金属基本知识.docx

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金属基本知识

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、黑色金属是指铁和铁的合金。

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。

　　2、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。

　　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

　　钢是含碳量在0.04%-2.3%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、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）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）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；c.镇静钢；d.特殊镇静钢。

中国钢号表示方法

一、我国钢号表示方法概述

   钢的牌号简称钢号，是对每一种具体钢产品所取的名称，是人们了解钢的一种共同语言。

我国的钢号表示方法，根据国家标准《钢铁产品牌号表示方法》（GB221-79）中规定，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表示。

即：

   ①钢号中化学元素采用国际化学符号表示，例如Si,Mn,Cr……等。

混合稀土元素用“RE”（或“Xt”）表示。

   ②产品名称、用途、冶炼和浇注方法等，一般采用汉语拼音的缩写字母表示，见表。

   ③钢中主要化学元素含量（%）采用阿拉伯数字表示。

表：

GB标准钢号中所采用的缩写字母及其涵义

名称

汉字

符号

字体

位置

名称

汉字

符号

字体

位置

屈服点

屈

Q

大写

头

多层或高压容器用钢

高层

gc

小写

尾

沸腾钢

沸

F

大写

尾

铸钢

铸钢

ZG

大写

头

半镇静钢

半

b

小写

尾

轧辊用铸钢

铸辊

ZU

大写

头

镇静钢

镇

Z

大写

尾

地质钻探钢管用钢

地质

DZ

大写

头

特殊镇静钢

特镇

TZ

大写

尾

电工用热轧硅钢

电热

DR

大写

头

氧气转炉（钢）

氧

Y

大写

中

电工用冷轧无取向硅钢

电无

DW

大写

头

碱性空气转炉（钢）

碱

J

大写

中

电工用冷轧取向硅钢

电取

DQ

大写

头

易切削钢

易

Y

大写

头

电工用纯铁

电铁

DT

大写

头

碳素工具钢

碳

T

大写

头

超级

超

C

大写

尾

滚动轴承钢

滚

G

大写

头

船用钢

船

C

大写

尾

焊条用钢

焊

H

大写

头

桥梁钢

桥

q

小写

尾

高级（优质钢）

高

A

大写

尾

锅炉钢

锅

g

小写

尾

特级

特

E

大写

尾

钢轨钢

轨

U

小写

头

铆螺钢

铆螺

ML

大写

头

精密合金

精

J

大写

中

锚链钢

锚

M

大写

头

耐蚀合金

耐蚀

NS

大写

头

矿用钢

矿

K

大写

尾

变形高温合金

高合

GH

大写

头

汽车大梁用钢

梁

L

大写

尾

铸造高温合金

K

大写

头

压力容器用钢

容

R

大写

尾

   二、我国钢号表示方法的分类说明

   1．碳素结构钢

   ①由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。

它的钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是MPa例如Q235表示屈服点（σs）为235MPa的碳素结构钢。

   ②必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。

质量等级符号分别为A、B、C、D。

脱氧方法符号：

F表示沸腾钢；b表示半镇静钢：

Z表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。

例如Q235-AF表示A级沸腾钢。

   ③专门用途的碳素钢，例如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢号最后附加表示用途的字母。

   2．优质碳素结构钢

   ①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.45%的钢，钢号为“45”，它不是顺序号，所以不能读成45号钢。

   ②锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50Mn。

   ③沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出，例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢，其钢号为10b。

   3．碳素工具钢

   ①钢号冠以“T”，以免与其他钢类相混。

   ②钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。

例如“T8”表示平均碳含量为0.8%。

   ③锰含量较高者，在钢号最后标出“Mn”，例如“T8Mn”。

   ④高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号最后加注字母“A”，以示区别，例如“T8MnA”。

   4．易切削钢

   ①钢号冠以“Y”，以区别于优质碳素结构钢。

   ②字母“Y”后的数字表示碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.3%的易切削钢，其钢号为“Y30”。

   ③锰含量较高者，亦在钢号后标出“Mn”，例如“Y40Mn”。

   5．合金结构钢

   ①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如40Cr。

   ②钢中主要合金元素，除个别微合金元素外，一般以百分之几表示。

当平均合金含量＜1.5%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量，但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字“1”，例如钢号“12CrMoV”和“12Cr1MoV”，前者铬含量为0.4-0.6%，后者为0.9-1.2%，其余成分全部相同。

当合金元素平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3、4……等。

例如18Cr2Ni4WA。

   ③钢中的钒V、钛Ti、铝AL、硼B、稀土RE等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。

例如20MnVB钢中。

钒为0.07-0.12%，硼为0.001-0.005%。

   ④高级优质钢应在钢号最后加“A”，以区别于一般优质钢。

   ⑤专门用途的合金结构钢，钢号冠以（或后缀）代表该钢种用途的符号。

例如，铆螺专用的30CrMnSi钢，钢号表示为ML30CrMnSi。

   6．低合金高强度钢

   ①钢号的表示方法，基本上和合金结构钢相同。

   ②对专业用低合金高强度钢，应在钢号最后标明。

例如16Mn钢，用于桥梁的专用钢种为“16Mnq”，汽车大梁的专用钢种为“16MnL”，压力容器的专用钢种为“16MnR”。

   7．弹簧钢

   弹簧钢按化学成分可分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢两类，其钢号表示方法，前者基本上与优质碳素结构钢相同，后者基本上与合金结构钢相同。

   8．滚动轴承钢

   ①钢号冠以字母“G”，表示滚动轴承钢类。

   ②高碳铬轴承钢钢号的碳含量不标出，铬含量以千分之几表示。

例如GCr15。

渗碳轴承钢的钢号表示方法，基本上和合金结构钢相同。

   9．合金工具钢和高速工具钢

   ①合金工具钢钢号的平均碳含量≥1.0%时，不标出碳含量；当平均碳含量＜1.0%时，以千分之几表示。

例如Cr12、CrWMn、9SiCr、3Cr2W8V。

   ②钢中合金元素含量的表示方法，基本上与合金结构钢相同。

但对铬含量较低的合金工具钢钢号，其铬含量以千分之几表示，并在表示含量的数字前加“0”，以便把它和一般元素含量按百分之几表示的方法区别开来。

例如Cr06。

   ③高速工具钢的钢号一般不标出碳含量，只标出各种合金元素平均含量的百分之几。

例如钨系高速钢的钢号表示为“W18Cr4V”。

钢号冠以字母“C”者，表示其碳含量高于未冠“C”的通用钢号。

   10．不锈钢和耐热钢

   ①钢号中碳含量以千分之几表示。

例如“2Cr13”钢的平均碳含量为0.2%；若钢中含碳量≤0.03%或≤0.08%者,钢号前分别冠以“00”及“0”表示之，例如00Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni9等。

   ②对钢中主要合金元素以百分之几表示，而钛、铌、锆、氮……等则按上述合金结构钢对微合金元素的表示方法标出。

   11．焊条钢

   它的钢号前冠以字母“H”，以区别于其他钢类。

例如不锈钢焊丝为“H2Cr13”，可以区别于不锈钢“2Cr13”。

   12．电工用硅钢

   ①钢号由字母和数字组成。

钢号头部字母DR表示电工用热轧硅钢，DW表示电工用冷轧无取向硅钢，DQ表示电工用冷轧取向硅钢。

   ②字母之后的数字表示铁损值（W/kg）的100倍。

   ③钢号尾部加字母“G”者，表示在高频率下检验的；未加“G”者，表示在频率为50周波下检验的。

   例如钢号DW470表示电工用冷轧无取向硅钢产品在50赫频率时的最大单位重量铁损值为4.7W/kg。

   13．电工用纯铁

   ①它的牌号由字母“DT”和数字组成，“DT”表示电工用纯铁，数字表示不同牌号的顺序号，例如DT3。

   ②在数字后面所加的字母表示电磁性能：

A——高级、E——特级、C——超级，例如DT8A。

   三、部分新老钢号对照

   1、碳结钢新、老标准钢号对照。

   GB700-88新标准系参照采用国际标准ISO630《结构钢》，而GB700-79旧标准主要参照前苏联IOCT380，因此两者的钢号表示方法以及对各钢号所规定的技术要求都不相同，现将新旧标准钢号对照如下。

GB700-88标准

GB700-79标准

钢号

技术条件

钢号

技术条件

Q195

不分等级，其化学成分和力学性能（σs,σb,δ和冷弯）均须保证。

A1

A1钢保证的力学性能（σs,σb,δ和冷弯），B1钢保证的化学成分与Q195相同

对轧制薄板和盘条等产品，其力学性能的保证条件，可根据产品特点和使用要求，在有关标准中另行规定。

B1

A1钢的冷弯试验是附加保证条件

1号钢没有特类钢

Q215

分A、B等级，规定的化学成分和力学性能均须保证

A2

A2钢保证的力学性能，C2钢保证的化学成分及力学性能，与Q215钢基本相同

Q215A不作冲击试验

C2

Q215B须作室温冲击试验，用V型缺口试样

Q235

分A、B、C、D等级，规定的化学成分和力学性能均须保证

A3

A3钢保证的力学性能，C3钢保证的化学成分及力学性能，与Q235钢基本相同

Q235A不作冲击试验

C3

A3钢附加保证常温冲击试验，用U型缺口试样

Q235B须作室温冲击试验，用V型缺口试样

C3钢附加保证常温或-20OC冲击试验，试样同上

Q235C、Q235D用于重要焊接结构，前者于0OC作冲击试验，后者于-20OC作冲击试验，试样，试样同上

Q255

分A、B等级，规定的化学成分和力学性能均须保证

A4

A4钢保证的力学性能，C4钢保证的化学成分及力学性能，与Q255钢基本相同

Q255A不作冲击试验

C4

C4钢附加保证冲击试验，用U型缺口试样

Q255B须作室温冲击试验，用V型缺口试样

Q275

不分等级，规定的化学成分和力学性能均须保证

C5

C5钢保证的化学成分及力学性能，与Q275钢基本相同

   2、低合金钢目前采用GB/T1591-94代替1591-88，现将部分新老钢号对照如下：

GB/T1591-94

GB1591-88

Q295

09MnV09MnNb12Mn

Q345

12MnV16Mn16MnRE

Q390

15MnV15MnTi16MnNb

Q420

15MnVN14MnVTiRE

钢的来源

　　钢的源头是铁矿砂，即铁元素（Fe）在自然界中的存在形式，纯粹的铁在自然界中是不存在的，铁矿砂主要分为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿三种，这些都是铁的氧化物，不同之处在于它们的氧化方式。

铁矿砂中的含铁量越高越好，理论上铁矿砂中的最高含铁量在72%左右，含铁量在60%以上称为富铁矿。

铁矿砂先在熔炉内还原成铁（铣铁），再送入炼钢炉内脱碳精炼成钢，废钢也可在炼钢炉熔炼再生。

一般钢铁依使用用途制成性质、形状各异的商品，既所谓的钢铁制品。

通常钢铁制品是将铁矿石还原，熔解成铣铁（炼铣），铣铁精炼成钢（炼钢），钢再轧延、加工后制成各种钢铁制品，广义的钢铁制品包含铸铁、铸钢、锻造钢品及钢材加工的制品

　　炼　铣

　　铁矿砂在熔炉（高炉）中提炼成铁的过程称为炼铣。

熔炉外部由钢板铸造而成，内部衬耐火砖。

高度20~30m，炉径6~8m形状的炉称为高炉（铣铁日产超过一万吨的大型高炉炉床直径13~14m，炉高100m以上）。

炼铣时，自高炉上方将铁矿砂、焦炭、石灰石等交互投入，热风炉加热过的空气由高炉下部风口吹入，炉内焦炭燃烧生成1500。

C高温，产生一氧化碳（CO）炉气自炉中上升，一氧化碳把铁矿砂还原；炼成的铣铁自炉下方出铣口流出，由混铣炉暂贮并运到炼钢工场，或用盛桶装熔铣注入形状似猪槽的铸模内。

　　炼　钢

　　高炉熔出的铣铁碳含量高（C含量3%以上），硅（Si）、磷（P）、硫（S）等不纯物多，产品既硬且脆。

把杂质减低炼成强韧性质的钢制品，此过程称为炼钢。

炼钢原料除铣铁、废钢外，还有去除不纯物用的熔剂，生石灰、萤石，脱氧剂合金铁等，使钢的品质提高。

炼钢方法主要有转炉、电炉、平炉三种，随炼钢炉种类不同使用的原料各异，转炉用以熔铣，电炉以废钢为主原料，平炉使用铣铁和废钢。

　　炼钢法

　　电炉炼钢法电气炉如锅子形状，由炉盖、炉壁、炉床三部分构成，外侧是厚铁板制成，内侧有冷却水管，炉床筑耐火砖与耐火材料，炉体可以前后倾动，炉盖中央有电极垂直插入，可自动调整升降，电极的弧光高热溶解废钢，进行氧化、还原精炼成优质钢品，电气炉又有直流（DC）与交流（AC）两种，直流电炉使用电极一支，交流电炉三支，所以直流电炉电极单位耗用量较低，溶解热效率较好，噪音低。

　　转炉炼钢法：

转炉以熔铣为主原料，精炼时间短，几乎不需燃料，可降低成本，高炉溶解的熔铣置入转炉后吹入高压氧气，将铣铁中的碳素与其它不纯物氧化燃烧去除，可提炼出纯度高的钢，吹氧方式有顶吹、底吹、顶底吹三种。

　　平炉炼钢法：

平炉是平船底形状的反射炉，加入铣铁、废钢、石灰石用燃料加热溶解，以氧气或氧化铁把铣铁中的碳（C）和硅（Si）磷（P）等氧化去除，精炼完成加入硅铁、锰铁、铝去除钢液中的氧气、氮气，炼钢时间较长。

近年此法逐渐消失被转炉取代。

连续铸造：

熔钢不能直接作轧延，必须造块（现已几乎消失）或由连续铸造方式作成扁钢胚、大纲胚、小钢胚等半成品，连铸设备有垂直形、弯曲形、水平形式，设备有分钢槽、铜模、冷却装置、矫直机、引拔机、切断装置等，钢液由盛钢桶流出熔钢到分钢槽，依模型铸成制品，可以冷却后再加热轧延，连铸后不等冷却直接轧延的方法已被采用，能节省能源降低成本。

316和316L不锈钢

　　316和317不锈钢（317不锈钢的性能见后）是含钼不锈钢种。

317不锈钢中的钼含量略高明于316不锈钢.由于钢中钼，该钢种总的性能优于310和304不锈钢，高温条件下，当硫酸的浓度低于15％和高于85％时，316不锈钢具有广泛的用途。

316不锈钢还具有良好的而氯化物侵蚀的性能，所以通常用于海洋环境。

　　316L不锈钢的最大碳含量0.03,可用于焊接后不能进行退火和需要最大耐腐蚀性的用途中

　　耐腐蚀性

　　耐腐蚀性能优于304不锈钢，在浆和造纸的生产过程中具有良好的耐腐蚀的性能。

而且316不锈钢还耐海洋和侵蚀性工业大气的侵蚀。

　　耐热性

　　在1600度以下的间断使用和在1700度以下的连续使用中，316不锈钢具有好的耐氧化性能。

在800-1575度的范围内，最好不要连续作用316不锈钢，但在该温度范围以外连续使用316不锈钢时，该不锈钢具有良好的耐热性。

316L不锈钢的耐碳化物析出的性能比316不锈钢更好，可用上述温度范围。

　　热处理

　　在1850-2050度的温度范围内进行退火，然后迅速退火，然后迅速冷却。

316不锈钢不能过热处理进行硬化。

　　焊接

　　316不锈钢具有良好的焊接性能。

可采用所有标准的焊接方法进行焊接。

焊接时可根据用途，分别采用316Cb、316L或309Cb不锈钢填料棒或焊条进行焊接。

为获得最佳的耐腐蚀性能，316不锈钢钢的焊接断面需要进行焊后退火处理。

如果使用316L不锈钢，不需要进行焊后退火处理。

　　典型用途

纸浆和造纸用设备热交换器、染色设备、胶片冲洗设备、管道、沿海区域建筑物外部用材料。

不锈钢、特殊合金牌号与美国、日本、欧洲对照表

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

特种合金

ZG40Cr25Ni20

HK

ZG45Ni35Cr27N6

KP

ZG50N148Cr28W5

ZGN136Cr26Co15W5

ZG10Ni32Cr20Nb

ZG45Ni48Cr28W5Co5

铁素体

0Cr13

410S

SUS410S

00Cr17Ti

00Cr18Mo2Ti

奥氏体不锈钢

0Cr18Ni9Ti

321

SUS321

SAF2337

00Cr19Ni10

304L

SUS304L

0Cr17Ni12Mo2

316

SUS316

SAF2343

0Cr17Ni14Mo2

316L

SUS312L

00Cr19Ni13Mo3

317L

SUS317L

ZG00Cr19Ni10

CF3

SCS19A

ZG00Cr17Ni14Mo2

CF3M

SCS16A

0Cr25Ni20

310S

SUS310S

00Cr20Ni18Mo6CuN

S31254

254SMO

00Cr20Ni25Mo4.5C