钢材基础知识及我国钢材现状

第一节我国钢铁产品牌号表示方法钢铁产品牌号是一种标记符号，一个牌号代表具有相同特征的一类产品，牌号加上品种（型材、板材、带材、管材、线材等）、规格（长、宽、厚、直径等）、状态（软态、硬态等）和执行标准号等就能准确地为某一个产品定位。钢铁产品牌号表示方法实际上是沟通生产者、经销者和使用者的一种共同语言。我国现行有两种钢铁产品牌号表示方法，即“钢铁产品牌号表示法（GB/T221-2000）”和“钢铁及合金牌号统一数字代号体系（GB/T17616-1998）”，这两种表示方法在现行国家标准和行业标准中并列使用，两者均有效。本节将根据GB/T221-2000标准介绍钢铁产品牌号表示方法。标准规定凡列入国家标准和行业标准的钢铁产品，均应按标准规定的牌号表示方法编写牌号。产品牌号的表示一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的形式表示。采用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺方法时，一般情况下从代表产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母。当这样选取的字母与另一个产品所取的字母重复时，改取第二个字母或第三个字母，或同时选取两个汉字的第一个拼音字母。采用汉语拼音字母表示，原则上字母数只取一个，不超过两个。按脱氧程度和浇注制度的不同可分为沸腾钢（F）、半镇静钢（b）、镇静钢（Z）、特殊镇静钢（TZ）。表1中列出了钢产品名称、用途、特性、工艺方法和冶金质量等级的表示符号。在各类钢的标准中，对不同质量级别都规定了相应的技术要求。在我国的现行执行标准中，钢的冶金质量等级分为优质钢、高级优质钢和特级优质钢。优质钢不另加表示符号；高级优质钢分为A、B、C、D四个质量等级；“E”表示特级优质钢。等级间的区别表现在：a.含碳量范围；b.硫、磷及残余元素的含量；c.钢的纯净度；d.钢的机械性能及工艺性能的保证程度。下面举例来说明冶金质量等级的划分：例一GB700-88标准中碳素结构钢Q235按冶金质量分为A、B、C、D四个等级，区别在于含碳量范围和硫、磷含量的不同，表2列出了该牌号钢不同质量等级的化学成分。例二GB/T699-1999标准中碳素结构钢的冶金质量等级的划分除了对硫、磷含量的要求之外，对酸浸低倍组织级别还有不同的要求。硫、磷含量优质钢不大于0.035%、高级优质钢不大于0.030%、特级优质钢不大于0.025%；酸浸低倍组织中一般疏松、中心疏松和锭型偏析优质钢不大于3.0级、高级优质钢不大于2.5特级优质钢不大于2.0级。例三GB/T3077-1999标准中合金结构钢不同冶金质量等级除了对硫、磷含量和残余元素铜、铬、镍、钼含量的要求不同之外，对酸浸低倍组织级别还有不同的要求。表3列出了合金结构钢不同冶金质量等级的硫、磷及残余元素铜、铬、镍、钼含量和酸浸低倍组织级别。第二节钢的分类、执行标准、牌号、主要特点和用途钢是指以铁为主要元素、含碳量一般在2%以下并含有其他元素的材料。中华人民共和国国家标准“钢分类”（GB/T13304-1999）参照采用国际标准，对钢的分类做出了具体的规定。该标准第一部分规定了按照化学成分对钢进行分类的基本原则，将钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类，并且规定了非合金钢、低合金钢和合金钢中合金元素的含量的基本界限值。该标准第二部分规定了非合金钢、低合金钢和合金钢按主要质量等级、主要性能及使用特性分类的基本原则和要求。根据分类目的的不同，可以按照不同的方法对钢进行分类。常用的分类方法有：按冶金方法分类、按化学成分分类、按冶金质量分类、按金相组织分类、按使用加工方法和按用途分类。1.按冶金方法分类根据冶炼方法和冶炼设备的不同，钢可以分为电炉钢、平炉钢和转炉钢三大类。按炉衬材料的不同每大类又可分为碱性和酸性两类。电炉钢还可以分为电弧炉钢、感应炉钢、真空感应炉钢和电渣炉钢等。转炉钢还可以分为底吹、侧吹、顶吹和纯氧吹炼等转炉钢。平炉钢多为碱性，平炉钢由于冶炼时间长、能耗高，正在逐步被淘汰。按脱氧程度和浇注制度的不同可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢，在表1中分别用（F）、（b）、（Z）和（TZ）表示冶炼时钢的脱氧方法。沸腾钢为脱氧不完全的钢，在冶炼后期，钢中不加脱氧剂（如硅、铝等），浇注时钢液在钢锭模内产生沸腾现象（气体逸出）。这类钢的特点是钢中含硅量很低，标准规定含硅量不高于0.07%，这类钢的优点是钢的收得率高，生产成本低，表面质量和深冲性能好。缺点是钢的杂质多，成分偏析较大，因而性能不均匀。镇静钢是完全脱氧的钢，浇注时钢液镇静不沸腾。钢的组织致密，偏析小，质量均匀。合金钢一般都是镇静钢。半镇静钢是脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但与沸腾钢相比较，沸腾现象较弱。这类钢具有沸腾钢和镇静钢某些优点。2.按化学成分分类根据国家标准GB/T13304-91，按照化学成分分类可以把钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢。非合金钢是铁-碳合金，其中含有少量有害杂质元素（如硫、磷等）和在脱氧过程中引进的一些元素（如硅/锰等）。非合金钢有两类：碳素结构钢和高级碳素结构钢。低合金钢是在碳素结构钢的基础上加入少量合金元素（一般含量小于3.5%），用以提高钢的性能。合金钢是为了改善钢的某些性能而特意加入一定量合金元素的钢。根据钢中所含合金元素，合金钢又可分为锰钢、铬钢、硅锰钢、铬锰钢、铬锰钼钢等很多类。3.按冶金质量分类如第一节所述,按冶金质量分类钢可以分为优质钢、高级优质钢和特级优质钢。4.按金相组织分类按钢的金相组织分类可分为铁素体型、奥氏体型、珠光体型、马氏体型、贝氏体型、双相（如马氏体/铁素体）类型等。5.按使用加工方法分类按照在钢材使用时的制造加工方式可以将钢分为压力加工用钢、切削加工用钢和冷顶锻用钢。压力加工用钢是供用户经塑性变形制作冷件和产品用的钢。按加工前钢是否经过加热，又分为热压力加工用钢和冷压力加工用钢。切削加工用钢是供切削机床（如车、铣、刨、磨等）在常温下切削加工成零件用的钢。冷顶锻用钢是将钢材在常温下进行锻粗，做成零件或零件毛坯，如铆钉、螺栓及带凸缘的毛坯等，这种钢也称为冷锻钢。6.按用途分类按照用途不同可以把钢分为碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金高强度结构钢、合金结构钢、弹簧钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、轴承钢、不锈耐酸钢、耐热钢和电工用硅钢十二大类。为了满足专门用途的需要，由上述钢类又派生出一些为专门用途的钢，简称为专门钢。它们包括：焊接用钢、钢轨钢、铆螺钢、锚链钢、地质钻探管用钢、船用钢、汽车大梁用钢、矿用钢、压力容器用钢、桥梁用钢、锅炉用钢、焊接气瓶用钢、车辆车轴用钢、机车车轴用钢、耐侯钢和管线钢等。本节将依序介绍按钢的用途所分的十二大钢类的牌号表示方法、执行标准、牌号（钢号）、主要特点和用途。(1)．碳素结构钢a.牌号表示方法钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音”Q”、屈服点数值（单位为MPa）和表1中规定的质量等级符号、脱氧方法符号按顺序组成，例如：Q235AF、Q235BZ等。在碳素结构钢的牌号组成中，表示镇静钢的符号“Z”和表示特殊镇静钢的符号“TZ”可以省略，b.执行标准和牌号GB/T700-88标准规定了碳素结构钢的具体牌号和化学成分、力学性能等技术条件。在标准中现含有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个牌号，它们的主要区别在于化学成分（主要是碳含量）和力学性能不同。c.主要特点和用途碳素结构钢按钢中硫、磷含量划分质量等级。其中，Q195和Q275不分质量等级；Q215和Q255各分为A和B两级；Q235分为A、B、C、D四个等级。按冶炼时脱氧程度的不同，碳素结构钢又可分为沸腾钢（F）、半镇静钢（b）和镇静钢（Z）。碳素结构钢是一种普通碳素钢，不含合金元素，通常也称为普碳钢。在各类钢中碳素结构钢的价格最低，具有适当的强度、良好的塑性、韧性、工艺性能和加工性能。这类钢的产量最高，用途很广，多轧制成板材、型材（圆、方、扁、工、槽、角等）、线材和异型材，用于制造厂房、桥梁和船舶等建筑工程结构。这类钢材一般在热轧状态下直接使用。(2).优质碳素结构钢a.牌号表示方法钢的牌号采用阿拉伯数字或阿拉伯数字和化学元素符号以及表1中规定的符号表示。以二位阿拉伯数字表示平均含碳量（以万分之几计），例如：“08F”、“45”、“65Mn”。较高锰含量（0.70-1.20%）的优质碳素结构钢在表示平均含碳量的阿拉伯数字后面加上化学元素Mn符号，例如“65Mn”即是平均含碳量为0.65%、含锰量为0.90-1.20%的优质碳素结构钢。优质碳素结构钢按冶金质量分为优质钢、高级优质钢和特级优质钢。高级优质钢在牌号后面加A；特级优质钢加E；优质钢在牌号上不另外加符号。例如：平均含碳量为0.20%的高级优质碳素结构钢的牌号表示为“20A”。质量等级间的区别在于硫、磷含量的高低。镇静钢一般不另外标符号，例如：平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢镇静钢，其牌号表示为“45”。专用优质碳素结构钢采用阿拉伯数字（平均含碳量）和表1中规定的代表产品用途的符号表示。例如：平均含碳量为0.20%的锅炉用钢，其牌号为“20g”。b.执行标准和牌号国家标准GB/T699-1999规定了优质碳素结构钢的牌号、化学成分、力学性能等技术条件以及钢材的试验方法和验收规则。标准中现有“08F”、“45”、“85”、“70Mn”等三十一个牌号。c.主要特点和用途优质碳素结构钢牌号的区别主要在于含碳量不同。通常根据含碳量将优质碳素结构钢分为低碳钢（C0.25%）、中碳钢(C0.25-0.60%)和高碳钢(C0.60%)。低碳钢主要用于冷加工和焊接结构，在制造受磨损零件时，可进行表面渗碳。中碳钢主要用于强度要求较高的机械零件，根据要求的强度不同，进行淬火和回火处理。高碳钢主要用于制造弹簧和耐磨损机械零件。这类钢一般都在热处理状态下使用。有时也把其中的“65”、“70”、“85”、“65Mn”四个牌号称为优质碳素弹簧钢。优质碳素结构钢产量较高，用途较广。多轧制或锻制成圆、方、扁等形状比较简单的型材，供使用单位再加工成零、部件来使用。这类钢一般需经正火或调质等热处理后使用，多用于制作机械产品一般的结构零、部件。(3).低合金高强度结构钢a.牌号表示方法钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音”Q”、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）三部分按顺序排列组成，例如：Q390A、Q420E。低合金高强度结构钢的脱氧方法分为镇静钢和特殊镇静钢，因此在牌号的组成中表示脱氧方法的符号“Z”和“TZ”予以省略。低合金高强度结构钢通常也可以采用二位阿拉伯数字和化学元素符号表示，例如：“16Mn”。专用低合金高强度结构钢一般采用代表屈服点的符号“Q”、屈服点数值和表1中规定的代表产品用途的符号来表示。例如：“Q295HP”为焊接气瓶用钢的牌号；“Q345R”是压力容器用钢的牌号。专用低合金高强度结构钢的牌号通常也可以采用阿拉伯数字（用二位阿拉伯数字表示平均含碳量，以万分之几计）、化学元素符号以及产品用途符号表示。例如：压力容器用钢“16MnR”。b.执行标准和牌号国家标准GB/T1591-94规定了低合金高强度结构钢的牌号、化学成分、力学性能等技术要求以及钢材的试验方法和检验规则。标准中现含有“Q295”、“Q345”、“Q390”、“Q420”、“Q460”五个牌号，区别在于化学成分和力学性能上的差异。c.主要特点和用途低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上，加入少量合金元素（一般不超过3%）冶炼的低合金钢。过去曾经称其为普通低合金钢或低合金结构钢。这类钢碳含量低（不超过0.2%），合金元素主要有钒、铌、钛、锰、硼等，这类钢与碳素结构钢相比，强度较高、韧性好，有较好的加工性能、焊接性能和耐蚀性。低合金高强度结构钢钢材品种主要有热轧型钢、棒材和钢板。这类钢材广泛地应用于制造锅炉、桥梁、化工、矿山、船舶等设备。(4).合金结构钢a.牌号表示方法钢的牌号采用阿拉伯数字和化学元素符号表示。采用二位阿拉伯数字表示平均碳含量（以万分之几计），放在牌号头部。合金元素含量表示方法为：当平均合金元素含量低于1.