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常用金属材料基础知识

发布时间: 2007-10-24  点击次数: 9500次
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)。
  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有极好的抗氢性能。
  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。

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