【日本经典技能系列丛书】金属材料常识

1鋼（はがね、こう、Steel）とは鉄を主成分にする合金を指し、鉄の持つ性能(強度、靭性、磁性、耐熱性など)を人工的に高めたものである。

成分的には、鉄の性能が高められていない軟鉄や鋳鉄を除外するために、炭素の含有が0.3%－2%以下のものの総称である。

ただし、0.3%以下でも高合金である、ステンレス、耐熱鋼なども鋼の範疇となる。

軟鉄や鋳鉄とあわせて鉄鋼（てっこう）とも呼ばれ、鋼でできた材料を鋼材（こうざい）、板状の鋼材を鋼板（こうはん）と呼ぶ。

「はがね」の語源は日本語においては「刃金」である。

これは日本の文化において鋼の概念が確立したことが、日本刀あるいは武士の文化と関係している。

英語の発音である「スチール」という言い方もあるが、「盗む」のスチール（steal）と発音が同じなので、商用の言葉にはなり難い。

一方で鋼はその頑強さからしばしばイメージで語られることがある。

英語圏ではマン・オブ・スティールはスーパーマンの通称で知られており、名字としてはロシア語で「鋼鉄の人」を意味する独裁者ヨシフ・スターリンを指す。

定義[編集]語源[編集]鋼（はがね）の語源は、刃物に使用されるために作られた金属を意味する刃金（はがね）であり、それ以外も含めて鉄鋼材はすべて鍛えた鉄という意味で鍛鉄（たんてつ）と呼んだ。

それは鉄器時代の大半が刃物・工具など、現在でいう特殊鋼用途に鉄鋼が使われ、構造部材へ鉄鋼が大体的に使われるのは産業革命以降であることと関係する。

現在では、刃物専用以外の鋼材も含めて精錬技術によって造られた鉄鋼材全般を鋼（はがね）・鋼鉄（こうてつ）と呼ぶ。

また、錬鉄・鋳鉄などを含めて鉄鋼あるいは鉄鋼材料と呼ぶ。

一般に鋼とは、鉄に炭素が重量比0.3-2.0%程度混ざった合金であり、鉄器時代にはそれを鍛造段階で軟鉄に接合して刃物が製作されていた。

したがって鋼とは、一般に鉄とは異なり、硬い刃先を形成している物質を指していた。

金属材料的基础知识论述(doc 24页)金属材料基础知识体向马氏体转变开始温度Ms线之下）连续冷却时，过冷奥氏体组织转变为马氏体组织，室温时仍保持马氏体组织。

双相钢：室温时在固溶组织中铁素体和奥氏体相约各占一半或较少相的含量在30%以上，兼有铁素体组织和奥氏体组织。

一、金属材料的表示方法。

①钢的编号方法：根据国标GB/T221-2000《钢铁产品牌号表示方法》的规定，一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。

世界各国的钢号表示方法不一致，主要由于习惯上各自采用本国的国家标准，某部门标准或协会团体标准中的钢号表示方法，这给技术交流等带来很大的不便。

②有色金属的编号方法：有色金属及其合金编号方法与钢的编号方法大致相同，都是采用汉语拼音字母，化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。

由于铝合金与钛合金分类方法相对简单，放在铝合金和钛合金的材料牌号中一般不出现化学元素符号。

二、合金元素在钢中的作用1、铝（Al）熔点为660℃，主要用于脱氧和细化晶粒，在渗氮钢中促使形成坚硬耐蚀的渗氮层，含量高时，提高钢高及抗氧化能力，固溶强化作用大。

2、砷（As）时封闭γ区的元素，作用与磷相似，占钢中偏析严重。

3、硼（B）熔点为2040℃，有很强的亲和力，微量的硼（0.001%）就可以使结构钢成倍的增加淬透性。

在珠光体耐热钢中，微量硼可提高其高温强度，在奥氏体钢中可提高其蠕变强度，由于硼吸收中子的能力强，在原子能反应堆中常用高硼低碳钢。

4、碳（C）是钢中的基本化元素之一，钢中随着碳含量的增加，其强度和硬度也随之增加，但其塑性和韧性则随之降低。

碳含量每增加0.1%，钢材抗拉强度大约提高90MPa，屈服强度大约提高40~50 MPa, 碳同时也能提高钢材的高温强度，在焊接碳含量较高的钢材时，焊接热影响区易出现淬硬现象，易产生冷裂纹的倾向。

因此，一般用于焊接结构压力容器，主要受压主件的碳素钢和低合金钢，其含碳量不应大于0.25%。

金属材料基础知识金属材料的基础知识一、金属材料的分类方法：金属材料分为两大类：即黑色金属与有色金属1、黑色金属元素：铁、锰、铬2、有色金属元素：除上述三种元素外，其余称为有色金属元素。

通常将以铁、锰、铬为基的合金称为黑色金属，以铁为基的合金称为钢，以其余金属元素为基的合金称为有色金属。

①按冶炼方法分类：工业用钢可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢三大类，每一类还可以根据炉衬材料不同分为碱性和酸性两类；电炉钢还可以分为电弧炉钢、感应炉钢、真空感应炉钢和电渣炉钢。

②按用途分类：按钢用途可分为结构钢、工具钢和特殊钢。

结构钢可分为两类，一类是建筑及工程用钢或构件用钢，另一类是机器制造用钢。

前者主要和做钢架、桥梁、钢轨、车辆、船舶、容器等，属于这类钢的有普通碳素钢和部分普通低合金钢，这类钢很大一部分做成钢板和型钢；后者主要用做各种机器零件，包括轴承、弹簧等。

工具钢分为量具刃具钢、冷模具钢、热模具钢、耐冲击工具用钢等。

特殊性能钢分为耐热钢（包括抗氧化和热强钢），不锈耐酸钢、电工用钢等。

③按金相组织分类：A按平衡状态或退火状态的组织分类，可分为亚共析钢，共析钢，过共析钢和莱氏体钢。

B按正火组织为类，可分为珠光体、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。

但由于正火控冷的冷却速度随钢材尺寸不同而不同，所以这类分类方法不是绝对的。

C按加热冷却时有无相变和室温时的金相组织分类：可分为：铁素体钢：加热和冷却时，始终保持铁素体组织。

奥氏体钢：加热冷却时，始终保持奥氏体组织。

马氏体钢：钢加热奥氏体化后快速冷却中，在低温（奥氏体向马氏体转变开始温度Ms线之下）连续冷却时，过冷奥氏体组织转变为马氏体组织，室温时仍保持马氏体组织。

双相钢：室温时在固溶组织中铁素体和奥氏体相约各占一半或较少相的含量在30%以上，兼有铁素体组织和奥氏体组织。

二、金属材料的表示方法。

①钢的编号方法：根据国标GB/T221-2000《钢铁产品牌号表示方法》的规定，一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。

常用金属材料基础知识教材第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%（如优质碳素结构钢20号、45号钢等）③高级优质钢：P≤0.035% S≤0.030%（比优质钢更优质，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%）。

金属材料基础知识林筱华石油、化学等工业中的压力容器，大多数由钢材制成。

与其他材料相比，钢材的强度高．韧性好．耐冲击．可焊性以及切削加工性能也比较好．而且造价也比较低。

第一节碳钢压力容器常用的是碳素结构钢，包括普通碳索结构钢和优质碳素结构钢。

一、普通碳素结构钢按质量分A、B、C、D四级．以脱氧方法不同又分沸腾钢，半镇静钢、镇静钢等。

1、镇静钢是钢液在浇注之前经过完全脱氧，凝固时不沸腾，故称镇静钢。

这种钢锭内无气泡，钢材质量较高。

其牌号由代表屈服强度字母、屈服强度值、质量等级符号等部分按顺序组成，如：Q235-A(旧牌号为A 3)。

在国标GBl50中其使用温度范围为0℃～350℃，许用压力p≤1.0 MPa，用于容器壳体时，钢板厚度小于或等于16mm，并不得用于盛装液化石油气体、毒性为高度或极度危害介质的压力容器。

2、沸腾钢是在钢的冶炼过程中仅加入弱脱氧剂(锰铁)脱氧，因此在钢液中还保留相当数量的FeO。

在浇注与凝固时，由于碳和FeO发生反应，钢液中不断析出CO，产生沸腾，故称为沸腾钢。

其牌号只需在镇静钢牌号后面加字母F，这种钢锭成材率高。

但钢锭内有许多小气泡(这些气泡在锻轧时可排除)，且偏析较严重，因此为了确保容器安全运行，避免和减少事故的发生，在各国压力容器设计规范中都对其使用范围加以限制。

我国国标GB150规定，Q235-AF的使用温度范围为0℃～250℃，许用压力p≤0．6MPa，且用于容器壳体时，钢板厚度小于或等于12mm，并不得用于盛装易燃、毒性为中度、高度或极度危害介质的压力容器。

3、半镇静钢介于沸腾钢与镇静钢二者之间，用符号b代替F．二、优质碳钢与普通碳钢相比，硫、磷含量较少（硫会造成钢的热脆性，磷会造成钢的冷脆性），机械性能较高。

压力容器用钢与锅炉用钢类同．首先要求保证足够强度．还要求有良好的塑性．质地均匀、无时效倾向等。

因此必须选用杂质和有害气体容量较低的低碳镇静钢，对于专业用钢符号加在钢号后面，压力容器用钢加字母“R”，如20R，锅炉钢加字母“g”，如20g。

金属材料最全基础知识总结金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。

包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。

（注：金属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料。

）一、意义人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。

继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。

现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。

二、种类金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。

（1）黑色金属，又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%-4%的铸铁，含碳小于2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精密合金等。

广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。

（2）有色金属，是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。

有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。

（3）特种金属材料，包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。

其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及金属基复合材料等。

三、性能一般分为工艺性能和使用性能两类。

所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。

金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。

由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。

所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。

金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。

在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非常强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。