钢材的性能和分类

来源:热处理工程师手册作者:袁凤松

  进入青铜时代以来,人类与金属材料及其制品的关系日益密切,可以说没有金属材料就没有人类的物质文明。在人类使用的所有金属材料中,钢铁是使用量最大、使用范围最广泛的基础材料。其主要原因是:

  1、 铁的储藏量仅次于铝,且大多以巨大的铁矿床存在于自然界中;

  2、铁矿石的冶炼和加工与其他金属的生产相比,具有生产规模大、效率高、质量好、成本低等显著的优势;

  3、钢铁具有良好的物理、机械和工艺性能;

  4、将镍、铬、钒、锰等金属作为合金元素加入铁中,可获得具有各种性能的金属材料;

  5、钢铁通过热处理能调整其机械性能,可以满足国民经济各方面的需要;

  6、钢铁具有良好的可回收性。

  尽管钢铁也存在较容易锈蚀、密度较大等缺点,但纵观材料的物理、机械和工艺性能,及其技术性、经济性和可回收性等因素,在人类未来发展的相当长时期内,钢铁的基础原材料地位仍无可替代。

  一、钢材机械性能介绍

  钢铁是以铁为基础,以碳为主要添加元素的铁碳合金。含碳量低于2.11%的铁碳合金称为钢,其他主要元素还有硅、锰、硫、磷等。钢具有良好的物理、机械和工艺性能,主要表现在以下六个方面:

  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。

  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。

  4、伸长率(δs)

  钢材在拉断后,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。

  二、钢材的分类

  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。

  5、综合分类

  1) 普通钢

  a。碳素结构钢、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。

  6、按冶炼方法分类

  7、按金相组织分类