常用钢材基础知识

常用钢材基础知识铁位于元素周期表第四周期第Ⅷ族，原子序数是26。铁原子的外围电子层排布为3d64s2。铁在化学反应时，铁原子最外层4s轨道上的两个电子容易失去使铁显+2价。但次外层3d轨道的6个电子处于未充满的不稳定状态，也容易再失去一个3d电子使铁显+3价。由于Fe3+的外围电子层排布变为3d54s0，这是一种半充满稳定结构，因此Fe3+比Fe2+要稳定。铁在地壳中的藏量为4.2%，就金属而论，仅次于铝，占第二位。据不完全统计，到1971年，世界各国已查明的铁矿储量为2500亿吨以上。另外，还有5000亿吨属可利用的铁矿资源。在大自然中，纯净的金属铁很少——只有从天上掉下来的“陨石”才几乎是纯铁（仅含一点点杂质镍Ni），绝大部分铁都是以化合物的状态存在：乌黑发亮、具有磁性的磁铁矿Fe3O4，紫红色的赤铁矿Fe2O3，棕黄色的褐铁矿2Fe2O3·3H2O，黑灰色的菱铁矿FeCO3，金光闪闪的黄铁矿FeS2。除了黄铁矿含硫太高，不适用于炼铁，一般只用作制造硫酸的原料外，磁铁矿等都是炼铁的原料。我国是世界上最早发明冶炼铸铁的国家。我国考古工作者曾发现公元前五世纪的铁器，但数量不很多；另外，还发现公元前三、四世纪的铁器，数量较多，而且冶铸水平较高。如1950年，我国考古工作者曾在河南辉县固围村发掘战国时代的魏墓，发现铁制生产工具九十多件，其中有铁犁、铁锄、铁镰刀、铁斧、铁链等。从这些实物可以推断，我国劳动人民早在近三千年前的周代，已会冶炼铸铁了。到了公元前三、四世纪，我国铁器的使用便普遍起来。这说明我国使用铸铁的时间要比欧洲早出一千六百年，是我国古代劳动人民对世界冶金技术的伟大贡献。从１９９６年起，中国钢铁产量已连续十多年稳居世界第一位。统计数据显示，２００７年中国粗钢产量达４．８９亿吨，不仅全球第一，且产量超过第二到第八的总和，占全球总产量的３６．４％。２００８年前11个月中国粗钢产量达４．６２亿吨，同比增长３．３％。一、黑色金属、钢与有色金属的基本概念。黑色金属是指铁和铁的合金。如钢、生铁合金、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，统称为铁碳合金。生铁是指把铁矿石放到高炉中冶炼而成的产品，主要用来炼钢和制造铸件。把铸造生铁放在熔铁炉中熔炼，即得到铸铁（液状），把液状铸铁浇铸成铸件，这种铸铁叫铸铁件。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。钢与铁的区别，含碳量小于2％的铁碳合金称作钢，含碳量大于2％时称作铁。把炼钢用生铁放到炼钢炉内按一定工艺熔炼，即得到钢。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。钢属于黑色金属但钢不完全等于黑色金属。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钢是含碳量在0.04%-2%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。钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下七种：1、钢材按品质分类(1)普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）(2)优钢材质钢（P、S均≤0.035%）(3)高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）2.、按化学成份分类(1)碳素钢：a.低碳钢（C≤0.25%）；b.中碳钢（C≤0.25~0.60%）；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、钢材按成形方法分类：(1)锻钢；(2)铸钢；(3)热轧钢；(4)冷拉钢。4、钢材按金相组织分类(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.过共钢材析钢（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；c.马氏体钢；d.奥氏体钢。(3)钢材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)钢材结构钢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)；(d)Q255(A、B)；(e)Q275。牌号“Q235”中的Q是指屈服强度，235是指屈服强度为235mpa。其中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.钢材结构钢：(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(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：(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。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)钢材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。三、钢材的种类及分类（一）钢材种类炼钢炉炼出的钢水被铸成钢坯，钢锭或钢坯经压力加工成钢材（钢铁产品）。钢材种类很多，一般可分为型、板、管和丝四大类1、型钢类型钢品种很多，是一种具有一定截面形状和尺寸的实心长条钢材。按其断面形状不同又分简单和复杂断面两种。前者包括圆钢、方钢、扁钢、六角钢和角钢；后者包括钢轨、工字钢、槽钢、窗框钢和异型钢等。2、钢板类是一种宽厚比和表面积都很大的扁平钢材。按厚度不同分薄板（厚度4mm）、中板（厚度4-25mm）和厚板（厚度25mm）三种。钢带包括在钢板类内。3、钢管类钢管类是一种中空截面的长条钢材。按其截面形状不同可分圆管、方形管、六角形管和各种异形截面钢管。按加工工艺不同又可分无缝钢管和焊管钢管两大类。4、钢丝类钢丝是线材的再一次冷加工产品。按形状不同分圆钢丝、扁形钢丝和三角形钢丝等。钢丝除直接使用外，还用于生产钢丝绳、钢纹线和其他制品。（二）钢材的分类1、线材：普线高线螺纹钢2、型材：工字钢槽钢角钢方钢轻轨（每米重量小于或等于30千克的钢轨）重轨（每米重量大于30千克的钢轨，包括起重机轨）高工钢H型钢T型钢Z型钢C型钢圆钢不等边角钢扁钢轻轨齿轮钢六角钢耐热钢棒合结圆钢合工圆钢方管碳工钢轴承钢碳结圆钢不锈圆钢轴承圆钢矩型管弹簧钢3、板材：薄板厚板容器板中板碳结板锅炉板低合金板花纹板冷板热板冷卷板热卷板镀锌板电镀锌板电镀锌卷锰板不锈钢板硅钢片彩涂板彩钢瓦楞铁镀锌卷板热轧带钢4、管材：焊管不锈钢管镀锌管（热镀锌管和冷镀锌管）无缝管螺旋管热轧无缝5、金属制品：包括钢丝、钢丝绳、钢绞线等四、钢材的尺寸和重量（一）、钢材长度尺寸钢材长度尺寸是各种钢材的最基本尺寸，是指钢材的长、宽、高、直径、半径、内径、外径以及壁厚等长度。钢材长度的法定计量单位是米（m）、厘米（cm）、毫米（mm）。在现行习惯中，也有用英寸（〃）表示的，但它不是法定计量单位。1.钢材的范围定尺是节省材料的一种有效措施。范围定尺就是长度或长乘宽不小于某种尺寸，或是长度、长乘宽从多少到多少的尺寸范围内交货。生产单位可以按此尺寸要求进行生产供货。2.不定尺（通常长度，也有叫做通尺）凡产品尺寸（长度或宽度），在标准规定范围内，而又不要求固定尺寸的叫不定尺。不定尺长度又叫通常长度（通尺）。按不定尺交货的金属材料，只要在规定长度范围内交货即可。例如，不大于25mm的普通圆钢，其通常长度规定为4-10m，则长度在此范围内的圆钢都可以交货。3.定尺按订货要求切成固定尺寸的称为定尺。按定尺长度交货时，所交金属材料必须具有需方在订货合同中指定的长度。例如，合同上注明按定尺长度5m交货，则所交货的材料必须都是5m长的，短于5m或长于5m均为不合格。但实际上交货不可能都是5m长，因此规定了允许有正偏差，而不允许有负偏差。4.倍尺按订货要求的固定尺寸切成整倍数的称为倍尺。按倍尺长度交货时，所交金属材料的长度必须为需方在订货合同中指定的长度（叫单倍尺）的整数倍数（另加锯口）。例如，需方在订货合同中要求单倍尺长度为2m，那么，切成双倍尺时长度即为4m切成3倍尺时即为6m，并分别加上一个或两个锯口量。锯口量在标准中有规定。倍尺交货时，只允许有正偏差，不允许出现负偏值。5.短尺长度小于标准规定的不定尺长度下限，但不小于允许的最短长度的叫短尺。例如，水、煤气输送钢管标准中规定，允许每批有10%的（按根数计算）2-4m长的短尺钢管。4m即为不定尺长度的下限，允许的最短长度为2m。6.窄尺宽度小于标准规定的不定尺宽度下限，但不小于允许的最窄宽度的叫窄尺。按窄尺交货时，必须注意有关标准规定的窄尺比例和最窄尺。（二）、钢材长度尺寸举例1.型钢的长度尺寸⑴火车轨的标准长度有12.5m和25m两种。⑵圆钢、线材、钢丝尺寸以直径d的毫米（mm）数标定。⑶方钢尺寸以边长a的毫米(mm)数标定。⑷六角钢、八角钢尺寸以对边距离s的毫米（mm）数标定。⑸扁钢的尺寸以宽度b和厚度d的毫米（mm）数标定。⑹工字钢、槽钢的尺寸以腰高h、腿宽b和腰厚d的毫米（mm）数标定。⑺等边角钢的尺寸以相等边宽b和边厚d的毫米（mm）数标定。不等边角钢的尺寸以边宽B、b和边厚d的毫米（mm）数标定。⑻H型钢的尺寸以腹板高度h、翼板宽度b和腹板厚度t1、翼板厚度t2的毫米（mm）数标定。2.钢板、钢带的长度尺寸⑴一般以钢板的厚度d的毫米（mm）数标定。而钢带则以钢带的宽度b和厚度d的毫米（mm）数标定⑵单张钢板有规定的不同尺寸，如热轧钢板有：1mm厚的钢板，有宽度600×长度2000mm；650×2000mm；700×1420mm；750×1500mm；900×1800mm；1000×2000mm等。3.钢管的长度尺寸⑴一般以钢管的外径D、内径和壁厚S的毫米（mm）数标定。⑵每种钢管有规定的不同尺寸，如无缝钢管外径50mm的，壁厚有2.5-10mm的15种；或者说相同壁厚5mm的，外径有32-195mm的2种。又如焊接钢管公称口径25mm的壁厚有3.25mm的普通钢管和4mm的加厚钢管。（三）钢材的重量1.钢材的理论重量2.钢材的实际重量3.钢材重量的计算方法1.钢材的理论重量钢材的理论重量是按钢材的公称尺寸和密度（过去称为比重）计算得出的重量称之为理论重量。这与钢材的长度尺寸、截面面积和尺寸允许偏差有直接关系。由于钢材在制造过程中的允许偏差，因此用公式计算的理论重量与实际重量有一定出入，所以只作为估算时的参考。基本公式M=A*L*ρ/1000式中：M—质量（重量），kg；A—断面积，