钢材基础知识大全

磨界之神

钢材基础知识大全 含碳量小于2％并含有某些其他元素的铁碳合金。钢具有强度高、韧性好、易于加工成形、原材料资源丰富、冶炼容易、价格便宜等优点，是应用最广泛的一种金属材料。 ) H& f5 y6 c" n* G( @9 n简史 中国在春秋末期（前476年以前)已出现人工锻炼的钢。到东汉时期已掌握了炒钢技术。钢的工业生产最早采用坩埚法，产量低、成本高，难于满足工业发展的需要。1856年，英国的H.贝塞麦发明了转炉炼钢法，1856～1864年，英国的K.W.西门子和法国的P.E.马丁发明了平炉炼钢法。1899年，法国的P.L.T.埃鲁发明了电弧炉炼钢法。20世纪50年代后，先后出现了真空除气、电渣重熔、钢包精炼、真空熔炼等精炼技术，使电炉钢的品质更好，各种新钢种也相继出现。钢是现代社会生产和生活所必需的基本材料，而钢和钢材的产量、品种、质量已作为衡量一个国家工业、农业、国防和科学技术现代化的一个重要标志。 2 T# Y$ K6 S; v( o) I6 F, \钢的组织和特性 铁是钢的基本组成元素。铁在固态有两种晶体结构，一是体心立方结构（存在于两个温度范围内，912℃以上称α铁，1394℃以上称δ铁）；另一是面心立方结构（存在于912～1394℃之间，称γ铁）。碳是钢中另一主要元素，对钢的组织和性能起重要作用，通常随着含碳量的增加，钢的强度增加、塑性下降。碳在钢中主要有两种存在形式，一是溶入铁中与铁形成固溶体（两种以上化学组分互相溶解而形成的均匀固相）；另一是与铁形成铁碳化合物，称渗碳体（Fe3C），其硬度高、脆性大。碳溶于α铁中形成的固溶体称铁素体；溶于γ铁中形成的固溶体称奥氏体，其最大溶解度为2.11％。钢在冷却过程中，过饱和的奥氏体将发生分解，形成铁素体和渗碳体。铁素体和渗碳体组成的呈片状相间排列的混合物称珠光体。一般碳素钢在室温下的金相组织由铁素体、珠光体和渗碳体组成。 在碳素钢基础上加入各种合金元素，可制成各种合金钢。加入不同的合金元素，可使合金钢具有耐热、耐腐蚀、耐磨、高强度等特殊性能。合金元素按其与碳的亲和力不同分为碳化物形成元素和非碳化物形成元素；按其对钢的组织转变影响不同分为扩大奥氏体区元素和缩小奥氏体区元素。合金元素还影响铁碳相图中特征点位置、相变、碳的扩散及钢的淬透性等。除加入合金元素外，通过热处理工艺，也可改变钢的组织结构和性能，如提高钢的强度、增加韧性、获得良好的加工工艺性能等。 分类 钢的分类方法有多种。按冶炼方法分为平炉钢、转炉钢和电炉钢。平炉炼钢脱除硫、磷和氧的条件比转炉好，故平炉钢的品质优于转炉钢。转炉钢将空气直接吹入钢液中，以使碳、锰、硅等元素被氧化脱除。该法冶炼速度快、能耗少、成本低，所炼出的钢可满足工业上的一般应用。但转炉钢含氧、氮量高，品质较差，不能适应重要产品的要求。电弧炉炼钢脱除硫、磷和氧的条件好，合金成分调整容易，冶炼速度比平炉炼钢快，适于生产各种优质钢。按化学成分分为碳素钢和合金钢。按品质分为普通钢（磷≤0.045％、硫≤0.055％)、优质钢(磷、硫≤0.035％)和高级优质钢（磷、硫≤0.03％)。按用途分为结构钢，用以制造各种承力结构件和机械零件；工具钢，用以制造各种切削刀具、量具、模具和其他耐磨工具；特殊钢，包括耐热钢、耐磨钢、不锈钢、电工钢、低温钢、易切削钢等。按金相组织分为亚共析钢（铁素体加珠光体组织）、共析钢（珠光体组织）、过共析钢（碳化物加珠光体组织），或分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢和铁素体钢等。按供货方式又分为轧钢、锻钢和铸钢。 【钢的牌号】 实际应用中，各种类型的钢分别以各自的牌号来表示。钢的牌号命名，各国均有自己的规则和方法。中国国家标准采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法。通常，用汉语拼音第一个字母表示钢的名称、用途、特性和工艺方法，如氧气转炉钢用Y，沸腾钢用F。普通碳素钢分甲、乙、特3种质量，分别用A、B、C表示，并以数字表示其含碳量；如AY2F、AY3F表示甲类氧气转炉沸腾钢，后者比前者含碳量高。优质碳素结构钢用数字或数字加元素符号表示，高级优质钢在数字后加A，数字表示其平均含碳量（以千分之几计）；如20A表示平均含碳量0.2％的高级优质钢。碳素工具钢用字母T、数字（表示千分之几计的平均含碳量）和高级优质符号A表示，如T9A。合金钢用元素符号和阿拉伯数字表示，其含碳量放在最前边。合金结构钢的含碳量以万分之几计，不锈钢、耐热钢等以千分之几计。合金钢中的合金元素含量用元素符号后边的数字表示，含量小于1.5％的不予标出 ；如30 CrMnSi 表 示平均含碳量为0.3％，合金元素含量均小于1.5％的合金结构钢，铸钢用汉语拼音符号ZG和数字表示，如ZG45，表示含碳量为0.45％的铸钢。 【金属材料】 6 K' h$ M j2 {8 x由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。 人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。 4 a K" M6 P; c, ~' K# T: k6 b种类 金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。①黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90％以上的工业纯铁，含碳 2％～4％的铸铁，含碳小于2％的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。③特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。 " I q. }6 i7 u【钢铁材料】 & R) c, i1 v3 V金属材料按生产成型工艺又分为铸造金属、变形金属、喷射成形金属，以及粉末冶金材料。①铸造金属通过铸造工艺成型，主要有铸钢、铸铁和铸造有色金属及合金。②变形金属通过压力加工如锻造、轧制、冲压等成型，其化学成分与相应的铸造金属略有不同。③喷射成形金属是通过喷射成形工艺制成具有一定形状和组织性能的零件和毛坯。 ; O& S2 t# e9 f# T2 ]【性能特点】 金属材料的性能可分为工艺性能和使用性能两种。工艺性能是保证生产出优质、高效、低成本产品的性能，主要包括液态金属的流动性、凝固收缩性和热裂性、最大塑性、变形温度范围、最大变形程度、再结晶温度、可焊性、残余应力以及淬透性（淬火时形成淬硬层）等。使用性能包括结构性能和功能性能。前者多为材料本身所具有的力学性能，如抗拉强度、屈服强度、疲劳强度、蠕变强度，以及延伸率、断面收缩率、冲击韧性、断裂韧性等。后者多为材料的化学、物理性能，如应力腐蚀、化学和电化学腐蚀 、抗氧化、抗氢脆性能，密度、熔点、比热、线膨胀、光学效应、电学效应、磁学效应等。金属材料的各种性能指标通过材料物理试验、化学试验和工艺性能试验的方法获得。 【生产工艺】 金属材料生产，一般是先提取和冶炼金属。有些金属需进一步精炼并调整到合适的成分，然后加工成各种规格和性能的产品。提炼金属，钢铁通常采用火法冶金工艺，即采用转炉、平炉、电弧炉、感应炉、冲天炉(炼铁)等进行冶炼和熔炼；有色金属兼用火法冶金和湿法冶金工艺 ；高纯金属以及要求特殊性能的金属还采用区域熔炼、真空熔炼和粉末冶金工艺。金属材料通过冶炼并调整成分后，经过铸造成型，或经铸造、粉末冶金成型工艺制成锭、坯，再经塑性加工制成各种形态和规格的产品。对有些金属制品，要求其有特定的内部组织和力学性能，还常采用热处理工艺 。常用的热处理工艺有淬火、正火、退火、时效处理（将淬火后的金属制件置于室温或较高温度下保温适当时间，以提高其强度和硬度）等。 【发展趋势】 # M/ r' X! E/ x9 C9 X" q金属材料的发展已从纯金属、纯合金中摆脱出来。随着材料设计、工艺技术及使用性能试验的进步，传统的金属材料得到了迅速发展，新的高性能金属材料不断开发出来。如快速冷凝非晶和微晶材料、高比强和高比模的铝锂合金、有序金属间化合物及机械合金化合金、氧化物弥散强化合金、定向凝固柱晶和单晶合金等高温结构材料、金属基复合材料以及形状记忆合金、钕铁硼永磁合金、贮氢合金等新型功能金属材料，已分别在航空航天、能源、机电等各个领域获得了应用，并产生了巨大的经济效益。

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谢谢！
1 u& w1 p4 T, b: Z2 y学习了！

aixingweima

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