常用金属材料基础知识

第1章：金属材料名称常用基础术语

1．基础术语：
 黑色金属：铁和铁的合金均称为黑色金属。如钢、生铁、铁合金、铸铁等。
  纯   铁：纯度很高的铁，化学纯铁含碳量几乎为零，工业纯铁含碳量<0.05%。纯铁是很软的，一般不应用到实际中。
  铁碳合金：以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。如钢和生铁。
  生   铁：把铁矿石放到高炉中冶炼而成的，含碳量2％～4.3％（也有资料称3.5%—5.5%、2.11%-6.67%）的铁碳合金称为生铁。生铁质硬而脆，缺乏韧性，几乎没有塑性变形能力，因此不能通过锻造、轧制、拉拔等方法加工成形，主要用来炼钢和制造铸件，如白口铁、灰口铁和球墨铸铁。也有习惯上把炼钢生铁叫做生铁，把铸造生铁简称为铸铁。
  白 口 铁：碳以Fe3C形态分布的生铁称为白口铁，其断口呈银白色，质硬而脆，不能进行机械加工，是炼钢的原料，故又称炼钢生铁。
  灰 口 铁：碳以片状石墨形态分布的生铁称为灰口铁，其断口呈银灰色，由于石墨质软并有润滑作用，因而这种生铁具有良好的易切削、耐磨和铸造性能等优点。但是，由于有片状石墨的存在，降低了它的抗拉强度，使它不能锻轧，只能用于制造各种铸件，如铸造机床床座、铁管等。因此，通常把这种生铁叫做铸造生铁。
  球墨铸铁：碳以球状石墨分布则称球墨铸铁，其机械性能、加工性能接近于钢。
  钢：含碳量在0.04%-2.3%之间（也有资料称0.03%-1.2%）的铁碳合金称为钢。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。
  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、铝等。
　　                     

                         

第2章：钢的分类基础知识

1．按品质进行分类
  ①普 通 钢：P≤0.045%   S≤0.050%（如普通碳素结构钢Q195、Q235等）
  ②优 质 钢：P≤0.035%   S≤0.035%（如碳素结构钢20号、45号钢等）
  ③钢：P≤0.035%   S≤0.030%（比钢更，一般在钢号后加A以示区别，如08A等）
2．按化学成份进行分类
1）碳素钢：
  ①低碳钢：C≤0.25%
  ②中碳钢：C≤0.25~0.60%
  ③高碳钢：C≥0.60%
2）合金钢：
  ①低合金钢（合金元素总含量≤5%）；
  ②中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）；
  ③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：
①亚共析钢（铁素体+珠光体）；
②共析钢（珠光体）；
③过共析钢（珠光体+渗碳体）；
④莱氏体钢（珠光体+渗碳体）。
2）正火状态的：
①珠光体钢
②贝氏体钢
③马氏体钢
④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：
①普通碳素结构钢；
②低合金结构钢；
③钢筋钢。
2）结构钢
①机械制造用钢：
Ⅰ调质结构钢；
Ⅱ表面硬化结构钢：包括渗碳钢、渗氨钢、表面淬火用钢；
Ⅲ易切结构钢；(d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。
②弹簧钢
③轴承钢
3）工具钢：
①碳素工具钢；
②合金工具钢；
③高速工具钢。
4）特殊性能钢：
①不锈耐酸钢；
②耐热钢：包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢；
③电热合金钢；
④耐磨钢；
⑤低温用钢；
⑥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
①碳素结构钢：
②低合金结构钢
③特定用途的普通结构钢
2）钢（包括钢）
①结构钢：
Ⅰ碳素结构钢
Ⅱ合金结构钢
Ⅲ弹簧钢
Ⅳ易切钢
Ⅴ轴承钢
Ⅵ特定用途结构钢。
②工具钢：
Ⅰ碳素工具钢
Ⅱ合金工具钢
Ⅲ高速工具钢。
③特殊性能钢：
Ⅰ不锈耐酸钢
Ⅱ耐热钢
Ⅲ电热合金钢
Ⅳ电工用钢
Ⅴ高锰耐磨钢。
8．按冶炼方法分类
1）按炉种分
①平炉钢：
Ⅰ酸性平炉钢
Ⅱ碱性平炉钢。
②转炉钢：
Ⅰ酸性转炉钢
Ⅱ碱性转炉钢
或Ⅰ底吹转炉钢
Ⅱ侧吹转炉钢
Ⅲ顶吹转炉钢。
③电炉钢：
Ⅰ电弧炉钢
Ⅱ电渣炉钢
Ⅲ感应炉钢
Ⅳ真空自耗炉钢
Ⅴ电子束炉钢。
2）按脱氧程度和浇注制度分
①沸腾钢
②半镇静钢
③镇静钢
④特殊镇静钢。
 　　 

第3章：金属材料机械性能基础知识

1．1 金属材料机械性能基础术语：
1）屈服点（σs）：
钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，此时应力不增加或开始有所下降，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zui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/m2）
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*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zui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zui大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度σb= Pb/Fo （MPa）。
4）抗压强度（σlc）
  材料试样受压力时，在压坏前所承受的zui大应力。
5）抗弯强度（σcb）
  材料试样受弯曲力时，在破坏前所承受的zui大应力。
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。
  ①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）。
  ②洛氏硬度（HR）
    当HB>450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*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）。
  ③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）
1．2 力学性能与可成形性及使用性能的关系
  要使钢板获得所需的形状，必须使其*变形，所采取的工艺可以是局部或整体弯曲、深冲、张拉或这些成型方法的组合。
（1）薄钢板的屈服强度表示出成形后的可成形性和强度，对普通碳素钢板的成形，屈服点值过高，常常有可能发生过大的回弹、成形时容易破断，磨具磨损快以及由于塑性不良而出现缺陷。然而材料的屈服点小于140Mpa时，又可能经受不住成形过程中施加的应力，对用于较复杂或复杂成形加工或冲压加工的钢板，通常要求具有比较低的屈服强度值，而且屈服比值愈小，由钢板的成形性能愈好。
（2）中厚板的冷态可成形性与材料的屈服强度和伸长率有直接关系。屈服强度值愈低，产生*变形所需的应力愈小；伸长率值愈高，高的延展性可以允许承受大的变形量而不致断裂。
（3）对用于建筑结构、桥梁及机械结构件的钢板，为防止构件断裂，要求钢板材料具有特点的抗拉强度，而为防止构件变形，又要求钢板材料具有一定的屈服强度，因此对这类用途的钢材都要求规定抗拉强度、屈服强度的zui小值或范围值。
（4）对用于承受冲击负荷变形，例如船舶、桥梁、石油、天然气管线用钢板，为防止其使用中发生脆性断裂，又要求其具有一定足够高的冲击韧性-冲击功值。
 
           
第4章：常用金属材料中各种化学成分对性能的影响

1．生铁：
  生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰、磷和硫等元素。这些元素对生铁的性能均有一定的影响。
  碳（C）：在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳（石墨），主要存在于铸造生铁中，另一种是化合碳（碳化铁），主要存在于炼钢生铁中，碳化铁硬而脆，塑性低，含量适当可提高生铁的强度和硬度，含量过多，则使生铁难于削切加工，这就是炼钢生铁切削性能差的原因。石墨很软，强度低，它的存在能增加生铁的铸造性能。
  硅（Si）：能促使生铁中所含的碳分离为石墨状，能去氧，还能减少铸件的气眼，能提高熔化生铁的流动性，降低铸件的收缩量，但含硅过多，也会使生铁变硬变脆。
  锰（Mn）：能溶于铁素体和渗碳体。在高炉炼制生铁时，含锰量适当，可提高生铁的铸造性能和削切性能，在高炉里锰还可以和有害杂质硫形成硫化锰，进入炉渣。
  磷（P）：属于有害元素，但磷可使铁水的流动性增加，这是因为硫减低了生铁熔点，所以在有的制品内往往含磷量较高。然而磷的存在又使铁增加硬脆性，优良的生铁含磷量应少，有时为了要增加流动性，含磷量可达1.2%。
  硫（S）：在生铁中是有害元素，它促使铁与碳的结合，使铁硬脆，并与铁化合成低熔点的硫化铁，使生铁产生热脆性和减低铁液的流动性，顾含硫高的生铁不适于铸造细件。铸造生铁中硫的含量规定zui多不得超过0.06%（车轮生铁除外）。
2．钢：
2．1元素在钢中的作用
2．1．1 常存杂质元素对钢材性能的影响
    钢除含碳以外，还含有少量锰(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)、氧（O）、氮（N）和氢（H）等元素。这些元素并非为改善钢材质量有意加入的，而是由矿石及冶炼过程中带入的，故称为杂质元素。这些杂质对钢性能是有一定影响，为了保证钢材的质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都作了严格的规定。
1）硫
  硫来源于炼钢的矿石与燃料焦炭。它是钢中的一种有害元素。硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中，FeS和 Fe形成低熔点(985℃)化合物。而钢材的热加工温度一般在1150～1200℃以上，所以当钢材热加工时，由于 FeS化合物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为“热脆"。含硫量愈高，热脆现象愈严重，故必须对钢中含硫量进行控制。钢：S＜0.02%～0.03%；钢：S＜0.03%～0.045%；普通钢：S＜0.055%～0.7%以下。
2）磷
　 磷是由矿石带入钢中的，一般说磷也是有害元素。磷虽能使钢材的强度、硬度增高，但引起塑性、冲击韧性显著降低。特别是在低温时，它使钢材显著变脆，这种现象称"冷脆"。 冷脆使钢材的冷加工及焊接性变坏，含磷愈高，冷脆性愈大，故钢中对含磷量控制较严。钢： P＜0.025%；钢： P＜0.04%；普通钢： P＜0.085%。
3）锰
　 锰是炼钢时作为脱氧剂加入钢中的。由于锰可以与硫形成高熔点(1600℃)的 MnS，一定程度上消除了硫的有害作用。锰具有很好的脱氧能力，能够与钢中的FeO成为MnO进入炉渣，从而改善钢的品质，特别是降低钢的脆性，提高钢的强度和硬度。因此，锰在钢中是一种有益元素。一般认为，钢中含锰量在0.5%～0.8%以下时，把锰看成是常存杂质。技术条件中规定，碳素结构钢中，正常含锰量是0.5%～0.8%；而较高含锰量的结构钢中，其量可达0.7%～1.2%。
4）硅
　 硅也是炼钢时作为脱氧剂而加入钢中的元素。硅与钢水中的FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去，因此硅是一种有益的元素。硅在钢中溶于铁素体内使钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。镇静钢中的含硅量通常在0.1%～0.37%，沸腾钢中只含有0.03%～0.07%。由于钢中硅含量一般不超过0.5%，对钢性能影响不大。
5）氧
　 氧在钢中是有害元素。它是在炼钢过程中自然进入钢中的，尽管在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧，但不可能除尽。氧在钢中以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等夹杂形式，使钢的强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。
6）氮
　 铁素体溶解氮的能力很低。当钢中溶有过饱和的氮，在放置较长一段时间后或随后在200～300℃加热就会发生氮以氮化物形式的析出，并使钢的硬度、强度提高，塑性下降，发生时效。钢液中加入Al、Ti或V进行固氮处理，使氮固定在AlN、TiN或VN中，可消除时效倾向。
7）氢
　 钢中溶有氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。白点常在轧制的厚板、大锻件中发现，在纵断面中可看到圆形或椭圆形的白色斑点；在横断面上则是细长的发丝状裂纹。锻件中有了白点，使用时会发生突然断裂，造成不测事故。因此，化工容器用钢，不允许有白点存在。 氢产生白点冷裂的主要原因是因为高温奥氏体冷至较低温时，氢在钢中的溶解度急剧降低。当冷却较快时，氢原子来不及扩散到钢的表面而逸出，就在钢中的一些缺陷处由原子状态的氢变成分子状态的氢。氢分子在不能扩散的条件下在局部地区产生很大压力，这压力超过了钢的强度极限而在该处形成裂纹，即白点。
2．1．2为了合金化而加入的合金元素，zui常用的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒，钛，铌、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。
1）硅
  ①提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低；
  ②硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比；
  ③耐腐蚀性。硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。
缺点：使钢的焊接性能恶化。
2）锰
  ①锰能提高钢的淬透性。
  ②锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。
  ③锰对钢的高温瞬时强度有所提高。
缺点：
  ①含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；
  ②锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服：
  ③当锰的质量分数超过1％时，会使钢的焊接性能变坏，
  ④锰会使钢的耐锈蚀性能降低。
3）铬在钢中的作用
  ①铬可提高钢的强度和硬度。
  ②铬可提高钢的高温机械性能。
  ③使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性
  ④阻止石墨化
  ⑤提高淬透性。
缺点：
  ①铬是显著提高钢的脆性转变温度
  ②铬能促进钢的回火脆性。
4）镍在钢中的作用
  ①可提高钢的强度而不显著降低其韧性；
  ②镍可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性；
  ③改善钢的加工性和可焊性；
  ④镍可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐蚀。
5）钼在钢中的作用
  ①钼对铁素体有固溶强化作用。
  ②提高钢热强性
  ③抗氢侵蚀的作用。
  ④提高钢的淬透性。
缺点：
  钼的主要不良作用是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。
6）钨在钢中的作用
  ①提高强度
  ②提高钢的高温强度。
  ③提高钢的抗氢性能。
  ④是使钢具有热硬性。因此钨是高速工具钢中的主要合金元素。
7）钒在钢中的作用
  ①热强性。
  ②钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能。
8）钛在钢中的作用
  ①钛能改善钢的热强性，提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度；
  ②并能提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使钢在高压下对氢的稳定性高达600℃以上，在珠光体低合金钢中，钛可阻止钼钢在高温下的石墨化现象。因此，钛是锅炉高温元件所用的热强钢中的重要合金元素之一。
9）铌在钢中的作用
  ①铌和碳、氮、氧都有*的结合力，并与之形成相应的极为稳定的化合物，因而能细化晶粒，降低钢的过热敏感性和回火脆性。
  ②有*的抗氢性能。
  ③铌能提高钢的热强性
10）硼在钢中的作用   ；
  ①提高钢的淬透性。
  ②提高钢的高温强度。强化晶界的作用。
11）铝在钢中的作用
  ①用作炼钢时的脱氧定氮剂，细化晶粒，抑制低碳钢的时效，改善钢在低温时的韧性，特别是降低了钢的脆性转变温度；
  ②提高钢的抗氧化性能。曾对铁铝合金的抗氧化性进行了较多的研究；4％AI即可改变氧化皮的结构，加入6％A1可使钢在980C以下具有抗氧化性。当铝和铬配合并用时，其抗氧化性能有更大的提高。例如，含铁50％一55％、铬30％一35％、铝10％一15％的合金，在1 400C高温时，仍具有相当好的抗氧化性。由于铝的这一作用，近年来，常把铝作为合金元素加入耐热钢中。
  ③此外，铝还能提高对硫化氢和V2O5，的抗腐蚀性。
缺点：
  ①脱氧时如用铝量过多，将促进钢的石墨化倾向。
  ②当含铝较高时．其高温强度和韧性较低。
2．2合金元素对钢的主要工艺性能的影响：
  钢的主要工艺性能有：冷态成型性、切削性、焊接性能、热处理工艺性、铸造性能等
2．2．1 合金元素对钢的冷态成型性的影响
    冷态成型性：冷态成型包括许多不同的冷成型工艺，如深冲、拉延成型和弯曲等。其冷态成型工艺性能优劣涉及被变形材料的成分、组织和冷变形工艺参量（模具形状、变形量、变形速度、润滑条件等）。
  与冷态成型性有关的材料性能参量有：
①低的屈服强度
②高的延伸率
③高的均匀伸长率
④高的加工硬化率（n值），
⑤高的深冲性参量（r值）
⑥适当而均匀的晶粒度；
⑦控制夹杂物的形状和分布；
⑧游离渗碳体的数量和分布。
1）冷轧薄钢板：
  碳：碳含量增加会使拉延能力变坏，因此绝大部分钢板都采用低碳钢。
  锰：锰的影响和碳相似，但适当的含量可以减轻硫的不良作用。
  磷、硅：磷和硅溶于铁素体引起强化并略影响塑性，降低拉延性能。
2）热轧钢板
  选用冲压用热轧钢板时，既要考虑强度要求，也要考虑冲压性能。
  碳：碳是对热轧钢板冲压性能影响zui大的元素。对于冲压用的热轧钢板，一般不宜以增加碳的办法来提高强度，应采用添加合金元素来提高钢的强度。
  硫：硫在钢中形成硫化物夹杂，在轧制中拉长，分割金属基体降低塑性，影响冲压性能。
2．2．2 合金元素对钢的切削加工性的影响
    非金属夹杂物是决定钢的切削性的主要因素。非金属夹杂物的类型、大小、形状、分布和体积百分数不同，对切削性的影响也不同。 为了达到改善钢的切削性的目的，这些非金属夹杂物必须满足下列四个条件：
①在切削运动平面上，夹杂物必须作为应力集中源，从而引起裂纹和脆化切屑的作用。
②夹杂物必须具有一定的塑性，而不致切断金属的塑性流变，从而损害刃具的表面。
③夹杂物必须在刃具的前面与切屑之间形成热量传播的障碍。
④夹杂物必须具有光滑的表面，而不能在刃具的侧面作为磨料。
钢的切削性的提高主要还是通过加入易削添加剂，例如S、P、Pb、Bi、Ca、Se(硒)、Te(碲)等。
● 硫是了解zui清楚和广泛应用的易削添加剂。
  当钢中含足够量的Mn时，S的加入将形成MnS夹杂物。加S的碳钢可以提高切削速度25％或更高，它取决于钢的成分和S的加入量。 约1％体积份额的MnS, 可以使高速钢刃具的磨损速率迅速下降。MnS夹杂物在切削剪切区作为应力集中源，可以起裂纹源的作用，并随后引起切屑断裂。因此，随着MnS体积份额的增加，切屑破断能力得到改善。 MnS夹杂物还可能在切屑刃具表面沉积为MnS薄层，这种薄层可以降低刃具与切屑的摩擦，导致切削温度和切屑力的降低，并减少刃具的磨损或成为热量传播的障碍，从而延长刃具的使用寿命。
● Pb是仅次于S的常用易削添加剂。
  Pb对切削加工性的有益效应，不取决于MnS的存在，因而可以加到低S钢和加S钢中。在不添加S的钢中，Pb以分散的质点形式分布于钢中。在加S钢中，Pb首先与MnS结合。与S相似，Pb可以作为内部润滑剂降低摩擦力，并转过来降低剪切抗力，并减小切屑与刃具的接触面积，从而降低刃具的磨损。
● 近年来许多注意力已经转到通过Ca脱氧生产易削结构钢上。
  通过用Ca-Si和Si-Fe合金控制脱氧，可以形成特定的CaO-MnO-SiO2-Al2O3四元非金属夹杂物，它在机加工时，将在刃具磨损表面沉积为一个薄层（约20μm）。这种薄层是磨损的障碍，因而可延长碳化物刃具的使用寿命。
2．2．3合金元素对钢的焊接性的影响
    钢的焊接性是一个很复杂的工艺性能，因为它既与焊接裂纹的敏感性有关，又与服役条件和试验温度下所要求的韧性有密切。
● 一般认为，高强度低合金钢的焊接性是良好的，并且随含碳量的降低，焊接性得到改善。
● 为此，焊接协会根据统计数据，采用碳当量为比较的基础，由加入的各元素来计算和评定钢材的焊接性能。
  其近似公式如下：
  碳当量 = C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5
  式中：元素符号代表该元素重量百分比。
  碳当量越低，焊接性能越好。
  碳当量≤0.35%，焊接性能良好；碳当量≥0.4-0.5%，焊接就较困难。

 

    
第5章：常用金属材料牌号表示方法

1．生铁：
1．1 炼钢生铁（即白口铁）：
  炼钢生铁按含硅（Si ）量划分铁号, 按含锰（Mn ）量分组，按含磷（P ）量分级，按含硫（S ）量分类。
  具体牌号和标准见下表（根据GB717-82）
铁种    炼钢用生铁
铁号    牌号    炼04    炼08    炼10
   代号    L04    L08    L10
化学成分%    Si    ≤0.45    >0.45-0.85    >0.85-1.25
   Mn    一组    ≤0.30
       二组    >0.30-0.50
       三组    >0.50
   P    一级    ≤0.15
       二级    >0.15-0.25
       三级    >0.25-0.40
   S    特类    ≤0.02
       一类    >0.02-0.03
       二类    >0.03-0.05
       三类    >0.05-0.07
1．2 铸造用生铁（即灰口铁）
　   铸造生铁硅含量为1.25-3.6%。碳多以石墨状态存在。断口呈灰色，质软易切削加工。主要用来生产各种铸铁件原料如床身、箱体等。 铸造用生铁按含硅（Si）量划分铁号，按含锰（Mn）、磷（P）、硫（S）分组、级、类。
  具体牌号和标准见下表（根据YB/ T14 -91）：
铁种    炼钢用生铁
铁号    牌号    铸34    铸30    铸26    铸22    铸18    铸14
   代号    Z34    Z30    Z26    Z22    Z18    Z14
化学成分%    C    >3.3
   Si    >3.20-3.60    >2.80-3.20    >2.40-2.80    >2.00-2.40    >1.60-2.00    >1.25-1.60
   Mn    一组    ≤0.50
       二组    >0.50-0.90
       三组    >0.90-1.30
   P    一级    ≤0.06
   S    一类    ≤0.03
       二类    ≤0.04
1．3 球墨铸铁用生铁：
球墨铸造用生铁也是一种铸造生铁，只是低硫低磷。低硫使碳充分在铁中石墨化。低磷提高生铁的机械性能；主要用于生产性能（机械性能）较好的球墨铸铁件。 球墨用生铁也是按含硅（Si）量划分铁号，按含锰（Mn）、磷（P）、硫（S）分组、级、类。

 

  具体牌号和标准见下表（根据GB1412-85）
铁种    球墨铸铁用生铁
牌号    Q10    Q12    Q16
化学成分%    Si    ≤0.45    >0.45-0.85    >0.85-1.25
   Mn    一组    ≤0.20
       二组    >0.20~0.50
       三组    >0.50~0.80
   P    一级    ≤0.05
       二级    >0.05~0.06
       三级    >0.06~0.08
   S    特类    >0.08~0.10
       一类    ≤0.02
       二类    >0.02~0.03
       三类    >0.03~0.04
2．钢
2．1 我国钢材牌号表示方法概述：
  钢的牌号简称钢号，是对每一种具体钢产品所取的名称。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：
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
屈服点    屈    Q    大写    头
沸腾钢    沸    F    大写    尾
半镇静钢    半    b    小写    尾
镇静钢    镇    Z    大写    尾
特殊镇静钢    特镇    TZ    大写    尾
氧气转炉（钢）    氧    Y    大写    中
碱性空气转炉（钢）    碱    J    大写    中
易切削钢    易    Y    大写    头
碳素工具钢    碳    T    大写    头
滚动轴承钢    滚    G    大写    头
焊条用钢    焊    H    大写    头
（钢）    高    A    大写    尾
特级    特    E    大写    尾
铆螺钢    铆螺    ML    大写    头
锚链钢    锚    M    大写    头
矿用钢    矿    K    大写    尾
汽车大梁用钢    梁    L    大写    尾
压力容器用钢    容    R    大写    尾
多层或高压容器用钢    高层    gc    小写    尾
铸钢    铸钢    ZG    大写    头
轧辊用铸钢    铸辊    ZU    大写    头
地质钻探钢管用钢    地质    DZ    大写    头
续表：
电工用热轧硅钢    电热    DR    大写    头
电工用冷轧无取向硅钢    电无    DW    大写    头
电工用冷轧取向硅钢    电取    DQ    大写    头
电工用纯铁    电铁    DT    大写    头
超级    超    C    大写    尾
船用钢    船    C    大写    尾
桥梁钢    桥    q    小写    尾
锅炉钢    锅    g    小写    尾
钢轨钢    轨    U    小写    头
精密合金    精    J    大写    中
耐蚀合金    耐蚀    NS    大写    头
变形高温合金    高合    GH    大写    头
铸造高温合金        K    大写    头
3）钢中主要化学元素含量（%）采用阿拉伯数字表示。
2．2 我国钢材牌号表示方法分类具体说明：
  在此是以钢材的用途分类作为表示方法分类的基础：
1）碳素结构钢：
表示方法：Q+数字+（质量等级符号）+（脱氧方法符号）+（专门用途的符号）
  ①钢号冠以“Q"，代表钢材的屈服点；
  ②“Q"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235 MPa的碳素结构钢；
  ③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*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zui后附加表示用途的字母。
2）碳素结构钢
表示方法：数字+（元素符号）+（脱氧方法符号）+（专门用途的符号）
  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碳素结构钢应在钢号zui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
表示方法：字母T+数字+（元素符号）+（质量等级符号）

 

  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zui后标出“Mn"，例如“T8Mn"。
  ④碳素工具钢的磷、硫含量，比一般碳素工具钢低，在钢号zui后加注字母“A"，以示区别，例如“T8MnA"。
4）易切削钢
  表示方法：字母Y+数字+（元素符号）
  ①钢号冠以“Y"，以区别于碳素结构钢。
  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
表示方法：（专门用途符号）+数字+主要合金元素符号和数字+微量合金元素符号+（质量等级符号）+（专门用途符号）
  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钢应在钢号zui后加“A"，以区别于一般钢。
  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。例如铆螺的30CrMnSi钢，钢号表示为ML30CrMnSi
6）低合金高强度钢
表示方法：（专门用途符号）+数字+主要合金元素符号和数字+微量合金元素符号+（质量等级符号）+（专门用途符号）
  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zui后标明。例如16Mn钢，用于桥梁的钢种为“16Mnq"，汽车大梁的钢种为“16MnL"，压力容器的钢种为“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
表示方法：
高碳铬轴承钢：字母G+Cr元素符号和数字
渗碳轴承钢：字母G+数字+主要合金元素符号和数字+微量合金元素符号+（质量等级符号）
  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、0Cr18 Ni9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zui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——、E——特级、C——超级，例如DT8A。
普通及机械结构用钢板中常见的日本牌号  

 

2．2华阳公司常用或常见日本钢牌号表示方法和含义：
2．2．1日本钢材（JIS系列）的牌号中普通结构钢主要由三部分组成：
*部分（表示材质：S钢、F铁）+第二部分（表示形状、种类、用途：P表示板，T表示管，K表示工具、S表示结构）+第三部分（表示特征数字，一般为zui低抗拉强度）
如：
1）SS400——*个S表示钢(Steel)，第二个S表示结构（Structure），400为下限抗拉强度400MPa，整体表示抗拉强度为400 MPa的普通结构钢。
2）SPHC——*个S表示钢(Steel)，第二个P表示板（Plate），第三个H表示热（Heat），第四个C表示商业（Commercial），整体表示一般用热轧钢板及钢带。
3）SPHD——*个S表示钢(Steel)，第二个P表示板（Plate），第三个H表示热（Heat），第四个D表示表示冲压（Drawing），整体表示冲压用热轧钢板及钢带。
4）SPHE——*个S表示钢(Steel)，第二个P表示板（Plate），第三个H表示热（Heat），第四个E表示深冲压，整体表示深冲用热轧钢板及钢带。
5）SPCC——*个S表示钢(Steel)，第二个P表示板（Plate），第三个C表示冷（Cold），第四个C表示商业（Commercial），整体表示一般用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国Q195-21牌号。其中需保证抗拉试验时，在牌号末尾加T为SPCCT。
6）SPCD——*个S表示钢(Steel)，第二个P表示板（Plate），第三个C表示冷（Cold），第四个D表示表示冲压（Drawing），整体表示冲压用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08AL（13237）碳素结构钢。
7）SPCE——*个S表示钢(Steel)，第二个P表示板（Plate），第三个C表示冷（Cold），第四个E表示深冲压，整体表示深冲用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08AL（5213）深冲钢。需保证非时效性时，在牌号末尾加N为SPCEN。
  其它表示符号：
  1）冷轧碳素钢薄板及钢带调质代号：退火状态为A，标准调质为S，1/8硬为8，1/4硬为4，1/2硬为2，硬为1。
  2）表面加工代号：无光泽精轧为D，光亮精轧为B。如SPCC-SD表示标准调质、无光泽精轧的一般用冷轧碳素薄板。再如SPCCT-SB表示标准调质、光亮加工，要求保证机械性能的冷轧碳素薄板。
2．2．2JIS机械结构用钢牌号表示方法为：
    *部分（S钢）+第二部分（含碳量：用中间值×100表示）+第三部分（字母代号：字母C表示碳   K表示渗碳用钢）
    如碳结卷板S20C其含碳量为0.18-0.23%。
2．3部分宝钢生产的特注宝钢牌号表示方法：
宝钢1550冷轧产品牌号命名方法
（一）冲压用冷连轧钢带牌号命名方法
1）一般冲压用钢：BLC
B——宝钢（BAOSTEEL）缩写；L——低碳（Low Carbon）；C——一般用（Commercial）
2）抗时效性低屈服钢：BLD
B——宝钢（BAOSTEEL）缩写；L——低碳（Low Carbon）；D——冲压用（Drawing）
3）非时效性极深冲用钢：BUFD（BUSD）
B——宝钢（BAOSTEEL）缩写；U——超级（Ultra）；F——成型（Formability）；
D——冲压（Drawing）
4）非时效性超深冲用钢：BSUFD
B——宝钢（BAOSTEEL）缩写；SU——超（Ultra+Super）；F——成型（Formability）；
D——冲压（Drawing）
（二）冷成型用高强度冷连轧钢带牌号命名方法：B ×××　×　×
B——宝钢（BAOSTEEL）缩写；
×××——zui小屈服点值；
×——一般用V、X、Y、Z表示
V：高强度低合金，屈服点与抗拉强度差值无规定
X：V中屈服点zui小值与抗拉强度zui小值差别70MPa
Y：V中屈服点zui小值与抗拉强度zui小值差别100MPa
Z：V中屈服点zui小值与抗拉强度zui小值差别140MPa
×——氧化物/硫化物夹杂控制（K：镇静、细晶粒；F：K+硫化物控制；O：K、F外）
例：B240ZK、B340VK
（三）抗凹陷性冷连轧钢带牌号命名方法：B ×××　×　×
B——宝钢（BAOSTEEL）缩写
×××——zui小屈服点值
×——强化方式（P：强化；H：烘烤硬化）
×——由1或2表示（1：超低碳；2：低碳）
例：B210P1：深冲压用高强度钢；B250P2：一般加工用含磷高强度钢；B180H1：深冲用烘烤硬化钢。