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钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。

我们通常将其与铁合称为钢铁，熔点为1515摄式度。

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，指含碳量小于2％的铁碳合金。

根据成分不同，又可分为碳素钢和合金钢。

根据性能和用途不同，又可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。

钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下几种：

1、按品质分类

（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≤0.030%）

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、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

（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+渗体）。

（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）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、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）Q275。

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.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）按脱氧程度和浇注制度分 

a.沸腾钢；

b.半镇静钢；

镇静钢；

d.特殊镇静钢。

8、炼钢过程及性质比较：

热处理（HeatTreatment）-是利用加热和冷却以改变金属物理性质的方法。

热处理能改善钢的显微结构,使达到所需的物理要求。

韧性,硬度和耐磨性是通过热处理而获得的特性中的几种。

要获得这些特性,需使用热处理中的淬硬<

又称淬火>

回火,退火<

又称朡化>

和表面淬硬等操作。

淬硬（Hardening,又称淬火）-是将金属均匀地加热至适当温度，然後迅速浸入水或油中急冷，或在空气中或冷冻区中冷却，使金属获得所需要的硬度。

回火-钢件淬硬後会变脆，同时由淬火急冷而引致的应力，可使钢件受到轻击而断裂。

要消除脆性，可用回火处理法。

回火就是将钢件重新加热至适当的温度或颜色，然後予以急冷。

回火虽然使钢的硬度略为减少，但可增加钢的韧性而降低其脆性。

退火-退火是消除钢件的内在应力和勒化钢件的方法。

退火法是将钢件加热至高於临界温度，然後放入乾灰、石灰、石棉或封闭在炉内，令它慢慢冷却。

硬度（Hardness）-是材料抵抗外物刺入的一种能力。

试验钢铁硬度的最普通方法是用锉刀在工件边缘上锉擦，由其表面所呈现的擦痕深浅以判定其硬度的高低。

这种方法称为锉试法。

这种方法不太科学。

用硬度试验器来试验极为准确，是现代试验硬度常用的方法。

最常用的试验法有洛氏硬度试验洛氏硬度试验机利用钻石冲入金属的深度来测定金属的硬度，冲入深度愈大，硬度愈小。

钻石冲入金属的深度,可从指针指出正确的数字，该数字称为洛氏硬度数。

锻造-是用锤击使金属成为一定形状<

成型>

的方法，当钢件加热达到锻造温度时，可以从事锻造、弯屈、抽拉、成型等操作。

大多数钢材加热至鲜明樱红色时都很易锻造。

脆性-表示金属容易破裂的性质，铸铁的脆性大，甚至跌落地上亦会破裂。

脆性与硬度有密切关系，硬度高的材料通常脆性亦大。

延性-（又称柔软性）是金属受外力永久变形而不碎裂的性质，延性的金属可抽拉成细线。

弹性-是金属受外力变形，当外力消除之後又恢复其原有形状的一种性质。

弹簧钢是极富弹性的一种材料。

硬度-是金属抵抗外物刺入或切削的。

一种能增加钢材硬度常用的方法是淬火。

展性-又称可锻性，是金属延性或柔软性的另一种表示法。

展性是金属接受锤锻或滚轧而变形时不致破裂的一种性质。

韧性-是金属抵受震动或冲击的能力。

韧性与脆性刚好相反。

【导入二】化学元素对钢性能的影响

1、碳（C）：

钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。

碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；

此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。

2、硅（Si）：

在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。

如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。

硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。

在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。

硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。

含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。

硅量增加，会降低钢的焊接性能。

3、锰（Mn）：

在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。

在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。

含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。

锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。

4、磷（P）：

在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。

因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。

5、硫（S）：

硫在通常情况下也是有害元素。

使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。

硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。

所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。

在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

6、铬（Cr）：

在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。

铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。

7、镍（Ni）：

镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。

镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。

但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。

8、钼（Mo）：

钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力（长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变）。

结构钢中加入钼，能提高机械性能。

还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。

在工具钢中可提高红性。

9、钛（Ti）：

钛是钢中强脱氧剂。

它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；

降低时效敏感性和冷脆性。

改善焊接性能。

在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。

10、钒（V）：

钒是钢的优良脱氧剂。

钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。

钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

11、钨（W）：

钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。

钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。

在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。

12、铌（Nb）：

铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。

在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。

铌可改善焊接性能。

在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。

13、钴（Co）：

钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。

14、铜（Cu）：

武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。

铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。

缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。

当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。

15、铝（Al）：

铝是钢中常用的脱氧剂。

钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。

铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。

铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

16、硼（B）：

钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。

17、氮（N）:

氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。

18、稀土（Xt）：

稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。

这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。

钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。

在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨性。

【导入三】什么是镍？

镍是什么意思？

镍是不锈钢价格风向标，那么究竟什么是镍呢？

镍由科朗斯达德（AxelCronstedt）在1751年于瑞典发现。

跟鈷一样，镍的外语名字（nickel），是化学元素之一，化学符号為Ni，原子序数為28，具磁性，属过渡金属。

在自然界，最主要的镍矿是红镍矿（砷化镍）与辉砷镍矿（硫砷化镍）。

古巴是世界上最著名的蕴藏镍矿的国家，在多米尼加也有大量的镍矿。

金属镍主要用于电镀工业，镀镍的物品美观、干净、又不易锈蚀。

极细的镍粉，在化学工业上常用作催化剂。

镍大量用于制造合金。

在钢中加入镍，可以提高机械强度。

如钢中含镍量从2．94％增加到了7.04％时，抗拉强度便由52．2公斤／毫米2增加到72．8公斤／毫米3。

镍钢用来制造机器承受较大压力、承受冲击和往复负荷部分的零件，如涡轮叶片、曲轴、连杆等。

含镍36％、含碳0.3-0．5％的镍钢，它的膨胀系数非常小，几乎不热胀冷缩，用来制造多种精密机械，精确量规等。

含镍46％、含碳0．15％的高镍钢，叫“类铂”，因为它的膨胀系数与铂、玻璃相似，这种高镍钢可熔焊到玻璃中。

在灯泡生产上很重要，可作铂丝的代用品。

一些精密的透镜框，也用这种类铂钢做，透镜不会因热胀冷缩而从框中掉下来。

由67．5％镍、16％铁、15％铬、1．5％锰组成的合金，具有很大的电阻，用来制造各种变阻器与电热器。

钛镍合金具有“记忆”的本领，而且记忆力很强，经过相当长的时间，重复上千万次都准确无误。

它的“记忆”本领就是记住它原来的形状，所以人们称它为“形状记忆合金”。

原来这种合金有一个特性转变温度，在转变温度之上，它具有一种组织结构，而在转变温度之下，它又有另一种组织结构。

结构不同，性能也就不同。

镍具有磁性，能被磁铁吸引。

而用铝、钴与镍制成的合金，磁性更强了。

这种合金受到电磁铁吸引时，不仅自己会被吸过去，而且在它下面吊了比它重六十倍的东西，也不会掉下来。

这样，可以用它来制造电磁起重机。

不锈钢知识

不锈钢（StainlessSteel）指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢，又称不锈耐酸钢。

不锈钢是以不锈、耐蚀性为主要特性，且铬含量至少为10.5%，碳含量最大不超过1.2%的钢。

实际应用中，常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，

而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。

由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐化学介质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。

不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。

一、不锈钢简介

　　铬是使不锈钢获得耐蚀性的基本元素（所有的不锈钢元素都具有一种共同的特性，即铬含量均在10．5％以上），当钢中含铬量达到12％左右时，铬与腐蚀介质中的氧作用，在钢表面形成一层很薄的氧化膜（自钝化膜），可阻止钢的基体进一步腐蚀。

除铬外，常用的合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等，以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。

　　不锈钢通常按基体组织分为：

　　1、铁素体不锈钢。

含铬12％～30％。

其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高，耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。

　　2、奥氏体不锈钢。

含铬大于18％，还含有8％左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。

综合性能好，可耐多种介质腐蚀。

　　3、奥氏体-铁素体双相不锈钢。

兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，并具有超塑性。

4、马氏体不锈钢。

强度高，但塑性和可焊性较差。

二、不锈钢的腐蚀

　　不锈钢为什么也生锈?

当不锈钢管表面出现褐色锈斑（点）的时候，人们大感惊奇就不是不锈钢了，可能是钢质出现了问题。

其实，这是对不锈钢缺乏了解的一种片面的错误看法。

不锈钢在一定的条件下也会生锈的。

不锈钢具有有在含酸、碱、盐的介质中耐腐蚀的能力---即耐蚀性。

但其抗腐蚀能力的大小是随其钢质本身化学组成、加互状态、使用条件及干燥清洁的大气中，有绝对优良的抗锈蚀能力，但将它移到海滨地区，在含有大量盐份的海雾中，钢管则表现良好。

因此，不是任何一种不锈钢在任何环境下都能耐腐蚀不生锈的。

　　不锈钢是靠其表面形成的一层极薄而坚固细密的的继续渗入、继续氧化，而获得抗锈蚀的能力。

一旦有某种原因，这种薄膜遭到了不断地破坏，空气或液体就会不断渗入或金属中铁原子不断地析离出来，形成疏松的氧断地锈蚀。

　　一种不锈钢可在许多介质中具有良好的耐蚀性，但在另外某种介质中，却可能因化学稳定性低而发生腐蚀。

所以说，一种不锈钢不可能对所有介质都耐蚀。

三、不锈钢牌号分组

　　沉淀硬化型【沉淀硬化（析出强化）：

指金属在过饱和固溶体中溶质原子偏聚区和（或）由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而导致硬化的一种热处理工艺。

如奥氏体沉淀不锈钢在固溶处理后或经冷加工后，在400～500℃或700～800℃进行沉淀硬化处理，可获得很高的强度。

即某些合金的过饱和固溶体在室温下放置或者将它加热到一定温度，溶质原子会在固溶点阵的一定区域内聚集或组成第二相，从而导致合金的硬度升高的现象。

】不锈钢，具有有很好的成形性能和良好的焊接性，可作为超高强度的材料在核工业、航空和航天工业中应用。

按成分可分为Cr系（SUS400）、Cr－Ni系（SUS300）、Cr－Mn－Ni（SUS200）及析出硬化系（SUS600）。

常用不锈钢牌号

奥氏体不锈钢：

SUS303、SUS303Se、SUS303Cu、SUS304、SUS304L、SUS310S、SUS316、SUS316L、SUS316N、

铁氏体不锈钢；

SUS430、SUS430F、SUS410、

马氏体不锈钢：

SUS416、SUS420F、SUS420J2、SUS440A、SUS430B、 

沉澱硬化钢:

SUS63017-4PH、17-7PH、1.4542 

双相不锈钢:

329J1、329J1L、 

特殊耐蚀合金:

NS系列、GH系列等材料

●200系列—铬-镍-锰奥氏体不锈钢

200系列常用钢种包括：

AISI201、202、205及印度的J1、J4（含Cu）等成本较304低25%，适用于在弱腐蚀环境的一般用途如器皿、厨具、室内装璜等，其焊接性能较差。

最近美国开发的204Cu（3%Cu），与304级不锈钢相比，其强度更高，冷加工性能更加优异，耐腐蚀性与304级相当，有可能取代304成为应用广泛的不锈钢品种。

●300系列—铬-镍奥氏体不锈钢

　　301—延展性好，用于成型产品。

也可通过机械加工使其迅速硬化。

焊接性好。

抗磨性和疲劳强度优于304不锈钢。

　　302—耐腐蚀性同304，由于含碳相对要高因而强度更好。

　　303—通过添加少量的硫、磷使其较304更易切削加工。

　　304—即18/8不锈钢。

GB牌号为0Cr18Ni9。

　　309—较之304有更好的耐温性。

　　316—继304之後，第二个得到最广泛应用的钢种，主要用于食品工业和外科手术器材，添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。

由于较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来使用。

SS316则通常用于核燃料回收装置。

18/10级不锈钢通常也符合这个应用级别。

　　321—除了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险之外其他性能类似304。

●400系列—铁素体和马氏体不锈钢

400系列发展趋势为添加微量Nb、Ti、Cu、Al改善深冲性、焊接性、耐蚀性、抗菌性及耐高温强度等，可部分取代304级，主要钢种有：

SUS430LX、430JIL、444、445M2、NSS477M1等。

美国和日本已广泛用于汽车排气管（409、410）、洗衣机内筒（430）、餐厨具、家电用品、医疗设备、热水器、屋顶、幕墙、电厂等

　　408—耐热性好，弱抗腐蚀性，11%的Cr，8%的Ni。

　　409—最廉价的型号（英美），通常用作汽车排气管，属铁素体不锈钢（铬钢）。

　　410—马氏体（高强度铬钢），耐磨性好，抗腐蚀性较差。

　　416—添加了硫改善了材料的加工性能。

　　420—“刃具级”马氏体钢，类似布氏高铬钢这种最早的不锈钢。

也用于外科手术刀具，可以做的非常光亮。

　　430—铁素体不锈钢，装饰用，例如用于汽车饰品。

良好的成型性，但耐温性和抗腐蚀性要差。

　　440—高强度刃具钢，含碳稍高，经过适当的热处理後可以获得较高屈服强度，硬度可以达到58HRC，属于最硬的不锈钢之列。

最常见的应用例子就是“剃须刀片”。

常用型号有三种：

440A、440B、440C，另外还有440F（易加工型）。

●500系列—耐热铬合金钢。

●600系列—马氏体沉淀硬化不锈钢。

630—最常用的沉淀硬化不锈钢型号，通常也叫17-4；

17%Cr，4%Ni。

●双相不锈钢

　　双相不锈钢是高铬低镍不锈钢，兼具奥氏体不锈钢的优良韧性和焊接性与铁素体不锈钢的较高屈服强度和耐氯化物应力腐蚀性，目前用量最大为SAF2205。

双相不锈钢发展趋势为减少镍、提高锰及氮。

第二代双相不锈钢的代表为阿维斯塔?

波拉里特公司开发的LDX2101。

耐蚀性相当于316级，强度是304级的2倍，机械性能与2205级相当，潜在应用领域包含：

钢筋、桥梁、桶槽、容器、火车结构、热水器等。

国内外不锈钢牌号的比较

类别

中国

美国

日本

欧洲

马氏体不锈钢

Cr13型

410

SUS410

SAF2301

1Cr17Ni2

431

SUS431

SAF2321

9Cr18

440C

SUS440c

0Cr17Ni4Cu4Nb

17-4PH

SUH630

1Cr12Ni3MoWV

XM32

DIN1.4313

2Cr12MoVNbN

SUH600

2Cr12NiMoWV

SUH616

双相钢

00Cr18Ni5Mo3Si2

S31500

3RE60

00Cr22Ni5Mo3N

S31803

329J3L1

SAF2205

00Cr25Ni6Mo2N

329J1L1R-4

00Cr25Ni7Mo3N

S31260

329J4L

SAF2507

00Cr25Ni6Mo3CuN

S32550

铁素体

0Cr13

410S

SUS410S

奥氏体不锈钢

0Cr18Ni9Ti

321

SUS321

SAF2337

00Cr19Ni10

304L

SUS304L

0Cr17Ni12Mo2