常见工业用钢的性能及用途
一、结构钢
结构钢按用途分为工程构件用钢和机器零件用钢两大类。
1．工程构件用钢
工程构件用钢是应用较广泛的钢种之一，用于国防、化工、石油、电站、车辆、造船、桥梁、建筑等国民经济部门，制造各种重要构件。此类钢的发展历程大体经历如下几个阶段：
①．最初，钢构件以铆接为主，设计依据是抗拉强度，很少考虑屈服强度、韧性和可焊性。一般含碳量较高，约为0.3%。
②．当焊接技术普遍应用后，要求钢的可焊性好，同时要保证一定的强度，故钢的含碳量降低，含锰量增加。
③．针对焊接件出现脆性断裂，在钢中加入晶粒细化剂（如AlN），使钢的性能得到改善，屈服应力由225MPa提高到300 MPa，脆性转化温度降至0℃以下，从而提高了焊接件抗脆性断裂的能力。
④．在保持低碳、高锰、细晶的条件下，利用析出强化相进一步提高钢的屈服强度，通常加入Nb、V、Ti等合金元素。
⑤．利用微合金化技术，对钢进行控制轧制，降低终轧温度，可使钢的屈服强度达到450~500MPa，脆性转化温度下降到‐80℃。
工程构件用钢的成分要求为：在含碳量小于0.25%的碳钢中，加入微量的V、Ti、Nb、Zr、Ca、RE等元素。其性能要求为：高的弹性极限、刚度、可焊性和冷变形性，好的耐大气、水腐蚀性，低的屈强比бs/бb以防脆断。工程构件用钢包括普通碳素构件用钢和普通低合金构件用钢。
（1）普通碳素工程构件用钢
普通碳素工程构件用钢简称普碳钢，产量约占钢总产量的70%，其中大部分用作机器零件。由于普碳钢易于冶炼、价格低廉，性能也基本满足了一般工程构件的要求，所以在工程上用量很大。
为了满足工艺性能和使用性能的要求，含碳量一般均较低。普碳钢通常以热轧状态供应，一般不经热处理强化，只保证机械性能及工艺性能便可。其中的Q195、Q215有较高的延伸率，易于加工，常用做螺钉、炉体部件、农业机械等。Q235～Q275具有较高的强度和硬度，延伸率也较大，大量用做建筑结构，轧制成工字钢、槽钢、角钢、钢板、钢管及其它各种型材。而Q235钢J既有较高的塑性又有适中的强度，成为应用最广泛的一种普通碳素构件用钢，即可用做较重要的建筑构件、车辆及桥梁等的各种型材，又可用于制做一般的机器零件，也可进行热处理。
此外尚有一些专门用钢，如造船钢、桥梁钢、压力容器钢等。它们除严格要求规定的化学成分和机械性能外，还规定某些特殊的性能检验和质量检验项目，例如低温冲击韧性、时效敏感性、气体、夹杂和断口等。专门用钢一律为镇静钢。
（2）低合金高强度钢
低合金高强度钢是一种含有少量合金元素，具有较高强度的构件用钢，由于强度高，所以1吨低合金高强度钢可顶1.2~2.0吨普碳钢使用，从而可减轻构件重量，提高使用的可靠性并节约钢材。这类钢主要用来制造各种要求强度较高的工程结构，例如船舶、车辆、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。它在建筑、石油、化工、铁道、造船、机车车辆、锅炉容器、农机农具等许多部门得到广泛的应用。
常用低合金高强度钢按其屈服强度的高低分为6个级别（300MPa、350 MPa、400 MPa、450 MPa、500 MPa、550~650 MPa），如表7-1所示。
在较低级别的钢中，16Mn最具有代表性。16Mn是二十世纪三十年代发展起来的世界上第一种低合金高强度钢，它属于350 MPa级别，它是目前我国用量最多，产量最大的一种低合金高强度钢。与300MPa级别的12Mn钢相比，由于C%和Mn %均稍有增加，所以强度指标也提高了。在这类钢中，还有16Mn的派生钢种，16MnRe、16MnCu等，Re的主要作用是提高塑性和韧性，提高疲劳强度，降低冷脆转变温度，Cu的主要作用是通过钝化提高耐蚀性。这类钢多用于船舶、车辆、桥梁等大型钢结构。
对400MPa级的15MnV、15MnTi等其含碳量与16Mn相当，但由于加入钒、铌、钛，能细化晶粒、产生第二相强化，使屈服强度提高，主要用于大型结构、中压容器等。
对450MPa级的15MnVN、14MnVTiRe等，由于钒、氮起细化晶粒和第二相强化作用，稀土又起净化晶界作用，提高塑、韧性，因此强化效果比15MnV、15MnTi还好。
300~450MPa级的普低钢均是在热轧状态下或在正火状态使用，组织为铁素体+珠光体（少量）。
钢中加入钼和微量硼，可推迟奥氏体冷却时的铁素体析出，而对贝氏体转变则影响不大，因此在正火后得到贝氏体组织，屈服强度达500MPa级，这类钢如18MnMoNb、14MnMoVBRe，由于焊接性好，广泛用于石油化工、中温高压容器等。
对于14CrMnMoVB，正火后得到贝氏体组织，然后再高温回火，以稳定组织，消除内应力，提高塑性和韧性。这种钢适于制造400~500℃的锅炉、高压容器等。
（3）工程结构用钢的发展趋势
低合金高强度钢由于其强度高，韧性和加工性能优异，合金元素耗量少，并且不需进行复杂的热处理，已越来越受到重视。目前，这类钢发展趋势是：
a）通过微合金化与合理的轧制工艺结合起来，实行控制轧制，以达到更高的强度。在钢中加入少量的微合金化元素，如V、Ti、Nb 等，通过控制轧制时的再结晶过程，使钢的晶粒细化，达到既提高强度又改善塑韧性的最佳效果。
b）通过合金化改变基体组织，提高强度。在钢中加入较多的其它元素，如Cr、Mn、Mo、Si、B
等，使钢在热轧空冷的条件下即可得到贝氏体组织，甚至马氏体组织。这种马氏体在冷却过程中可发生自回火过程，甚至不需要专门进行回火。
c）超低碳化。为了保证韧性和焊接性能，含碳量进一步降低，甚至降到PPM级，此时必须采用真空冶炼，或真空去气的先进冶炼工艺。
我国由于微合金化元素资源十分丰富，所以低合金高强度钢在我国具有极其广阔的发展前景。
2．机器零件用钢
指用于制造各种机器零件、如轴类零件、齿轮、弹簧和轴承等所用的钢种，也称为机器制造用钢。
机器零件用钢对机械性能的要求是多方面的，不但要求钢材具有高的强度、塑性和韧性，而且要求钢材具有良好的疲劳强度和耐磨性。机器零件用钢一般都经过热处理后使用。此外，机器零件用钢还要求具有良好的工艺性能，主要指切削加工性能和热处理工艺性能。机器零件用钢包括优质碳素结构钢和合金结构钢。
按用途不同，分为渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、耐磨钢等。
（1）渗碳钢
a）渗碳钢的工作条件及对性能的要求
渗碳钢常用在受冲击和磨损条件下工作的一些机械零件，如汽车、拖拉机上的变速齿轮、内燃机上的凸轮、活塞销等，要求表面硬、耐磨，而零件心部则要求有较高的韧性和强度以承受冲击。通常尺寸小的、受力小的，采用低碳钢，而尺寸大的、受力大的则采用低碳合金钢。
b）渗碳钢的成分和钢种
常用的渗碳钢钢号、热处理工艺、力学性能及用途见表7-2。
为了满足“外硬内韧”的要求，这类钢一般都采用低碳钢，含碳量为0.1~0.25%，经过滲碳后，零件的表面变为高碳的，而心部仍是低碳的，通过淬火+低温回火后使用。零件表面组织为回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体，硬度达HRC58~62，满足耐磨的要求，而心部的组织是低碳马氏体，保持较高的韧性，满足承受冲击载荷的要求。对于大尺寸的零件，由于淬透性不足，零件的心部淬不透，仍保持原来的珠光体+铁素体组织；这时由于是低碳的，组织中铁素体占比
例很大，因而韧性指标比较高，能满足“外硬内韧”的要求。
按照渗碳钢的淬透性大小，可分为三类：
①．低淬透性渗碳钢。典型钢种为20Cr，这类钢水淬临界直径<25mm，渗碳淬火后，心部强韧性较低，只适于制造受冲击载荷较小的耐磨零件，如活塞销、凸轮、滑块、小齿轮等。
②．中淬透性渗碳钢。典型钢种为20CrMnTi，这类钢油淬临界直径约为25～60mm，主要用于制造承受中等载荷、要求足够冲击韧性和耐磨性的汽车、拖拉机齿轮等零件。
③．高淬透性渗碳钢。典型钢种为20Cr2Ni4A，这类钢的油淬临界直径>100mm，主要用于制造大截面、高载荷的重要耐磨件，如飞机、坦克中的曲轴、大模数齿轮等。
c）渗碳钢的热处理
渗碳钢的热处理规范一般是渗碳后进行直接淬火（一次淬火或二次淬火），而后低温回火。碳素渗碳钢和低合金渗碳钢，经常采用直接淬火或一次淬火，而后低温回火；高合金滲碳钢则采用二次淬火和低温回火处理。
下面以应用广泛的20CrMnTi钢为例，分析其热处理工艺规范。20CrMnTi钢齿轮的加工工艺路线为：下料→锻造→正火→加工齿形→滲碳，预冷淬火→低温回火→磨齿。正火作为预备热处理其目的是改善锻造组织；调整硬度（HB170~210）便于机加工，正火后的组织为索氏体+铁素体。最终热处理为滲碳后预冷到875℃直接淬火+低温回火，预冷的目的在于减少淬火变形，同时在预冷过程中，滲层中可以析出二次滲碳体，在淬火后减少了残余奥氏体量。最终热处理后其组织由表面往心部依次为回火马氏体+颗粒状碳化物+残余奥氏体→回火马氏体+残余奥氏体→……。而心部的组织分为两种情况，在淬透时为低碳马氏体+铁素体；未淬透时为索氏体+铁素体。
20CrMnTi钢经上述处理后可获得高耐磨性滲层，心部有较高的强度和良好的韧性，适宜制造承受高速中载并且抗冲击和耐磨损的零件。如汽车、拖拉机的后桥和变速箱齿轮、离合器轴、伞齿轮和一些重要的轴类零件。
（2）调质钢
a）调质钢的工作条件及对性能的要求
采用调质处理，即淬火+高温回火后使用的优质碳素钢和合金结构钢，统称为调质钢。淬火后得到位错与孪晶马氏体的混合组织，以及残余奥氏体和碳化物。高温回火后，由于马氏体分解，碳化物弥散析出，残余奥氏体转变，内应力消除，最终得到回火索氏体组织，综合力学性能好，用于受力较复杂的重要结构零件。如汽车后桥半轴、连杆、螺栓以及各种轴类零件。对于截面尺寸大的零件，为保证有足够的淬透性，就要采用合金调质钢。
b）调质钢的成分特点和钢种
调质钢的含碳量在0.30~0.50%之间，属中碳钢，含碳量在这一范围内可保证钢的综合性能，含碳量过低，则影响钢的强度指标，含碳量过高则韧性显得不足。一般碳素调质钢的含碳量偏上限，对于合金调质钢，随合金元素的增加，含碳量趋于下限。
调质钢在机械制造中应用十分广泛，常用调质钢的钢号、热处理工艺、力学性能及用途见表7-3。
按淬透性的高低，调质钢大致可以分为三类：
①．低淬透性调质钢。典型钢种是40Cr，这类钢的油淬临界直径最大为30～40mm，广泛用于制造一般尺寸的重要零件，如轴、齿轮、连杆螺栓等。35SiMn、40MnB是为节约铬而发展的代用钢种。
②．中淬透性调质钢。典型钢种为40CrNi，这类钢的油淬临界直径最大为40～60mm，含有较多的合金元素，用于制造截面较大、承受较重载荷的零件，如曲轴、连杆等。
③．高淬透性调质钢。典型钢种为40CrNiMoA，这类钢的油淬临界直径为60～100mm，多半为铬镍钢。铬、镍的适当配合，可大大提高淬透性，并能获得比较优良的综合机械性能。用于制造大截面、承受重负荷的重要零件，如汽轮机主轴、压力机曲轴、航空发动机曲轴等。
c）调质钢的热处理
对于调质钢来说，由于加入合金元素种类及数量多少的差异，使这类钢在热加工以后的组织相差很大。含合金元素少的钢，正火后组织多为珠光体+少量铁素体而合金元素含量高的钢则为马氏体组织，所以调质钢的热轧组织可分为珠光体型和马氏体型两种。
调质钢预备热处理的目的是为了改善热加工造成的晶粒粗大和带状组织，获得便于切削加工的组织和性能。对于珠光体型调质钢，在800℃左右进行一次退火代替正火，可细化晶粒，改善
切削加工性。对马氏体型调质钢，因为正火后，可能得到马氏体组织，所以必须再在Ac1以下进行高温回火，使其组织转变为粒状珠光体。回火后硬度可由HB380~550降至HB207~240，此时可顺利进行切削加工。
调质钢的最终热处理可根据不同钢号的临界点确定加热温度（一般在850℃左右），然后淬火、回火，回火温度依对钢的性能要求而定。当要求钢有良好的强韧性配合时，即具有良好综合机械性能，必须进行500~650℃之间的高温回火（调质处理）。当要求零件具有特别高的强度（бb=1600~1800MPa）时，采用200℃左右回火，得到中碳马氏体组织。这也是发展超高强度钢的重要方向之一。
以40Cr钢为例，分析其热处理工艺规范。40Cr作为拖拉机上的连杆、螺栓，其工艺路线为：下料→锻造→退火→粗机加工→调质→精机加工→装配。在工艺路线中，预备热处理采用退火（或正火），其目的是改善锻造组织，消除缺陷，细化晶粒；调整硬度、便于切削加工；为淬火做好组织准备。调质工艺采用830℃加热、油淬、得到马氏体组织，然后在525℃回火，为防止第二类回火脆性，在回火的冷却过程中采用水冷，最终使用状态下的组织为回火索氏体。
（3）弹簧钢
a）弹簧钢的工作条件及对性能的要求
弹簧是各种机器和仪表中的重要零件。它是利用弹性变形吸收能量以缓和振动和冲击，或依靠弹性储存能量来起驱动作用。因此，要求制造弹簧的材料具有高的弹性极（即具有高的屈服点或屈强比），高的疲劳极限与足够的塑性和韧性。
b）弹簧钢的成分特点和钢种
弹簧钢含碳量一般为0.45~0.70%。含碳量过高，塑性和韧性降低，疲劳极限也下降。可加入的合金元素有锰、硅、铬、矾和钨等。加入硅、锰主要是提高淬透性，同时也提高屈强比，其中硅的作用更为突出。硅、锰元素的不足之处是硅会促使钢材表面在加热时脱碳，锰则使钢易于过热。因此，重要用途的弹簧钢必须加入铬、矾、钨等。它们不仅使钢材有更高的淬透性，不易脱碳和过热，而且有更高的高温强度和韧性。
常用弹簧钢的钢号、热处理工艺、力学性能及用途见表7-4。
c）弹簧钢的热处理
根据弹簧钢的生产方式，可分为热成型弹簧和冷成型弹簧两类，所以其热处理也分为两类。
对于热成形弹簧，一般可在淬火加热时成形，然后淬火+中温回火，获得回火屈氏体组织，具有很高的屈服强度和弹性极限，并有一定的塑性和韧性。
对于冷成形弹簧，通过冷拔（或冷拉）、冷卷成型。冷卷后的弹簧不必进行淬火处理，只需要进行一次消除内应力和稳定尺寸的定型处理，即加热到250～300℃，保温一段时间，从炉内取出空冷即可使用。钢丝的直径越小，则强化效果越好，强度越高，强度极限可达1600MPa以上，而且表面质量很好。
如果弹簧钢丝直径太大，如φ>15mm，板材厚度h>8mm，会出现淬不透现象，导致弹性极限下降，疲劳强度降低，所以弹簧钢材的淬透性必须和弹簧选材直径尺寸相适应。
弹簧的弯曲应力、扭转应力在表面处最高，因而它的表面状态非常重要。热处理时的氧化脱碳是最忌讳的，加热时要严格控制炉气，尽量缩短加热时间。
弹簧经热处理后，一般进行噴丸处理，使表面强化并在表面产生残余压应力，以提高疲劳强度。
（4）滚动轴承钢
a）滚动轴承钢的工作条件及对性能的要求
用于制造滚动轴承的钢称为滚动轴承钢。滚动轴承是一种高速转动的零件，工作时接触面积很小，不仅有滚动摩擦，而且有滑动摩擦，承受很高、很集中的周期性交变载荷，所以常常是接触疲劳破坏。因此要求滚动轴承钢具有高而均匀的硬度，高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的韧性和淬透性，一定的抗腐蚀能力。
b）滚动轴承钢的成分特点及钢种
滚动轴承钢是一种高碳低铬钢，含碳量为0.95%~1.10%，含铬量为0.4%~1.65%。高碳为保证有高的淬硬性，同时可形成铬的碳化物强化相。铬的主要作用是增加钢的淬透性,使淬火、回火后整个截面上获得较均匀的组织。铬可形成合金渗碳体（Fe·Cr）3C，加热时降低过热敏感性，得到细小的奥氏体组织。溶入奥氏体中的铬，又可提高马氏体的回火稳定性。高碳低铬的滚动轴承钢，经正常热处理后获得较高且均匀的硬度、强度和较好的耐磨性。对大型滚动轴承，其材料成分中需加入Si、Mn等元素，进一步提高淬透性，适量的Si（0.4%~0.6%）还能明显地提高钢的强度和弹性极限。滚动轴承钢是高级优质钢，成分中的硫含量小于0.015%,磷含量小于0.025%,最好用电炉冶炼，并用真空除气。
常用滚动轴承钢的钢号、热处理工艺、力学性能及用途见表7-5。
从化学成分看，滚动轴承钢属于工具钢范畴，所以这类钢也经常用于制造各种精密量具、冷冲模具、丝杠、冷轧辊和高精度的轴类等耐磨零件。
c）滚动轴承钢的热处理
滚动轴承钢的预备热处理是球化退火，钢经下料、锻造后的组织是索氏体+少量粒状二次滲碳体，硬度为HB255~340，采用球化退火的目的在于获得粒状珠光体组织，调整硬度（HB207~229）便于切削加工及得到高质量的表面。一般加热到790~810℃烧透后再降低至710~720℃保温3~4h，使组织全部球化。
滚动轴承钢的最终热处理为淬火+低温回火，淬火切忌过热，淬火后立即回火，经150~160℃
回火2~4h，以去除应力，提高韧性和稳定性。滚动轴承钢淬火、回火后得到极细的回火马氏体；分布均匀细小的粒状碳化物（5%~10%）以及少量残余奥氏体（5%~10%），硬度为HRC62~66。
生产精密轴承或量具时，由于低温回火不能彻底消除内应力和残余奥氏体，在长期保存及使用过程中，因应力释放、奥氏体转变等原因造成尺寸变化。所以淬火后立即进行一次冷处理，并在回火及磨削后，于120~130℃进行10~20h的尺寸稳定化处理。
（5）耐磨钢
磨损是机械工程上广泛存在的问题，通常有磨料磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损等。
采用低碳合金钢经渗碳、淬火+低温回火，可制造要求“外硬内韧”的耐磨性较高的零件，如齿轮、销子等。
采用中碳钢和中碳合金钢，经调质和表面淬火可制造要求强度和耐磨性高的零件，如负荷较大的轴类、齿轮等。
采用高碳钢和高碳合金钢，经淬火+低温回火可制造要求耐磨性更高的零件，如用GCr15制作噴油嘴等。
这里所指耐磨钢是高锰耐磨钢，常见的钢号是ZGMn13。在成分中Mn与C的比值不小于10，它的具体成分为：0.9%~1.4%C，11.5%~15%Mn，0.3%~1.0%Si，S≤0.05%，P≤0.12%，Cr≤1%，Ni≤1%，Cu≤0.3%。
此类钢机械加工比较困难，基本上都是铸造成型后使命。铸造成型后，性能主要表现是硬而脆，必须在1050~1100℃加热水冷，保持单一均匀的奥氏体组织，防止碳化物析出，从而使其具有强度、韧性结合及耐冲击的优良性能。这种处理称作高锰钢的水韧处理。
ZGMn13淬火状态（即水韧处理）机械性能指标为：
σb=800~1000MPa,σ0.2=250~400MPa,δ=35%~45%，Ψ=40%~50%，HB170~230，
ak(20℃)=20~30J/cm2。
水韧处理后的高锰钢，受到冲击或磨损时，表面产生强烈的加工硬化现像，表层硬度、强度急剧上升，而内部仍为保持高的塑、韧性的奥氏体组织，广泛应用于制造要求耐磨、耐冲击的一些零件。在铁路运输业中，可用高锰钢制造铁道上的辙尖、辙岔、转辙器及小半径转弯处的轨条。在建筑、矿山、冶金业中，长期使用高锰钢制造的挖掘机铲斗，各种碎石机颚板、衬板、磨板。高锰钢还大量用于挖掘机、拖拉机、坦克车履带板、主动轮和支承滚轮等。又因高锰钢组织为单一无磁性奥氏体，也可用于既耐磨又抗磁化的零件，如吸料器的电磁铁罩。
二、工具钢
工具钢是用来制造刀具、模具和量具的钢。按化学成分分为碳素工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢等。按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢。
1．刃具钢
（1）切削刃具的工作条件及对性能的要求
切削刃具的种类繁多，工况条件各有特点，性能要求也各有不同。
车刀工作时主要是承受压应力和弯曲应力，受到很大的机械磨损。机床的震动，要求刀具有一定的耐冲击性能。连续低速切削时，要求车刀有高的硬度、耐磨性和适当的弯曲强度，防止刃部磨钝。连续高速切削时，由于车刀与工件接触，刃部温度会迅速升高，这就要求车刀有较高的热稳定性（又称热硬性或红硬性）。同时在高速切削是，还应注意可能出现车刀的折断、崩刃和塑性变形。
钻头是长杆状刃具，刃部长而薄，在致密的金属中进行钻削，承受很高的轴向压应力、扭转应力及径向力引起的弯曲应力。为防止钻头发生折断和崩刀，应具有足够高的弯曲强度和韧性。工作时刃部与工件激烈磨擦产生大量热，并且热量不易散失，特别是进行深孔加工时更为不利。所以钻头用钢要求高的耐磨性和热稳定性。
鉴于刃具的特殊工况条件，对刃具钢的基本性能要求应该是：高的切断抗力，高的耐磨性，高的弯曲强度和足够的韧性，高的热稳定性。
用于刃具的材料有碳素工具钢，低合金工具钢，高速钢，硬质合金等。
（2）碳素工具钢
a）碳素工具钢的成分与用途
碳素工具钢以成本低、具有一般较好的性能，在钳工、木工和形状简单受力不大的刃具、磨具中得到广泛应用。
T7、T8钢多用于制造承受冲击负荷的工具，如凿子、锤子、冲头等。
T9～T11钢多用于制造要求中等韧性的工具，如形状简单的小冲模、手工锯条等。
T12、T13耐磨性最高，但韧性最低，所以多用于制造不受冲击负荷的量具、锉刀、刮刀等。
高级优质碳素工具钢（T7A～T13A），由于其淬火时产生裂纹的倾向较小，因此多用于制造形状较为复杂的工具。
b）碳素工具钢的热处理
碳素工具钢在机加工之前进行预备热处理，采用球化退火（T7钢可采用完全退火），组织为铁素体基体+细小均布的粒状滲碳体，硬度HB≤217。
机加工之后进行最终热处理，采用淬火+低温回火，组织为回火马氏体+粒状渗碳体+少量残余奥氏体（一般T7有2~3%，T12有5~8%）。
碳素工具钢经最终热处理后，硬度可达HRC60~65，其耐磨性和加工性都较好，价格又便宜，生产上得到广泛应用。
碳素工具钢的缺点是红硬性差，当刃部温度大于200℃时，硬度、耐磨性会显著降低。另外，由于淬透性差（直径厚度在15~20mm以下的试样在水中才能淬透），尺寸大的就淬不透，形状复杂的零件，水淬容易变形和开裂，所以碳素工具钢大多用于受热程度较低，尺寸较小的手工工具及低速、小走刀量的机用工具，也可做尺寸较小的模具和量具。
（3）低合金工具钢
为了克服碳素工具钢淬透性差，易变形和开裂，及红硬性差等缺点。在碳素工具钢的基础上加入少量的合金元素，一般不超过3~5%，就形成了低合金工具钢。
a）低合金工具钢的成分与用途
低合金工具钢的含碳量一般为0.75~1.50%，高的含碳量可保证钢的高硬度及形成足够的合金碳化物，提高耐磨性。合金元素的作用主要是为了保证钢具有足够的淬透性。钢中常加入的合金元素有硅、锰、铬、钼、钨、矾等。其中，硅、锰、铬、钼的主要作用是提高淬透性；硅、锰、铬可强化铁素体；铬、钼、钨、矾可细化晶粒使钢进一步强化，提高钢的强度；作为碳化物形成元素铬、钼、钨、矾等在钢中形成合金渗碳体和特殊碳化物，从而提高钢的硬度和耐磨性。常用的低合金工具钢成分、热处理与用途如表7-6所示。
表7-6 常用低合金工具钢钢号、热处理工艺、机械性能及用途
低合金工具钢中常用的有9SiCr、CrWMn等。9SiCr可用于制作丝锥、板牙等。由于铬、硅同时加入，淬透性明显提高，油淬直径可达40~50mm；同时还能强化铁素体，尤其是硅的强化作用显著；另外Cr还能细化碳化物，使之均匀分部，因而耐磨性提高，不易崩刀；Si还能提高回火稳定性，使钢在250~300℃仍能保持HRC60以上。9SiCr可采用分级或等温淬火，以减少变形，因而常用于指作形状复杂的、要求变形小的刀具。
硅使钢在加热时容易脱碳，退火后硬度偏高（HB217~241），造成切削加工困难，热处理时要予以注意。
CrWMn钢的含碳量为0.90%~1.05%,铬、钨、锰同时加入，使钢具有更高的硬度（64~66HRC）和耐磨性，但红硬性不如9CrSi。但CrWMn钢热处理后变形小，故称微变形钢。主要用来制造较精密的低速刀具，如长铰刀、拉刀等。
b）低合金工具钢的热处理
低合金工具钢的预备热处理同常是锻造后进行球化退火。最终热处理为淬火+低温回火，其组织为回火马氏体+未溶碳化物+残余奥氏体。
（4）高速钢
a）高速钢的成分特点与常用钢种
高速钢是高速切削用钢的代名词。高速钢是一种含有钨、铬、钒等多种元素的高合金工具钢。钢中加入较多的碳，其作用是既保证它的淬硬性，又保证淬火后有足够多的碳化物相。一般含碳量在1%左右，最高可达1.6%，如W6Mo5Cr4V5SiNbAl钢，含碳量在1.56~1.65%。
高速钢中一般含有较多数量的钨元素，它是提高钢红硬性的主要元素,由于世界范围W资源的缺少,使人们找到了以Mo、Co元素代替W元素而保持高的红硬性的方法。
Cr元素在钢中的作用：Cr的加入可提高钢的淬透性，并能形成碳化物强化相，Cr在高温下可形成Cr2O3，能起到氧化膜的保护作用。一般认为Cr含量在4%左右为宜，高于4% Cr，使马氏体转变温度Ms下降，淬火后造成残余奥氏体量增多的不良结果。
V元素在钢中的作用：V与C的亲和力很强，在高速钢中形成碳化物（VC），它有很高的稳定性，即使淬火温度在1260~1280℃时，VC也不会全部溶于奥氏体中。VC的最高硬度可达到HRC83~85，在高温多次回火过程中VC呈弥散状析出，进一步提高了高速钢的硬度、强度和耐磨性。
为了提高高速钢的某些方面的性能，还可以加入适量的Al、Co、N等合金元素。
常用高速钢的成分、钢号、热处理、机械性能及用途见表7-7。
在我国最常用的高速钢是W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2，通常简称18-4-1和6-5-4-2。前者的过热敏感性小，磨削性好，但由于热塑性差，通常适于制造一般高速切削刀具，如车刀、铣刀、绞刀等；由于后者的耐磨性、韧性和热塑性较好些，适于制造耐磨性和韧性很好配合的高速刀具，如丝锥、齿轮铣刀、插齿刀等。
b）高速钢的热处理
由于高速钢的合金元素含量多，使得它的C曲线右移，淬火临界冷却速度大为降低，在空气中冷却就可得到马氏体组织，因此高速钢也被俗称为风钢（锋钢）。也同样因为合金元素的作用，使Fe-Fe3C相图中的E点左移，这样在高速钢铸态组织中出现大量的共晶莱氏体组织、鱼骨状的莱氏体及大量分布不均匀的大块碳化物，使得铸态高速钢既脆又硬，无法直接使用。
高速钢铸造后的组织，不能用热处理办法矫正，必须借助于反复的压力热加工，一般选择多次轧制和锻压，将粗大的共晶碳化物和二次碳化物破碎，并使它们均匀分布在基体中。锻造或轧制后，钢锭要缓慢冷却，以防止产生过高应力甚至开裂。
高速钢锻造后必须进行退火，目的在于既调整硬度便于切削加工，又调整组织为淬火作准备。具体工艺可采用等温退火，加热保温（860~880℃），然后冷却到720~750℃保温，炉冷至550℃以下出炉。硬度为HB207~225，组织为索氏体+碳化物。
高速钢的淬火加热温度尽量高些，这样可以使较多的W、V（提高刃具红硬性的元素）溶入奥氏体中，在1000℃以上加热淬火，W、V在奥氏体中的溶解度急速增加；1300℃左右加热，各合金元素在奥氏体中的溶解度也大为增加。但时间稍长，会造成晶粒长大，甚至出现晶界溶化，这也就是淬火温度和加热时间需精确掌握的原因所在。另外，高碳高合金元素的存在，高速钢的导热性很差，所以淬火加热时采用分级预热，一次预热温度600~650℃，二次预热在800~850℃，这样的加热工艺可避免由热应力而造成的变形或开裂。淬火冷却采用油中分级淬火法。
高速钢的回火，一般进行三次，回火温度560℃，每次1~1.5h。第一次回火只对淬火马氏体起回火作用，在回火冷却过程中，发生残余奥氏体的转变，同时产生新的内应力。经第二次回火，没有彻底转变的残余奥氏体继续发生新的转变，又产生新的内应力。这就需要进行第三次回火。高速钢淬火后残余奥氏体量大约为30%，三次回火后仍保留有3%~4%，与此同时，使碳化物析出量增多，产生二次硬化现象，提高了刃具使用性能。为使高速钢中的残余奥氏体量减少到最低程度，往往还需进行冷处理。
高速钢的热处理工艺见图7-4。
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图7-4 W18Cr4V钢的淬、回火工艺曲线
（5）硬质合金
硬质合金是把一些高硬度、高熔点的粉末（WC、TiC等）和胶结物质（Co、Ni等）混合、加压、烧结成型的一种粉末冶金材料。它虽不是合金工具钢，但是一种常用的，主要的刃具材料。
其特点是：硬度极高（HRA89~91）；红硬性好（切削温度可达1000℃）；耐磨性好。
用硬质合金制作的刀具，切削速度比高速钢还可提高4~5倍。由于硬质合金的硬度很高，切削加工困难。因此形状复杂的刀具，如拉刀、滚刀就不能用硬质合金来制作。一般硬质合金做成刀片，镶在刀体上使用。除了用硬质合金来制作刀具外，还可以制作冷作模具、量具及耐磨零件等。
硬质合金可分为：
钨钴类：牌号有YG3、YG6、YG8，等等。YG表示钨钴类硬质合金，后边的数字表示含钴量（Co%）。如YG8表示含钴量为8%、含碳化钨（WC）为92%的钨钴类硬质合金。
钨钴钛类：牌号有YT5、YT15、YT30等，YT——钨钴钛类硬质合金，后边的数字表示碳化钛（TiC）的含量。如YT15表示含15%的TiC，其余为WC和Co的钨钴钛类硬质合金。
常用硬质合金的牌号、组成和性能如表7-8所示。
钨钴类用于加工脆性材料（铸铁以及胶木等非金属材料）。其中含钴量高的抗弯强度高，韧性好，而硬度、耐磨性低，适于粗加工。
钨钴钛类用于加工韧性材料（适于加工各种钢件），由于TiC的耐磨性好，热硬性高，所以这类硬质合金的热硬性好，加工的光洁度也好。
此外，还有如YW1和YW2称通用和万能硬质合金，用来切削不锈钢、耐热合金等难加工的材料，刀具寿命更长。
2．模具钢
根据模具的工作条件不同，模具钢一般分为冷作模具钢和热作模具钢两大类。前者用于制造冷冲模和冷挤压模等，工作温度大都接近室温；后者用于制造热锻模和压铸模等，工作时型腔表面温度可高达600℃以上。
（1）冷作模具钢
a）冷作模具钢的工作条件及对性能的要求
制造在冷态下变形的模具，如冷冲模、冷镦模、拉丝模、冷轧辊等，从工作条件出发，对性能的基本要求是：
①．高的硬度和耐磨性。在冷态下冲制螺钉、螺帽、硅钢片、面盆等，被加工的金属在模具中产生很大的塑性变形，模具的工作部分承受很大的压力和强烈的摩擦，要求有高的硬度和耐磨性，通常要求硬度为HRC58~62，以保证模具的几何尺寸和使用寿命。
②．较高的强度和韧性。冷作模具在工作时，承受很大的冲击和负荷，甚至有较大的应力集中，
因此要求起工作部分有较高的强度和韧性，以保证尺寸的精度并防止崩刃。
③．良好的工艺性。要求热处理的变形小，淬透性高。
模具钢钢号表示方法与低合金工具钢相同。
b）冷作模具钢的成分特点和钢种
①．碳素工具钢和低合金工具钢
对于尺寸小、形状简单、工作负荷不大的模具采用这类钢，钢种有T8A、T10A；T12A、Cr2、9Mn2V、9SiCr、CrWMn、Cr6WV等。
这类钢的优点是价格便宜，加工性能好，能基本上满足模具的工作要求。缺点是：这类钢的淬透性差，热处理变形大，耐磨性较差、使用寿命较低。对于低合金工具钢，则由于可采用油淬火，并含有少量的合金元素，淬透性提高了，晶粒细化了，变形减小了，像9SiCr、Cr2可用来制造滚丝模等。
②．高碳高铬模具钢
这类钢主要是指Cr12型冷作模具钢。这类钢由于淬透性好，淬火变形小，耐磨性好，广泛地用于制造负荷大、尺寸大、形状复杂的模具。钢号有Cr12、Cr12MoV等。
Cr12型钢的化学成分、热处理工艺和用途如表7-8所示。
这类钢的含碳量为1.4~2.3%，含铬量为11~12%。含碳量高是为了保证与铬形成碳化物，在淬火加热时，其中一部分溶于奥氏体中，以保证马氏体有足够的硬度，而未溶的碳化物，则起到细化晶粒的作用，在使用状态下起到提高耐磨性的作用。含铬量高，其主要作用是提高淬透性和细化晶粒，截面尺寸为200~300mm时，在油中可以淬透；形成铬的碳化物，提高钢的耐磨性。含铬量一般为12%，过高的含铬量会使碳化物分布不均；钼和钒的加入，能进一步提高淬透性，细化晶粒，其中钒可形成VC，因而可进一步提高耐磨性和韧性，钼和钒的加入，可适当降低钢的含碳量，以减少碳化物的不均匀性，所以Cr12MoV钢较Cr12钢的碳化物分别均匀，强度和韧性高、淬透性高，用于制作截面大、负荷大的冷冲模、挤压模、滚丝模、冷剪刀等。
c）冷作模具钢的热处理
Cr12型钢的预备热处理是球化退火。球化退火的目的是消除应力、降低硬度、便于切削加工，退火后硬度为HB207~255。退火组织为球状珠光体+均匀分布的碳化物。
Cr12型钢的最终热处理一般是淬火+低温回火，经淬火、低温回火后的组织为回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体。有时也对Cr12型冷作模具钢进行高温回火，以产生二次硬化，适用于在400～450℃温度下工作受强烈磨损的模具。
（2）热作模具钢
a）热作模具钢的工作条件及对性能的要求
制造使金属热成型的模具，如热锻模、热挤压模和压铸模。这种模是在反复受热和冷却的条件下进行工作的，所以比冷作模具有更高要求。对热作模具钢的性能要求是：
①．要求综合力学性能好。由于模具的承载很大，要求有高的强度，而模具在工作时还承受很大的冲击，所以要求韧性也好，即要求综合力学性能好。
②．抗热疲劳能力高。模具工作时的型腔温度高达400~6000C，而且又反复加热冷却，因此要求模具在高温下保持高的强度和韧性的同时，还能承受反复加热冷却的作用。
③．淬透性高。对尺寸大的热作模具，要求淬透性高，以保证模具整体的力学性能好；同时还要求导热性好，以避免型腔表面温度过高。
b）热作模具钢的成分特点及钢种
对于中小尺寸（截面尺寸≤300mm）的模具，一般采用5CrMnMo，对于大尺寸（截面尺寸）400mm）的模具，一般采用5CrNiMo。它们的化学成分如表7-9所示。对于压铸模，常采用3Cr2W8。
热模钢的含碳量取中碳范围，为0.50~0.60%，对于压铸模为0.30%。这一含碳量可保证淬火后的硬度，同时还有较好的韧性指标。铬、镍、锰、钼的作用是提高淬透性，使模具表里的硬度趋于一致。铬、钼还有提高回火稳定性、提高耐磨性的作用；铬、钨、钼还通过提高共析温度，使模具在反复加热和冷却过程中不发生相变，来提高抗热疲劳的能力。
c）热处理
对热模钢，要反复锻造，其目的是使碳化物均匀分布。锻造后的预备热处理一般是完全退火，其目的是消除锻造应力、降低硬度（HB197~241），以便于切削加工。它的最终热处理根据其用途有所不同：热锻模是淬火后模面中温回火、模尾高温回火；压铸模是淬火后在略高于二次硬化峰值的温度多次回火，以保证热硬性。
3．量具钢
量具钢是用于制造量具的钢，如卡尺、千分尺、块规、塞尺等。
（1）量具钢的工作条件及对性能的要求
量具在使用过程中主要是受到磨损，因此对量具钢的主要性能要求是：工作部分有高的硬度和耐磨性，以防止在使用过程中因磨损而失效；要求组织稳定性高，要求在使用过程中尺寸不变，以保证高的尺寸精度；还要求有良好的磨削加工性。
（2）量具钢的成分特点及钢种
为了满足上述高硬度、高耐磨性的要求，一般都采用含碳量高的钢，通过淬火得到马氏体。
最常用的量具用钢为碳素工具钢和低合金工具钢。
碳素工具钢由于采用水淬火，淬透性低，变形大，因此常用于制作尺寸小，形状简单，精度要求低的量具。
低合金工具钢（包括GCr15等）由于加入少量的合金元素，则提高了淬透性；由于采用油淬火，因此变形小。另外，合金元素在钢中还形成合金碳化物，也提高钢的耐磨性。在这类钢中，GCr15用的最多，这是由于滚动轴承钢本身也比较纯净，钢的耐磨性和尺寸穏定性都较好。
还可采用低变形钢，如铬锰钢、铬钨锰钢等。这种钢由于含锰，可使Ms点降低，因此淬火后的残余奥氏体增加，因而造成钢的淬火变形减少，所以有低变形钢之称。
（3）量具钢的热处理
作为精密量具，要使其在热处理和使用过程中变形小是一个很复杂的问题，可以从选材方面考虑。在淬火后，一般尺寸是膨胀的，解决的办法是：
a）淬火前进行调质处理，得回火索氏体。由于马氏体与回火索氏体之间的体积差小，而马氏体与珠光体之间的体积差大，则淬火后的变形就小。
b）回火后进行冷处理。在使用过程中尺寸变化的重要因素是：残余奥氏体转变为马氏体，则尺寸增加；马氏体的正方度（c/a）降低；残余内应力的重新分部和降低，也使尺寸发生变化。所以淬火后要进行冷处理，降低奥氏体含量。
c）长时间的低温回火（低温时效），使马氏体趋于稳定，进一步降低内应力。
例如用GCr15制作量规，其工艺路线为：
锻造→球化退火→机加工→粗磨→淬火+低温回火→精磨→时效→涂油。
其中时效的作用是消除应力、稳定尺寸。
此外，有时也用渗碳钢经渗碳淬火或氮化处理后制作精度不高、耐冲击的量具；有时也用冷作模具钢制作要求精密的量具；在腐蚀介质中使用的量具则用不锈钢制作。表7-10所示为量具用钢的选用举例。
三、特殊性能钢
特殊性能钢是指具有特殊的物理、化学性能的钢，它的种类很多，并且正在迅速发展。其中最主要的是不锈钢和耐热钢。
1．不锈钢
不锈钢（又称为不锈耐酸钢）是指能抵抗大气或酸等化学介质腐蚀的钢。不锈钢并非不生锈，只是在不同介质中的腐蚀行为不一样。因此论述不锈钢的中心问题是腐蚀问题。
（1）金属腐蚀的一般概念
腐蚀通常可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。前者是金属在干燥气体或非电解质溶液中的腐蚀，腐蚀过程不产生电流，钢在高温下的氧化属于典型的化学腐蚀；后者是金属与电解质溶液接触时所发生的腐蚀，腐蚀过程中有电流产生，钢在室温下的锈蚀主要属于电化学腐蚀。
大部分金属的腐蚀都属于电化学腐蚀，电化学腐蚀实际是电池作用。当两种互相接触的金属放入电解质溶液时，由于两种金属的电极电位不同，彼此之间就形成一个微电池，并有电流产生。电极电位低的金属为阳极，电极电位高的金属为阴极，阳极的金属将不断被熔解，而阴极金属就不被腐蚀。对于同一种合金，由于组成合金的相或组织不同，也会形成微电池，造成电化学腐蚀。例如钢组织中的珠光体，是由铁素体（F）和滲碳体（Cm）两相组成的，在电解质溶液中就会形成微电池，由于铁素体的电极电位低，为阳极，就被腐蚀。而滲碳体的电极电位高，为阴极而不被腐蚀。如图7-5所示。在观察碳钢的显微组织时，要把抛光的试样磨面放在硝酸酒精溶液中浸蚀，使铁素体腐蚀后，才能在显微镜下观察到珠光体的组织，就是利用电化学腐蚀的原理实现的。
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图7-5 珠光体腐蚀示意图
由电化学腐蚀的基本原理不难看出，电化学作用是金属被腐蚀的主要原因。为此，要提高金属的抗电化学腐蚀能力，通常采取以下措施：
①．尽量使金属在获得均匀的单相组织条件下使用，这样金属在电解质溶液中只有一个极，使微电池难以形成。如在钢中加入大于24%的Ni，会使钢在常温下获得单相的奥氏体组织。
②．加入合金元素提高金属基体的电极电位，例如在钢中加入大于13%的Cr，则铁素体的电极电位由-0.56V提高到0.2V，从而使金属的抗腐蚀性能提高。
③．加入合金元素，在金属表面形成一层致密的氧化膜，又称钝化膜，把金属与介质分隔开，从而防止进一步的腐蚀。
铬是不锈钢合金化的主要元素。钢中加入铬，提高电极电位，从而提高钢的耐腐蚀性能。当含铬量达n/8原子分数值（n=1、2、3、。。。。。。），即达到1/8、2/8、3/8、。。。。。。（也即12.5%、25%、37.5%、。。。。。。）原子分数时，电极电位呈台阶式跃增，即腐蚀速度呈台阶式下降，这称之为n/8规律。所以铬钢中的含铬量只有超过台阶值（如n=1，换成重量百分数则为12.5%X(52/55.8)=11.7%）时，钢的耐蚀性才明显提高。
由于含铬量超过11.7%，而且绝大部分都溶于固溶体中，使电极电位跃增，使基体的电化学腐蚀过程变缓。同时，在金属表面被腐蚀时，形成一层与基体金属结合牢固的钝化膜，使腐蚀过程受阻，从而提高钢的耐蚀性。
（2）常用不锈钢
常用的不锈钢根据其组织特点，可分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢三种类型。常用不锈钢的钢号、成分、热处理及用途如表7-11所示。不锈钢钢号的表示方法与低合金工具钢相同。
a）马氏体不锈钢
常用马氏体不锈钢的含碳量为0.1~0.45%，含铬量为12~14%，属于铬不锈钢，通常指Cr13型不锈钢。典型钢号有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等。这类钢一般用来制作即能承受载荷又需要耐蚀性的各种阀、机泵等零件以及一些不锈工具等。
为了提高耐蚀性，马氏体不锈钢的含碳量都控制在很低的含量范围，一般不超过0.4%。含碳量越低，钢的耐蚀性就越好，而含碳量越高，基体中的含碳量就越高，则钢的强度和硬度就越高；含碳量越高，形成铬的碳化物量也就越多，其耐蚀性就变得越差一些。由此不难看出，4Cr13的强度、硬度指标优于1Cr13，但其耐蚀性却不如1Cr13。
1Cr13和2Cr13具有抗大气、蒸气等介质腐蚀的能力，常作为耐蚀的结构钢使用。为了获得良好的综合性能，常采用淬火+高温回火（600~7000C），得到回火索氏体，来制造汽轮机叶片、锅炉管附件等。而3Cr13和4Cr13钢，由于含碳量高一些，耐蚀性就相对差一些，通过淬火+低温回火（200~3000C），得到回火马氏体，具有较高的强度和硬度（HRC达50），因此常作为工具钢使用，制造医疗器械、刃具、热油泵轴等。
b）铁素体不锈钢
常用的铁素体不锈钢的含碳量低于0.15%,含铬量为12~30%，也属于铬不锈钢，典型钢号有0Cr13、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。由于含碳量相应地降低，含铬量有相应地提高，钢从室温加热到高温（960~11000C），其显微组织始终是单相铁素体组织。其耐蚀性、塑性、焊接性均优
于马氏体不锈钢。对于高铬铁素体不锈钢，其抗氧化性介质腐蚀的能力较强，随含铬量增加，耐蚀性又进一步提高。
钢中加入钛，能细化晶粒，稳定碳和氮，改善钢的韧性和焊接性。
铁素体不锈钢，由于加热和冷却时不发生相变，因此不能用热处理方法使钢强化。若在加热过程中晶粒粗化，只能应用冷塑性变形及再结晶来改善组织，改善性能。
这类钢若在450~5500C停留，会引起钢的脆化，称为“4750C脆性”。通过加热到约6000C 再快冷，可以消除脆化。
还应注意这类钢在600~800℃长期加热还会产生硬而脆的σ相，使材料产生σ相脆性。
另外，在9250C以上急冷时，会产生晶间腐蚀倾向和晶粒显著粗化带来的脆性。这些现象对焊接部位都是严重的问题。前者可经过650~8150C短时回火消除。这类钢的强度显然比马氏体不锈钢低，主要用于制造耐蚀零件，广泛用于硝酸和氮肥工业中。
c）奥氏体不锈钢
在含18%Cr的钢中加入8~11%Ni，就是的奥氏体不锈钢。如1Cr18Ni9是最典型的钢号。这类钢由于镍的加入，扩大了奥氏体区域，从而在室温下就能得到亚稳的单相奥氏体组织。由于含有较高的铬和镍，并呈单相的奥氏体组织，因而具有比铬不锈钢更高的化学稳定性，有更好的耐腐蚀性，是目前应用最多的一类不锈钢。
18-8型不锈钢在退火状态下呈现奥氏体+碳化物的组织，碳化物的存在，对钢的耐腐蚀性有很大损伤，故通常采用固溶处理方法，即把钢加热到11000C后水冷，使碳化物溶解在高温下所得到的奥氏体中，再通过快冷，就在室温下获得单相的奥氏体组织。
这类钢不仅耐腐蚀性能好，而且钢的冷热加工性和焊接性也很好，广泛用于制造化工生产中的某些设备及管道等。
这类钢还具有一定的耐热性，可用于7000C。但在450~8500C加热，或在焊接时，由于在晶界析出铬的碳化物（Cr23C6）,使晶界附近的含铬量降低，在介质中会引起晶间腐蚀。因此常在钢中加入稳定碳化物元素钛、铌等，使之优先与碳结合形成稳定性高的TiC或NbC，从而可防止产生晶间腐蚀倾向。另外，由于TiC 和NbC在晶内析出呈弥散分布，且高温下不易长大，所以可提高钢的高温强度。如常用的1Cr18Ni0Ti、1Cr18Ni11Nb等奥氏体不锈钢，即是无晶间腐蚀倾向的不锈钢，也是可在600~7000C高温下长期使用的耐热钢。
为了防止晶间腐蚀，也可以进一步降低钢的含碳量，即生产超低碳的不锈钢，如0Cr18Ni9、00Cr18Ni9等（其含碳量分别为≤0.08%和≤0.03%）。
对于已产生晶间腐蚀倾向的零件，只要可能，也可通过固溶处理消除。
还应指出，尽管奥氏体不锈钢是一种优良的耐蚀钢，但在有应力的情况下，在某些介质中，特别是在含有氯化物的介质中，常产生应力腐蚀破裂，而且介质温度越高越敏感。这也可说是奥氏体不锈钢的一个缺点，值得注意。
d）其它类型不锈钢
①．复相（或双相）不锈钢
如上所述，奥氏体不锈钢虽然会产生应力腐蚀，但当不锈钢是由奥氏体和δ铁素体两相形成复相组织（其中铁素体占5~20%）时，不仅有抗应力腐蚀的作用，而且还有抗晶间腐蚀和焊缝热裂的作用。0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5Mo3N、0Cr17Mn13Mo2N和00Cr18Ni5Mo3Si2等都属于复相不锈钢。
②．沉淀硬化不锈钢
奥氏体不锈钢的强化途径是加工硬化，但对要求高强度的大截面零件，很难达到目的；对形状复杂的冲压件，由于各处变形度不同，会造成强化不均匀。为了解决这一问题，可采用沉淀硬化不锈钢，现在常用的这类钢有：0Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)、0Cr17Ni7Al(17-7PH)、
0Cr15Ni7Mo2Al(PH15-7Mo)等。
这类钢由于含镍量较低，经热处理可形成不稳定的奥氏体甚至马氏体，再经时效处理，便可沉淀析出金属间化合物（如Ni3Al）使金属强化。强化后的бb可达1250~1600MPa。
这类钢主要用作高强度、高硬度而又耐蚀的化工机械设备及零件，如轴类、高速离心机转鼓弹簧以及航天设备等的零件。
2．耐热钢
在发动机、化工、航空等部门，有很多零件是在高温下工作，要求具有高的耐热性的钢称为耐热钢。
（1）耐热钢的一般概念*
钢的耐热性包括高温抗氧化性和高温强度两方面的涵义。金属的高温抗氧化性是指金属在高温下对氧化作用的抗力；而高温强度是指钢在高温下承受机械负荷的能力。所以，耐热钢既要求高温抗氧化性能好，又要求高温强度高。
a）高温抗氧化性
金属的高温抗氧化性，通常主要取决于金属在高温下与氧接触时，表面能形成致密且熔点高的氧化膜，以避免金属的进一步氧化。一般碳钢在高温下很容易氧化，这主要是由于在高温下钢的表面生成疏松多孔的氧化亚铁（FeO），容易剥落，而且氧元子不断地通过FeO扩散，使钢继续氧化。
为了提高钢的抗氧化性能，一般是采用合金化方法，加入铬、硅、铝等元素，使钢在高温下与氧接触时，在表面上形成致密的高熔点的Ｃr2O3、SiO2、Ａl 2O3等氧化膜，牢固地附在钢的表面，使钢在高温气体中的氧化过程难以继续进行。如在钢中加15％Ｃr，其抗氧化温度可达9000C；在钢中加20~25％Ｃr，其抗氧化温度可达11000C。
b）高温强度
金属在高温下所表现的力学性能与室温下大不相同。在室温下的强度值与载荷作用的时间无关，但金属在高温下，当工作温度大于再结晶温度、工作应力大于此温度下的弹性极限时，随时间的延长，金属会发生极其缓慢的塑性变形，这种现象叫做“蠕变”。在高温下，金属的强度是用蠕变强度和持久强度来表示。蠕变强度是指金属在一定温度下，一定时间内，产生一定变形量所能承受的最大应力。而持久强度是指金属在一定温度下，一定时间内，所能承受的最大断裂应力。
为了提高钢的高温强度，通常采用以下几种措施：
①．固溶强化。固溶体的热强性首先取决于固溶体自身的晶体结构，由于面心立方的奥氏体晶体结构比体心立方的铁素体排列的更紧密，因此奥氏体耐热钢的热强性高于铁素体为基的耐热钢。在钢中加入合金元素，形成单相固溶体，提高原子结合力，减缓元素的扩散，提高再结晶温度，能进一步提高热强性。
②．析出强化。在固溶体中沉淀析出稳定的碳化物、氮化物、金属间化合物，也是提高耐热钢热强性的重要途径之一。如加入铌、钒、钛等，形成NbC、TiC、VC等，在晶内弥散析出，阻碍位错的滑移，提高塑变抗力，提高热强性。
③．强化晶界。材料在高温下（大于等强温度Te）其晶界强度低于晶内强度，晶界成为薄弱环节。通过加入钼、锆、钒、硼等晶界吸附元素，降低晶界表面能，使晶界碳化物趋于稳定，使晶界强化，从而提高钢的热强性。
（2）常用的耐热钢
常用耐热钢的钢号、成分、热处理及使用温度如表7-12所示。
选用耐热钢时，必须注意钢的工作温度范围以及在这个温度下的力学性能指标，按照使用温度范围和组织可分为：
a）珠光体耐热钢
一般是在正火状态下加热到Ac3+30℃，保温一段时间后空冷，随后在高于工作温度约50℃下进行回火，其显微组织为珠光体+铁素体。其工作温度为350~5500C，由于含合金元素量少，工艺性好，常用于制造锅炉、化工压力容器、热交换器、汽阀等耐热构件。其中15CrMo主要用于锅炉零件。这类钢在长期的使用过程中，会发生珠光体的球化和石墨化，从而显著降低钢的蠕变和持久强度。为此，这类钢力求降低含碳量和含锰量，并适当加入铬、钼等元素，抑制球化和石墨化倾向。除此之外，钢中加入铬是为了提高抗氧化性，加入钼是为了提高钢的高温强度。b）马氏体耐热钢
这类钢主要用于制造汽轮机叶片和气阀等。1Cr13、2Cr13是最早用于制造汽轮机叶片的耐
热钢。为了进一步提高热强性，在保持高的抗氧化性能的同时，加入钨、钼等元素使基体强化，使碳化物稳定，提高钢的耐热性能。
1Cr11MoV、1Cr12WmoV，经淬火+高温回火后，可使工作温度提高到550~5800C。
4Cr9Si2，4Cr10Si2Mo是典型的汽车阀门用钢，经调质处理后，钢具有较高的耐热性和耐磨性。0.4%的含碳量是为了获得足够的硬度和耐磨性，加入铬、硅是为了提高抗氧化性，加入钼是为了提高高温强度和避免回火脆性。4Cr10Si2Mo常用于制作重型汽车的汽阀。
c）奥氏体耐热钢
奥氏体耐热钢的耐热性能优于珠光体耐热钢和马氏体耐热钢，这类钢的冷塑性变形性能和焊接性能都很好，一般工作温度在600~700C，广泛用于航空、舰艇、石油化工等工业部门制造汽轮机叶片，发动机汽阀等。最典型的牌号是1Cr18Ni9Ti，Cr的主要作用是提高抗氧化性和高温强度，镍主要是使钢形成稳定的奥氏体，并与铬相配合提高高温强度，钛是通过形成弥散的碳化物提高钢的高温强度。
4Cr15Ni20（HK40）是石化装置上大量使用的高碳奥氏体耐热钢。这种钢在铸态下的组织是奥氏体基体+骨架状共晶碳化物，在900C工作寿命达10万小时。铬是抗氧化性能的主要元素，铬和镍同时加入，其主要作用是得到单相稳定的奥氏体，提高钢的高温强度。
4Cr14Ni14W2Mo是用于制造大功率发动机排气阀的典型钢种。此钢的含碳量提高到0.4%，目的在于形成铬、钼、钨的碳化物并呈弥散析出，提高钢的高温强度。
另外，目前在900~1000C可使用镍基合金。它是在Cr20Ni80合金系基础上加入钨、钼、钴、钛、铝等元素发展起来的一类合金。主要通过析出强化及固溶强化提高合金的耐热性，用于制造汽轮机叶片、导向片、燃烧室等。
钢铁的物理力学性能和机械性能表 2007-9-22 11:04 钢铁的物理力学性能和机械性能表 钢材的主要机械性能(也叫力学性能)通常是指钢材在标准条件下均匀拉伸.冷弯和冲击等. 单独作用下所显示的各种机械性能。钢材通常有五大主要的机械性能指标：通过一次拉伸试验可得到抗拉强度，伸长率和屈服点三项基本性能； 通过冷弯试验可得到钢材的冷弯性能； 通过冲击韧性试验可得到冲击韧性。 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/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σ b= 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
我国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235MPa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A级沸腾钢。 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，但在钢号最后附加表示用途的字母。 2）优质碳素结构钢 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锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50Mn。 ③沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出，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，在钢号最后标出“Mn”，例如“T8Mn”。 ④高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号最后加注字母“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”，以区别于优质碳素结构钢。 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。
钢结构材料 一、单选题 1.某碳素钢的化验结果有下列元素：①S;②Mn;③C;④P;⑤O;⑥N;⑦Si;⑧Fe。下列（）全是有害元素。 A.①②③④ B.③④⑤⑥ C.①④⑤⑥ D.①④⑤⑦ 2.关于钢材的强度设计值，下列说法中的（）是正确的。 A．等于钢材的极限强度 B.为钢材的强度标准值除以抗力分项系数 C.等于钢材的强度标准值 D.等于钢材屈服点的上限值 3.下列钢结构采用的牌号中，不属于低合金高强度结构钢的是（） A.Q235 B.Q345 C.Q390 D.420 4.下列钢号相同厚度不同的钢板，（）钢板的强度最大。 A.12mm Ｂ.8mm C.20mm D.25mm 5.焊接承重结构不应采用下列（）钢材。 Ａ.Q 420Ｂ.Q390Ｃ.Q345Ｄ.Q235沸腾钢 ６.符号-12×450×1200表示的钢构件是（） Ａ.角钢Ｂ.槽钢Ｃ.钢管Ｄ.钢板 ７.在反复的动力荷载作用下，当应力比p=0时，称为( ) 。 A.完全对称循环B不完全对称循环C.脉冲循环D.不对称循环 8.在对称结构或构件进行正常使用极限状态计算时，永久荷载和可变荷载应采用（）。 A. 设计值 B.永久荷载为设计值，可变荷载为标准值 C.永久荷载为标准值，可变荷载为设计值 D.标准值 9.在进行结构或构件的变形验算时，应使用（） A.荷载的最小值 B.荷载的最大值 C.荷载的设计值 D.荷载的标准值 10.下列钢结构计算所取荷载设计值和标准值，正确的一组是（） a.计算结构或构件的强度、稳定性以及连接强度时，应采用荷载设计值 b .计算结构或构件的强度、稳定性以及连接强度时，应采用荷载标准值 c.计算疲劳和正常使用极限状态的变形时，应采用荷载设计值 d. 计算疲劳和正常使用极限状态的变形时，应采用荷载标准值 A. a,c B.b,c C.b,d D.a,d 11. 验算组合梁刚度时，荷载通常取（） A.最大值 B. 设计值 C. 组合值 D.标准值 12.钢结构更适合于建造大跨度结构，这是由于（） A.钢结构的实际受力性能与力学计算结果最符合 B.钢材具有良好的焊接性 C.钢材具有良好的耐热性 D.钢结构自重轻而承载大 13.大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢结构（） A.密封性好 B.便于拆装 C.制造工厂化 D.自重轻 14.关与钢结构的特点叙述错误的是（） A.建筑钢材的塑性和韧性好 B.钢材的耐腐蚀性很差 C.钢结构更适合于建造高层和大跨度结构 D.钢材具有良好的耐热性和防火性
1）.各牌号钢的主要性能和用途 一、各牌号碳素结构钢的主要用途: 1.牌号Q195，含碳量低，强度不高，塑性、韧性、加工性能和焊接性能好。用于轧制薄板和盘条。冷、热轧薄钢板及以其为原板制成的镀锌、镀锡及塑料复合薄钢板大量用用屋面板、装饰板、通用除尘管道、包装容器、铁桶、仪表壳、开关箱、防护罩、火车车厢等。盘条则多冷拔成低碳钢丝或经镀锌制成镀锌低碳钢丝，用于捆绑、张拉固定或用作钢丝网、铆钉等。 2.牌号Q215，强度稍高于Q195钢，用途与Q195大体相同。此外，还大量用作焊接钢管、镀锌焊管、炉撑、地脚螺钉、螺栓、圆钉、木螺钉、冲制铁铰链等五金零件。 3.牌号Q235，含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板。大量用用建筑及工程结构。用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。C、D级钢还可作某些专业用钢使用。 4.牌号Q255，性能与Q235差不多，强度稍有提高，塑性有所降低。应用不如Q235广泛，主要用作铆接与检接结构。 5.牌号Q275，强度、硬度较高，耐磨性较好。用于制造轴类、农业机具、耐磨零件、钢轨接头夹板、垫板、车轮、轧辊等。 二、各牌号低合金高强度结构钢的主要用途： 低合金高强度结构钢旧标准称低合金结构钢，又叫普通低合金结构钢。 1.牌号Q295钢，钢中只含有极少量的合金元素，强度不高，但有良好的塑性、冷弯、焊接及耐蚀性能。主要用于建筑结构，工业厂房，低压锅炉，低、中压化工容器，油罐，管道，起重机，拖拉机，车辆及对强度要求不高的一般工程结构。 2.牌号Q345、Q390钢，综合力学性能好，焊接性能、冷热加工性能和耐蚀性能均好，C、 D、E级钢具有良好的低温韧性。主要用于船舶，锅炉，压力容器，石油储罐，桥梁，电站设备，起重运输机械及其他较高载荷的焊接结构件。 3.牌号Q420钢，强度高，特别是在正火或正火加回火状态有较高的综合力学性能。主要用于大型船舶，桥梁，电站设备，中、高压锅炉，高压容器，机车车辆，起重机械，矿山机械及其他大型焊接结构件。 4.牌号Q460钢，强度最高，在正火，正火加回火或淬火加回火状态有很高的综合力学性能，全部用铝补充脱氧，质量等级为C、D、E级，可保证钢的良好韧性的备用钢种。用于各种大型工程结构及要求强度高，载荷大的轻型结构。 三、优质碳素结构钢的特性和用途： 优持碳素结构钢简称碳结钢、俗称优钢。是各种机器的零部件制造用钢。 1. 08和08F钢，用于轧制薄板，深冲制品、油桶、高级搪瓷制品，也可用于制作管子，垫片及心部强度要求不高的渗碳和氰化零件，电焊条等。 2. 10和10F钢，用4mm以下冷压深冲制品，如深冲器皿、炮弹弹体。也可制造锅炉管、油桶顶盖及钢带、钢丝、焊接件、机械零件。 3. 15和15F钢，用于制造机械上的渗碳零件、紧固零件、冲锻模件及不需热处理的低负荷零件，如螺栓、螺钉、法兰盘及化工机械用贮器、蒸汽锅炉等。 4. 20钢，用于不经受很大应力而要求韧性的各种机械零件，如拉杆、轴套、螺钉、起重钩等；也可用于制造在60大气压、450℃以下非腐蚀介质中使用的管子、导管等；还可以用于
钢结构对材料性能的要求 钢结构对材料性能的要求是多方面的，具体表现在以下方面： 1．强度 强度是材料的承载能力的体现，主要指标有: 屈服点f y ——设计时钢材可达到的最大应力。 抗拉强度f u ——钢材破坏前能够承受的最大应力。钢材达到 fu 时，已产生很大塑性变形而失去使用性能，但fu 高则可以增加结构的安全保障，故fu/fy 的值可看作钢材强度储备系数。 该两个指标均由静力拉伸试验得出 静力拉伸试验 2．塑性 钢材的塑性为当应力超过屈服点后，能产生显著的残余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。塑性好坏可用两个指标来表示： 伸长率δ——试件拉断时原标距间长度伸长值与原标距比值的百分率。根据试件原标距长度l0与试件中间部分的直径d0 的比值为10或5而分为δ10或δ5。 %100001?-=l l l δ 式中，l1——试件拉断后标距间长度。 断面收缩率——试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率。 %100010?-=A A A ψ 式中， A0 ——试件原来的断面面积； A1 ——试件拉断后颈缩区的断面面积； 结构或构件在受力时（尤其承受动力荷载时）材料塑性好坏往往决定了结构是否安全可靠，因此钢材塑性指标比强度指标更为重要。 3．韧性 钢材的韧性是钢材在塑性变形和断裂的过程中吸收能量的能力，也是表示钢材抵抗冲击荷
载的能力，它是强度与塑性的综合表现。 钢材韧性通过冲击试验(图1)，测定冲击功来表示。 式中： ak——冲击韧性值； Ak——冲击功； An——试件缺口处的净截面积。 图1 冲击试验 钢结构设计规范对钢材的冲击韧性ak有常温和负温要求的规定。选用钢材时，根据结构的使用情况和要求提出相应温度的冲击韧性指标要求。 4．可焊性 钢材的可焊性是指在一定工艺和结构条件下，钢材经过焊接能够获得良好的焊接接头的性能。 可焊性分为施工上的可焊性和使用性能上的可焊性。 施工上的可焊性指对产生裂纹的敏感性，使用性能上的可焊性是指焊接构件在焊接后的力学性能是否低于母材。 5．冷弯性 冷弯性能是指钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。冷弯性能用试验方法来检验钢材承受规定弯曲程度的弯曲变形性能，检查试件弯曲部分的外面、里面和侧面是否有裂纹、裂断和分层。
常用钢材的分类和用途 1、钢材的概念：钢材是钢锭、钢坯或钢材通过压力加工制成我们所需要的各种形状、尺寸和性能的材料。 钢材是国家建设和实现四化必不可少的重要物资，应用广泛、品种繁多，根据断面形状的不同、钢材一般分为型材、板材、管材和金属制品四大类、为了便于组织钢材的生产、订货供应和搞好经营管理工作，又分为重轨、轻轨、大型型钢、中型型钢、小型型钢、钢材冷弯型钢，优质型钢、线材、中厚钢板、薄钢板、电工用硅钢片、带钢、无缝钢管钢材、焊接钢管、金属制品等品种。 2、钢材的生产方法 大部分钢材加工都是钢材通过压力加工，使被加工的钢（坯、锭等）产生塑性变形。根据钢材加工温度不钢材同以分冷加工和热加工两种。钢材的主要加工方法有： 轧制：将钢材金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法，这是生产钢材最常用的生产方式，主要用来生产钢材型材、板材、管材。分冷轧、热轧。锻造钢材：利用锻锤的往复冲击力或压力机的压力使坯料改变成我们所需的形状和尺寸的一种压力加工方法。一般分为自由锻和模锻，常用作生产大型材、开坯等截面尺钢材寸较大的材料。 拉拨钢材：是将已经轧制的金属坯料（型、管、制品等）通过模孔拉拨成截面减小长度增加的加工方法大多用作冷加工。 挤压：是钢材将金属放在密闭的挤压简内，一端施加压力，使金属从规定的模孔中挤出而得到有同形状和尺寸的成品的加工方法，多用于生产有色金属材钢材 一、黑色金属、钢和有色金属在介绍钢的分类之前先简单介绍一下黑色金属、钢材钢与有色金属的基本概念。 1、黑色金属是指铁和铁的合金。如钢、生铁、铁合金、铸铁等。钢和生铁都是以铁钢材为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。 生铁是指把铁矿石放到高炉中冶炼而成的产品，主要用来炼钢和钢材制造铸件。把铸造生铁放在熔铁炉中熔炼，即得到铸铁（液状），把液状铸铁浇铸成铸件钢材，这种铸铁叫铸铁件。 铁合金是由铁与硅、锰、铬、钛等元素组成的合金，铁合金是炼钢的原料之一，在钢材炼钢时做钢的脱氧剂和合金元素添加剂用。 2、把炼钢用生铁放到炼钢炉内按一定工艺熔炼，即得到钢。钢的产品有钢锭、连铸坯和直钢材接铸成各种钢铸件等。通常所讲的钢，一般是指轧制成各种钢材的钢。钢材钢属于黑色金属但钢
常用钢材牌号及用途 令狐采学 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国际化学符号表示，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 高级（优质钢）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：
碳钢的分类、牌号及用途 一、碳钢的分类 1、按碳的质量百分数分： 低碳钢（C：≤0.25％）又称软钢，低碳钢易于接受各种加工如锻造，焊接和切削，常用于制造链条，铆钉，螺栓，轴等。 中碳钢（C：0.25％＜C ≤0.6％）有镇静钢、半镇静钢、沸腾钢等多种产品。除碳外还可含有少量锰（0.70%～1.20%）。按产品质量分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。热加工及切削性能良好，焊接性能较差。强度、硬度比低碳钢高，而塑性和韧性低于低碳钢。可不经热处理，直接使用热轧材、冷拉材，亦可经热处理后使用。淬火、回火后的中碳钢具有良好的综合力学性能。能够达到的最高硬度约为HB538，抗拉强度σb为600～1100MPa。所以在中等强度水平的各种用途中，中碳钢得到最广泛的应用，除作为建筑材料外，还大量用于制造各种机械零件。 高碳钢（C：＞0.6％）常称工具钢，含碳量从大于0.60%至1.70%，可以淬硬和回火。锤，撬棍等由含碳量0.75%的钢制造；切削工具如钻头，丝攻，铰刀等由含碳量0.90% 至1.00% 的钢制造。 含碳量越高，硬度、强度越大，但塑性降低 （另外，含碳量2.1%～4.5％铁碳合金一般称为铸铁。） 2、按钢的质量分（主要是杂质硫、磷的含量）： 普通碳素钢（S ≤0.055％，P ≤0.045％) 优质碳素钢（S ≤0.040％，P ≤0.040％) 高级优质碳素钢（S ≤0.030％，P ≤0.035％) 3、按用途分： 碳素结构钢：主要用于桥梁、船舶、建筑构件、机器零件等 碳素工具钢：主要用于刀具、模具、量具等 二、碳钢的牌号与用途 1、普通碳素结构钢：碳素结构钢按照钢材屈服强度分为5个牌号：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275 。每个牌号由于质量不同分为A、B、C、D等级，Q195、Q215、Q235塑性好，可轧制成钢板、钢筋、钢管等；Q255、Q275可轧制成型钢、钢板等。 2、优质碳素结构钢：钢号以碳的平均质量万分数表示。如20＃、45＃等。20＃表示含C：0.20%（万分之20）。用途：主要用于制造各种机器零件 3、碳素工具钢：钢号以碳的平均质量千分数表示，并在前冠以T。如T9、T12等。T9表示含C：0.9%（千分之9）。用途：主要用于制造各种刀具、量具、模具等 4、铸钢：铸钢牌号是在数字前冠以ZG，数字代表钢中平均质量分数（以万分数表示）。如ZG25，表示含C：0.25%。用途：主要用于制造形状复杂并需要一定强度、塑性和韧性的零件，如齿轮、联轴器等。
钢结构材料的机械性能及材料分类、选型1.3.3 钢结构材料的力学性能 碳素结构钢的应力-应变曲线 1.3.3.1 受拉、受压及受剪时的性能 钢材标准试件在常温静载情况下，单项均匀受拉试验时的荷载—形（F—L）曲线或应力——应变（σ—ε）曲线。由此曲线可获得许多有关钢材的性能。 （1）强度性能 σ—ε曲线的OP段为直线，表示钢材具有完全弹性性质，这时应力可由弹性模量E定义，即σ—Eε，而E=tanα，P点应力称为比例极限。 曲线的PE段仍具有弹性，但非线性，即为非线性弹性阶段，这时的模量称为切线模量，E t=dσ/dε。此段上限E点的应力称为弹性极限。弹性极限和比例极限相距很近，实际上很难区分，故通常只提比例极限。 随着荷载的增加，曲线出现ES段，此段表现为非弹性性质，即卸荷曲线成为与OP平行的直线，留下永久性的残余变形。此段上限
S点的应力称为屈服点。对于低碳钢，出现明显的屈服台阶SC段，即在应力保持不变的情况下，应变继续增加。 在开始进入塑性流动范围是，曲线波动较大，以后逐渐趋于平稳，其最高点和最低点分别称为上屈服强度（R eH）和下屈服强度（R eL）点。上屈服强度和试验条件（加荷速度、试件形状、试件对中的准确性）有关；非屈服点则对此不太敏感，设计中则以下屈服强度为依据。 对于没有缺陷和残余应力影响的试件，比例极限和屈服强度比较接近，且屈服点前的应变很小（对低碳钢约为0.15%）。为了简化计算，通常假定屈服点以前钢材为完全弹性的，屈服点以后则为完全塑性的，这样就可把钢材视为理想的弹—塑性体，其应力应变曲线表现为双直线。当应力达到屈服点后，结构将产生很大的残余变形（此时，对低碳钢εc=25%），表明钢材的承载能力达到了最大值。因此，在设计时取屈服点为钢材可以达到的最大应力值。 理想的弹-塑性体的应力-应变曲线 高强度钢材无明显屈服点和屈服台阶。这类钢的屈服条件是根据试验分析结果而人为规定的，故称为条件屈服强度。条件屈服强度是以卸荷后试件中残余应变为0.2%所对应的应力定义的。
钢铁材料的八大工艺性能 钢铁材料是日常生活中,工业上与机械上不可或缺的一种常见线材材料,因此,对钢铁材料进行使用时,大家一定要了解一下关于钢铁材料的工艺性能,其钢铁材料工艺性能都有哪些呢?主要有以下八种。 1、铸造性 金属材料能用铸造方法获得合格铸件的能力称为铸造性。铸造性包括流动性、收缩性和偏析倾向等。流动性是指液态金属充满铸模的能力,流动性愈好,愈易铸造细薄精致的铸件,收缩性是指铸件凝固时体积收缩的程度,收缩愈小,铸件凝固时变形愈小。偏析是指化学成分不均匀,偏析愈严重,铸件各部位的性能愈不均匀,铸件的可靠性愈小。 2、切削加工性 金属材料的切削加工性系指金属接受切削加工的能力,也是指金属经过加工而成为合乎要求的工件的难易程度。通常可以切削后工作表面的粗糙程度、切削速度和刀具磨损程度来评价金属的切削加工性。 3、焊接性 焊接性是指金属在特定结构和工艺条件下通过常用焊接方法获得预期质量要求的焊接接头的性能。焊接性一般根据焊接时产生的裂纹敏感性和焊缝区力学性能的变化来判断。 4、锻性 锻性是材料在承受锤锻、轧制、拉拔、挤压等加工工艺是会改变形状而不产生裂纹的性能。它实际上是金属塑性好坏的一种表现,金属材料塑性越高,变形抗力就越小,则锻性就越好。锻性好坏主要决定于金属的化学成分、显微组织、变形温度、变形速度及应力状态等因素。 5、冲压性 冲压性是指金属经过冲压变形而不发生裂纹等缺陷的性能。许多金属产品的制造都要经过冲压工艺,如汽车壳体、搪瓷制品坯料及锅、盆、盂、壶等日用品。为保证制品的质量和工艺的顺利进行,用于冲压的金属板、带等必须具有合格的冲压性能。 6、顶锻性 顶锻性是指金属材料承受打铆、镦头等的顶锻变形的性能。金属的顶锻性,是用顶锻试验测定的。 7、冷弯性 金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂的性能,称为冷弯性。出现裂纹前能承受的弯曲程度愈大,则材料的冷弯性能愈好。 8、热处理工艺性 热处理是指金属或合金在固态范围内,通过一定的加热、保温和冷却方法,以改变金属或合金的内部组织,而得到所需性能的一种工艺操作。热处理工艺就是指金属经过热处理后其
常见弹簧钢的特性和用途 55Si2Mn --特性：强度大、弹性极限好，屈服比值高，热处置惩罚后韧性较好，焊接性差，冷变形塑性低，切削性尚好，淬透性较65、65Mn钢高，临界淬透直径：油中约为25~57mm；水中约为44~88mm；此钢宜油淬、水淬时有形成裂纹偏向，无回火脆性偏向，且具有抗回火不变和抗松弛不变性；钢中夹杂物较高，轧制较困难，表面易出疵病，脱碳偏向大；适宜在淬火并中温回火状态下使用。用途：适用于制造铁道车辆、汽车、拖拉机等承受中常载荷的扁形弹簧、直径<25mm 的螺旋形弹簧、缓和冲突弹簧以及汽缸安全阀门等高应力下工作的重要弹簧。 55Si2MnB --特性：性能与55Si2Mn钢相近，但淬透性更高，在油中临界淬透直径约为 90~180mm，疲劳强度也显著提高。用途：适用于制造中、小型截面的钢板弹簧，如汽车上的前后副钢板弹簧。 55SiMnVB --特性：强度、韧及塑性及淬透性均比60Si2MnA钢高，油中临界淬透直径约为50~107mm；热加工性能良好，热处置惩罚时表面脱碳偏向小，回火不变性好。用途：适用于制造中型截面尺寸的板弹簧和螺旋形弹簧，可取代60SiMnA钢使用。 60SiMn、60Si2MnA --与55Si2Mn钢相比，强度和弹性极限均稍高（其中60Si2MnA钢更好），淬透直性也较好，在油中临界淬透直约为37~73mm，其他性能相同；主要使用状态为淬火并中温回火下使用。用途：此钢应用广泛，适用于制造铁道车辆、汽车、拖拉机等工业上制造承受较大载荷的扁弹簧或直径≤30mm的螺旋形弹簧，如汽车、火车车箱下部承受应力和振荡用板弹簧、安全阀和止回阀上弹簧以及工作温度<250℃非腐化性介质中的耐热弹簧；用于承受交变载荷和高应力下工作的大型重要卷制弹簧和承受剧烈磨耗的机械零件。
钢材主要是5种类型：建材、板材、管材、型材和原材料。建材又分为两种：螺纹钢、线材 1.定义：热轧带肋钢筋的牌号由HRB和牌号的屈服点的最小值构成。 2.分类：钢筋混凝土用钢筋按外形分为：光圆钢筋和变形钢筋，按交货状态分为：直条和盘圆。 光圆钢筋实际上就是普通低碳钢的小圆钢和盘钢。变形钢筋是表面带肋的钢筋，带有两道纵肋和沿长度方向分布的横肋，横肋的形状有人字形，月牙形，螺旋形。 3.规格：8.10.12.1 4.16.18.20.22.2 5.28.32.3 6.40.50mm 4.含钒新三级螺纹钢的优点：经济，强度高、韧性好，易焊接，抗震，施工方便。 5.交货定尺：9米和12米定尺。 二、线材 圆钢 1.定义：截面呈圆形的实心长条钢铁。 2.分类：热轧，锻制，冷拉 3.规格：10.12.1 4.16.18.20.22.2 5.28.30.32.34.35.3 6.38.40.42mm 4.钢种：Q215,Q235 线材 1.定义：直径5-10mm的热轧圆钢和10mm以内的螺纹钢统称为线材。 2.分类：普通低碳钢轧盘条，电焊盘条，爆破线用盘条，调制螺纹盘条，优质盘条。 3.用途：钢筋混凝土的配筋和焊接构件或再加工原料，螺栓，螺钉等。 普线
1.定义：普通低碳钢热轧圆盘条 2.规格：普线的规格：6.5mm,8mm,10mm 盘螺：6mm,8mm,10mm 3.普线与高线的区别： 高线是采用高速线材轧机进行轧制，生产节奏快，速度在80-160米/秒，盘重大，包装比较紧匝，漂亮，表面光洁度好，一捆线材只有一个接头，一捆线材是整的没有断开。 普线在普通轧机上轧制，速度在20-60米/秒，一捆线材有4-6个接头，包装较松，凌乱。 优质线材 1.定义：优质碳素结构钢热轧盘条。 2.规格：08f、10、35mn、50mn、65、75mn 钢绞线 1.材质：SWRS82B 2.分类：镀锌钢绞线，预应力钢绞线 3.用途：镀锌钢绞线主要能用于承力索，拉线，加强芯等。 预应力钢绞线主要用于铁路轨枕，高速公路，桥梁，城市立交等。 硬线：含碳量较高的优质碳素钢盘条 1.材质：45#.50# 2.用途：主要用于生产碳素结构钢丝，胎圈钢丝，钢丝绳等。 齿轮钢：材质：20CrMnTi 用途：生产各种齿轮和机械零件 轴承钢：
钢结构房屋材料要求 （上海铂派实业） 1、强度 钢材的强度指标由弹性极限σe，屈服极限σy，和抗拉极限σu，设计时以钢材的屈服强度为基础，屈服强度高可以减轻结构的自重，节省钢材，降低造价。抗拉强度σu即是钢材破坏前所能承受的最大应力，此时的结构因塑性变形很大而失去使用性能，但结构变形大而不垮，满足结构抵抗罕遇地震时的要求。…σu/σy值的大小，可以看作钢材强度储备的参数。 2、塑性 钢材的塑性一般指应力超过屈服点后，具有显著的塑性变形而不断裂的性质。衡量钢材塑性变形能力的主要指标是伸长率δ和断面收缩率ψ。 3、冷弯性能 钢材的冷弯性能是衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时对产生裂纹的抵抗能力。钢材的冷弯性能是用冷弯实验来检验钢材承受规定弯曲程度的弯曲变形性能。 4、冲击韧性 钢材的冲击韧性是指钢材在冲击荷载作用下，断裂过程中吸收机械动能的一种能力，是衡量钢材抵抗冲击荷裁作用，可能因低温、应力集中，而导致脆性断裂的一项机械性能。一般通过标准试件的冲击试验来获得钢材的冲击韧性指标。 5、焊接性能 钢材的焊接性能是指在—定的焊接工艺条件下，获得性能良好的焊接接头。焊接性能可分为焊接过程中的焊接性能和使用性能上的焊接性能两种。焊接过程中的焊接性能是指焊接过程中焊缝及焊缝附近金属不产生热裂纹或冷却不产生冷却收缩裂纹的敏感性。焊接性能好，是指在一定焊接工艺条件下，焊缝金属和附近母材均不产生裂纹。使用性能上的焊接性能是指焊缝处的冲击韧性和热影响区内延性性能，要求焊缝及热影响区内钢材的力学性能不低于母材的力学性能。我国采用焊接过程的焊接性能试验方法，也采用使用性使用性质上的焊接性能试验方法。 6、耐久性 影响钢材耐久性的因素很多。首先是钢材的耐腐蚀性差，必须采取防护措施，防止钢材腐蚀生锈。防护措施有：定期对钢材油漆维护，采用镀锌钢材，在有酸，碱，盐等强腐蚀介质条件下，采用特殊防护措施，如海洋平台结构采用“阳极保护”措施防止导管架腐蚀，在导管架上固定上锌锭，海水电解质会自动先腐蚀锌锭，从而达到保护钢导管架的功能。其次由于钢材在高温和长期荷载作用下，其破坏强度比短期强度降低较多，故对长期高温作用下的钢材，要测定持久强度。钢材随时间推移会自动变硬、变脆、即“时效”现象。对低温荷载作用下的钢材要检验其冲击韧性。[ （上海铂派实业）
常见工业用钢的性能及用途 一、结构钢 结构钢按用途分为工程构件用钢和机器零件用钢两大类。 1．工程构件用钢 工程构件用钢是应用较广泛的钢种之一，用于国防、化工、石油、电站、车辆、造船、桥梁、建筑等国民经济部门，制造各种重要构件。此类钢的发展历程大体经历如下几个阶段： ①．最初，钢构件以铆接为主，设计依据是抗拉强度，很少考虑屈服强度、韧性和可焊性。一般含碳量较高，约为0.3%。 ②．当焊接技术普遍应用后，要求钢的可焊性好，同时要保证一定的强度，故钢的含碳量降低，含锰量增加。 ③．针对焊接件出现脆性断裂，在钢中加入晶粒细化剂（如AlN），使钢的性能得到改善，屈服应力由225MPa提高到300 MPa，脆性转化温度降至0℃以下，从而提高了焊接件抗脆性断裂的能力。 ④．在保持低碳、高锰、细晶的条件下，利用析出强化相进一步提高钢的屈服强度，通常加入Nb、V、Ti等合金元素。 ⑤．利用微合金化技术，对钢进行控制轧制，降低终轧温度，可使钢的屈服强度达到450~500MPa，脆性转化温度下降到‐80℃。 工程构件用钢的成分要求为：在含碳量小于0.25%的碳钢中，加入微量的V、Ti、Nb、Zr、Ca、RE等元素。其性能要求为：高的弹性极限、刚度、可焊性和冷变形性，好的耐大气、水腐蚀性，低的屈强比бs/бb以防脆断。工程构件用钢包括普通碳素构件用钢和普通低合金构件用钢。 （1）普通碳素工程构件用钢 普通碳素工程构件用钢简称普碳钢，产量约占钢总产量的70%，其中大部分用作机器零件。由于普碳钢易于冶炼、价格低廉，性能也基本满足了一般工程构件的要求，所以在工程上用量很大。 为了满足工艺性能和使用性能的要求，含碳量一般均较低。普碳钢通常以热轧状态供应，一般不经热处理强化，只保证机械性能及工艺性能便可。其中的Q195、Q215有较高的延伸率，易于加工，常用做螺钉、炉体部件、农业机械等。Q235～Q275具有较高的强度和硬度，延伸率也较大，大量用做建筑结构，轧制成工字钢、槽钢、角钢、钢板、钢管及其它各种型材。而Q235钢J既有较高的塑性又有适中的强度，成为应用最广泛的一种普通碳素构件用钢，即可用做较重要的建筑构件、车辆及桥梁等的各种型材，又可用于制做一般的机器零件，也可进行热处理。 此外尚有一些专门用钢，如造船钢、桥梁钢、压力容器钢等。它们除严格要求规定的化学成分和机械性能外，还规定某些特殊的性能检验和质量检验项目，例如低温冲击韧性、时效敏感性、气体、夹杂和断口等。专门用钢一律为镇静钢。 （2）低合金高强度钢 低合金高强度钢是一种含有少量合金元素，具有较高强度的构件用钢，由于强度高，所以1吨低合金高强度钢可顶1.2~2.0吨普碳钢使用，从而可减轻构件重量，提高使用的可靠性并节约钢材。这类钢主要用来制造各种要求强度较高的工程结构，例如船舶、车辆、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。它在建筑、石油、化工、铁道、造船、机车车辆、锅炉容器、农机农具等许多部门得到广泛的应用。 常用低合金高强度钢按其屈服强度的高低分为6个级别（300MPa、350 MPa、400 MPa、450 MPa、500 MPa、550~650 MPa），如表7-1所示。
什么是滞回曲线 在力循环往复作用下，得到结构的荷载－变形曲线。它反映结构在反复受力过程中的变形特征、刚度退化及能量消耗，是确定恢复力模型和进行非线性地震反应分析的依据。又称恢复力曲线（restoring force curve）。 结构几种常见的滞回形状 结构常见的几种滞回形状 结构或构件滞回曲线的典型形状一般有四种:梭形、弓形、反S形和Z形。 梭形说明滞回曲线的形状非常饱满，反映出整个结构或构件的塑性变形能力很强，具有很好的抗震性能和耗能能力。例如受弯、偏压、压弯以及不发生剪切破坏的弯剪构件，具有良好塑性变形能力的钢框架结构或构件的P一△滞回曲线即呈梭形。 弓形具有“捏缩”效应，显示出滞回曲线受到了一定的滑移影响。滞回曲线的形状比较饱满，但饱满程度比梭形要低，反映出整个结构或构件的塑性变形能力比较强，节点低周反复荷载试验研究性能较好，.能较好地吸收地震能量。例如剪跨比较大，剪力较小并配有一定箍筋的弯剪构件和压弯剪构件，一般的钢筋混凝土结构，其滞回曲线均属此类。 反S形反映了更多的滑移影响，滞回曲线的形状不饱满，说明该结构或构件延性和吸收地震能量的能力较差。例如一般框架、梁柱节点和剪力墙等的滞回曲线均属此类。
Z形反映出滞回曲线受到了大量的滑移影响，具有滑移性质。例如小剪跨而斜裂缝又可以充分发展的构件以及锚固钢筋有较大滑移的构件等，其滞回曲线均属此类。 滞回曲线的评价描述方法 一般采用观察滞回曲线饱满程度来评价滞回曲线，越饱满，说明塑性和韧性好，峰值点越高，材料性能越好。对于更一般问题，常定义耗能指标（Hysteresis energy dissipation index），用来表示每一循环的滞回耗能。采用言行参数来评价延性性能。滞回曲线的物理意义为：地震时，结构处于地震能量场内，地震将能量输入结构，结构有一个能量吸收和耗散的持续过程。当结构进入弹塑性状态时，其抗震性能主要取决于构件耗能的能力。滞回曲线中加荷阶段荷载－位移曲线下所包围的面积可以反映结构吸收能量的大小；而卸荷时的曲线与加载曲线所包围的面积即为耗散的能量。这些能量是通过材料的内摩阻或局部损伤（如开裂、塑性铰转动等）而将能量转化为热能散失到空间中去。因此，滞回曲线中滞回环的面积是被用来评定结构耗能的一项重要指标。 什么是骨架曲线 骨架曲线就是指往复加载过程中各次滞回曲线峰点的连线，给出了结构的发生塑性变形后·内力或者应力的路径。由骨架曲线可以分析结构或构件的承载力和变形能力，并定义表征构件特征的若干控制点。试验表明，一般情况下滞回曲线峰点的连线与单调加载时的荷载－位移曲线（力－变形曲线）很相近，可以用静力单调加载得到的曲线代替往复加载时的骨架曲线。双线性模型、Ramberg-Osgood 模型和Bouc-Wen模型
24种常用钢术语解析，应该全了 1、碳钢 碳钢也叫碳素钢，是含碳量ωc小于2%的铁碳合金。碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。 按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类。碳素结构钢又可分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种。按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（ωc≤0.25%），中碳钢（ωc=0.25%-0.6%）和高碳钢（ωc>0.6%） 按磷、硫合量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、优质碳素钢（含磷、硫较低）和高级优质钢（含磷、硫更低）一般碳钢中含碳量越高则硬度越高，强度也就高，但塑性降低。 2、碳素结构钢 这类钢主要保证力学性能。故其牌号体现其力学性能，用Q+数字表示其中“Q”为屈服点“屈”字的汉语拼音字首。数字表示屈服点数值，例如Q275表示屈服点为275Mpa，若牌号后面标注字母A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同，含S、P的量依次降低，钢材质量依次提高。若在牌号后面标注字母“F”则为沸腾钢，标注“b”为半镇静钢，不标注“F”或“b”者为镇静钢。例如Q235—AF表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢，Q235—C表示屈服点为235MPa的C级镇静钢。 碳素结构钢一般情况下都不经热处理，而在供应状态下直接使用。通常Q195、Q215、Q235钢碳的质量分数低，焊接性能好，塑性、韧性好，有一定强度，常轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等。用于桥梁、建筑等结构和制造普通铆钉、螺钉、螺母等零件。Q255和Q275钢碳的质量分数稍高，强度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接，通常轧制成型钢、条钢和钢板作结构件以及制造简单机械的连杆、齿轮、联轴节、销等零件。 3、优质结构钢 这类钢必须同时保证化学成分和力学性能。其牌号是采用两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分数（ωс*10000）。例如45钢表示钢中平均碳的质量分数为0.45%；08钢表示钢中平均碳的质量分数为0.08%。 优质碳素结构钢主要用于制造机器零件。一般都要经过热处理以提高力学性能。根据碳质量分数不同，有不同的用途。08、08F、10、10F钢，塑性、韧性高，具有优良的冷成形性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车身、拖拉机驾驶室等；15、20、25钢用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞销,
钢筋常用的型号及分类 钢筋种类很多，通常按化学成分、生产工艺、轧制外形、供应形式、直径大小，以及在结构中的用途进行分类： （一）按轧制外形分 （1）光面钢筋：I级钢筋（Q235钢钢筋）均轧制为光面圆形截面，供应形式有盘圆，直径不大于10mm，长度为6m~12m。 （2）带肋钢筋：有螺旋形、人字形和月牙形三种，一般Ⅱ、Ⅲ级钢筋轧制成人字形，Ⅳ级钢筋轧制成螺旋形及月牙形。 （3）钢线（分低碳钢丝和碳素钢丝两种）及钢绞线。 （4）冷轧扭钢筋：经冷轧并冷扭成型。 （二）按直径大小分 钢丝（直径3~5mm）、细钢筋（直径6~10mm）、粗钢筋（直径大于22mm）。（三）按力学性能分 Ⅰ级钢筋（235/370级）；Ⅱ级钢筋（335/510级）；Ⅲ级钢筋（370/570）和Ⅳ级钢筋（540/835） （四）按生产工艺分 热轧、冷轧、冷拉的钢筋，还有以Ⅳ级钢筋经热处理而成的热处理钢筋，强度比前者更高。 （五）按在结构中的作用分：受压钢筋、受拉钢筋、架立钢筋、分布钢筋、箍筋等 2：钢筋的规格(建筑用钢筋)一般元钢筋直径有4#、6#、6.5#、8#、10#、12#、14#、16#等；螺纹钢筋有直径10#以上到32#、40#等 圆钢规格重量表 规格截面面积重量（kg/m） Ф3.5 9.62 0.075 Ф4 12.57 0.098 Ф5 19.63 0.154 Ф5.5 23.76 0.187 Ф5.6 24.63 0.193 Ф6 28.27 0.222 Ф6.3 31.17 0.245 Ф6.5 33.18 0.260 Ф7 38.48 0.302 Ф7.5 44.18 0.347 Ф8 50.27 0.395 Ф9 63.63 0.499 Ф10 78.54 0.617 Ф11 95.03 0.746 Ф12 113.10 0.888 Ф13 132.70 1.04 Ф14 153.90 1.21 Ф15 176.70 1.39 Ф16 201.10 1.58 Ф17 227.00 1.78
一、钢材的主要性能 钢材的力学性能：有明显流幅的钢筋，塑形好、延伸率大。 技术指标：屈服强度、延伸率、强屈比、冷弯性能。 力学性能是最重要的使用性能，包括抗拉性能、冲击韧性、耐疲劳性等。工艺性能包括冷弯性能和可焊性。 （1）抗拉性能：抗拉性能钢材最重要的力学性能。 屈服强度是结构设计中钢材强度的取值依据。 抗拉强度与屈服强度之比（强屈比）σb／σs，是评价钢材使用可靠性的一个参数。 对于有抗震要求的结构用钢筋，实测抗拉强度与实测屈服强度之比不小于1.25； 实测屈服响度与理论屈服强度之比不大于1.3； 强屈比愈大，钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大，安全性越高；但强屈比太大，钢材强度利用率偏低，浪费材料。 钢材受力破坏前可以经受永久变形的性能，称为塑性，它是钢材的一个重要指标。钢材的塑性指标通常用伸长率表示。伸长率随钢筋强度的增加而降低。 冷弯也是考核钢筋塑性的基本指标。 （2）冲击韧性，是指钢材抵抗冲击荷载的能力，在负温下使用的结构，应当选用脆性临界温度较使用温度为低的钢材。 （3）耐疲劳性：钢材在应力远低于其屈服强度的情况下突然发生脆断破裂的现象，称为疲劳破坏。危害极大，钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关，一般抗拉强度高，其疲劳极限也较高。 二、钢筋的工艺性能 1、钢材的性能主要有哪些内容 钢材的主要性能包括力学性能和工艺性能。力学性能是钢材最重要的使用性能，包括抗拉性能、塑性、韧性及硬度等。工艺性能是钢材在各加工过程中表现出的性能，包括冷弯性能和可焊性。 (1)抗拉性能。表示钢材抗拉性能的指标有屈服强度、抗 拉强度、屈强比、伸长率、断面收缩率。 屈服是指钢材试样在拉伸过程中，负荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象。发生屈服现象时的最小应力，称为屈服点或屈服极限，在结构设计时，一般以屈服强度作为设计依据。 抗拉强度是指试样拉伸时，在拉断前所承受的最大荷载与试样原横截面面积之比。 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。
45号钢 化学成分： 含碳（C）量是0.42~0.50%，Si含量为0.17~0.37%，Mn含量0.50~0.80%，Cr含量<=0.25%。 热处理 推荐热处理温度：正火850，淬火840，回火600. 45号钢为优质碳素结构用钢 ,硬度不高易切削加工,模具中常用来做 45号钢管 模板,梢子,导柱等,但须热处理。 1. 45号钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格。 实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）。 2. 45号钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺。 调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质＋表面淬火提高零件表面硬度。 渗碳处理 一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质＋表面淬火高。其表面含碳量0.8－－1.2％，芯部一般在0.1－－0.25％（特殊情况下采用0.35％）。经热处理后，表面可以获得很高的硬度（HRC58－－62），芯部硬度低，耐冲击。 如果用45号钢渗碳，淬火后芯部会出现硬脆的马氏体，失去渗碳处理的优点。现在采用渗碳工艺的材料，含碳量都不高，到0.30％芯部强度已经可以达到很高，应用上不多见。0.35％从来没见过实例，只在教科书里有介绍。可以采用调质＋高频表面淬火的工艺，耐磨性较渗碳略差。 GB/T699-1999标准规定的45钢推荐热处理制度为850℃正火、840℃淬火、600℃回火，达到的性能为屈服强度≥355MPa GB/T699-1999标准规定45钢抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，伸长率为16％，断面收缩率为40％，冲击功为39J