什么是钢?钢是含碳量在0.0218%2.11%之间的

昵称177104 2012-03-21

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什么是钢

　　钢是含碳量在0.0218%-2.11%之间的铁碳合金。我们通常将其与铁合称为钢铁，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。其它成分是为了使钢材性能有所区别。
以下以字母顺序列出重要的钢材，他们包含以下成分：

　　碳（Carbon)　　存在于所有的钢材，是最重要的硬化元素。有助于增加钢材的强度，我们通常希望刀具级别的钢材拥有0.6%以上的碳，也称为高碳钢。

　　铬（Chromium)　　增加耐磨损性，硬度，最重要的是耐腐蚀性，拥有13%以上的认为是不锈钢。尽管这么叫，如果保养不当，所有钢材都会生锈。

　　锰（Manganese）　　重要的元素，有助于生成纹理结构，增加坚固性，和强度、及耐磨损性。在热处理和卷压过程中使钢材内部脱氧，出现在大多数的刀剪用钢材中，除了A-2,L-6和CPM420V。

　　钼（Molybdenum）　　碳化作用剂，防止钢材变脆，在高温时保持钢材的强度，出现在很多钢材中，空气硬化钢（例如A-2,ATS-34）总是包含1%或者更多的钼,这样它们才能在空气中变硬。

　　镍（Nickle）　　保持强度、抗腐蚀性、和韧性。出现在L-6\AUS-6和AUS-8中。

　　硅（Silicon）　　有助于增强强度。和锰一样，硅在钢的生产过程中用于保持钢材的强度。

　　钨（Tungsten）　　增强抗磨损性。将钨和适当比例的铬或锰混合用于制造高速钢。在高速钢M-2中就含有大量的钨。

　　钒（Vanadium）　　增强抗磨损能力和延展性。一种钒的碳化物用于制造条纹钢。在许多种钢材中都含有钒，其中M-2，Vascowear，CPMT440V和420VA含有大量的钒。而BG-42与ATS-34最大的不同就是前者含有钒。

　　磷（Phosphorus）　　是有害元素，降低钢的塑性和韧性，出现冷脆性，能使钢的强度显著提高，同时提高大气腐蚀稳定性，含量应该限制在0.05%以下。

　　硫（Sulfur）　　是有害元素，使钢热脆性大，含量限制在0.05%以下。

　　钢指含碳量小于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。

　　钢的定义　　中华人民共和国国家标准GB/T13304－91《钢分类》描述：“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。”其中的一般是指除铬钢外的其他钢种，部分铬钢的含碳量允许大于2%。含碳量大于2%的铁合金是铸铁。其他国际标准如ISO4948或EN10020中对钢的定义也与此类似。

　　钢的应用历史　　在人类发明炼铁之后不久，就学会了炼钢。由于钢较之最初的生铁有更好的物理、化学、机械性能，所以很快就得到大量的应用。但是由于技术条件的限制，人们对钢的应用一直受到钢的产量的限制，直到十八世纪工业革命之后，钢的应用才得到了突飞猛进的发展。

　　钢的商业应用　　钢可以铸成不锈钢去味皂来出售。不锈钢去味皂是一种用不锈钢打造的特殊钢块，永远不会变小，使用时如同一般香皂的用法，这种不锈钢去味皂来自于德国，它不能去污，但能除臭，沾满腥味的手，用不锈钢去味皂洗过30至40秒，能使腥味消失。

　　钢的分类

　　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%）　

　按化学成份分类

　　(1)碳素钢：a.低碳钢（C≤0.25%）；b.中碳钢（0.25≤C≤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)灼烧可使钢中的碳变为二氧化碳挥发掉，灼烧后钢样品质量会减轻。但灼烧后质量会增多，原因：钢中的铁与氧结合生成四氧化三铁，且含炭少于铁。

　　按成形方法分类：

　　(1)锻钢；(2)铸钢；(3)热轧钢；(4)冷拉钢。

　　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　

　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。

　　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。

　　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。

　　钢的热处理及机械性能指标

　　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,然后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(Tempering)-钢件淬硬后会变脆,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,然后予以急冷。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(Annealing)-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于临界温度,然后放入干灰,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(Forging)-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。能增加钢材硬度常用的方法是淬火。

　　脆性(Brittleness)-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(Ductility)-(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(Flexibility)-是金属受外力变形,当外力消除之后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。

　　展性(Malleability)-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(Toughness)-是金属抵受震动或冲击的能力。韧性与脆性刚好相反。

　　钢材机械性能相关名词解释

　　1.屈服点（σs）　　钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。　　设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs=Ps/Fo(MPa)，MPa称为兆帕等于N（牛顿）/mm2，（MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/mm2）

　　2.屈服强度（σ0.2）　　有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2。

　　3.抗拉强度（σb）　　材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。　　设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度σb=Pb/Fo（MPa）。

　　4.伸长率（δs）　　材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。

　　5.屈强比（σs/σb）　　钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。

　　6.硬度　　硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

　　⑴布氏硬度（HB）　　以一定的载荷（一般3000kg）把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值（HB），单位为公斤力/mm2(N/mm2)。

　　⑵洛氏硬度（HR）　　当HB450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。

根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示：

　　HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。

　　HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。

　　HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。

　　⑶维氏硬度（HV）　　以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值（HV）。