钢材实用知识讲座(2004年2月校正)

１钢钢材材实实用用知知识识讲讲座座（2004年2月校正）第一节钢的分类………………………………………………………………………1-3第二节钢材的分类………………………………………………………………………3第三节钢材力学性能的主要指标……………………………………………………4-5第四节钢的组织结构…………………………………………………………………5-6第五节钢的热处理……………………………………………………………………6-7第六节钢材的尺寸和重量……………………………………………………………7-10第七节我国钢号表示方法…………………………………………………………10-14第八节板材的有关实用知识………………………………………………………14-22第九节型材的有关实用知识………………………………………………………22-25第十节管材的有关实用知识………………………………………………………25-28第十一节不锈钢的有关实用知识…………………………………………………28-31第十二节电子商务及现代物流……………………………………………………31-33第一节钢的分类一、黑色金属、钢和有色金属在介绍钢的分类之前先简单介绍一下黑色金属、钢与有色金属的基本概念。1．黑色金属，是指铁、铬、锰和它们的合金，如钢、生铁、铁合金、铸铁等。钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳含金。生铁主要用来炼钢和制造铸件。铁合金是由铁与硅、锰、铬、钛等元素组成的合金，铁合金是炼钢的原料之一，在炼钢时做钢的脱氧剂和合金元素添加剂用。铸铁用来直接铸造成型。2.钢，是含碳量在0.04％-2.11％之间的铁碳合金。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、锰、硫、磷等。钢的产品有钢锭、连铸坯和直接铸成各种钢铸件等。通常所讲的钢，一般是指轧制成各种钢材的钢。3．有色金属，又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。另外在工业上还采用铬、镍、锰、钼、钴、钒、钨、钛等，这些金属主要用作合金附加物，以改善金属的性能，其中钨、钛、钼等多用以生产刀具用的硬质合金，以上这些有色金属都称为工业用金属。此外还有贵重金属：铂、金、银等和稀有金属，包括放射性的铀、镭等。二、钢的分类钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下七种：1.按品质分类：２(1)普通钢(P≤0.045％，S≤0.050％)(2)优质钢（P、S均≤0.035％)(3)高级优质钢（P≤0.035％，S≤0.03O％）2.按化学成份分类：(1)碳素钢：a.低碳钢（C≤0.25％）；b．中碳钢（0.25％＜C≤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≤5％）；b．中合金钢（合金元素总含量＞5-10％)；c．高合金钢（合金元素总含量＞10％)3．按成形方法分类：(1)锻钢；(2)铸钢；(3)热轧钢；(4)冷拉钢4．按金相组织分类：（注解：因结晶方式不同而形成的种类）(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(珠光体与渗碳体)(2)正火状态的：a．奥氏体钢；b．珠光体钢；c．贝氏体钢；d．马氏体钢(3)无相变或部分发生相变的5.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、渗氨钢、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、冷镦用钢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——如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等6．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(A、B)；(e)Q275b．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；(C)弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢；(f)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)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；(c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢7．按冶炼方法分类：３(1)按炉种分（注解：平炉钢已经淘汰，现在转炉钢是主流钢种）a.平炉钢：(a)酸性平炉钢；(b)碱性平炉钢b.转炉钢：(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；(c)顶吹转炉钢（注解：按不同炉型吹炼方式细分）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；c．镇静钢；d．特殊镇静钢。第二节钢材的分类钢材按外形可分为型材、板材、管材、金属制品四大类。为便于采购、订货和管理，我国目前将钢材分为十六大品种：类别品种说明型材重轨每米重量大于30千克的钢轨（包括起重机轨）轻轨每米重量小于或等于30千克的钢轨大型型钢普通钢圆钢、方钢、扁钢、六角钢、工字钢、槽钢、等边和不等边角钢及螺纹钢等按尺寸大小分为大、中、小型中型型钢小型型钢线材直径5-10毫米的圆钢和盘条冷弯型钢将钢材或钢带冷弯成型制成的型钢优质型材优质钢圆钢、方钢、扁钢、六角钢等其它钢材包括重轨配件、车轴坯、轮箍等板材薄钢板厚度等于和小于4毫米的钢板厚钢板厚度大于4毫米的钢板，可分为中板（厚度大于4mm小于20mm）、厚板（厚度大于20mm小于60mm）、特厚板（厚度大于60mm）钢带也叫带钢，实际上是长而窄并成卷供应的薄钢板电工硅钢薄板也叫硅钢片或矽钢片管材无缝钢管用热轧、热轧—冷拔或挤压等方法生产的管壁无接缝的钢管焊接钢管将钢板或钢带卷曲成型，然后焊接制成的钢管金属制品金属制品包括钢丝、钢丝绳、钢绞线等第三节钢材力学性能的主要指标４一、屈服点（σS）钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点：设Ps为屈服点S处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs＝Ps／Fo（MPa），其单位MPa称为兆帕，等于N（牛顿）／mm2，（MPa＝106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2）二、屈服强度（σ0.2）有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2％）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2。三、抗拉强度（σb）材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，F。为试样截面面积，则抗拉强度σb＝Pb／Fo（MPa）。四、伸长率（δs）材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。五、屈强比（σs／σb）钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越小，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75，合金结构钢为0.84-0.86。六、硬度硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。1．布氏硬度（HB）以一定的载荷（一般3000kg）把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)单位为公斤力／mm2（N/mm2）。2．洛氏硬度（HR）当HB＞45O或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示：HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。HRB：是采用100kg载荷和直径1.59mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。3．维氏硬度（HV）以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑５的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值（HV）。第四节钢的组织结构一、铁素体、奥氏体和马氏体大家知道固态金属及合金都是晶体，即在其内部原子是按一定规律排列的，排列的方式一般有三种，即：体心立方晶格结构、面心立方晶格结构和密排六方晶格结构。金属是由多晶体组成的，它的多晶体结构是在金属结晶过程中形成的。组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构：910℃以下为具有体心立方晶格结构的α—铁，9l0℃以上为具有面心立方晶格结构的Υ—铁。如果碳原子挤到铁的晶格中去，而又不破坏铁所具有的晶格结构，这样的物质称为固溶体。碳溶解到α—铁中形成的固溶体称铁素体，它的溶碳能力极低，最大溶解度不超过0.02％。而碳溶解到Υ—铁中形成的固溶体则称奥氏体，它的溶碳能力较高，最高可达2％。奥氏体是铁碳合金的高温相。钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到727℃以下时变成不稳定的过冷奥氏体。这种过冷奥氏体随过冷温度的不同可以转变成珠光体、贝氏体和马氏体。如以极大的冷却速度过冷到230℃以下，这时奥氏体中的碳原子已无扩散的可能，奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和的α固溶体，称为马氏体。由于含碳量过饱和，引起马氏体强度和硬度提高、塑性降低，脆性增大。二、共折钢、亚共析钢、过共析钢1．共析钢碳溶解在铁的晶格中形成固溶体，碳溶解到α—铁中的固溶体叫铁素体，溶解到Υ—铁中的固溶体叫奥氏体。铁素体与奥氏体都具有良好的塑性。当铁碳合金中的碳不能全部溶入铁素体或奥氏体中时，剩余出来的碳将与铁形成化合物——碳化铁(Fe3C)，这种化合物的晶体组织叫渗碳体，它的硬度极高，塑性几乎为零。从反映钢的组织结构与钢的含碳量和钢的温度之间关系的铁碳平衡状态图上可见，当碳的含量正好等于0.77％时，即相当于合金中渗碳体（碳化铁）约占12％，铁素体约占88％时，该合金的相变是在恒温下实现的。即在这种特定比例下的渗碳体和铁素体，在发生相变时，如果消失两者同时消失(如加热至727℃转变为奥氏体),如果出现则两者又同时出现（奥氏体过冷至727℃,在这一点上这种组织与纯金属的相变类似。基于这个原因，人们就把这种由特定比例构成的两相组织当作一种组织来看待，并且命名为珠光体，这种钢就叫做共析钢。即含碳量正好是0.77％的钢就叫做共析钢，它的组织是珠光体。2．亚共析钢常用的结构钢含碳量大都在0.5％以下，由于含碳量低于0.77％，所以组织中的渗碳体量也少于12％，于是铁素体除去一部分要与渗碳体形成珠光体外，还会有多余的出现，所以这种钢的组织是铁素体+珠光体。碳含量越少，钢组织中珠光体比例也越小，钢的强度也越低，但塑性越好，这类钢统称为亚共析钢。3．过共析钢６工具用钢的含碳量往往超过0.77％，这种钢组织中渗碳体的比例超过12％，所以除与铁素体形成珠光体外，还有多余的渗碳体，于是这类钢的组织是珠光体+渗碳体。这类钢统称为过共析钢。第五节钢的热处理一、钢的退火将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却，称为退火。钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。退火的目的，是为了清除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。所