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第一节结构钢的种类、规格、用途结构钢是指符合特定强度和可成形性等级的钢。
可成形性以抗拉试验中断后伸长率表示。
结构钢一般用于承载等用途，在这些用途中钢的强度是一个重要设计标准。
结构钢包括碳素结构钢、合金结构钢、低合金结构钢、耐热结构钢等。
一、碳素结构钢碳素结构钢是碳素钢的一种。
含碳量约0.05％～0.70％，个别可高达0.90％。
碳素钢是指碳含量低于2%，并有少量硅、锰以及磷、硫等杂质的铁碳合金。
工业上常指含碳量小于1.35％，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的钢。
碳素钢的性能主要取决于含碳量。
含碳量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性和可焊性降低。
与其它钢类相比，碳素钢使用最早，成本低，性能范围宽，用量最大。
（一）分类1．按含碳量分为：（1）低碳钢(碳含量为0.04％～0.25％) (含碳量小于0.04%时称为工业纯铁。
（2）中碳钢（碳含量为0.25％～0.6％）（3）高碳钢（碳含量为0.6％～1.35％）2．按质量分为：（1)普通碳素钢，其有害杂质磷、硫含量均小于0.05％。
包括：甲类钢：A类钢，保证力学性能乙类钢：B类钢，保证化学成分特类钢：C类钢，保证力学性能和化学成分）如：Q235A,Q235B，Q235C，Q235D，SS400等。
(SS400:第一个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)优质碳素钢，有害杂质磷、硫含量均小于0.04％；高级优质碳素钢，有害杂质磷、硫含量小于0.03％－－如：45，S50C，S45c，P20等等。
3．按用途分为（1）碳素结构钢主要用于制造各种结构件和机器零件，一般属低碳钢和中碳钢；（2）碳素工具钢用于制造刀具、量具、模具等，一般属高碳钢。
（二）普通碳素结构钢简称普通碳素钢，这种钢含有害杂质（P、S等）和非金属夹杂物较多，但价格便宜，用途很多，用量很大，主要用于铁道、桥梁、各类建筑工程，制造承受静载荷的各种金属构件及不重要不需要热处理的机械零件和一般焊接件。
合金结构钢的分类
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合金结构钢的分类简述如下：
①按合金元素含量：分为低合金结构钢、中合金结构钢、高合金结构钢，依据主要合金元素的百分比划分。
②按应用领域：包括桥梁结构钢、船舶结构钢、机械结构钢、建筑结构钢、压力容器结构钢等，针对不同使用环境设计。
③按强度级别：分为普通结构钢、高强度结构钢、超高强度结构钢，强度逐渐增强，适应更严苛的承载需求。
④按加工特性：有锻造结构钢、轧制结构钢、挤压结构钢等，依据材料加工工艺特性分类。
⑤按组织性能：分为调质结构钢和表面硬化结构钢，前者通过调质处理获得良好综合性能，后者表面硬度高而心部韧。
各类合金结构钢通过添加特定合金元素，改善钢材性能，满足复杂工程和制造业对材料强度、韧性、耐磨及耐腐蚀性的多样化要求。
每类钢种在成分设计、热处理工艺上各有侧重，实现材料性能的最优化。
合金钢的分类及应用合金钢是一种由铁和其他元素（如碳、铬、钼等）组成的合金材料。
根据合金元素的不同，合金钢可以分为多种不同的类型，每种类型都具有特定的物理和化学性质，因此在不同的应用领域有着广泛的应用。
第一类合金钢是碳钢。
碳钢是由铁和碳组成的合金，碳的含量在0.02%至 2.11%之间。
碳钢具有良好的韧性和可塑性，适用于制造机械零件、工具和建筑材料等。
其中，低碳钢具有良好的可焊性和可锻性，适用于制造汽车零件和管道等；中碳钢具有较高的强度和耐磨性，适用于制造齿轮和轴等；高碳钢具有较高的硬度和强度，适用于制造刀具和弹簧等。
第二类合金钢是不锈钢。
不锈钢是一种具有耐腐蚀性的合金钢，主要由铁、铬和少量的镍、钼等元素组成。
不锈钢具有良好的耐腐蚀性、耐高温性和抗氧化性，广泛应用于制造化工设备、厨房用具、建筑材料等。
根据不同的成分和结构，不锈钢可以分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和马氏体不锈钢等不同的类型，每种类型都具有不同的性能和应用领域。
第三类合金钢是工具钢。
工具钢是一种用于制造切削工具、冲压工具和模具等的合金钢，具有良好的硬度、耐磨性和耐热性。
根据其合金元素的不同，工具钢可以分为碳工具钢、合金工具钢和高速工具钢等。
碳工具钢具有较高的硬度和耐磨性，适用于制造冷冲模和切削刀具等；合金工具钢通过添加合金元素如钼、钛等，提高了其硬度和耐热性，适用于制造热冲模和高速切削刀具等；高速工具钢具有极高的硬度和耐热性，适用于制造高速切削刀具和钻头等。
第四类合金钢是结构钢。
结构钢是一种用于建筑、桥梁、船舶等结构工程的合金钢，具有良好的强度和韧性。
根据其合金元素的不同，结构钢可以分为碳素结构钢、低合金结构钢和高合金结构钢等。
碳素结构钢具有良好的可塑性和焊接性，适用于一般结构工程；低合金结构钢通过添加少量的合金元素如钼、铬等，提高了其强度和耐腐蚀性，适用于复杂结构工程；高合金结构钢通过添加较高比例的合金元素如镍、钼等，提高了其强度和耐腐蚀性，适用于海洋工程和化工设备等。
合金结构钢的定义与分类一、调质钢经受淬火和在AC1以下进行回火的热处理钢称为调质钢。
传统的调质钢是指淬火和高温火钢调质钢是机械制造行业中应用十分广泛的重要材料之一。
调质钢在化学成分上的特点是，碳含量为0.3—0.5%，并含有一种或几种合金元素。
具有较低或中等的合金化程度。
钢中合金元素的作用主要是提高钢的淬透性和保证零件在高温回火后获得预期的综合性能。
热处理工艺是在临界点以上一定温度加热后淬火成马氏体，并在500℃--650℃回火。
热处理后的金相组织是回火索氏体。
这种组织具有强度、塑性的韧性的良好配合。
调质钢的质量要求，除一般的冶金方面的代倍和高倍组织要求外，主要为钢的力学性能以及与工作可靠性和寿命密切相关的冷脆性转变温度、断裂韧性和疲劳抗力等。
在特定条件下，还要求具有耐磨性、耐蚀性和一定的抗热性。
由于调质钢最终采用高温回火，能使钢中应力完全消除，钢的氢脆破坏倾向性小，缺口敏感性较低。
脆性破坏抗力较大。
但也存在特有的高温回火脆性。
大多数调质钢为中碳合金结构钢，屈服强度（σ0.2）在490—1200MPao以焊接性能为突出要求的调质钢。
，为低碳合金结构钢，屈服强度（σ0.2）一般为4901—800MPa，有很高的塑性和韧性。
少数沉淀硬化型调质钢，屈服强度（σ0.2）可到1400MPa以上，属高强度的超高强度调质钢。
常用的合金调质钢按淬透性的强度妥为四类：①低淬透性调质钢;②中淬透性调质钢；③较高淬透性调质钢；④高淬透性调质钢。
二、渗碳钢具有高碳的耐磨表层和低碳的高强韧性心部，能承受巨大的冲击载荷、接触应力和磨损。
汽车、工程机械和机械制造等行业中，大量使用的齿轮，是渗碳钢应用中最具代表性实例。
渗碳钢常用的合金钢系列主要是Cr-Mn系、Cr-Mo系和Cr-Ni-Mo系等。
保证渗碳钢心部的组织和性能的核心是淬透性。
一般用途的渗碳件的心部组织为50%左右的马氏体加其它非马氏体组织。
重要用途（如航空渗碳齿轮），心部组织亦应为马氏体或马氏体/贝氏体组织。
合金结构钢的定义与分类一、调质钢经受淬火和在AC1以下进行回火的热处理钢称为调质钢。
传统的调质钢是指淬火和高温火钢调质钢是机械制造行业中应用十分广泛的重要材料之一。
调质钢在化学成分上的特点是，碳含量为0.3—0.5%，并含有一种或几种合金元素。
具有较低或中等的合金化程度。
钢中合金元素的作用主要是提高钢的淬透性和保证零件在高温回火后获得预期的综合性能。
热处理工艺是在临界点以上一定温度加热后淬火成马氏体，并在500℃--650℃回火。
热处理后的金相组织是回火索氏体。
这种组织具有强度、塑性的韧性的良好配合。
调质钢的质量要求，除一般的冶金方面的代倍和高倍组织要求外，主要为钢的力学性能以及与工作可靠性和寿命密切相关的冷脆性转变温度、断裂韧性和疲劳抗力等。
在特定条件下，还要求具有耐磨性、耐蚀性和一定的抗热性。
由于调质钢最终采用高温回火，能使钢中应力完全消除，钢的氢脆破坏倾向性小，缺口敏感性较低。
脆性破坏抗力较大。
但也存在特有的高温回火脆性。
大多数调质钢为中碳合金结构钢，屈服强度（σ0.2）在490—1200MPao以焊接性能为突出要求的调质钢。
，为低碳合金结构钢，屈服强度（σ0.2）一般为4901—800MPa，有很高的塑性和韧性。
少数沉淀硬化型调质钢，屈服强度（σ0.2）可到1400MPa以上，属高强度的超高强度调质钢。
常用的合金调质钢按淬透性的强度妥为四类：①低淬透性调质钢;②中淬透性调质钢；③较高淬透性调质钢；④高淬透性调质钢。
二、渗碳钢具有高碳的耐磨表层和低碳的高强韧性心部，能承受巨大的冲击载荷、接触应力和磨损。
汽车、工程机械和机械制造等行业中，大量使用的齿轮，是渗碳钢应用中最具代表性实例。
渗碳钢常用的合金钢系列主要是Cr-Mn系、Cr-Mo系和Cr-Ni-Mo系等。
保证渗碳钢心部的组织和性能的核心是淬透性。
一般用途的渗碳件的心部组织为50%左右的马氏体加其它非马氏体组织。
重要用途（如航空渗碳齿轮），心部组织亦应为马氏体或马氏体/贝氏体组织。
提高淬透性的常用合金元素有铬、锰、镍、钼和硼。
从合金化的经济角度考虑，Cr-Mn系（特别是含硼钢）值得推荐，但就生产和使用的角度而言，Cr-Mo钢更为优越。
重要用途的、高质量要求的渗碳钢一般均含有一定量的钼，尤其是对于重载的大型渗碳件更需要。
当心部性能确定后，渗层组织和性能对使用寿命具有决定性作用。
渗层的组织要求为马氏体和细小、弥散、球状分布的合金碳化物。
保证渗层组织的核心仍然是淬透性。
渗层应具有高的硬度、良好的显微组织、合理的残余应力分布和一定的韧性储备。
三、氮化钢（渗氮钢）适合天氮化（或渗氮）工艺的钢种，称氮化钢或渗氮钢。
一般狭义而言，是指专门为渗氮零件设计、冶炼、加工的一种特殊钢种。
其典型代表为38CrMoAl。
氮化钢制作的机械零件，经氮化处理后，能获得极高的表面硬度、良好的耐磨性、高的疲劳强度的较低的缺口敏感性、一定的抗腐蚀能力、高的热稳定性，氮化处理用于处理某些在较高温度工作的耐磨零件或精密零件，如内燃机曲轴、汽缸套和汽阀、镗床的主轴和主轴套、精密齿轮和精密机闲丝杆等。
氮化钢的合金化应考虑以下几点：（1）氮化前需进行调质处理。
氮化钢首先应是调质钢，即具有足够的淬透性。
铬、锰、钼是提高淬透性的有效元素。
（2）为了使钢在氮化温度下（500--570℃）长时间加热后仍能保持强度不变，向钢中加入钼和钒。
为了防止或减轻高温回火脆性，往往向钢中添加0.2%--0.5%Mo。
（3）氮化时，渗入α相基体的氮原子同固溶于α相中的铬、钼、钨、钒、铝等元素结合，形成合金氮化物，呈细小颗粒，与α相基体保持共格、弥散分布，起沉淀强化作用，使氮化层硬度提高，并能在氮化温度下长时间保持弥散状态和高硬度。
四、超高强度钢超高强度钢的定义是相对于时代要求的技术进步程度而在变化的。
一般讲，屈服强度在1370MPa（140kgf/mm2）以上，抗拉强度在1620MPa（165kgf/mm2）以上的合金钢称超高强度钢。
按其合金化程度和显微组织分为低合金中碳马氏体强化超高强度钢、中合金中碳二次沉淀硬化型超高强度钢、高合金中碳Ni—Co型超高强度钢、超低碳马氏体时效硬化型超高强度钢、半奥氏体沉淀硬化型不锈钢等。
低合金中碳马氏体强化型超高强度钢是在低合金调质钢的基础上发展起来的，合金元素总量一般不超过6%。
主要牌号包括传统的镍铬钼调质钢4340（40CrNiMo）,碳含量0.45%的镍铬钼钒钢D6AC（45CrNiMoV），碳含量0.30%的铬锰硅镍钢（30CrMnSiNi2A）,在4340钢基础上通过加入硅（1.6%）和钒（0.1%）而研制成的300M钢（43CrNiSiMoV）以及不含镍的硅锰钼钒或硅锰铬钼钒等。
通过真空熔炼降低钢中杂质元素含量，改善钢的横向塑性和韧性，由于钢中合金元素含量较低，成本低，生产工艺简单，广泛用于飞机大梁、起落架、发动机轴、高强度螺栓、固体火箭发动机壳体和化工高压容器等。
中合金中碳二次沉淀硬化型超高强度钢是从5%Cr型模具钢移而来的。
由于它在高温回火状态下有很高的强度和较满意的塑性和韧性，抗热性好，组织稳定，用于飞机起落架、火箭壳体等。
典型钢种为H11和H13等。
其主要成分为：C0.32%--0.45%；Cr4.75%--5.5%；Mo1.1%--1.75%；Si0.8%--1.2%。
高合金中碳Ni—Co（9Ni--4Co--××）型超高强度钢，是在具有高韧性、低脆性转变温度的9%Ni型低温钢的基础上发展起来的。
在9%Ni钢中添加钻是为了提高钢的Ms（马氏体转变）温度，减少钢中的残余奥氏体，同时，钻在镍钢中起固溶强化作用，还通过加钻来获得钢的自回火特性，从而使这类钢具有优良的焊接性能。
碳在这类钢中起强化作用。
钢中还含有少量铬和钼，以便在回火时产生弥散强化效应。
主要牌号有HP9-4-25，HP9-4-30，HP9-4-45以及改型的AF1410（0.16%C-10%Ni-14%Co-1%Mo-2%Cr-0.05%V）等。
这类钢综合力学性能高。
抗应力腐蚀性好，具有良好的工艺性能和焊接性能，广泛用于航空、航天和潜艇亮体等产品上。
超低碳马氏体时效硬化型超高强度钢，通常称马氏体时效钢。
钢的基体为超低碳的铁镍或铁镍钴马氏体。
其特点是，马氏体形成时不需要快冷，可变温及等温形成；具有体心立方结构；硬度约为HRC20，塑性很好；再加热时不出现像在低碳马氏体中发生的回火现象，并有很大的逆转变温度迟滞，因而可以在较高温度进行马氏体基体内的时效硬化。
在这样的高镍马氏体中含有能引起时效强化的合金元素，借助于时效强化，从过饱和的马氏体中析出弥散分布的金属间化合物，使钢获得高强度和高韧性。
按镍含量，马氏体时效钢分为25%Ni、20%Ni、18%Ni和12%Ni等类型.18%Ni型应用较广，为含有钼、钛等强化原素的超低碳铁-镍（18%）-钻（8.5%）合金，包括3个牌号：18%Ni（200）、18%Ni（250）、和18%Ni（300）（200、250、300为抗拉强度等级，单位为Ksi）。
这种钢是通过金属间化合物的析出使钢强化。
借无碳的马氏体基体取得高塑性，最后达到很高的强度塑性配合。
这类钢具有良好的成形性能、焊接性能和尺寸稳定性，热处理工艺也较简单，用于航空、航天器构件和冷挤、冷冲压模具等。
半奥氏体沉淀硬化型不锈钢是一类高合金的超高强度钢，如常见的17-7PH（OCr17Ni7Al）、PH15-7Mo（OCr15Ni7Mo2Al）和AFC-77（15Cr15Mo5Co14V）等。
这类钢经固溶化处理，冷却到室温为奥氏体组织，再经过冷加工、冷处理或者加热到750℃进行调整处理后，奥氏体转变为马氏体。
最后在400-550℃时效，便得到在回火马氏体基体上弥散分布着第二相强化组织的超高强度钢。
这类钢在315℃以上长时间使用时，会因为金属间化合物沉淀而使材料变脆，所以使用温度要限制在315℃以下。
这类钢主要用于制造航空器件构件、高压容器和高应力腐蚀化工设备零件等。
对于这类钢的详细情况可参阅《钢铁材料手册第5卷不锈钢》一书。
五、非调质钢非调质钢是在中碳锰钢的基础上加入钒、钛、铌微合金化元素，使其在加热过程中溶于奥氏体中，因奥氏体中的钒、钛、铌的固溶度随着冷却而减小。
微合金元素钒、钛、铌将以细小的碳化物的氮化物形式在先析出的铁素体和珠光体中析出。
这些析出物与母相保持共格关系，使钢强化。
这类钢在热轧状态、锻造状态或正火状态的力学性能既缩短了生产周期，又节省了能源。
非调质钢的力学性能取决于基体显微组织和析出相的强化。
非调质钢分为热锻用非调质钢、直接切削用非凋质钢、冷作强化非调质钢和高韧性调质钢。
热锻用非调质钢用于热锻件（如曲轴、连杆等），直接切削用非调质钢用热轧件直接加工成零件，冷作强化非调质钢用于标准件（如螺母等），高韧性非调质钢用于要求韧性较高的零部件。
六、硼钢硼钢是指加入硼元素的钢。
硼在钢中的作用主要是增加钢的淬透性，一般加入量很少（0.0003%-0.0050%）。
硼元素资源富有。
价格便宜。
钢中添加硼能显著节省镍、铬、钼等昂贵的合金元素，有可观的经济效益。
硼钢的主要优点是价格便宜，在保证钢具有所需淬透性和力学性能的同时，钢的热、冷加工性能较好。
主要缺点是，淬透性的波动比不含硼元素的钢大。
七、冷镦钢用冷镦加工方法制造紧固件、连接件（如螺栓、螺母、螺钉、铆钉等）用的钢称为冷镦钢，俗称铆螺钢。
通常使用有调质型合金结构钢、低温回火型合金结构钢、低碳低。
