）要求内部均匀性。（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：①限制非金属夹杂含量和（或）内部均匀性的要求，例如钢板抗层状撕裂性能。②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%③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分数≤0.05%④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ISO4948-1：1982和ISO4948-2：1981相同。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JISGO203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/T13304ISO4948-1EN10020Al<0.10<0.10<0.10B<0.0005<0.0008<0.0008Bi<0.10<0.10<0.10Cr<0.30<0.30<0.30Co<0.10<0.10<0.10Cu<0.10<0.40<0.40Mn<1.00<1.65<1.65Mo<0.05<0.08<0.08Ni<0.30<0.30<0.30Nb<0.02<0.06<0.06Pb<0.40<0.40<0.40Se<0.10<0.10<0.10Si<0.50<0.50<0.50Te<0.10<0.10<0.10Ti<0.05<0.05<0.05W<0.10<0.10<0.10V<0.04<0.10<0.10Zr<0.05<0.05<0.05La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<0.05（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，至今世界各国还没有共同认可的定义和分类。现就我国的国外一些主要国家及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/T13304《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，%Cr0.30—<0.50Si0.50—<0.90Cu0.40—<0.50Ti0.05—<0.13Mn1.00—<1.40V0.04—<0.12Mo0.05—<0.10Zr0.05—<0.12Ni0.30—<0.50La(每一种元素)0.02—<0.05Nb0.02—<0.061.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范围时，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中所列界限值范围内时为低合金钢。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%。这一原则也适用于铌、钛、钒、锆四种元素。（二）根据国家标准GB/T13304《钢分类》第二部分“钢按主要质量等级和主要性能及使用特性分类”，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、消除应力及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：①力学性能的规定值指厚度为3—16mm钢材的纵向或横向试样测定的性能。②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：①一般用途低合金结构钢，规定的屈服强度不大于360MPa，如GB/T1591规定的Q295A、QQ345A；②低合金钢筋钢，如GB1449规定的20MnSi、20MnTi、20MnSiV、25MnSi、20MnNbb；③铁道用一般低合金钢，如GB11264规定的低合金轻轨钢45SiMnP、50SiMnP；④矿用一般低合金钢，如GB/T3414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：①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/T1591规定的Q295B、Q345B、Q345C、Q345D、Q345E、Q390A、Q390B、Q390C、Q390D、Q390E；②锅炉的压力容器用低合金钢。如GB713规定的16Mng、12Mng、15MnVg；YB/T5139规定的HP295、HP325、HP345、HP365、；GB6654规定的16MnR、15MnVR、15MnVNR；GB6479规定的16Mn、15MnV；③造船用低合金钢，如GB712规定的AH36、DH36、EH36；④汽车用低合金钢，如GB/T3273规定的09MnREL、06TiL、08TiL、09SiVL、16MnL、16MnREL；⑤桥梁用低合金钢，如YB168规定的12Mnq、12MnVq、16Mnq、15MnVq、15MnVNq、YB（T）10规定的16Mnq、16MnCuq、15MnVq、15MnVNq；⑥自行车用低合金钢。如YB/T5064、YB/T5066、YB/T5067、YB/T5068规定的12Mn、16Mn、19Mn；⑦低合金耐候钢，如GB/T4171规定的09CuPCrNi-A、09CuPCrNi-B、09CuP、GB/T4172规定的16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、15MnCuCr-QT；⑧铁道用低合金钢。如GB2585规定的低合金重轨钢U71Cu、U71Mn、U70MnSi、U71MnSiCu、YB/T5055规定的起重机用低合金钢轨钢U71Mn；⑨矿用低合金结构钢，如GB/T2414规定的M540、M565热处理钢；⑩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：①规定限制非金属夹杂物含量和（或）内部材质均匀性，如钢板抗层状撕裂性能；②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%；③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%；钒熔炼分析最高值：≤0.05；④规定低温（低于-40℃）冲击性能；⑤可焊接的高强度钢，规定的屈服强度最低值不小于420MPa（厚度3—16mm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：①低合金高强度钢，如GB/T1591规定的Q420A、Q420B、Q420C、Q420D、Q420E、Q460C、Q460D、Q460E；②保证厚度方向性能的低合金钢，如GB/T5313规定的所有低合金钢牌号；③铁道用低合金钢，如GB8601规定的CL45MnSiV；④低温压力容器用低合金钢，如GB3531规定的16MnDR、09MnNiDR、15MnNiDR；⑤舰船、兵器用于低合金钢；⑥刮脸刀片用低合金钢，如YB/T5060规定的Cr03.2.低合金钢主要性能及使用特性分类如下：（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300—460MPa.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、08TiL、10TiL、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、20MnTi、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、表面质量和内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，合金元素含量属于低合金钢范围的其他用途的钢。二、国际标准和国外标准有关规定（一）国际标准1.国际标准ISO4948/1《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ISO4948/2《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及使用我特性的分类》根据该标准的规定，按照钢的主要质量级别和主要性能及使用特性。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（厚度≤16mm）；规定的熔炼分析合金元素含量的最小值或成分范围的下限应符合表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，%Cr0.30-<0.501）Al0.10Cu0.40-<0.501）B0.0008La系0.05-<0.06Bi0.10Mn1.65-<1.80Co0.10Mo0.08-<0.10Pb0.40Ni0.30-<0.50Se0.10Nb0.06-<0.08Si0.50Ti0.05-<0.12Te0.10V0.10-<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：①规定的最小屈服强度小于380MPa（厚度≤16mm）；②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；③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，%Cr0.30-<0.501）Al0.10Cu0.40-<0.501）B0.0008La系0.05-<0.06Bi0.10Mn1.65-<1.80Co0.10Mo0.08-<0.10Pb0.40Ni0.30-<0.50Se0.10Nb0.06-<0.08Si0.50Ti0.05-<0.12Te0.10V0.10-<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，并且合金含量低于表中规定的界限值上限时，对有关的两种、三种或四种元素，以上述每个界限值的总和的70%作为分类的界限值。2）1）的原则也适用于这些元素。④规定的冲击功不大于27J（--50℃，纵向ISOV型缺口试样）。1）欧洲标准EN10020己被欧洲一些国家采用作为国家标准、如德国DINEN10020、英国BSEN10020、法国NFEN10020等。一编者（三）美国标准美国标准ASTMA749《术语定义》低合金高强度钢为一组高强度用钢。其强度和在某些条件下具有的耐大气腐蚀性能是通过加入适量的一种或多种合金元素而得到的。（四）日晒标准日本标准JISGO203《钢铁术语》为了更好地改善钢的性能或使钢具有所要求的性能而加入一种、两种或以上的合金元素。其中含合金元素超过表1-1-7数值的称为合金钢。按合金元素含量多少，称为高合金钢和低合金钢。表1-1-7合金元素含量的界限值合金元素含量，%合金元素含量，%Al0.3Ni0.3B0.0008Nb0.06Cr0.3Si0.6Co0.3Ti0.05Cu0.4W0.3Pb0.4V0.1Mn1.65Z0.05Mo0.08除S、P、C、N以外的其他元素0.1综上所述，国家标准GB/T13304《钢分类》中按照化学成分将钢分为三类：非合金钢、低合金钢和合金钢。而国际标准和欧洲标准及一些国外标准按化学成分将钢分为两类：非合金钢和合金钢，低合金高强度钢仅是合金钢中的一小类。美国ASTM标准中有很多低合金钢标准，其中大多数是低合金高强度钢标准。我国低合金钢己形成完整的牌号系列的标准系列。牌号素列中以锰系为主，有些加入微量钼、铌、钒、铜、氮、稀土等合金元素，其中大量生产的是16Mn。如果按照一些国家或组织的标准对钢进行分类，则我国的一些低合金钢基本上都应划分为非合金钢。美国ASTM标准中的低合金钢也是一样，除部分铬、镍含量高的牌号外，很多牌号也要划分为非合金钢。美国ASTM标准中还有“碳锰钢”，其作为碳素钢中的一类，其中大部分与我国锰系列低合金钢近似。第五节不锈钢的定义与分类一、定义不锈钢是指在大气、水、酸、碱和盐等溶液，或其他腐蚀介质中具有一定化学稳定性的钢的总称。一般来讲，耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的钢称为不锈钢。而将其中耐酸、碱和盐等侵蚀性的介质腐蚀的钢称为耐蚀钢。或耐酸钢。不锈钢具有不锈性，但不一定耐蚀，而耐蚀钢则一般都具有较好的不锈性。不锈钢具有良好的耐腐蚀性能是由于在铁碳合金中加入了铬所致。尽管其他元素，如铜、铝以及硅、镍、钼等也能提高钢的耐腐蚀性能，但没有铬的存在这些元素的作用就受到了限制。因此，铬是不锈钢中最重要的元素。具有良好耐腐蚀性能的不锈钢所需的最低的铬含量取决于腐蚀介质。美国钢铁协会（AISI）以4%铬作为划分不锈钢与其他钢的界限。日本工业标准JISG0203中规定，所谓不锈钢即是以提高耐腐蚀性能为目的而含有铬或铬镍的合金钢，一般铬含量约大于11%。德国DIN标准和欧洲标准EN10020规定不锈钢的铬含量不小于10.5%。碳含量不大于1.2%。我国一般将不锈钢的铬含量定为不小于12%。不锈钢的耐腐蚀性能，一般认为是由于在腐蚀介质的作用下其表面形成“钝化膜”的结果，而耐腐蚀的能力则取决于“钝化膜”的稳定性。这除了与不锈钢的化学成分有关外，还与腐蚀介质的种类、浓度、温度、压力、流动速度，以及其他因素有关。二、分类不锈钢的种类很多，按照我国国家标准GB/T13304-1991《钢分类》以及国际上通用的分类方法是按钢的金相组织划分，分为5类，即奥氏体型不锈钢、奥氏体-铁素体型不锈钢、铁素体型不锈钢、马氏体型不锈钢和沉淀硬化型不锈钢。此外，按钢中的合金元素又可分为铬系不锈钢，铬镍系不锈钢、铬镍钼系不锈钢、铬锰镍（氮）系不锈钢，以及低碳不锈钢，超低碳不锈钢和高纯不锈钢等。不锈钢的用途很广，按各种不锈钢的使用特性也可分为，耐硝酸不锈钢，耐硫酸不锈钢，耐点蚀不锈钢，耐应力腐蚀不锈钢，低温不锈钢，无磁不锈钢、高强度不锈钢、易切割不锈钢，以及一些专用不锈钢等，某些不锈钢可能同时具有上述多种使用特性。第六节工具钢的定义与分类一、碳素工具钢（非合金工具钢）（一）定义按照GB/T13304《钢分类》第1部分“钢按化学成分分类”。碳素工具钢属于非合金钢。按照该标准第2部分“钢按主要质量等级和主要性能及使用特性分类”，碳素工具钢属于特殊质量非合金钢。碳素工具钢（非合金工具钢）是高碳过共析、共析或亚共析钢，含碳时范围为0.7%~1.3%（质量分数）。其性能除了与冶炼、热塑性变形工艺有关外，主要取决于碳含量。碳是碳素工具钢的主要强化元素。这类钢经热处理后具有较高的硬度和耐磨性，但红硬性差、淬透性低。为了提高钢的淬透性，有的牌号在钢中加入0.40%~0.60%（质量分数）的锰。碳素工具钢钢材通常以退人状态交货，一般应检验硬度，高倍、低倍和断口组织，及表面脱碳层深度等。这类钢主要用于制造一般切削速度，且加工硬度和强度不太高的材料工具，以及形状简单、精度要求较低的量具、模具等。（二）分类碳素工具钢通常按用途可分为：刃具钢、模具钢、量具钢、耐磨钢；按钢质可分为：优质钢（硫质量分数不大于0.030%，磷质量分数不大于0.035%）、高级优质钢（硫质量分数不大于0.020%、磷质量分数不大于0.025%）。二、合金工具钢（一）定义按照GB/T13304《钢分类》第1部分“钢按化学成分分类”合金工具钢属于合金钢。按照该标准第2部分“钢按主要质量等级和主要性能及使用特性分类”。合金工具钢属于特殊质量合金钢。合金工具钢为中、高碳合金钢，用于制造截面较大、形状特殊，而且较复杂的量具、刃具、耐冲击工具和冷热作模具及一些特殊用途的工具。这类钢碳含量较高，并含有多种强化合金元素，如铬、钼、钨、钒等，具有高的硬度、一定的韧性、良好的耐磨性、红硬性、一定的耐冲击性，以及良好的淬透性、组织稳定性、较小的热处理变形等性能。钢材通常以退火状态交货。由于合金工具钢化学成分复杂，工作条件苛刻，所以对其表面质量和内部质量要求严格，一般应检验高倍和低倍金相组织，如断口、酸浸低倍、珠光体组织、脱碳层深度、网状碳化物和共晶碳化物不均匀度等。（二）分类合金工具钢按用途可分为刃具钢、模具钢（冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢）、量具钢。由于合金工钢的用途不同，各类合金工具钢的化学成分和热处理方法往往有明显的差异，而且有些牌号的钢可以有几种用途，因此，有些钢按用途分类，另一些钢按化学成分或特性分类，再有一些钢按热处理方法分类。这种分类方法将合金工具钢分为水淬工具钢、耐冲击工具钢、模具用钢、特殊用途工具钢、冷作工具钢、热作工具钢。三、高速工具钢（一）定义按照GB/T13304《钢分类》第1部分“钢按化学成分分类”，高速工具钢属于合金钢。按照该标准第2部分“钢按主要质量等级和主要性能及使用特性分类”，高速工具钢属于特殊质量合金钢。高速工具钢是高碳含金钢，主要合金元素有钨、铬、钒、钼、钴、铝等，属于菜氏体型的钢种，含有在量的合金碳化物。这些碳化物使高速工具钢具有高的红硬性、硬度和耐磨性。由于铸态高速工具钢的组织存在粗大的菜氏体网和团，所以难以进行热塑性变形。钢材通常以退火状态交货，或退火后再经其他加工方法（剥皮、磨光等）加工后交货。对高速工具钢钢材一般应检验硬度、共晶碳化物不均匀度、脱碳层深度、低倍组织和断门组织、大颗粒碳化物等、高速工具钢在较高温度（不大于600℃）下能保持良好的切削性能，用于制造高效率切削刀具，如铣刀、铰刀、拉刀、插齿刀级钻头等，也用作冷作模具、高温弹簧及高温轴承等。（二）分类高速工具钢钢种体系基本上分为低合金高速工具钢、通用型高速工具钢、高性能高速工具钢（高钒、含钴、高钒-含钴）、超硬型高速工具钢4大类、以及超高合金度粉未高速钢。按照钢的化学成分可分为钨系、钼系、钨--钼系和含钴高速工具钢。第七节弹簧钢的定义与分类一、定义弹簧钢是指由于其在淬火和回火状态的弹性，而专门用于制造弹簧的弹性元件的钢。钢的弹性取决于其弹性变形的能力，即在规定的范围之内，弹性变形的能力使其承受一定的载荷，在载荷去除之后不出现永久变形。弹簧钢应具有优良的综合性能，如力学性能（特别是弹性极限、强度极限、屈服比）抗弹减性能（即抗弹性减退性能，又称抗松驰性能）、疲劳性能、淬透性、物理化学性能（耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等）。为了满足上述性能的要求，弹簧钢应具有优良的冶金质量（高的纯洁度和均匀性）、良好的表面质量（严格控制表面缺陷和脱碳）、精确的外形的尺寸。根据GB/T13304《钢分类》标准，按照基本性能及使用特性，弹簧钢属于机械结构用钢；按照质量等级，属于特殊质量钢，即在生产过程中需要特别严格控制质量和性能的钢。按照我国习惯属于特殊钢。二、分类（一）按照化学成分分类根据GB/T13304标准，弹簧钢按照其化学成分分为非合金弹簧钢（碳素弹簧钢）和合金弹簧钢。1.碳素弹簧钢碳素弹簧钢的碳含量（质量分数）一般在0.62%~0.90%。按照其锰含量又分为一般锰含量（质量分数）（0.50%~0.80%）如65、70、85和较高锰含量（质量分数）（0.90%~1.20%），如65Mn两类。2.合金弹簧钢合金弹簧钢是在碳素钢的基础上，通过适当加入一种或几种合金元素来提高钢的力学性能、淬透性和其他性能，以满足制造各种弹簧所需性能的钢。合金弹簧钢的基本组成系列有，硅锰弹簧钢、硅铬弹簧钢、铬锰弹簧钢、铬钒弹簧钢、钨铬钒弹簧钢等。在这些系列的基础上，有一些牌号为了提高其某些方面的性能而加入了钼、钒或硼等合金元素。此外，还从其他钢类，如优质碳素结构钢、碳素工具钢、高速工具钢、不锈钢，选择一些牌号作为弹簧用钢。（二）按照生产加工方法分类1.热轧（锻）钢材包括热轧圆钢、方钢、扁钢、钢板、锻制圆钢、方钢。2.冷拉（轧）钢材包括钢丝、钢带、冷拉材（冷拉圆钢）。（三）按照钢材交贷状态分类1）热轧（锻）钢材2）以热轧（锻）状态交货钢材经热成形制成弹簧，然后进行淬火和回火处理。以上均应符合相应的交货状态硬度的规定。2.冷拉（轧）钢材1）钢丝①铅浴等温淬火冷拉钢丝（又称派登脱处理冷拉钢丝）钢丝制成弹簧后只需进行低温回火，以消除应力。②油淬火和回火钢丝冷拉成所需尺寸后，进行连续加热、连续油淬火和铅回火。钢丝制成弹簧后只需进行低温回火，以消除应力。③冷拉钢丝（即不经淬火和回火处理的钢丝）。a.以冷拉状态交货b.以退火、正火或回火处理状态交货以上两种状态交货的钢丝制成弹簧后均需进行淬火和回火处理。2）钢带①冷轧状态交货制成弹簧后需进行低温回火，以消除应力。②淬火和回火状态交货制成弹簧后需进行低温回火，以消除应力。③退火状态交货制成弹簧后需进行淬火和回火处理。3）冷拉钢材以退火状态交货钢材经冷成形制成弹簧，然后进行淬火和回火处理。（四）其他分类方法除以上所述外，还有一些其他分类方法，例如：按交货条件要求不同可分为按化学成分（力学性能）交货和按淬透性交货按弹簧工作条件可分为承受静载荷弹簧钢、承受冲击载荷弹簧钢、耐高（低）温弹簧钢和耐腐蚀弹簧钢等。第二章钢材料的使用性能第一节物理性能表1-2-1钢铁材料的物理性能名称量的符号单位符号含义密度ρg/cm3密度就是某种物质单位体积的质量2.热性能（1）熔点℃金属材料由固态转变为液态时的熔化温度（2）比热容cJ/（kg·K）单位质量的某种物质，在温度科高1℃时吸收热量或温度降低1℃时所放出的热量（3）热导率λW/（m·k）在单位时间内，与沿着热流方向的单位长度上温度降低1℃时，单位面积容许导过的热量（4）线胀系数αL10‐⒍/K金属温度每升高1℃所增加的长度与原来长度的比值3.电性能（1）电阻率ρΩ˙m是表示物体导电性能的一个参数。它等于1m长，横截面面积为1mm2的导线两端间的电阻。也可用一个单位立方体的两平行端面间的电阻表示（2）电阻温度系数αρ1/℃温度每升降1℃,材料电阻率的改变量与原电阻率之比，称为电阻温度系数（3）电导率kS/m或%IACS电阻力的倒数叫电导率。在数值上它等于导体维持单位电梯度时，流过单位面积的电流4.磁性能（1）磁导率μH/m是衡量磁性材料磁化难易程度的性能指标它是磁性材料中的磁感反应强度（B）和磁场强度（H）的比值。磁性材料通常分为：软磁材料（μ）值甚高，可达数万）和硬磁材料（μ值在1右）两大类（2）磁感应强度BT在磁介质中的磁化过程，可以看作在原先的磁场强度（H）上再加上一个由磁化强度（J）所决定的，数量等于4πJ的新磁场，因而在磁介质中的磁场B=H+4πJ，叫做磁感应强度（3）磁场硬度HA/m导体中通过电流，其周围就产生了磁场。磁场对原磁矩或电流产生作用力的大小为磁场强度的表征（4）矫顽力HeA/m样品磁化到饱和后，由于有磁滞现象，浴使磁感应强度减为0，须施加一定的负磁场He、Hc，就称为矫顽力（5）铁损рW/kg铁磁材料在动态磁化条件下，由于磁滞和涡流效应所消耗的能量第二节力学性能表1-2-2钢铁材料的力学性能名称量的符号单位符号含义强度指金属在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力1.强度2.弹性3.塑性4.韧性3.塑性5.疲劳6.硬度（1）抗拉强度бbMPa金属试样拉伸时，在拉断前所承受的最大负荷与试样原横截面面积之比称为抗拉强度бb=Pb/Fo式中Pb—试样拉断前的最大负荷（N）Fo---试样原横截面积（mm2）（2）抗弯强度бbbMPa试样在位于两支承中间的集中负荷作用下，使其折断时，折断截面所承受的最大压力对圆试样：бbb=8PL/πd3对矩形试样：бbb=3PL/2bh2式中P----试样所受最大集中载荷（N）L----两支承点间的跨距（mm）d---圆试样截面之外径（mm）b---矩形截面试样之宽度（mm）h—矩形截面试样之高度（mm）（3）抗压强度бbcMPa材料在压力作用下不发生碎、裂所能承受的最大正压力，称为抗压强度бbc=Pbc/Fo式中Pbc—试样所受最大集中载荷（N）Fo—试样析截面积（mm2）（4）抗剪强度τστMPa试样剪断前，所承受的最大负荷下的受剪截面具有的平均剪应力双剪：στ=P/2Fo;单剪：στ=P/Fo式中P—剪切时最大负荷（N）Fo—受剪部位的原横截面积（mm2）(5)抗扭强度τMPa指外力是扭转力的强度极限τb≈3Mb/4Wp（适用于钢材）τb≈Mb/Wp（适用于铸铁）式中Mb---扭转力矩（N•）Wp---扭转时试样截面的极断面系数（mm2）（6）屈服点σsMPa金属试样在拉过程中，负荷不再增加，而试样继续发生变形的现象称为“屈服”。发生屈服现象时的应力，称为屈服点或屈服极限σs=Ps/Fo式中Ps---屈服载荷（N）Fo---试样原横截面积（mm2）（7）屈服强度σ0.2MPa对某些屈服现象不明显的金属材料，测定屈服点比较困难，常把产生0.2%永久变形的应力定为屈服点，称为屈服强度或条件屈服极限式中P0.2---试样产生永久变形为0.2%时的载荷（N）Fo---试样原横截面积（mm2）（8）持久强度σb/时间（h）MPa金属材料在高温条件下，经过规定时间发生断裂时的应力称为持久强度。通常所指的持久强度，是在一定的温度条件下，试样经105h后的断裂强度（9）蠕变强度温度σ----------应变量/时间MPa金属材料在高于一定温度下受到应力作用，即使应力小于屈服强度，试件也会随着时间的增长而缓慢地产生塑性变形，此种现象称为蠕变。在给定温度下和规定时间内，使试样产生一定蠕变变形量的应力称为蠕变强度，例如σ=500/1/100000=100MPa，表示材料在500℃温度下，105h后应变量为1%的蠕变强度为100MPa.蠕变强度是材料在高温下长期负荷下对塑性变形抗力的性能指标弹性是指金属在外力作用下产生变形，当外力取消后又恢复到原来的形状和大小的一种特性（1）弹性模量EGPa在弹性范围内，金属拉伸试验时，外力和变形成比例增长，即应力与应变成正比关系时，这个比例系数就称为弹性模量，也叫正弹性模数（2）切变模量GGPa金属在弹性范围内，当进行扭转试验时，外力和变形成正比例地增长，即应力与应变成正比例关系时，这个比例系数就称为切变模量（3）弹性极限σeMPa金属能保持弹性变形的最大应力，称为弹性极限（4）比例极限σpMPa在弹性变形阶段，金属材料所承受的和应变能保持正比的最大应力，称为比例极限σpPp/F0式中Pp--规定比例极限负荷（N）Fo--试样原横截面积（mm2）所谓塑性是指金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致破裂的能力（1）伸长率δ%金属材料在拉伸时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原标距长度的百分比。δ查标距为5倍直径时的伸长率，δ10是标距为10倍直径时的伸长率（2）断面收缩率ψ%金属试样拉断后，其缩颈处横载面积的最大缩减量与原横截面积的百分比（3）泊松比µ对于各向同性的材料，泊松比表示：试样在单向拉伸时，横向相对收缩量与轴向相对伸长量之比µ=E/2G-1式中E---弹性模量（GPa）G---切变模量（GPa）所谓韧性是指金属材料在冲击力（动力载荷）的作用下而不破坏的能力（1）冲击韧度αkv或αkvJ/cm2冲击切度是评定金属材料于动载荷下受冲击抗力的力学性能指标，通常都是以大能量的一次冲击值（αkv或αkv）作为标准的。它是采用一定尺寸和形状的标准试样，在摆锤式一次冲击试验机上来进行试验。试验结果，以冲断试样上所消耗的功（Aku或Akv）与断面处横截面积（F）之比值大小来衡量（2）冲击吸收功Aku或AkvJ由于αk值的大小，不仅取决于材料本身，同时还随试样尺寸、形状的改变及试验温度的不同而变化，困而αk值只是一个相对指标。目前国际上许多国家直接采用冲击吸收功Ak作为冲击韧度的指标αku=Aku/F；αkv=Akv/F式中：αku-夏比U形缺口试样冲击值（J/cm2）αkv-夏比V形缺口试样冲击值（J/cm2）Aku-夏比U形缺口试样冲断时所消耗的冲击功（J）Akv-夏比V形缺口试样冲断时所消耗的冲击功（J）F--试样缺口处的横截面积（cm2）金属材料在极限强度以下，长期承受交变负荷（即大小、方向反复变化的载荷）的作用，在不发生显著塑性变形的情况下而突然断裂的现象。称为疲劳（1）疵劳极限σ-1MPa金属材料在重复或交变应力作用下，经过周次（N）的应力循环仍不发生断裂时所能承受的最大应力称为疲劳极限（2）疲劳强度σNMPa金属材料在重复或交变应力作用下，循环一定周次（N）后断裂时所能受的最大应力，叫作疲劳强度。此时，N称为材料的疲劳寿命。某些金属材料在重复或交变应力作用下，没有明显的疲劳极限，常用疲劳强度表示7.减摩、耐摩性硬度就是指金属抵抗更硬物体压入其表面的能力。硬度不是一个单纯的物理量，而是反映弹性、强度、塑性等的一个综合性能指标（1）布氏硬度HBSHBW用一定直径的球体（钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入试样表面，经远的保持时间后，卸除试验力，测表面压痕直径计算的硬度值。使用钢球测定硬度小于等于450HBS；使用硬质合金球测定硬度大于450HBW（2）洛氏硬度HRAHRBHRCHRDHREHRFHRGHRHHRK用金刚石圆锥或钢球压头以