金属基本知识.docx

1、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

2、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

3、主要方法有如下七种：1、按品质分类(1) 普通钢（P0.045%，S0.050%）(2) 优质钢（P、S均0.035%）(3) 高级优质钢（P0.035%，S0.030%）2.、按化学成份分类(1) 碳素钢：a.低碳钢（C0.25%）；b.中碳钢（C0.250.60%）；c.高碳钢（C0.60%）。(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510%）；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）

4、；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

5、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

6、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

7、-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： 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。 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。 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

8、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

9、 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 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（s）为235 MPa的碳素结构钢。 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、

10、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。 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 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。 锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50Mn。 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

11、10b。 3碳素工具钢 钢号冠以“T”，以免与其他钢类相混。 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%。 锰含量较高者，在钢号最后标出“Mn”，例如“T8Mn”。 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 钢号冠以“Y”，以区别于优质碳素结构钢。 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”。 锰含量较高者，亦在钢号后标出“Mn”，例如“Y40Mn”。 5合金结构钢 钢号开头的两位数字表示钢的碳含

12、量，以平均碳含量的万分之几表示，如40Cr。 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。 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

13、中。钒为0.07-0.12%，硼为0.001-0.005%。 高级优质钢应在钢号最后加“A”，以区别于一般优质钢。 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 钢号的表示方法，基本上和合金结构钢相同。 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

14、结构钢相同。 8滚动轴承钢 钢号冠以字母“G”，表示滚动轴承钢类。 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 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。 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。 高速工具钢的钢号一般不标出碳含

15、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 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、0Cr18 Ni9等。 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”。 1

16、2电工用硅钢 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。 字母之后的数字表示铁损值（W/kg）的100倍。 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 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。 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

17、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（s,b,和冷弯）均须保证。 A1 A1钢保证的力学性能（s,b,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 Q

18、215 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

19、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 09MnV 09MnNb 12Mn Q345 1

20、2MnV 16Mn 16MnRE Q390 15MnV 15MnTi 16MnNb Q420 15MnVN 14MnVTiRE 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（

21、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2030m，炉径68m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1314m，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

22、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

23、，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，

24、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

25、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

26、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410SUS410SAF23011Cr17Ni2431SUS431SAF23219

27、Cr18440CSUS440c 0Cr17Ni4Cu4Nb17-4PHSUH630 1Cr12Ni3MoWVXM32 DIN1.43132Cr12MoVNbNSUH600 2Cr12NiMoWV SUH616 双相钢 00Cr18Ni5Mo3Si2S315003RE60 00Cr22Ni5Mo3NS31803329J3L1SAF220500Cr25Ni6Mo2N 329J1L1R-4 00Cr25Ni7Mo3NS31260329J4LSAF250700Cr25Ni6Mo3CuN S32550 特种合金 ZG40Cr25Ni20HK ZG45Ni35Cr27N6KP ZG50N148Cr28W5

28、 ZGN136Cr26Co15W5 ZG10Ni32Cr20Nb ZG45Ni48Cr28W5Co5 铁素体 0Cr13410SSUS410S 00Cr17Ti 00Cr18Mo2Ti 奥氏体不锈钢 0Cr18Ni9Ti321SUS321SAF233700Cr19Ni10304LSUS304L 0Cr17Ni12Mo2316SUS316SAF23430Cr17Ni14Mo2316LSUS312L 00Cr19Ni13Mo3317LSUS317L ZG00Cr19Ni10CF3SCS19A ZG00Cr17Ni14Mo2CF3MSCS16A 0Cr25Ni20310SSUS310S 00Cr20Ni18Mo6CuNS31254 254SMO00Cr20Ni25Mo4.5C