钢铁材料基本知识

一.钢铁材料的分类
钢材及其分类
炼钢炉炼出的钢水被铸成钢坯，钢锭 或钢坯经压力加工成钢材（钢铁产品）。钢材种类很多，一般可分为型、板、管和丝四大类。
1、型钢类
型钢品种很多，是一种具有一定截面形状和尺寸的实心长条钢材。按其断面形状不同又分简单和复杂断面两种。前者包括圆钢、方钢、扁钢、六角钢和角钢；后者包括钢轨、工字钢、槽钢、窗框钢和异型钢等。直径在6.5-9.0mm的小圆钢称线材。
2、钢板类
是一种宽厚比和表面积都很大的扁平钢材。按厚度不同分薄板（厚度<4mm）、中板（厚度4-25mm）和厚板（厚度>25mm）三种。钢带包括在钢板类内。
3、钢管类
是一种中空截面的长条钢材。按其截面形状不同可分圆管、方形管、六角形管和各种异形截面钢管。按加工工艺不同又可分无缝钢管和焊管钢管两大类。
4、钢丝类
钢丝是线材的再一次冷加工产品。按形状不同分圆钢丝、扁形钢丝和三角形钢丝等。钢丝除直接使用外，还用于生产钢丝绳、钢纹线和其他制品。
1.生铁的分类
　　钢铁材料通常是指铁碳合金，按含碳量的大小分类，含碳量(质量分数)大于2％的为生铁，小于2％的为钢，含碳量(质量分数)小于0．04％的为工业纯铁。
生铁的分类
分类方法 分类名称 说　　明
1．按用途分 (1)炼钢生铁 炼钢生铁是指用于平炉、转炉炼钢的生铁，一般含硅量较低(不大于1.75％)，含硫量较高(不大于0.07％)，质硬而脆，断口呈白色，也称白口铁
 (2)铸造生铁 铸造生铁是指用于铸造各种生铁铸件的生铁，一般含硅量较高(达3.75％)，含硫量稍低(不大于0.06％)，断口呈灰色，也称灰口铁
2．按化学成分分 (1)普通生铁 普通生铁是指不含其他合金元素的生铁，如炼钢生铁、铸造生铁均属此类
 (2)特种生铁 1)天然合金生铁——用含有共生金属的铁矿石或精矿、用还原剂还原而制成的一种特殊生铁，可用来炼钢及铸造
2)铁合金——在炼铁时特意加入其他成分的元素，炼成含有多种合金元素的特种生铁，其品种较多，如锰铁、硅铁、铬铁等，是炼钢的原料之一，也可用于铸造
注：成分含量皆指质量分数。
2.铸铁的分类
铸铁的分类
分类方法 分类名称 说　　明
1．按断口颜色 (1)灰铸铁 这种铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色，有一定的力学性能和良好的被切削性能，普遍应用于工业中
 (2)白口铸铁 白口铸铁是组织中完全没有或几乎完全没有石墨的一种铁碳合金，其断口呈白亮色，硬而脆，不能进行切削加工，很少在工业上直接用来制作机械零件。由于其具有很高的表面硬度和耐磨性，又称激冷铸铁或冷硬铸铁
 (3)麻口铸铁 麻口铸铁是介于白口铸铁和灰铸铁之间的一种铸铁，其断口呈灰白相间的麻点状，性能不好，极少应用
2．按化学成分 (1)普通铸铁 是指不含任何合金元素的铸铁，如灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等
 (2)合金铸铁 是在普通铸铁内加入一些合金元素，用以提高某些特殊性能而配制的一种高级铸铁。如各种耐蚀、耐热、耐磨的特殊性能铸铁
3．按生产方法和组织性能 (1)普通灰铸铁 参见“灰铸铁”
 (2)孕育铸铁 这是在灰铸铁基础上，采用“变质处理”而成，又称变质铸铁。其强度、塑性和韧性均比一般灰铸铁好得多，组织也较均匀。主要用于制造力学性能要求较高，而截面尺寸变化较大的大型铸件
 (3)可锻铸铁 可锻铸铁是由一定成分的白口铸铁经石墨化退火而成，比灰铸铁具有较高的韧性，又称韧性铸铁。它并不可以锻造，常用来制造承受冲击载荷的铸件
 (4)球墨铸铁 简称球铁。它是通过在浇铸前往铁液中加入一定量的球化剂和墨化剂，以促进呈球状石墨结晶而获得的。它和钢相比，除塑性、韧性稍低外，其他性能均接近，是兼有钢和铸铁优点的优良材料，在机械工程上应用广泛
 (5)特殊性能铸铁 这是一种有某些特性的铸铁，根据用途的不同，可分为耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等。大都属于合金铸铁，在机械制造上应用较广泛
3.钢的分类
钢的分类
分类方法 分类名称 说　　明
1．按化学
成分
 (1)碳素钢 碳素钢是指钢中除铁、碳外，还含有少量锰、硅、硫、磷等元素的铁碳合金，按其含碳量的不同可分为：
1)低碳钢——含碳量wc≤0.25％
2)中碳钢——含碳量wc>0.25％～0.60％
3)高碳钢——含碳量wc>0.60％
 (2)合金钢 为了改善钢的性能，在冶炼碳素钢的基础上，加入一些合金元素而炼成的钢，如铬钢、锰钢、铬锰钢、铬镍钢等。按其合金元素的总含量，可分为：
1)低合金钢——合金元素的总含量≤5％
2)中合金钢——合金元素的总含量5％～10％
3)高合金钢——合金元素的总含量>10％
2．按冶炼
设备
 (1)转炉钢 用转炉吹炼的钢，可分为底吹、侧吹、顶吹和空气吹炼、纯氧吹练等转炉钢；根据炉衬的不同，又分酸性和碱性两种
 (2)平炉钢 用平炉炼制的钢，按炉衬材料的不同分为酸性和碱性两种，一般平炉钢多为碱性
 (3)电炉钢 用电炉炼制的钢，有电弧炉钢、感应炉钢及真空感应炉钢等。工业上大量生产的，是碱性电弧炉钢
3．按浇注
前脱氧程
度 (1)沸腾钢 属脱氧不完全的钢，浇注时在钢锭模里产生沸腾现象。其优点是冶炼损耗少、成本低、表面质量及深冲性能好；缺点是成分和质量不均匀、抗腐蚀性和力学强度较差，一般用于轧制碳索结构钢的型钢和钢板
 (2)镇静钢 属脱氧完全的钢，浇注时在钢锭模里钢液镇静，没有沸腾现象。其优点是成分和质量均匀；缺点是金属的收得率低，成本较高。一般合金钢和优质碳素结构钢都为镇静钢
 (3)半镇静钢 脱氧程度介于镇静钢和沸腾钢之间的钢，因生产较难控制．目前产量较少
4．按钢的
品质
 (1)普通钢 钢中含杂质元素较多，含硫量ws一般≤O．05％，含磷量wP≤0.045％，如碳素结构钢、低合金结构钢等
 (2)优质钢 钢中含杂质元素较少，含硫及磷量ws、wp，一般均≤0.04％，如优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢和合金工具钢、弹簧钢、轴承钢等
 (3)高级优质钢 钢中含杂质元素极少，含硫量ws一般≤O．03％，含磷量wP≤0.035％，如合金结构钢和工具钢等。高级优质钢在钢号后面，通常加符号“A”或汉字“高”，以便识别
5．按钢的
用途 (1)结构钢 1)建筑及工程用结构钢——简称建造用钢，它是指用于建筑、桥梁、船舶、锅炉或其他工程上制作金属结构件的钢。如碳素结构钢、低合金钢、钢筋钢等
2)机械制造用结构钢——是指用于制造机械设备上结构零件的钢。这类钢基本上都是优质钢或高级优质钢，主要有优质碳素结构钢、合金结构钢、易切结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢等
 (2)工具钢 一般用于制造各种工具，如碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢等。如按用途又可分为刃具钢、模具钢、量具钢
 (3)特殊钢 具有特殊性能的钢，如不锈耐酸钢、耐热不起皮钢、高电阻合金、耐磨钢、磁钢等
 (4)专业用钢 这是指各个工业部门专业用途的钢，如汽车用钢、农机用钢、航空用钢、化工机械用钢、锅炉用钢、电工用钢、焊条用钢等
6．按制造
加工形式 (1)铸钢 铸钢是指采用铸造方法而生产出来的一种钢铸件。铸钢主要用于制造一些形状复杂、难于进行锻造或切削加工成形而又要求较高的强度和塑性的零件
 (2)锻钢 锻钢是指采用锻造方法而生产出来的各种锻材和锻件。锻钢件的质量比铸钢件高，能承受大的冲击力作用，塑性、韧性和其他方面的力学性能也都比铸钢件高，所以凡是一些重要的机器零件都应当采用锻钢件
 (3)热轧钢 热轧钢是指用热轧方法而生产出来的各种热轧钢材。大部分钢材都是采用热轧轧成的，热轧常用来生产型钢、钢管、钢板等大型钢材，也用于轧制线材
 (4)冷轧钢 冷轧钢是指用冷轧方法而生产出来的各种冷轧钢材。与热轧钢相比，冷轧钢的特点是表面光洁、尺寸精确、力学性能好。冷轧常用来轧制薄板、钢带和钢管
 (5)冷拔钢
 冷拔钢是指用冷拔方法而生产出来的各种冷拔钢材。冷拔钢的特点是：精度高、表面质量好。冷拔主要用于生产钢丝，也用于生产直径在50mm以下的圆钢和六角钢，以及直径在76mm以下的钢管
非合金钢、低合金钢和合金钢合金元素规定含量界限值(GB／T 13304—1991)
按化学成份
合金元素 合金元素规定含量(质量分数)界限值(％)
 非合金钢 低合金钢 合金钢
A1 <0.10 — ≥0.10
B <0.0005 — ≥0.0005
Bi <0.10 — ≥0.10
Cr <0.30 0.30～<0.50 ≥0.50
C0 <0.10 — ≥0.10
Cu <0.10 0.10～<0.50 ≥0.50
Mn <1.00 1.00～<1.40 ≥1.4
Mo <0.05 0.05～<0.10 ≥0.10
Ni <0.30 0.30～<0.50 ≥0.50
Nb <0.02 0.02～<0.06 ≥0.06
Pb (0.40) — ≥0.40
Se <0.10 — ≥0.10
Si <0.50 0.50～<0.90 ≥0.90
Te <0.10 — ≥0.10
Tj <0.05 0.05～<0.15 ≥0.13
W <0.10 — ≥0.10
V <0.04 0.04～<0.12 ≥0.12
Zr <0.05 0.05～<0.12 ≥0.12
La系 (每一种元素) <0.02 0.02～<0.05 ≥0.05
其他规定元素
(S、P、c、N除外) <0.05 — ≥0.05
注：La系元素含量，也可为混合稀土含量总量。
非合金钢的主要分类及举例(GB／T 13304--1991)
按主要
特性分类 　 按主要质量等级分类
 普通质量非合金钢 优质非合金钢 特殊质量非合金钢
以规定
*高强度
为主要特性
的非合金钢 普通质量低碳结构钢板和钢带
GB912中的低碳钢牌号
GB2517中的RJ216、RJ235、
RJ255、RJ294、RJ343 、RJ392 a．冲压薄板低碳钢
GB5213中的08A1
GB3276中的08、10
b．供镀锡、镀锌、镀铅板带和原板用碳素钢
GB2518
GB2520
GB4174　全部碳素钢牌号
GB5065
GB5066
c．不经热处理的冷顶锻和冷挤压用钢 
以规定
*低强度
为主要特性
的非合金钢 a．碳素结构钢
GB700中的Q195、Q215的A、B
级、Q235的A、B级、Q255的A、B
级、Q275
b．碳素钢筋钢
GBl3013中的Q235
c．铁道用钢
GBll264中的50Q、55Q a．碳素结构钢
GB700中除普通质量A、B级钢以外的所有牌号及A、B级规定冷成型性及模锻性特殊要求者
b．优质碱素结构钢
GB699中除65Mn、70Mn、70、75、80、85以外的所有牌号
YB2009中的55Ti、60Ti、70Ti a．优质碳素结构钢
GB699中的65Mn、70Mn、
70、75、80、85钢
b．保证淬透性钢
GB5216中的45H
c．保证厚度方向性能钢
GB5313中的所有非合金钢
d．铁道用钢
以规定
*低强度
为主要特性
的非合金钢 GBll265中的Q235-A、Q255-A
GBll266轻轨垫板用的碳素钢
GB2826钢轨垫板用的碳素钢
d．钢板桩钢
e．一般工程用不进行热处理的普
通质量碳素钢YBl70中的所有普通
质量碳素钢 c．锅炉和压力容器用钢
GB713中的20g、22g
GB3087中的10、20
GB5310和GB5311中的20G
GB6479中的10、20G
GB6653中的20HP、15MnHP
GB6654中的20R
d．造船用钢
GB712中的A、B、D、E、AH32、DH32、EH32
GB5312中的C10、C20
GB9945中的A、B
e．铁道用钢
GB2585中的U71、U74
GB8601中的CL60B级
GB8602中的LG60B级
与LG65B级
YB354钢轨鱼尾板用碳素钢
f．桥梁用钢
YBl68中的16q 　GB5068中的LZ、JZ
　GB8601中的CL60A级
　GB8602中的LG60与LG65的A级
　e．航空用钢
　包括所有航空专用非合金结构钢牌号
　f．兵器用钢
　包括各种兵器用非合金结构钢牌号
　g．核压力容器用非合金钢
以规定
*低强度
为主要特性
的非合金钢   g．汽车用钢
GBll262中的12LW、15LW
GB3088中的45
GB9947中的08Z、20Z、25Z
h．锚链用钢
YB897中的M15、M20、M30
i．自行车用钢
GB3644中的Z06A1、ZQl95、ZQ215、ZQ235
GB3645中的ZQl95、ZQl95-F、ZQ215、ZQ215-Al、ZQ215-F、ZQ235、ZQ235-A1、ZQ235-F、Z06A1、Z09Mn、Z13Mn、Z17Mn、Z09A1
GB3646中的19Mn
GB3647中的19Mn
j．输油及输气管用钢
k．工程结构用铸造碳素钢
GBl1352中的ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570、ZG340-640 
以规定
*低强度
为主要特性
的非合金钢   GB7659中的ZG200-400H、G230-450H、ZG275-485H
1．预应力及混凝土钢筋用优质非合金钢 
以碳含量
为主要特性
的非合金钢 a．普通碳素钢盘条
GB701中的所有碳素钢牌号
b．一般用途低碳钢丝
GB343中的所有低碳钢牌号
c．花纹钢板
GB3277中的普通质量碳素结构钢 a．焊条用钢
GBl300中的H08、H08A、H08Mn、
H08MnA、H15A、H15Mn
GB3429中的H08A
ZBH4405中的H08A
b．冷镦用钢
GB715中的BL2、BL3
GB5953中的ML10～ML45
GB5955中的ML15、ML20
GB6478中的ML08～MLA5、
ML25Mn～ML45Mn
c．花纹钢板
CB3277优质非合金钢
d．盘条钢
GB4354-中的25～65、
40Mn～60 MnZBH44003 a．焊条用钢
GBl300中的H08E
ZBH4405中的H08E、H08C
b．碳素弹簧钢
GBl222中的65～85、65Mn
GB4357中的所有非合金钢
c．特殊盘条钢
GB4355中的60、60Mn、65、65Mn、70、
70Mn、75、80、T8MnA、T9A
ZBH44004中的60～85、60Mn、65Mn、
70Mn、75Mn、80Mn、85Mn
d．非合金调质钢(符合本标准第二部
分中的3.1.3.1规定)
e．非合金表面硬化钢(符合本标准第二部分中的3.1.3.1规定)
f．火焰及感应淬火硬化钢(符合本标准
以碳含量
为主要特性
的非合金钢   e．非合金调质钢(特殊质量钢除外)
f．非合金表面硬化钢(特殊质量钢除外)
g．非合金弹簧钢(特殊质量钢除外) 第二部分中的3.1.3.1规定)
g．冷顶锻和冷挤压钢(符合本标准第二部分中的3.1.3.1规定)
非合金易
切削钢   易切削结构钢
GB8731中的Y12、Y12Pb、Y15、
Y15Pb、Y20、Y30 Y35、Y45Ca 特殊易切削钢
要求测定热处理后冲击韧度等YB685
中的Y75
非合金
工具钢     a．碳素工具钢
GBl298中的全部牌号
YB483中的T12A
b．碳素中空钢
GBl301中的ZKT8
规定磁性能
和电性能
的非合金钢   a．非合金电工钢板、带GB2521无硅电工钢板、带
b．具有规定导电性能(<9s／m)的非合金电工钢 a．具有规定导电性能(≥9s／m)的非合金电工钢
b．具有规定磁性能的非合金软磁材料
GB6983、GB6984、GB6985中的DT3、
DT3A、DT4、DT4A、DT4E、DT4C
ZBH72001中的F7402-UF7402-V、
F7402-W
其他非合金钢  栅栏用钢丝    原料纯铁
GB9971中的YTlF、YT2F、YT3、YT4
低合金钢的主要分类及举例（GB/T13304-1991）
　　　　 按主要质量等级分类
按主要特性分类 普通质量低合金钢 优质低合金钢 特殊质量低合金钢
可焊接低合金高强度
结构钢   e．桥梁用低合金钢
YBl68中的12Mnq、12MnVq、16Mnq、15MnVNq、15MnVNq
YB(T)lO中的16Mnq、16MnCuq、15MnVq、15MnVNq
f．自行车用低合金钢
GB3646中的12Mn、16Mn
GB3647中的12Mn、16Mn 
低合金耐候钢   a．低合金高耐候性钢
GB4171中的09CuPCrNi-A、09CuPCrNi—B、09CUP
b．可焊接低合金耐候钢
GB4172中的16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、15MnCuCr-QT 
低合金钢筋钢 一般低合金钢筋钢
GBl499中的
20MnSi、20MnTi、20MnSiV25MnSi、
20MnNbb   
铁道用低合金钢 低合金轻轨钢
GBll264中的45SiMnP、50SiMnP a．低合金重轨钢
GB2585中的U71Cu、U71Mn、U70MnSi、U71MnSiCu
b．起重机用低合金钢轨钢
GB3426中的U71Mn
c．铁路用异型钢
GB8603中的09CuPRE
GB8604中的09V 铁路用低合金车轮钢
GB8601中的CL45MnSiV
矿用低合金钢 矿用低合金结构钢
GB3414中的20MnK、25MnK、24Mn2K(热轧)、30Mn2K 矿用低合金结构钢
GB3414中的20Mn2K(调质)、
20MnVK、34SiMnK 
其他低合金钢   易切削结构钢
GB8731中的Y40Mn 刮脸刀片用低合金钢
GB3527中的Cr03
合金钢的分类GB／T 13304--1991)
主要质
量等级 1 2 3 4 5 6 7 8
 优质合金钢 特殊质量合金钢
主要使
用特性 工程结构
用钢 其他
 工程结
构用钢 机械结构用钢(第4、6除外) 不锈、耐蚀和耐热钢 工具钢 轴承钢 特殊物理性能钢 其他
按
其
他
特
性
对
钢
进
一
步
分
类 11
一般工程结构用合金钢 16
电工用硅(铝)钢(无
磁导率要求) 21
压力容器用合金钢(4类除外) 3l
Mn(x)系钢 41
马氏体型或
42
铁素体型 411／421 cr(x)系钢 51合
金工具
钢
 511
Cr(x)系钢 6l
高碳铬轴承钢 71
软磁钢
(除16外) 
      412／422
CrNi(x)系钢     
 12
合金钢筋钢   32 SiMn(x)系钢    512 Ni(x)、CrNi(x)系钢   
       413／423
CrNo(X)
CrCo(x)系钢     
  17铁道用合金钢 22热处理合金钢筋钢      513 M0(x)、CrMo(x)系钢 62
渗碳轴承钢 72
永磁钢 
      414／424
CrAI(x)
CrSi(x)系钢     
 13
地质石油钻探用合金钢(23除外)  23
经热处理的地质、石油钻探用合金钢 33
cr(x)系钢    514 v(x)、CrV(x)系钢 63
不锈轴承钢  
          73
无磁钢 
       415／425其他  515 w(x)、CrW(x)
系钢   
     34
CrMo(x)系钢  431／441／451
CrNi(x)系钢     
          74
高电阻钢和
合金
 
      432／442／452 CrNiMo(x)系钢  516
其他 64
高温轴承钢  
     43
奥氏体型或
44
奥氏体一铁素体型或
45
沉淀硬化型  52
高
速
工
具
钢 521
WMo系钢   
    35 CrNiMo(x)系钢  433／443／453 CrNi+面或Nb钢      
   24
高锰钢     522
w系钢 65
无磁轴承钢  
      434／444／454 CrNiMo+Ti或Nb钢     
    36
Ni(x)系钢
    523
Co系钢
    
       435／445／455
CrNi+V、w、co钢     
    37
B(x)系钢  436／446 CrNiSi(x)系钢       
      437 CrMnNi(x)系钢     
    38
其他       
      438
其他     
注：(x)表示该合金系列中还包括有其他合金元素，如cr(x)系，除Cr钢外，还包括CrMn钢等。