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钢铁材料学 20152015年年 1111月月 钢铁材料知识 钢的分类与主要国家钢号 钢与铁 l一般将碳含量小于2.11%的Fe-C合金(可 以含有其他合金元素)称为钢 l碳含量大于2.11%的Fe-C合金(通常的碳 含量为2.54.5%,一般均含Si,可以含有 其他合金元素)则称为铸铁 l铸铁熔点较低,生产相对简单,但杂质元 素含量较高,性能较低(特别是塑韧性) 合金钢与非合金钢 l 钢的生产原料中含有且在冶炼过程中不能完全脱 除的元素(有害元素及有益元素)以及冶炼过程 中为了脱氧等目的而加入钢中且保留下来的元素 称为常存元素,如Si、Mn、S、P、Al、Cu、N、 H、O等 l 为提高钢的某种性能而在钢中有意加入的元素称 为合金元素。钢中常存元素中若其主要目的为提 高钢材的某种性能且加入量超过一定限度也将成 为合金元素 l 含有除C以外的合金元素的钢称为合金钢,不含C 以外的合金元素的钢称为非合金钢 钢的质量分类 l 普通钢:S、P等杂质及残存元素含量的控制要求 一般的钢。普通非合金钢中S不大于0.055%,P 不大于0.045%;普通低合金钢中S、P含量按A、 B、C、D、E质量等级分别为不大于0.045%、 0.040%、0.035%、0.030%、0.025%;对其它杂 质元素的含量也有明确的控制要求 l 优质钢: S、P等杂质及残存元素含量的控制要求 较高的钢。优质非合金结构钢中S、P均不大于 0.040%,优质非合金工具钢中S、P分别不大于 0.030%、0.035% l 特殊质量钢:S、P等杂质及残存元素含量的控制 要求很高的钢。如特殊质量非合金工具钢中要求 S、P分别不大于0.020%、0.030% 钢中碳含量分类 l碳是钢中最重要的合金元素,其含量对钢的 强度、塑韧性有关键的影响,因而往往按钢 中碳含量进行分类:低碳钢(C小于0.25% )、中碳钢(C0.250.6%)、高碳钢(C大 于0.6%,常用0.61.2%) l超低碳钢:一般把碳含量低于0.05%的钢称 为超低碳钢 合金元素含量分类 l非合金钢,不含除C之外的有意添加的合金 元素(但含有少量常存元素如杂质元素S、 P、O、N、H及脱氧元素Si、Mn等) l低合金钢,合金元素总量小于5% l中合金钢,合金元素总量510% l高合金钢,合金元素总量大于10% 钢铁的室温平衡组织分类 l亚共析钢、共析钢、过共析钢、莱氏体钢 l低碳钢中:铁素体珠光体钢、针状铁素体钢、 贝氏体钢、少珠光体钢、无珠光体钢、无间隙 原子钢(IF钢) l高合金钢中:铁素体钢、奥氏体钢、马氏体钢 、双相钢 l铸铁:共晶铸铁、亚共晶铸铁、过共晶铸铁 l铸铁中石墨(或渗碳体)状态:白口铁、灰口 铁、可锻(团絮)铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁 冶炼工艺分类 l炼钢设备:转炉钢、电炉钢、平炉钢(现 已不用) l精炼设备:电渣钢、真空自耗钢、双真空 处理钢等 l钢水浇注前的脱氧程度:镇静钢、沸腾钢 、半镇静钢、特殊镇静钢 钢的用途与钢类 l根据用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能 钢(不锈钢、焊条钢、电工钢等) l我国国家标准规定按用途可分为13类钢(一 些用量很大的钢类还考虑了合金化、冶金质 量、专门用途方面区分):非合金结构钢、 优质非合金结构钢、非合金工具钢、易切削 钢、低合金高强度钢、合金结构钢、弹簧钢 、滚动轴承钢、合金工具钢和高速工具钢、 不锈钢和耐热钢、焊条钢、电工用硅钢、电 工用纯铁 钢材供货状态 l热轧态 l正火态 l冷轧态(冷拉态) l退火态 l锻钢 l铸钢 l预硬化态 钢材形状类型 l长形材:棒、线、丝、型(方、扁、角、 槽、轨、工字、H、异等) l扁平材:板(厚板、中板、薄板、涂层板 、镀锌板、彩涂板)、带(宽带、窄带、 超薄带即箔)、管(焊管、无缝管、异型 管) l经济发展程度低主要使用长形材,经济发 展程度高以后大量采用扁平材 我国钢号表示方法 l我国钢号表示方法概述 钢的牌号简称钢号,是对每一种具体钢产 品所取的名称,是人们了解钢的一种共同 语言。我国的钢号表示方法,根据国家标 准钢铁产品牌号表示方法(GB221-79 )中规定,采用汉语拼音字母、化学元素 符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。即 : 我国钢号表示方法 钢号中化学元素采用国际化学符号表示, 例如Si、Mn、Cr等。混合稀土元素 用“RE”(或“Xt”)表示 产品名称、用途、冶炼和浇注方法等,一 般采用汉语拼音的缩写字母表示 钢中主要化学元素含量(%)采用阿拉伯 数字表示 工程结构钢质量等级采用字母顺序表示 工程结构用钢 l 工程结构用钢一般无需热处理(特殊情况下需要进 行简单的热处理时也主要在钢厂进行),用量占总 钢产量的70%左右,大多需要焊接 l 工程结构用钢主要采用屈服强度级别表示:非合金 结构钢有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275共五 个强度级别,低合金结构钢有Q295、Q345、Q390 、Q420和Q460共五个强度级别,每个强度级别又 按质量分为A、B、C、D、E五个质量等级,A级 不做冲击试验,后4个等级分别做+20、0、-20 、-40冲击试验(F级-60) 工程结构用钢 l 同时还对化学成分有明确要求的低合金高强度钢 则采用合金结构钢的钢号表示方法,如16Mn l 特殊用途的工程结构钢在钢号后加字母表示:C 船用钢,L汽车大梁钢,R容器钢,K矿用钢,q桥 梁钢,g锅炉钢,HP焊接气瓶钢 l 某些特殊用途的工程结构钢采用拉伸强度级别表 示,如510L表示拉伸强度大于510MPa的汽车大梁 钢 l 很多钢厂还将其钢厂缩写字母放在钢号前:B宝 钢,A鞍钢,W武钢 工程结构用钢 l某些专门用途的钢类则采用特定的表示方 式: l管线钢通常采用美国石油协会API标准, X80表示屈服强度大于80psi(磅/平方英寸, 1psi约等于7MPa) l船板钢采用国际船级社标准,按质量等级 分为A、D、E、F 级,按屈服强度分为32、 36、40级,AH36表示屈服强度大于 36kgf/mm2的A质量级别船板钢 工程结构用钢 l某些特殊性能要求的钢则采用特殊的表示方 式: l抗层状撕裂钢,也称Z向钢,在钢号后加Z15 、Z25、Z35表示抗层状撕裂能力 l钢筋钢可按强度级别分为、和级 钢筋,其屈服强度和抗拉强度分别为235/370 、335/510、400/570、540/835MPa,也可表 示为HRB335、HRB400、HRB500( hotrolled ribbed bars) 机械制造用结构钢 l碳含量用2位数字表示,单位为0.01质量 分数,若大于1%则不出现数字标注 l合金元素用元素符号表示,后跟数字表示 含量,单位为1%质量分数(四舍五入),若 含量为1%或小于1%,则省略数字(硅、锰 含量分别小于0.5%或0.6%不予标注,一旦 标注符号而无数字则表示其含量为1%); 最后加注质量(特殊质量加注A) 机械制造用结构钢 l 轴承钢前面加G表示滚珠轴承钢,其中铬是非常 重要的对性能影响显著的合金元素,含量单位为 0.1%质量分数 l 用于制造船舶用锚链的热轧圆钢或锻制圆钢,在 钢号前加M表示 l 制作铆钉、螺栓、销钉和螺母标准件等的结构钢 ,在钢号前加ML l 淬透性较低的钢,钢号后加D表示 l 容易被切削加工的易切削钢,钢号前加Y表示 结构钢钢号 l45:非合金钢,碳含量0.45% l20CrMnTi:碳含量0.20%,Cr、Ti元素含量 均小于或等于1.45%,Mn含量1% l38CrMoAlA:碳含量0.38%,含Cr、Mo、 Al元素,含量均小于或等于1.45%;特殊质 量 l60Si2Mn:碳含量0.60%,含2%Si、1%Mn lGCr15:轴承钢,碳含量大于1%,含 1.5%Cr 工具钢 l非合金工具钢钢号前用字母T表示,后加 12位数字表示碳含量,单位为0.1%(个别 情况下可加Mn表示锰含量为1%) l合金工具钢首先用1位数字表示碳含量,单 位为0.1%,若碳含量大于或等于1%,则不 予标注(即不会出现2位数字);然后标注 合金元素及其含量,单位为1%质量分数(四 舍五入),若含量为1%或小于1%,则省略 数字(硅、锰省略数字时其含量为1%);最 后加注质量(特殊质量加注A) 工具钢 l个别情况下为确切表示某合金元素的含量 是1%而非小于1%,以与其他钢号相区别, 可以在合金元素后加数字1表示含量 l对铬含量较低的合金工具钢钢号,可用两 位数字(第一位为0,第二位表示含量,但 单位为0.1),以便把它和通常合金元素 含量按百分之几表示的方法区别开来。如 Cr06表示碳含量大于或等于1%、铬含量为 0.6%的合金工具钢 l工具钢大量使用国际通用的钢号或代号 工具钢 l高速工具钢一般均不标注碳含量(尽管很 多情况下其碳含量并未大于1),若需表 示比通用钢号更高的碳含量,则在钢号前 加字母C l借用结构钢作为工具钢使用时,仍采用结 构钢钢号表示方法(即碳含量为2位数字) l塑料模具钢多为借用结构钢,但质量要求 有所不同,钢号前加SM表示塑料模具钢 工具钢钢号 l 4Cr5MoSiV1:中合金热作模具钢,碳含量0.4%, 铬含量5%,钼含量小于或等于1%,硅含量1%,钒 含量1% ,美国钢号为H13 l Cr12MoV:高合金热作模具钢,碳含量大于或等于 1%,铬含量12%,钼含量小于或等于1%,钒含量 小于或等于1% l Cr12Mo1V1:高合金热作模具钢,碳含量大于或等 于1%,铬含量12%,钼含量1%,钒含量1%,美国 钢号为D2 l W5Mo5Cr4V2:高速工具钢,碳含量大于或等于 1%,钨含量5%,钼含量5%,铬含量4%,钒含量 2%,美国钢号为M2 l 6Cr4W3Mo2VNb:基体钢,碳含量0.6%,铬含量 4%,钨含量3%,钼含量2%,钒含量小于或等于 1%,铌含量小于或等于1%,代号65Nb 特殊性能钢 l 特殊性能钢首先用1位数字表示碳含量,单位为 0.1%,若碳含量大于或等于1%,则不予标注(即 不会出现2位数字);然后标注合金元素及其含量 ,单位为1%质量分数(四舍五入),若含量为1%或 小于1%,则省略数字(硅、锰省略数字时其含量 为1%);最后加注质量(特殊质量加注A) l 特殊性能钢很多是超低碳钢,当碳含量小于0.08% 时,用0表示;碳含量小于0.03%时,用00表示 l 个别情况下为确切表示某合金元素的含量是1%而 非小于1%,以与其他钢号相区别,可以在合金元 素后加数字1表示 特殊性能钢 l不锈钢和耐热钢大量采用国际通用钢号或 代号 l由于耐热钢中最重要的合金元素是Cr和Ni 且含量较高,通常也可直接采用Cr和Ni含 量各两位数字共四位数字表示其钢号,必 要时再加注其他合金元素 l焊条钢钢号前冠以字母H 特殊性能钢钢号 l0Cr18Ni9Ti:碳含量小于0.08%,铬含量 18%,镍含量9%,钛含量小于或等于1% l2Cr13:碳含量0.2%,铬含量13% l00Cr17Ni14Mo2:碳含量小于0.03%,铬含 量17%,镍含量14%,钼含量2% lH2Cr13:碳含量0.2%,铬含量13%的焊条 用钢 特殊性能钢 l 电工用硅钢 钢号由字母和数字组成。钢号头部字母DR表示 电工用热轧硅钢,DW表示电工用冷轧无取向硅 钢,DQ表示电工用冷轧取向硅钢。 字母之后的数字表示铁损值(W/kg)的100倍 。 钢号尾部加字母“G”者,表示在高频率下检验的 ;未加“G”者,表示在频率为50周波下检验的。 例:钢号DW470表示电工用冷轧无取向硅钢产品 在50赫频率时的最大单位重量铁损值为4.7W/kg 特殊性能钢 l电工用纯铁 其牌号由字母DT和数字组成,D
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