钢材基础知识

钢材基础知识钢是指以铁为主要元素、含碳量一般在2%以下并含有其他元素的铁碳合金。根据分类目的的不同，可以按照不同的方法对钢进行分类。常用的分类方法有：按冶金方法分类、按化学成分分类、按冶金质量分类、按金相组织分类、按使用加工方法和按用途分类。按冶金方法分类根据冶炼方法和冶炼设备的不同，钢材可以分为电炉钢、平炉钢和转炉钢三大类。电炉钢还可以分为电弧炉钢、感应炉钢、真空感应炉钢和电渣炉钢等。转炉钢还可以分为底吹、侧吹、顶吹和纯氧吹炼等转炉钢。平炉钢多为碱性，平炉钢由于冶炼时间长、能耗高，在我国已被逐步淘汰。按化学成分分类根据国家标准GB/T13304-91，按照化学成分分类可以把钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢。非合金钢是铁-碳合金/其中含有少量有害杂质元素（如硫、磷等）和在脱氧过程中引进的一些元素（如硅/锰等）。非合金钢有两类：碳素结构钢和高级碳素结构钢。低合金钢是在碳素结构钢的基础上加入少量合金元素（一般含量小于3.5%），用以提高钢的性能。合金钢是为了改善钢的某些性能而特意加入一定量合金元素的钢。根据钢中所含合金元素，合金钢又可分为锰钢、铬钢、硅锰钢、铬锰钢、铬锰钼钢等很多类。按冶金质量分类按冶金质量分类钢可以分为优质钢、高级优质钢和特级优质钢。按金相组织分类按钢的金相组织分类可分为铁素体型、奥氏体型、珠光体型、马氏体型、贝氏体型、双相（如马氏体/铁素体）类型等。按使用加工方法分类按照在钢材使用时的制造加工方式可以将钢分为压力加工用钢、切削加工用钢和冷顶锻用钢。按用途分类按照用途不同可以把钢分为碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金高强度结构钢、合金结构钢、弹簧钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、轴承钢、不锈耐酸钢、耐热钢和电工用硅钢十二大类。为了满足专门用途的需要，由上述钢类又派生出一些为专门用途的钢，统称为专门钢。它们包括：焊接用钢、钢轨钢、铆螺钢、锚链钢、地质钻探管用钢、船用钢、汽车大梁用钢、矿用钢、压力容器用钢、桥梁用钢、锅炉用钢、焊接气瓶用钢、车辆车轴用钢、机车车轴用钢、耐侯钢和管线钢等。各钢种的主要特点及用途1•碳素结构钢牌号表示方法钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音”Q”、屈服点数值（单位为MPa）在标准中现含有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个牌号，它们的主要区别在于化学成分（主要是碳含量）和力学性能不同。主要特点和用途碳素结构钢按钢中硫、磷含量划分质量等级。碳素结构钢是一种普通碳素钢，不含合金元素，通常也称为普碳钢。在各类钢中碳素结构钢的价格最低，具有适当的强度、良好的塑性、韧性、工艺性能和加工性能。这类钢的产量最高，用途很广，多轧制成板材、型材（圆、方、扁、工、槽、角等）、线材和异型材，用于制造厂房、桥梁和船舶等建筑工程结构。这类钢材一般在热轧状态下直接使用。2•优质碳素结构钢钢的牌号采用阿拉伯数字或阿拉伯数字和化学元素符号表示。以二位阿拉伯数字表示平均含碳量（以万分之几计），例如：“）8F”、“45”、"65Mn”。执行标准和牌号国家标准GB/T699-1999规定了优质碳素结构钢的牌号、化学成分、力学性能等技术条件以及钢材的试验方法和验收规则。标准中现有“08F”、“45”、“85”、“70Mn”等三一个牌号。主要特点和用途优质碳素结构钢牌号的区别主要在于含碳量不同。通常根据含碳量将优质碳素结构钢分为低碳钢（C0.25%）、中碳钢（C0.25-0.60%）和高碳钢（C>0.60%）。低碳钢主要用于冷加工和焊接结构，在制造受磨损零件时，可进行表面渗碳。中碳钢主要用于强度要求较高的机械零件，根据要求的强度不同，进行淬火和回火处理。高碳钢主要用于制造弹簧和耐磨损机械零件。这类钢一般都在热处理状态下使用。有时也把其中的“65”、“70”、“85”、“65Mn”四个牌号称为优质碳素弹簧钢。优质碳素结构钢产量较高，用途较广。多轧制或锻制成圆、方、扁等形状比较简单的型材，供使用单位再加工成零、部件来使用。这类钢一般需经正火或调质等热处理后使用，多用于制作机械产品一般的结构零、部件。3•低合金高强度结构钢牌号表示方法钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音”Q”、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）三部分按顺序排列组成，例如:Q390A、Q420E。执行标准和牌号国家标准GB/T1591-94规定了低合金高强度结构钢的牌号、化学成分、力学性能等技术要求以及钢材的试验方法和检验规则。标准中现含有“Q295”、“Q345”、“Q390”、“Q420”、“Q460”五个牌号，区别在于化学成分和力学性能上的差异。主要特点和用途低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上，加入少量合金元素（一般不超过3%）冶炼的低合金钢。过去曾经称其为普通低合金钢或低合金结构钢。这类钢碳含量低（不超过0.2%），合金元素主要有钒、铌、钛、锰、硼等，这类钢与碳素结构钢相比，强度较高、韧性好，有较好的加工性能、焊接性能和耐蚀性。低合金高强度结构钢钢材品种主要有热轧型钢、棒材和钢板。这类钢材广泛地应用于制造锅炉、桥梁、化工、矿山、船舶等设备。4•合金结构钢牌号表示方法钢的牌号采用阿拉伯数字和化学元素符号表示。采用二位阿拉伯数字表示平均碳含量（以万分之几计），放在牌号头部。合金元素含量表示方法为：当平均合金元素含量低于1.5%时，牌号中仅标明元素，一般不标明含量；当平均合金元素含量为1.50-2.49%,2.50-3.49%%时相应地在合金元素符号后面加上。例如：碳、铬、锰、硅的平均含量分别为0.35%.1.25%、0.95%、1.25%的合金结构钢，其牌号表示为35CrMnSi;碳、铬、镍的平均含量分别为0.12%、0.75%、2.95%的合金结构钢，牌号表示为12CrNi3。执行标准和牌号国家标准GB/T3077-1999规定了合金结构钢的牌号、化学成分、力学性能、低倍组织、表面质量、脱碳层深度、非金属夹杂物等方面的技术要求。标准中现含有二十四个钢组（或称钢种），共计七十七个牌号。钢组是按钢中所含有的合金元素来划分的，每个钢组都含有多个牌号。例如：Cr钢组含有“15Cr”、“50Cr”等八个牌号。主要特点和用途合金结构钢是在碳素结构钢的基础上，加入一种或几种合金元素，用以提高钢的强度、韧性和淬透性。根据化学成分（主要是含碳量）、热处理工艺和用途的不同，又可分为渗碳钢、调质钢和氮化钢。合金结构钢的钢材品种主要有热轧棒材和厚钢板、薄钢板、冷拉钢、锻造扁钢等。这类钢材主要用于制造截面尺寸较大的机械零件，广泛用于制造汽车、船舶、重型机床等交通工具和设备的各种传动件和紧固件。5•弹簧钢牌号表示方法按照化学成分，弹簧钢可分为优质碳素弹簧钢和合金弹簧钢。优质碳素弹簧钢是含碳量在0.6-0.9%范围内的优质碳素结构钢。牌号的表示方法与优质碳素结构钢相同。合金弹簧钢牌号的表示方法与合金结构钢相同。执行标准和牌号国家标准GB1222-84规定了弹簧钢的牌号、化学成分、力学性能、钢材的低倍组织、表面质量、脱碳层深度、等方面的技术要求和试验方法及检验规则。根据标准，合金弹簧钢包括55SiMn、60Si2Mn、30W4Cr2VA等十三个牌号。主要特点和用途由于弹簧在冲击、振动或长期交变应力下使用，要求专门用来制造弹簧的弹簧钢具有高的抗拉强度、弹性极限和疲劳强度的同时，还要求其具有一定的淬透性。弹簧钢钢材品种主要有热轧圆钢、方钢、冷拉圆钢、热轧扁钢、盘条和钢丝等。热轧钢材以热处理状态或者不经热处理交货；冷拉钢材以热处理状态交货。弹簧钢钢材用于制造螺旋簧、扭簧及其它形状弹簧，在飞机、铁道车辆、汽车和拖拉机等运输工具以及其它工业产品上得到广泛应用。制造厂将弹簧钢钢材加工制造成各式弹簧，并经热处理后直接使用，因而对钢材的表面质量的要求比其它钢种更为严格，对脱碳层深度也有严格要求。6•碳素工具钢牌号表示方法碳素工具钢的牌号用汉字“碳”的拼音字母“T”、阿拉伯数字和化学符号来表示。阿拉伯数字表示平均含碳量（以千分之几计）。执行标准和牌号国家标准GB1298-86规定了碳素工具钢的牌号、化学成分、硬度、断口和低倍组织、脱碳层深度、淬透性、钢材表面质量等技术条件。标准中含有T7、T8、T8Mn、T9、T10、T11、T12和T13八个牌号。主要特点和用途碳素工具钢是一种高碳钢。其最低的碳含量为0.65%，最高可达1.35%。为了提高钢的综合性能，在“T8”钢中加入0.40-0.60%的锰得到”T8Mn”钢。碳素工具钢钢材制造的刀具，当工作温度大于250。时刀具的硬度和耐磨性（即钢的红硬性）急剧下降，性能变差。7•合金工具钢牌号表示方法合金工具钢的牌号表示方法采用合金元素符号和阿拉伯数字表示。合金元素符号的表示方法与合金结构钢相同，当平均碳含量小于1.00%时，采用一位阿拉伯数字表示含碳量（以千分之几计）,放在牌号头部。当平均碳含量大于1.00%时，一般不标出平均含碳量。例如：平均含碳量为0.88%、含铬量为1.50%的合金工具钢，其牌号表示为"9Cr2”；平均含碳量为1.58%、含铬量为11.75%平均含钼量为0.50%、平均含钒量为0.23%的合金工具钢，其牌号表示为"Cr12MoV”。执行标准和牌号国家标准GB1299-2000规定了合金工具钢的技术要求。在标准中按钢材用途分为量具刃具用钢、耐冲击工具用钢、热作模具钢、冷作模具钢、无磁模具钢和塑料模具钢六个钢组，共包括三十五个牌号。主要特点和用途合金工具钢不仅具有很高的碳含量，而且铬、钨、钼、钒等合金元素的含量也很高。因此合金工具钢比碳素工具钢具有更高的硬度、耐磨性和韧性’特别是具有碳素工具钢所达不到的淬透性和红硬性。合金工具钢钢材按使用加工方法分为压力加工用钢（热压力加工和冷压力加工）和切削加工用钢。钢材的主要品种有热轧和锻制的圆钢、方钢、扁钢以及冷拉及银亮条钢。这类钢材主要用于制造冷热变形用的各式模具以及各式量具和刃具。8•高速工具钢牌号表示方法高速工具钢牌号表示方法与合金结构钢的相同。国家标准GB/T9943-88包括高速工具钢十四个牌号，GB/T9942-1988和GB/T9941-1988分别包括两个和三个牌号，这些牌号也出现在上面提到的十四个牌号中。按合金元素含量和性能特点，高速工具钢可分为钨高速钢、钼高速钢和超硬高速钢。主要特点和用途高速工具钢俗称锋钢。钢中碳含量高，多数牌号不低于0.95%。钢中合金元素钨、钼、铬、钒、钻的含量高。高速工具钢钢材主要品种有热轧、锻制、剥皮、冷拉及银亮钢棒；大截面锻制圆钢和热轧及冷轧钢板。高速工具钢用于制作刀具（车刀、铣刀、绞刀、拉刀、麻花钻等）及模具、轧辊和耐磨的机械零件。9•轴承钢a.牌号表示方法轴承钢按化学成分和使用特性分为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高碳铬不锈轴承钢和高温轴承钢四大类。高碳铬轴承钢牌号表示方法是在牌号头部加符号“G”，但不标明含碳量。铬含量以千分之几计，其它合金元素的表示方法与合金结构钢的合金含量表示相同。例如：平均含铬量为1.5%的轴承钢其牌号是“GCr15”。目前我国执行的轴承钢标准有GB/T18254-2000《高碳铬轴承钢技术条件》、GB/T3203-1982《渗碳轴承钢技术条件》、GB/T3086-1982《高碳铬不锈轴承钢技术条件》和YB/T688以及GB/T1205《高温轴承钢技术条件》。在上述标准中含有轴承钢十五个牌号，其中高碳铬轴承钢包括“GCr15”等五个牌号；渗碳轴承钢含有“G20CrMo”等六个牌号；高碳铬不锈轴承钢含有“9Cr18”和"9Cr18Mo”两个牌号;高温轴承钢含有“Cr4Mo4V”和"Cr14Mo4”两个牌号。主要特点和用途轴承钢具有高的硬度、抗拉强度、接触疲劳强度和耐磨性，相当的韧性，满足在一定条件下对耐蚀性和耐高温性能的要求。轴承钢钢材的主要品种有热轧和锻制的圆钢、冷拉圆钢及钢丝。10.不锈耐酸钢a.牌号表示方法不锈钢是不锈耐酸钢的简称。目前我国执行的不锈钢的标准有：GB/T1220-1992《不锈钢棒》、GB/T4237-1992《不锈钢热轧钢板》、GB/T3280-1992《不锈钢冷轧钢板》、GB/T13296-1991《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》、GB/T4356-1984《不锈钢盘条》等三十三个标准。—般来讲，在大气、蒸汽和水等弱介质中抗腐蚀的钢被称为不锈钢；称在酸、碱和盐等侵蚀性强的介质中抗腐蚀的钢为耐酸钢或耐蚀钢。不锈钢的种类繁多，按照我国国家标准GB/T13304-1999《钢分类》以及国际上通用的分类方法，不锈钢是按钢的金相组织来分类的。主要特点和用途不锈钢钢材的主要品种有热轧钢板与钢带、冷轧钢板与钢带、热轧和锻制的棒材与型钢、热轧盘条、无缝管和焊管等。不锈钢的用途十分广泛，主要用于制造石油化工设备和管道、原子能工业设备、船舶设备、医疗器械、餐具以及其他要求不锈耐蚀的器件等。11.耐热钢a.牌号表示方法耐热钢牌号表示方法与不锈钢的表示相同。b.执行标准和牌号在现行的国家标准中，耐热钢执行的标准有：GB/T1221-1992《耐热钢棒》、GB/T4238-1992《耐热钢板》和GB/T8732-1988《汽轮机叶片用钢》三个标准。标准对耐热钢的牌号、化学成分、冶炼方法、交货状态、力学性能、低倍组织、耐顶锻试验、钢材表面质量等技术要求以及需方的特殊技术要求都做出了详细的规定。在标准中，按耐热钢的金相组织分为奥氏体型、铁素体型、马氏体型、沉淀硬化型四个类型，共计四十六个牌号。主要特点和用途耐热钢在高温下具有良好的化学稳定性，能抗氧化和抵抗其他介质的浸蚀。同时具有较高的强度。耐热钢钢材的主要品种有热轧和锻制的型材（圆、方等）和扁钢、热轧和冷轧钢板与钢带、无缝钢管等。12.电工用硅钢a.执行标准和牌号我国现行执行的电工用硅钢标准有：GB/T5218-88《电工用热轧硅钢薄钢板》、GB/T2521-1996《冷轧晶粒取向、无取向磁性钢带（片）》和YB/T5224-93《晶粒取向硅钢薄带》三个标准，共计七十二个牌号。b.主要特点和用途硅钢是一种低碳的铁-硅软磁合金材料，由于碳在硅钢中是有害元素，钢中含碳量一般不大于0.015%。硅是提高铁的电阻最有效的元素，在电工用钢中添加硅可以减少涡流损失，降低材料的铁损。冷轧无取向硅钢带的铁晶粒排列方向随机、无序，钢带具有各向同性。主要用于制作旋转机的铁芯，含硅量较低的硅钢带用于制作家用电器的小型电动机，含硅量较高的硅钢带用于制作发电机和大型电动机等。冷轧取向硅钢带中铁的晶粒沿轧制方向定向排列，与冷轧无取向硅钢带相比较，沿轧制方向的磁特性格外优异。主要用于制作发电、输电和配电用变压器铁芯等。晶粒取向硅钢薄带（厚度不大于0.20mm）注要用于制作工作频率在400Hz以上的各种电源变压器、脉冲变压器、磁放大器、变换器等的铁芯。钢材品种分类1•铁道用钢材铁道用钢材包括：钢轨、轨枕、鱼尾板、底板和垫板、轨距挡板、粗制轮箍、铁路机车车辆车轴及车轴坯等；钢材形状和用途与铁道用钢材相似的热轧产品，如：起重机钢轨、通岔钢轨、导向钢轨等。2.型材型材按钢材的横截面形状分为：工字形、槽形、H形、等边角形、不等边形、方形、圆形、扁形、六角形、八角形等品种。习惯上把上述品种分别简称为工字钢、槽钢、H型钢、等边角钢、不等边角钢、方钢、圆钢、扁钢、六角钢和八角钢。3•线材（盘条）线材是指热轧后卷在盘状交货的钢材，其横截面通常为圆形，线材的名称直径不小于5毫米。线材的表面应光滑，可以用于进一步加工变形。通常将采用复二重轧机和横列式线材轧机轧制的线材称为普通线材简称普线；采用无扭高速线材轧机轧制，同