（黑色）金属材料牌号基础知识

碳钢：

1）工业上将金属材料及其合金分为黑色金属和有色金属两大类：黑色金属是指铁和以铁为基的合金（钢、铸铁和铁合金）；有色金属包括除黑色金属以外的所有金属及其合金。

2）铁碳合金中，碳质量分数大于0.02%、小于2.11%的合金称为钢，常用碳钢的质量分数一般都小于1.3%。

3)碳钢分类：

（1）按碳质量分数分：

低碳钢：Wc≤0.25%；

中碳钢：0.25%<Wc≤0.6%；

高碳钢：Wc>0.6%

（2）按钢的质量分：

普通碳素钢：Ws≤0.055%；Wp≤0.045%；

优质碳素钢：Ws≤0.040%；Wp≤0.040%；

高级优质碳素钢：Ws≤0.030%；Wp≤0.035%；

注：钢铁五大元素（C、[Mn、Si称为有益元素或合金元素，对钢有强化作用]、[P、S称为杂质元素]）;H会引起氢脆和引起大量的微裂纹，使钢的延伸率显著下降、O以化合物形式存在，这些杂质化合物会降低钢的性能。钢的有害元素主要有：P、S、H（氢含量甚微）、O。

S会引起热脆性，Mn能减轻S的有害作用（MnS）。S在α-Fe中溶解度极小，在钢中以FeS形式存在。FeS塑性很差，使钢变脆，尤其FeS与Fe形成低熔点（985℃）共晶体，当钢在1000~1200℃温度下进行轧制时，共晶体熔化，钢材变脆，这种现象称为热脆性。

冷脆性：P在钢中全部溶于铁素体，导致钢在室温时的塑性、韧性急剧降低的现象称为冷脆性。

氢脆：氢使钢的塑性下降，脆性增大，且钢的强度越高，对氢脆越敏感。

（3）按钢的用途分：

碳素结构钢：用于制造各种工程构件如桥梁、船舶、建筑构件，以及机器零件如齿轮、轴、连杆等;

碳素工具钢：用于制造各种工具如刃具、量具、模具等。

（4）按钢的冶炼方法分：

平炉钢、转炉钢和电炉钢等。

4)碳钢牌号基础知识：

（1）普通碳素结构钢的含碳量为0.06%~0.38%。一般情况下，在热轧状态下使用，不再进行热处理。但对某些零件，在准确掌握其化学成分的前提下，也可以进行正火、调质、渗碳等处理，以进一步提高其使用性能。

GB/T 700-1988牌号表示方法及规定：

钢的牌号有代表屈服点（屈服强度）的字母，屈服点数值（MPa）、质量等级符号和脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。

例如：Q235-A*F

Q一钢材屈服点“屈”字汉语拼音首字母；

235一屈服点σs≥235MPa；

A一质量等级，分为A、B、C、D，并逐级升高；

F一沸腾钢（脱氧方法）。F为沸腾钢，b为半镇静钢，Z为镇静钢，TZ为特殊镇静钢.Z与TZ可省略不写。

普通碳素结构钢按其屈服点数值（MPa）可分为5种牌号：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275。各种牌号的钢种又依据其质量等级与脱氧方法的不同细分为若干种。

（2）优质碳素结构钢的钢号用平均碳质量分数的万分数的数字表示。例如：钢号“45”表示碳质量分数为0.45%（万分之四十五）的优质碳素结构钢。若钢中锰质量分数较高，则在这类钢号后附加符号Mn，如15Mn、45Mn等。

优质碳素结构钢必须同时保证钢的化学成分和力学性能。由于所含S、P量较少（不大于0.040%），纯洁度、均匀性及表面质量都较好，故优质碳素结构钢的塑性和韧性都较高。

优质碳素结构钢主要用于制造机械零件，故又称机械零件用钢，使用前一般都要进行热处理。

（3）碳素工具钢：

碳素工具钢用于制造各种刃具、模具、量具等，牌号由“碳”或“T”字的后面附以数字组成，数字是以千分数表示的碳质量分数。例如：T8表示平均碳质量分数为0.80%的碳素工具钢。

碳素工具钢需适当热处理后才能加以使用。

5）合金钢的分类：

（1）按所含合金元素总量多少分：低合金钢（合金总量少于5%）、中合金钢（合金总量为5%~10%）和高合金钢（合金总量大于10%）；

（2）按正火或铸造状态的组织类型分：贝氏体钢、马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢和莱氏体钢；

（3）按用途分：合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。

合金结构钢分为：

工程构件用钢:（低合金高强度结构钢）和机器零件用钢（渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、易切钢）；

合金工具钢分为：

刃具钢（低合金刃具钢和高速钢（包括硬质合金））、模具钢（冷作模具钢和热作模具钢（包括塑料模具钢））和量具钢；

特殊性能钢分为：

不锈钢、耐热钢（包括高温合金）、耐磨钢和低温钢。

6）合金钢牌号基础知识

注：合金钢的编号，不同国家的编号方法不同。编号原则是：用简明确切的符号和数字将钢中各组成元素的大致含量表示出来，有的还可以反映钢的性能和用途特征。

（1）合金结构钢的牌号

基本形式为：“两位数字+元素符号+数字+…”，其前两位数字表示平均碳质量分数的万倍（WcX10000）；元素符号后面的数字为该元素平均质量分数的百倍（W_AEX100）,当其W_AE<1.5%时，只标出元素符号，而不标明数字；当平均质量分数W_AE≥1.5%、2.5%、3.5%、4.5%....时应标注为2、3、4、5…..。

例如：18Cr2Ni4W表示平均成分为Wc=0.18%，W_Cr=2%，W_Ni=4%,W_W<1.5%。

若S、P含量达到高级优质钢时，则在钢号后加“A”，如38CrMoAlA；达到特级优质时，在钢号后加“E”。

低合金高强度结构钢的编号规则和普通碳素结构钢相同。

（2）合金工具钢：

编号方法与合金结构钢相似，基本形式为“一位数字（或无数字）+元素符号+数字+…”，其第一位数字表示平均碳质量分数的千倍（WcX1000），而且当平均碳质量分数Wc≥1.0%时，钢号中不标出数字而元素符号以后的内容规定与合金结构钢相同。

例如：9SiCr表示平均成分为Wc=0.9%，W_Si<1.5%，W_Cr<1.5%。

合金工具钢均属于高级优质钢，但钢号后不加“A”。

（3）特殊性能钢：

这类钢中的不锈钢、奥氏体型和马氏体型耐热钢与合金工具钢的编号规则基本一致。但当不锈钢中的Wc<0.09%或Wc≤0.03%时，应分别标出“0”或“00”。

（4）编号例外的钢：

合金结构钢中的滚动轴承钢。在钢号前加“G”（“滚”字汉语拼音首字母），其后数字表示平均铬质量分数的千倍（WcX1000），而平均碳质量分数Wc≥1.0%时不标出。

合金工具钢中的高速钢。如W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等，它们的平均碳质量分数大多小于1.0%，但不标明其数字；而合金元素含量与合金工具钢的编号方法相同。

易切削钢。仅在钢号前加“Y”（“易”字汉语拼音首字母），其中碳和合金元素含量均与结构钢编号法则一致。

例如：Y40CrSCa表示易切削钢的平均成分为Wc=0.4%，W_Cr<1.5%，S、Ca为易切元素（Ws=0.05%~0.3%，W_Ca<0.015%）。

7)热处理工艺路线举例：

一、合金渗碳钢：

（1）普通合金渗碳钢的一般工艺路线：下料一锻造一正火一机加工一渗碳一淬火一低温回火一磨削；

（2）高合金渗碳钢的一般工艺路线：下料一锻造一正火一高温回火一机加工一渗碳一淬火一冷处理一低温回火一磨削；

例如：以20CrMnTi钢制造变速箱齿轮为例，说明其热处理特点。

变速齿轮的技术要求如下：

工艺要求：渗碳层深度0.8~1.2mm；齿轮表面硬度58~60HRC，芯部硬度30~45HRC。

工艺路线：下料一锻造一正火一加工齿形一局部镀铜一渗碳一淬火+低温回火一喷丸一研磨一装配。

喷丸不仅可清除齿轮热处理过程中产生的氧化皮，而且能够使表层发生微量塑性变形而增强压应力，有利于提高疲劳强度；精磨（磨量为0.02~0.05mm）是为了使喷完后的齿面更光洁。

二、合金调质钢：

（1）调质钢的工艺路线：下料一锻造一正火（或退火）一粗加工一调质一精加工一装配。

例如：以40Cr钢制造连杆螺栓，说明生产工艺路线的安排和热处理工艺方法的确定。

热处理工艺路线：下料一锻造一正火一精加工一调质一精加工一装配。

三、滚动轴承钢：

（1）普通轴承的一般工艺路线：轧制或锻造一预备热处理（正火、球化退火）一切削加工一淬火一低温回火一磨削一成品。

（2）精密轴承的一般工艺路线：轧制或锻造一预备热处理（正火、球化退火）一切削加工一淬火一冷处理一低温回火一时效处理一磨削一时效处理一成品。

四、合金工具钢：

高速钢的加工工艺路线：下料一锻造一球化退火一机加工一淬火+三次回火一喷砂一磨削加工。

铸钢和铸铁：

1）铸钢分类：

（1）按化学成分分：铸造碳钢和铸造合金钢；

（2）按用途分类：铸造结构钢、铸造特殊钢（如耐磨钢、不锈钢和耐热钢）和铸造工具钢（如高速钢和模具钢）等。

2）铸造碳素钢：(淬透性低。)

牌号组成：ZG+后面的数字组成；牌号中“ZG”是“铸钢”的汉语拼音首字母。后面的数字分别表示材料的屈服强度和抗拉强度。例如：ZG200-400。（注：旧牌号总，“ZG”后面的数字表示的是平均碳质量分数（以万分数表示））。

碳质量分数是影响铸钢件性能的主要元素，随着碳质量分数的增加，屈服强度和抗拉强度均增加，但抗拉强度比屈服强度增加得更快，碳质量分数超过0.45%时，屈服强度增加很少，而塑性、韧性却显著下降。

3）铸造合金钢：

铸造低合金钢中的合金元素质量分数总量小于5%；铸造高合金钢中的合金元素质量分数总量为10%以上。

4）铸铁：

铸是的碳质量分数大于2.11%的铁碳合金，另外还含有较多的Si、Mn、S、P等元素。

5）铸铁牌号：

（1）灰铸铁牌号：

GB 9439-1988规定，灰铸铁的牌号用“灰铁”两字汉语拼音第一个大写字母“HT”来表示灰铸铁的代号，后续的数字表示的最低抗拉强度σb。例如：HT200。

生产中灰铸铁通常是指普通灰铸铁和孕育灰铸铁，由于其价格相对便宜，是应用最广泛的一类铸铁，其产量几乎占铸铁产量的80%以上。

HT300和HT350为孕育铸铁，有时将HT250也称为孕育铸铁。

注：灰铸铁的抗拉强度与铸件壁厚有关。在同一牌号中，随着铸件壁厚的增加，其抗拉强度（及硬度）下降。（因冷却慢，片状石墨变粗）。

灰铸铁牌号越高，虽然强度也越高，但铸造性能变差，形成缩孔和裂纹等缺陷的倾向增加。

（2）球磨铸铁：

GB/T 1348-1988规定，球磨铸铁的牌号由“QT”（“球”、“铁”两字的汉语拼音首字母）和两组数字组成，前一组数字表示最低抗拉强度σb，后一组数字表示最低延伸率δ。例如：QT500-7。

（3）蠕墨铸铁：

牌号中“RuT”为蠕墨铸铁的代号，后面的一组数字表示最小抗拉强度值。

（4）可锻铸铁：

根据GB/T 9440-1988规定，可锻铸铁的牌号中“KT”是“可铁”两字汉语拼音的首字母，表示可锻铸铁，“KTH”为黑心可锻铸铁，“KTZ”表示珠光体可锻铸铁，“KTB”表示白心可锻铸铁。牌号中有两组数字，其中第一组数字表示最低抗拉强度σb，第二组数字表示最低延伸率δ。

（5）合金铸铁（特殊性能：耐磨、耐热和耐腐蚀等）。

合金铸铁主要分为耐磨铸铁、耐热铸铁和耐腐蚀铸铁三类。

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