鋼材的分類和影響鋼材性能的化學(xué)元素

1、鋼材的分類和影響鋼材性能的化學(xué)元素鋼材的分類鋼是含碳量在0.04%2.3% 之間的鐵碳合金。為了保證其韌性和塑性，含碳量一般不超過1.7%。鋼的主要元素除鐵、碳外，還有硅、錳、硫、磷等。鋼的分類方法多種多樣，其主要 方法有如下七種：按品質(zhì)分類普通鋼（PW 0.045% , sw 0.050% ）（2）優(yōu)鋼材質(zhì)鋼（P、S均w 0.035% ）（3）高級優(yōu)質(zhì)鋼（PW 0.035% , Sw 0.030% ）按化學(xué)成份分類（1）碳素鋼：a.低碳鋼（Cw 0.25% ）; b.中碳鋼（Cw 0.250.60% ）; c.高碳鋼（Cw 0.60% ）。（2）合金鋼：a.低合金鋼（合金元素總含量w 5%）

2、 ; b.中合金鋼（合金元素總含量為 510% ）;c.高合金鋼（合金元素總含量10% ）。綜合分類（1）普通鋼 a.碳素結(jié)構(gòu)鋼：（a）Q195 （b）Q215（A、B） （c）Q235（A 、B、C） （d）Q255（A 、B） （e）Q275 ; b.低合金結(jié)構(gòu)鋼；c.特定用途的普通結(jié)構(gòu)鋼。（2）優(yōu)質(zhì)鋼（包括高級優(yōu)質(zhì)鋼）：a.結(jié)構(gòu)鋼：（a）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（b）合金結(jié)構(gòu)鋼 （c）彈簧鋼（d）易切鋼（e）軸承鋼（f）特定用途優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼； b.工具鋼：（a）碳素工具鋼 （b）合金工具鋼 （c） 高速工具鋼；c.特殊性能鋼：（a）不銹耐酸鋼 （b）耐熱鋼（c）電熱合金鋼 （d）電工用鋼 （e）高錳

3、 耐磨鋼。二、影響鋼材性能的化學(xué)元素1、碳（C）:鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊性降低，當(dāng)碳量0.23%超過時，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般不超過0.20% 。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。2、 硅（Si ）：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮(zhèn)靜鋼含有0.15 0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.0 1.2%的硅，強度可提高 15 20%。硅和鉬、鎢

4、、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅1 4%的低碳鋼，具有極高的導(dǎo)磁率，用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接性能。3、錳（Mn ）:在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.30 0.50% 。在碳素鋼中加入0.70%以上時就算 錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點高40%。含錳1114%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機鏟斗，球磨機襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能 力，降低焊接性能。4、磷( P )：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，

5、 降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于 0.045% ，優(yōu)質(zhì)鋼要求更低些。5、硫( S )：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性， 在鍛造和軋制時造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕档湍透g性。所以通常要求硫含量小于 0.055% ，優(yōu)質(zhì)鋼要求小于 0.040% 。在鋼中加入 0.08-0.20% 的硫，可以改善切削加工性，通 常稱易切削鋼。6、鉻( Cr )：在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑 性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。7、鎳 (Ni) ：鎳能提高鋼的強度，而又保持良好

6、的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕 能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源，故應(yīng)盡量采用其他合金元素代 用鎳鉻鋼。8、鉬 (Mo) ：鉬能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和 抗蠕變能力 (長期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱蠕變)。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機械性能。還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。9、鈦 (Ti) ：鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細化晶粒力；降低時效敏感性 和冷脆性。改善焊接性能。在鉻 18 鎳 9 奧氏體不銹鋼中加入適當(dāng)?shù)拟?，可避免晶間腐蝕。10、釩 (V) ：釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加 0.5%

7、 的釩可細化組織晶粒，提高強度和韌性。 釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。11、鎢 (W) ：鎢熔點高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和 耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強性，作切削工具及鍛模具用。12、鈮 (Nb) ：鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強度，但塑性和韌性 有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可 改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。13、鈷 (Co) ：鈷是稀有的貴重金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強鋼和磁性材料。14、銅 (Cu) ：武鋼用大冶礦石

8、所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強度和韌性，特別是大氣 腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過 0.5% 塑性顯著降低。當(dāng)銅含量小于 0.50% 對焊接性無影響。15、鋁 (Al) ：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性， 如作深沖薄板的 08Al 鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼 的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。 鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、 焊接性能和切削加 工性能。16、硼 (B) ：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高強度。17、氮 (N): 氮能提高鋼的強度，低溫韌性和焊接性，增加時效敏感性。18

9、、稀土 (Xt) ：稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為 57-71 的 15 個鑭系元素。這些元 素都是金屬，但他們的氧化物很象 “土 ”，所以習(xí)慣上稱稀土。鋼中加入稀土，可以改變鋼中夾 雜物的組成、形態(tài)、分布和性質(zhì)，從而改善了鋼的各種性能，如韌性、焊接性，冷加工性能。 在犁鏵鋼中加入稀土，可提高耐磨性。三、各種牌號鋼的主要用途一、各牌號碳素結(jié)構(gòu)鋼的主要用途牌號 Q195 ，含碳量低，強度不高，塑性、韌性、加工性能和焊接性能好。用于軋制薄板和 盤條。冷、熱軋薄鋼板及以其為原板制成的鍍鋅、鍍錫及塑料復(fù)合薄鋼板大量用用屋面 板、 裝飾板、通用除塵管道、包裝容器、鐵桶、儀表殼、開關(guān)箱、防護罩、火車車

10、廂等。盤 條則 多冷拔成低碳鋼絲或經(jīng)鍍鋅制成鍍鋅低碳鋼絲，用于捆綁、張拉固定或用作鋼絲網(wǎng)、鉚 釘?shù)?。牌號 Q215 ，強度稍高于 Q195 鋼，用途與 Q195 大體相同。此外，還大量用作焊接鋼 管、鍍鋅 焊管、爐撐、地腳螺釘、螺栓、圓釘、木螺釘、沖制鐵鉸鏈等五金零件。牌號 Q235 ，含碳適中，綜合性能較好，強度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣 泛。常軋制成盤條或圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼、工字鋼、槽鋼、窗框鋼等型鋼，中厚鋼板。 大量用用建筑及工程結(jié)構(gòu)。用以制作鋼筋或建造廠房房架、高壓輸電鐵塔、橋梁、車輛、鍋 爐、 容器、 船舶等， 也大量用作對性能要求不太高的機械零件。C 、D 級鋼

11、還可作某些專業(yè)用鋼使用。牌號 Q255 ，性能與 Q235 差不多，強度稍有提高，塑性有所降低。應(yīng)用不如 Q235 廣 泛，主要 用作鉚接與檢接結(jié)構(gòu)。牌號 Q275 ，強度、硬度較高，耐磨性較好。用于制造軸類、農(nóng)業(yè)機具、耐磨零件、鋼軌接 頭夾板、墊板、車輪、軋輥等。二、各牌號低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的主要用途。 （低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼舊標準稱低合金結(jié)構(gòu)鋼， 又叫普通低合金結(jié)構(gòu)鋼）牌號 Q295 鋼，鋼中只含有極少量的合金元素，強度不高，但有良好的塑性、冷彎、焊接 及耐蝕性能。主要用于建筑結(jié)構(gòu)，工業(yè)廠房，低壓鍋爐，低、中壓化工容器，油罐，管道， 起重機，拖拉機，車輛及對強度要求不高的一般工程結(jié)構(gòu)。牌號

12、Q345 、Q390 鋼，綜合力學(xué)性能好，焊接性能、冷熱加工性能和耐蝕性能均好， C、 D、E 級鋼具有良好的低溫韌性。 主要用于船舶， 鍋爐，壓力容器， 石油儲罐， 橋梁， 電站設(shè) 備， 起重運輸機械及其他較高載荷的焊接結(jié)構(gòu)件。牌號 Q420 鋼，強度高，特別是在正火或正火加回火狀態(tài)有較高的綜合力學(xué)性能。主要 用于大型船舶，橋梁，電站設(shè)備，中、高壓鍋爐，高壓容器，機車車輛，起重機械，礦山機 械 及其他大型焊接結(jié)構(gòu)件。牌號 Q460 鋼，強度最高，在正火，正火加回火或淬火加回火狀態(tài)有很高的綜合力學(xué)性能， 全部用鋁補充脫氧， 質(zhì)量等級為 C、D、E 級，可保證鋼的良好韌性的備用鋼種。用于各 種大

13、型工程結(jié)構(gòu)及要求強度高，載荷大的輕型結(jié)構(gòu)。三、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的特性和用途。 （優(yōu)持碳素結(jié)構(gòu)鋼簡稱碳結(jié)鋼、俗稱優(yōu)鋼。是各種機器的 零部件制造用鋼）08 和 08F 鋼，用于軋制薄板，深沖制品、油桶、高級搪瓷制品，也可用于制作管子， 墊片及心部強度要求不高的滲碳和氰化零件，電焊條等。10 和 10F 鋼，用 4mm 以下冷壓深沖制品，如深沖器皿、炮彈彈體。也可制造鍋爐管、油 桶頂蓋及鋼帶、鋼絲、焊接件、機械零件。15 和 15F 鋼，用于制造機械上的滲碳零件、緊固零件、沖鍛模件及不需熱處理 的低 負荷零件，如螺栓、螺釘、法蘭盤及化工機械用貯器、蒸汽鍋爐等。20 鋼，用于不經(jīng)受很大應(yīng)力而要求韌性的各

14、種機械零件， 如拉桿、 軸套、 螺釘、 起重 鉤 等；也可用于制造在60大氣壓、450 C以下非腐蝕介質(zhì)中使用的管子、導(dǎo)管等；還可以用于心部強度不大的滲碳及氰化零件，如軸套、鏈條的滾子、軸以及不重要的齒輪、鏈輪等。 TOC o 1-5 h z 25 鋼，用作熱鍛和熱沖壓的機械零件， 金屬切削機床上氰化零件， 以及重型和中型機械制造中負荷不大的軸、輥子、連接器、墊圈、螺栓、螺帽等，還可用作鑄鋼件。30 鋼，用作熱鍛和熱沖壓的機械零件、冷拉絲，重型和一般機械用的軸、拉桿、套環(huán)、以及機械上用的鑄件，如汽缸、汽輪機機架、軋鋼機機架和零件、機床機架及飛輪等。35 鋼，用于制作熱鍛和熱沖壓的機械零件， 冷

15、拉和冷頂鍛鋼材， 無縫鋼管、 機械制造 中零件、鑄件、重型和中型機械制造中的鍛制機軸、壓縮機汽缸、減速器軸，也可用來鑄造汽輪機機身、飛輪和均衡器等。40 鋼， 用于制造的機器運動零件， 如輥子、 軸、 連桿、 圓盤等。 以及火車的車軸， 還 可 用于冷拉絲、鋼板、鋼帶、無縫管等。45 鋼，用以制造蒸汽透平機、壓縮機、泵的運動零件；還可代替滲碳鋼制造齒輪、軸、活塞銷等零件 （零件需經(jīng)高頻或火焰表面淬火）；并可用作鑄件。50 鋼，用于制造耐磨性要求高、動載荷及沖擊作用不大的零件，如鑄造齒輪、拉桿、 軋輥等；制造比較次要的彈簧、農(nóng)機上的掘土犁鏵、重負荷的心軸與軸等，并可制造鑄件。55 鋼，用于制造連

16、桿、軋輥、齒輪、扁彈簧、輪圈、輪緣等，也可作鑄件。60-65 鋼，用于制造彈簧、 彈簧圈、 各種墊圈、 離合器以及制造一般機械中的軸、 軋 輥、 偏心軸等。70-85 鋼，用來制造彈簧和發(fā)條、 制造鋼絲繩用的鋼絲及高硬度的機件、 如犁、 鏵、 電 車車輪等。15Mn-25Mn 鋼，用于制造中心部分的機械性能要求較高且需滲碳的零件。30Mn-35Mn 鋼，主要用來制造螺拴、螺帽、螺釘杠桿、掣動踏板等。并可用冷拉制 造在 高應(yīng)力下工作的細小零件，如農(nóng)機上的鉤、環(huán)、鏈等。40Mn-45Mn 鋼，用于制造承受疲勞負荷下的零件，如曲軸、連桿等；也可用作高應(yīng) 力下 工作的螺釘、螺帽等。50Mn-55Mn

17、鋼，用于制造耐磨性要求高、在高負荷下熱處理的零件，如齒輪、齒輪軸 、摩擦盤、滾子及彈簧。60Mn-70Mn 鋼，用于制造彈簧及犁鏵等。四、合金結(jié)構(gòu)鋼。 （合金結(jié)構(gòu)鋼簡稱合結(jié)鋼，是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)丶尤胍环N或數(shù)種合金元素 （總量V 5%）而制成的鋼種=五、易切削結(jié)構(gòu)鋼用途。（易切削結(jié)構(gòu)鋼簡稱易切鋼，是含有少量易削元素，具有良好的被切削加工性能的鋼種）Y12 硫磷復(fù)合低碳易切削鋼，是現(xiàn)有易切削鋼中磷含量最多的一個鋼種。常用于制造 對力學(xué)性能要求不高的各種機器和儀器儀表零件，如螺栓、螺母、銷釘、軸、管接頭等。Y12Pb 含鉛易切削鋼， 被切削加工性好， 不存在性能上的方向性， 并有較高

18、的力學(xué)性能， 常用于制造較重要的機械零件、精密儀表零件等。Y15 復(fù)合高硫低硅易切削鋼，是我國自行研制成功的鋼種，被切削性高于 Y12 鋼，常用 于制 造不重要的標準件，如螺栓、螺母、管接頭、彈簧座等。Y15Pb 同 Y12Pb ，被切削加工性更好。Y20 低硫磷復(fù)合易切削鋼，被切削加工性優(yōu)于 20 鋼而低于 12 鋼，可進行滲碳處理，常 用于 制造要求表面硬、心部韌性高的儀器、儀表、軸類耐磨零件。Y30 低硫磷復(fù)合易切削鋼，力學(xué)性能較高，被切削加工性也有適當(dāng)改善，可制造強度要求 較高的標準件。Y35 同 Y30 鋼，可調(diào)質(zhì)處理。Y40Mn 高硫中碳易切削鋼，有較高的強度、硬度和良好的被切削加

19、工性，適于加工要求剛 性高的機床零部件，如機床絲杠、光杠、花鍵軸、齒條等。Y45Ca 鈣硫復(fù)合易切削鋼，不僅被切削性好，而且熱處理后具有良好的力學(xué)性能，適于制 造較重要的機器結(jié)構(gòu)件，如機床齒輪軸、花鍵軸、拖拉機傳動軸等。六、彈簧鋼特性及用途。彈簧鋼是用于制造彈簧或其他彈性元件的鋼種，按成分分為碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼。七、滾動軸承鋼特性和用途滾動軸承鋼簡稱軸承鋼或滾珠鋼，是用于制造各種滾動軸承的套圈和滾動體的鋼種。八、碳素工具鋼特性和用途碳素工具鋼簡稱碳工鋼， 其冷、 熱加工性能， 耐磨性能好， 價格低廉， 在工具鋼中是被 廣 泛采用的鋼種。T7 鋼，為亞共析鋼，淬火回火后具有較高的強度和韌性，且有一定的硬度，但熱硬性低 ，淬透性差、淬火變形大。常用于制造能承受振動和撞擊，要求較高韌性，但切削性能要求 不太高的工具，如鑿子、沖頭等小尺寸風(fēng)動工具，木工用鋸和鑿，簡單膠木模、鍛模、剪刀 、手錘、鐮刀等。T8 鋼，為共析鋼，淬火回火后具有較高的硬度和耐磨性，但熱硬性低，淬透性差、加熱 時容易過熱，變形也大，塑性強度也較低。常用于不受大沖擊，需要較高硬度和耐磨性的工 具，如簡單的模子和沖頭、切削軟金屬的刀具、木工用的銑刀和斧、鑿、鏨、圓鋸片以及鉗 工裝配工具、虎鉗鉗口等。T8Mn 鋼，性能同 T8 近似，但因加入了錳，淬透性較好，淬硬層較深。用途同 T88 ， 但可制造斷面較