钢铁基础知识入门.docx

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1、钢铁基础知识入门一、钢的定义钢，是对含碳量质量百分比介于 0.02%至2.04%之间的铁合金的统称。钢的 化学成分可以有很大变化，只含碳元素的钢称为碳素钢(碳钢)或普通钢；在实 际生产中，钢往往根据用途的不同含有不同的合金元素， 比如：钮、锲、锐等等。 人类对钢的应用和研究历史相当悠久，但是直到19世纪贝氏炼钢法发明之前，钢的制取都是一项高成本低效率的工作。 如今，钢以其低廉的价格、可靠的性能 成为世界上使用最多的材料之一，是建筑业、制造业和人们日常生活中不可或缺 的成分。可以说钢是现代社会的物质基础。钢包含的成分：钢是含碳量在0.02%-2.11%之间的铁碳合金。我们通常将其与铁合称为钢铁，

2、为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过 1.7%。钢的主要元素除铁、碳外， 还有硅、钮、硫、磷等。其它成分是为了使钢材性能有所区别。以下以字母顺序 列出重要的钢材，他们包含以下成分：碳(Carbon)存在于所有的钢材，是最重要的硬化元素。有助于增加钢材的 强度，我们通常希望刀具级别的钢材拥有 0.6%以上的碳，也称为高碳钢。铭(Chromium)增加耐磨损性，硬度，最重要的是耐腐蚀性，拥有13%以上的认为是不锈钢。尽管这么叫，如果保养不当，所有钢材都会生锈钮(Manganese)重要的元素，有助于生成纹理结构，增加坚固性，和强度、 及耐磨损性。在热处理和卷压过程中使钢材内部脱氧， 出现在大多数

3、的刀剪用钢 材中，除了 A-2,L-6和 CPM 420V钥(Molybdenum)碳化作用剂，防止钢材变脆，在高温时保持钢材的强度， 出现在很多钢材中，空气硬化钢(例如 A-2,ATS-34总是包含1%l£者更多的钥， 这样它们才能在空气中变硬。锲(Nickle)保持强度、抗腐蚀性、和韧性。出现在 L-6AUS-6和AUS-8中。硅(Silicon)有助于增强强度。和钮一样，硅在钢的生产过程中用于保持钢 材的强度。鸨(Tungsten)增强抗磨损性。将鸨和适当比例的铭或钮混合用于制造高速 钢。在高速钢M-2中就含有大量的鸨。锐(Vanadium)增强抗磨损能力和延展性。一种铀的碳化

4、物用于制造条纹钢。在许多种钢材中都含有锐，其中 M-2, Vascowear; CPM T440V和420VA含有大 量的锐。而BG-42与ATS-34ft大的不同就是前者含有铀指含碳量小于2%的铁碳合金。根据成分不同，又可分为碳素钢和合金钢。根据性能和用途不同，又可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。钢的分类：按品质分类(1)普通钢(P0 0.045%, S< 0.050%)不锈钢产品(2)优质钢(P、S均0 0.035%) (3)高级优质钢(P< 0.035%, S< 0.030%)按化学成份分类(1)碳素钢：a.低碳钢(C00.25%); b.中碳钢(0.25&C0

5、0.60%); c.高碳钢(C > 0.60%)。(2)合金钢：a.低合金钢(合金元素总含量0 5%) b.中合金钢(合金元素总含量 >510%) c.高合金钢(合金元素总含量>10%)。(3)灼烧可使钢中的碳变为二氧化碳挥发掉，灼烧后钢样品质量会减轻。但灼 烧后质量会增多，原因：钢中的铁与氧结合生成四氧化三铁，且含炭少于铁 按成形方法分类(1)锻钢；(2)铸钢；(3)热轧钢；(4)冷拉钢。按金相组织分类(1)退火状态的a.亚共析钢(铁素体+珠光体)b.共析钢(珠光体)c.过共析钢(珠光体+ 渗碳体)d.莱氏体钢(珠光体+渗碳体)。(2)正火状态的：a.珠光体钢；b.贝氏体钢

6、；c.马氏体钢；d.奥氏体钢。(3)无相变或部分发生相变的按用途分类（1）建筑及工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。（2）结构钢a.机械制造用钢：（a）调质结构钢；（b）表面硬化结构钢：包括渗碳钢、 氨钢、表面淬火用钢；（c）易切结构钢；（d）冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、 冷锻用钢。b.弹簧钢c.轴承钢（3）工具钢：a.碳素工具钢；b.合金工具钢；c.高速工具钢。（4）特殊性能钢：a.不锈耐酸钢b.耐热钢包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢 c.电 热合金钢；d.耐磨钢；e.低温用钢；f.电工用钢（5）专业用钢一一如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用 钢等。

7、综合分类（1）普通钢 a.碳素结构钢:（a） Q195;（b） Q215（A、B）;（c） Q235（A B、C）;（d） Q255（AB）; （e） Q27s b.低合金结构钢c.特定用途的普通结构钢（2）优质钢（包括高级优质钢）a.结构钢：（a）优质碳素结构钢；（b）合金结构钢； 弹簧钢；（d）易切钢；（e）轴承钢；特定用途优质结构钢。b.工具钢：（a）碳素工 具钢；（b）合金工具钢；（c）高速工具钢。c.特殊性能钢：（a/锈耐酸钢；（b）耐热钢； （c）电热合金钢；（d）电工用钢；（e）高锐耐磨钢。按冶炼方法分类（1）按炉种分a.平炉钢:（a）酸性平炉钢；（b）碱性平炉钢。b.转炉钢:（

8、a）酸性转炉 钢;（b）碱性转炉钢。或（a）底吹转炉钢；（b）侧吹转炉钢；顶吹转炉钢。c.电炉钢:（a） 电弧炉钢；（b）电渣炉钢；（c）感应炉钢；（d）真空自耗炉钢；（e）电子束炉钢。（2）按脱氧程度和浇注制度分a.沸腾钢；b.半镇静钢；镇静钢；d.特殊镇静钢。 二、低合金钢合金钢分为低合金钢、中合金钢和高合金钢，顾名思义，以含有合金元素的 总量来加以区分，总量低于3%称为低合金钢，510%为中合金钢，大于10%为 高合金钢。在国内习惯上又将特殊质量的碳素钢和合金钢称为特殊钢，全国 31 家特钢企业专门生产这类钢，如优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合 金工具钢、高速工具钢、碳素弹簧钢

9、、合金弹簧钢、轴承钢、不锈钢、耐热钢、 电工钢，还包括高温合金、耐蚀合金和精密合金等。国外的低合金钢，实际上是我们所熟悉的低合金高强度钢，属于特殊钢范畴, 在美国叫做高强度低合金钢(HSUVSteel),俄罗斯及东欧各国称为低合金建筑 钢，日本命名为高张力钢。而在国内，首先是把低合金钢划入了普钢范围，概念 上的区别导致在产品质量上的差异。 在名称上也几经变化，如低合金建筑钢、普 通低合金钢、低合金结构钢，至 1994年叫做低合金高强度结构钢(GB/T1591 94)。到目前为止，从发表的资料文献来看，低合金钢的名称仍然随着国家、企 业和作者而异。低合金钢与碳素钢、低合金钢与合金钢之间，明确划出

10、的概念是不存在的。在国外，50年代曾给低合金钢下过定义，总的意思是，凡是合金元素总量在3%以下，屈服强度在275Mpa以上，具有良好的可加工性和耐腐蚀性，以型、带、 板、管等钢材形状，在热轧状态直接使用的软钢的替代品。当然，在技术发展进 程中，低合金钢不论在合金含量、性能水平和交货状态，已经有了很大的变化。在我国，低合金钢是一个更加笼统的钢类，钢材品种不仅含有低合金焊接高 强度钢，还包容了低合金冲压钢、低合金耐腐蚀钢、低合金耐磨损钢、低合金低 温钢、甚至还纳入了低、中碳含量的低合金建筑钢和中、 高碳含量的低合金铁道 轨钢。具有中国特色，但带来的一个问题是缺乏与国外统计数据的可比性。Q345:Q

11、345是一种钢材的材质。它是低合金钢(C<0.2%)广泛应用于桥梁、车辆、 船舶、建筑、压力容器等。Q代表的是这种材质的屈服，后面的 345,就是指这 种材质的屈服值，在345左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。类同于Q235的命名方法：Q345A, Q345B, Q345G Q345D, Q345巳这是 等级的区分，所代表的，主要是冲击的温度有所不同而已！Q345A级，是不做冲击；Q345B级，是20度常温冲击；Q345C级，是0度冲 击;Q345D级，是20度冲击;Q345E级，是40度冲击。在不同的冲击温度，冲 击的数值也有所不同。品名等级化学成分重量百分比)Qieid

12、cai compositionffr%)机梯性质Kechanicai properities碳 ©错磷(P)荒(S)硅 (Si)CAI)锯 (Nb)钛(TiJ撮谟度 (Ups)屈服强度 (Ups)伸长率图QX5AWQ, 201.00-1,的颔加五口.呻-0.020.150.0150.060D. 02-C. 204Th63034522电 0,20制.3O.MO-CWQ. 20WQ.第 5Q.瞭10,030WL的口0.015E0. 025C.0I5Q235普通碳素结构钢-普板，是一种钢材的材质。Q代表的是这种材质的屈服度， 后面的235,就是指这种材质的屈服值，在235左右。并会随着材质

13、的厚度的增 加而使其屈服值减小。由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能 得到较好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、 槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板。大量应用于建筑及工程结构。用以制作钢筋或 建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅 炉、容器、船舶等，也大量用 作对性能要求不太高的机械零件。C、D级钢还可作某些专 业用钢使用。Q235与Q345的区另I：1、Q235的屈服强度下限为 235MPa, Q345的屈服强度下限为 345MPa (Q 的意义为汉字的"屈”字，后面的数值代表屈服强度下限)。2、二者合金含量不同：Q235为普通碳钢，Q34

14、5为低合金钢。Q235是碳素 结构钢，与旧标准GB700-79牌号对照A3、C3。Q345是低合金结构钢，与旧标准 1591-88 牌号对照 12MnV、16Mn 16MnRE、18Nb、14MnNb3、性能和应用，Q235-金属结构件，心部强度要求不高的渗碳或氟化零件， 拉杆、连杆、吊钩、车钩、螺栓螺母、套筒、轴及焊接件。Q345-综合力学性能良好，低温性能亦可，塑性和焊接性良好，用做中低压容器、油罐、车辆、起重 机、矿山机械、电站、桥梁等承受动荷的结构、机械零件、建筑结构、一般金属 结构件，热轧或正火状态使用，可用于-40C以上寒冷地区的各种结构。低合金高强度钢19世纪末，在低合金高强度钢

15、发展的初期，钢种的合金设计只考虑抗拉强度。钢中加入较高含量的 Sk Mn、Ni、Cr等某一合金元素以改善某一方面的使用性能，但获得高强度的主要手段仍然依赖于较高的含碳量。随着钢结构由怫接向焊接发展，为了提高钢的抗脆断性能，逐步向降低钢中含碳量和复合合金化的 方向变化。20世纪50年代，为节约合金元素，曾采用热处理的方法以获得强度和韧性 的良好匹配。60年代，开始了称之为微合金化和控制轧制生产的新阶段，出现 了一些新的钢种。至70年代，发展成熟的微珠光体钢和无珠光体钢、针状铁素 体钢、超低碳贝氏体钢、热轧双相钢以及低碳马氏体钢在油气输送管线、深井油 管、汽车钢板等领域中得到推广应用；在 80年代

16、，这些钢种在工程结构材料中 占有重要的地位。中国于1957年开始研制低合金高强度钢，结合中国的资源发 展了 Mn、Mn-V、Mn-Ti、Mn-Nb和Mn-Mo等一系列的钢种，屈服强度为 30 70kgf/mm2。低合金高强度钢按其主要性能和用途，可分为高强度用钢、低温用钢和耐蚀用钢 三类：高强度用钢：这类钢除高强度外还兼有优良的低温韧性， 其主要特点和用途 见表。这类钢的产量在中国占低合金高强度钢产量的 80%以上，其中屈服强度 3540kgf/mm平方级的钢种占大多数，应用最为广泛的是16Mn钢。低温用钢：它们属于铁素体型低温用钢。通过提高钢的纯净度和降低钢中磷、 硫含量得到较低的韧性脆性转

17、变温度。这类钢主要有09Mn2V ( 70C)、06MnNb(-90C)、3.5%Ni(-100C)和 06AlNbCuN(-120C),用于制作低温设备的零 部件。耐蚀用钢：这类钢对大气、海水、硫化氢等环境有一定程度的抗蚀能力，如10MnPNbRE钢而寸海洋大气和海水腐蚀，用于船舶、板桩、井架；12MoAlV钢适于 制造炼油厂高温硫化氢设备；10MoWVNb钢在用于400c氢、氮、氨高压管方面 效果较好。低合金高强度结构钢：是指在冶炼过程中增添一些合金元素，其总量不超过 5%的钢材。加入合金 元素后钢材强度可明显提高，是钢结构构件的强度、刚度、稳定三个主要控制指 标都能充分发挥，尤其在大跨度

18、或者重负荷结构中有点更为突出，一般可比碳素结构钢节约20%左右用钢量国家标准中规定，分为8个牌号，Q295、Q345、Q390、Q420、Q460 Q500、 Q550、Q620、Q690;由于质量不同分为 A、B、G D、E等级。国家标准：低合金高强度结构钢（GB/T 1591 2008取彳t GB/T 1591 94）Q460Q460是一种低合金高强度钢。Q代表钢材的强度，460代表460兆帕，兆 是10的6次方，帕是压强单位帕斯卡。Q460就是钢材受力强度达到460兆帕时 才会发生塑性变形，也就是当外力泄掉后，钢材只能保持受力的形状而无法回复 原形，这个强度要比一般钢材大。Q460在保证

19、低碳当量的基础上，适当的增加了微合金元素的含量。良好的 焊接性能要求钢材碳当量低，而微合金元素的增加在增加钢材强度的同时，也会 增加钢材的碳当量。但好在增加的碳当量很少，所以不会影响钢材的可焊性。 汽车大梁板汽车大梁用热轧钢板（简称为汽车大梁板）主要用来制造汽车的车架（见图1）。 换言之，大梁是车架的骨干，所有用来制造车架的热轧板统称为汽车大梁板。因此, 汽车大梁板的综合性能是影响汽车的质量、重量、油耗等重要因素之一。ss400是日本钢材的一种标示方式，其实也就是国内的Q235号钢。国外标准的结构钢常按抗拉强度来分类，如 SS400日本是这样标示的），其中400即表示（rb 的最小值为400M

20、Pa超高强度钢是指（rb>1373 Mpa的钢。SS400第一个 S表示钢（Steel）,第二个 S表示“结构” （Structure ）, 400为下限抗拉强度 400MPa ,整体表示抗拉强度为 400 MPa 的普通结构钢。试样拉伸时，在拉断前所承受的最大负荷除以原横截面积所得的应力， 称作 抗拉强度，用（7 b表示。当材料所受的外应力大于其抗拉 强度时，将会发生断 裂。因此（7b越高，则表示它能承受愈大的外应力而不至于断裂。SS4008本上等同与我国的Q235（相当于Q235A用）。但在具体指标上有所差 异,Q235的对C、Si、Mn、S P等元素的含量均作了要求，但 SS400

21、只要求S、P 小于0.050。Q235的屈月艮点大于235 MPa,而SS400屈月艮点为245MPa。SS400steel for general structure）的意思就是抗拉强度大于 400MPa的一般结构用钢。Q235 的意思为屈服点大于235MPa的普通碳素结构钢。SS400的标准号为JIS G310J 1995。Q235 的标准号为 GB/T700 2006。在一般情况下，热轧比冷轧的力学性能要好些，经过热处理的钢材，它的抗拉，屈服强度，塑性，韧性都会有所提高，此外，我感觉很重要的一点，热处理能消除残余应力，而冷轧可能会因为在加工过程中钢材发生屈服的不均匀变形，会产生残余应力，

22、这个残余应力对稳定性影响很大。热轧和冷轧都是型钢或钢板成型的工序，它们对钢材的组织和性能有很大的影响，钢的轧制主要以热轧为主，冷轧只用于生产小号型钢和薄板。热轧的优点是可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到改善。这种改善主要体现在沿轧制方向上，从而使钢材在一定程度上不再是各向同性体；浇注时形成的气泡、裂纹和疏松，也可在高温和压力作用下被焊合。缺点一是经过热轧之后，钢材内部的非金属夹杂物（主要是硫化物和氧化物，还有硅酸盐）被压成薄片，出现分层（夹层）现象。分层使钢材沿厚度方向受拉的性能大大恶化，并且有可能在焊缝收缩时出现层间撕裂。焊缝收缩诱

23、发的局部应变时常达到屈服点应变的数倍，比荷载引起的应变大得多。二是不均匀冷却造成的残余应力。残余应力是在没有外力作用下内部自相平衡的应力，各种截面的热轧型钢都有这类残余应力，一般型钢截面尺寸越大，残余应力也越大。残余应力虽然是自相平衡的，但对钢构件在外力作用下的性能还是有一定影响。如对变形、稳定性、抗疲劳等方面都可能产生不利的作用。冷轧是指在常温下，经过冷拉、冷弯、冷拔等冷加工把钢板或钢带加工成各种型式的钢材。优点是成型速度快、产量高，且不损伤涂层，可以做成多种多样的截面形式，以适应使用条件的需要；冷轧可以使钢材产生很大的塑性变形，从而提高了钢材的屈服点。缺点一是虽然成型过程中没有经过热态塑性压缩，但截面内仍然存在残余应力，对钢材整体和局部屈曲的特性必然产生影响。二是冷轧型钢样式一般为开口截面，使得截面的自由扭转刚度较低。在受弯时容易出现扭转，受压时容易出现弯扭屈曲，抗扭性能较差。三是冷轧成型钢壁厚较小，在板件衔接的转角处又没有加厚，承受局部 性的集中荷载的能力弱。