钢铁基础知识入门

钢铁基础知识入门

一、钢的定义

钢，是对含碳量质量百分比介于0.02%至2.04%之间的铁合金的统称。钢的化学成分可以有很大变化，只含碳元素的钢称为碳素钢（碳钢）或普通钢；在实际生产中，钢往往根据用途的不同含有不同的合金元素，比如：锰、镍、钒等等。人类对钢的应用和研究历史相当悠久，但是直到19世纪贝氏炼钢法发明之前，钢的制取都是一项高成本低效率的工作。如今，钢以其低廉的价格、可靠的性能成为世界上使用最多的材料之一，是建筑业、制造业和人们日常生活中不可或缺的成分。可以说钢是现代社会的物质基础。

钢包含的成分：

钢是含碳量在0.02%-2.11%之间的铁碳合金。我们通常将其与铁合称为钢铁，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。其它成分是为了使钢材性能有所区别。以下以字母顺序列出重要的钢材，他们包含以下成分：

碳（Carbon)存在于所有的钢材，是最重要的硬化元素。有助于增加钢材的强度，我们通常希望刀具级别的钢材拥有0.6%以上的碳，也称为高碳钢。

铬（Chromium)增加耐磨损性，硬度，最重要的是耐腐蚀性，拥有13%以上的认为是不锈钢。尽管这么叫，如果保养不当，所有钢材都会生锈

锰（Manganese）重要的元素，有助于生成纹理结构，增加坚固性，和强度、及耐磨损性。在热处理和卷压过程中使钢材内部脱氧，出现在大多数的刀剪用钢材中，除了A-2,L-6和CPM 420V。

钼（Molybdenum）碳化作用剂，防止钢材变脆，在高温时保持钢材的强度，出现在很多钢材中，空气硬化钢（例如A-2,ATS-34）总是包含1%或者更多的钼,这样它们才能在空气中变硬。

镍（Nickle）保持强度、抗腐蚀性、和韧性。出现在L-6\AUS-6和AUS-8中。 硅（Silicon）有助于增强强度。和锰一样，硅在钢的生产过程中用于保持钢材的强度。

钨（Tungsten）增强抗磨损性。将钨和适当比例的铬或锰混合用于制造高速钢。在高速钢M-2中就含有大量的钨。

钒（Vanadium）增强抗磨损能力和延展性。一种钒的碳化物用于制造条纹钢。在许多种钢材中都含有钒，其中M-2，Vascowear，CPM T440V和420VA含有大量的钒。而BG-42与ATS-34最大的不同就是前者含有钒

指含碳量小于2％的铁碳合金。根据成分不同，又可分为碳素钢和合金钢。根据性能和用途不同，又可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。

钢的分类：

按品质分类

(1) 普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%） 不锈钢产品

(2) 优质钢（P、S均≤0.035%） (3) 高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%） 按化学成份分类

(1) 碳素钢：a.低碳钢（C≤0.25%）；b.中碳钢（0.25≤C≤0.60%）；c.高碳钢（C≥0.60%）。

(2)合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量≤5%）b.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）c.高合金钢（合金元素总含量＞10%）。

(3)灼烧可使钢中的碳变为二氧化碳挥发掉，灼烧后钢样品质量会减轻。但灼烧后质量会增多，原因：钢中的铁与氧结合生成四氧化三铁，且含炭少于铁 按成形方法分类

(1) 锻钢；(2) 铸钢；(3) 热轧钢；(4) 冷拉钢。

按金相组织分类

(1) 退火状态的a.亚共析钢（铁素体+珠光体）b.共析钢（珠光体）c.过共析钢（珠光体+渗碳体）d.莱氏体钢（珠光体+渗碳体）。

(2) 正火状态的：a.珠光体钢；b.贝氏体钢；c.马氏体钢；d.奥氏体钢。

(3) 无相变或部分发生相变的

按用途分类

(1) 建筑及工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。

(2) 结构钢a.机械制造用钢：(a)调质结构钢；(b)表面硬化结构钢：包括渗碳钢、氨钢、表面淬火用钢；(c)易切结构钢；(d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。b.弹簧钢c.轴承钢

(3) 工具钢：a.碳素工具钢；b.合金工具钢；c.高速工具钢。

(4) 特殊性能钢：a.不锈耐酸钢b.耐热钢包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢c.电热合金钢；d.耐磨钢；e.低温用钢；f.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。

综合分类

(1)普通钢a.碳素结构钢：(a) Q195；(b) Q215(A、B)；(c) Q235(A、B、C)；(d) Q255(A、

B)；(e) Q275。b.低合金结构钢c.特定用途的普通结构钢

(2)优质钢（包括高级优质钢）a.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢；(f)特定用途优质结构钢。b.工具钢：(a)碳素工

具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢； (c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。

按冶炼方法分类

(1) 按炉种分a.平炉钢:(a)酸性平炉钢；(b)碱性平炉钢。b.转炉钢:(a)酸性转炉钢;(b)碱性转炉钢。或 (a)底吹转炉钢;(b)侧吹转炉钢；(c)顶吹转炉钢。c.电炉钢:(a)电弧炉钢；(b)电渣炉钢；(c)感应炉钢；(d)真空自耗炉钢；(e)电子束炉钢。

(2)按脱氧程度和浇注制度分a.沸腾钢；b.半镇静钢；镇静钢；d.特殊镇静钢。

二、低合金钢

合金钢分为低合金钢、中合金钢和高合金钢，顾名思义，以含有合金元素的总量来加以区分，总量低于3%称为低合金钢，5～10%为中合金钢，大于10%为高合金钢。在国内习惯上又将特殊质量的碳素钢和合金钢称为特殊钢，全国31家特钢企业专门生产这类钢，如优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、碳素弹簧钢、合金弹簧钢、轴承钢、不锈钢、耐热钢、电工钢，还包括高温合金、耐蚀合金和精密合金等。

国外的低合金钢，实际上是我们所熟悉的低合金高强度钢，属于特殊钢范畴，

在美国叫做高强度低合金钢（HSLA—Steel），俄罗斯及东欧各国称为低合金建筑钢，日本命名为高张力钢。而在国内，首先是把低合金钢划入了普钢范围，概念上的区别导致在产品质量上的差异。在名称上也几经变化，如低合金建筑钢、普通低合金钢、低合金结构钢，至1994年叫做低合金高强度结构钢（GB/T1591—

94）。到目前为止，从发表的资料文献来看，低合金钢的名称仍然随着国家、企业和作者而异。

低合金钢与碳素钢、低合金钢与合金钢之间，明确划出的概念是不存在的。在国外，50年代曾给低合金钢下过定义，总的意思是，凡是合金元素总量在3%以下，屈服强度在275Mpa以上，具有良好的可加工性和耐腐蚀性，以型、带、板、管等钢材形状，在热轧状态直接使用的软钢的替代品。当然，在技术发展进程中，低合金钢不论在合金含量、性能水平和交货状态，已经有了很大的变化。

在我国，低合金钢是一个更加笼统的钢类，钢材品种不仅含有低合金焊接高强度钢，还包容了低合金冲压钢、低合金耐腐蚀钢、低合金耐磨损钢、低合金低温钢、甚至还纳入了低、中碳含量的低合金建筑钢和中、高碳含量的低合金铁道轨钢。具有中国特色，但带来的一个问题是缺乏与国外统计数据的可比性。 Q345：

Q345是一种钢材的材质。它是低合金钢（C

类同于Q235的命名方法：Q345A，Q345B，Q345C，Q345D，Q345E。这是等级的区分，所代表的，主要是冲击的温度有所不同而已！

Q345A级，是不做冲击;Q345B级，是20度常温冲击;Q345C级，是0度冲击;Q345D级，是－20度冲击;Q345E级，是－40度冲击。在不同的冲击温度，冲击的数值也有所不同。

Q235

普通碳素结构钢－普板，是一种钢材的材质。Q代表的是这种材质的屈服度，后面的235，就是指这种材质的屈服值，在235左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。由于含碳适中，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。大量应用于建筑及工程结构。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。 Q235与Q345的区别：

1、Q235的屈服强度下限为235MPa，Q345的屈服强度下限为345MPa（Q的意义为汉字的"屈"字，后面的数值代表屈服强度下限）。

2、二者合金含量不同：Q235为普通碳钢，Q345为低合金钢。Q235是碳素结构钢,与旧标准GB700-79牌号对照A3、C3 。Q345是低合金结构钢，与旧标准1591-88牌号对照12MnV、16Mn 16MnRE、18Nb、14MnNb

3、性能和应用，Q235--金属结构件，心部强度要求不高的渗碳或氰化零件，拉杆、连杆、吊钩、车钩、螺栓螺母、套筒、轴及焊接件。Q345--综合力学性能良好，低温性能亦可，塑性和焊接性良好，用做中低压容器、油罐、车辆、起重机、矿山机械、电站、桥梁等承受动荷的结构、机械零件、建筑结构、一般金属结构件，热轧或正火状态使用，可用于-40℃以上寒冷地区的各种结构。 低合金高强度钢

19世纪末，在低合金高强度钢发展的初期，钢种的合金设计只考虑抗拉强

Q235

普通碳素结构钢－普板，是一种钢材的材质。Q代表的是这种材质的屈服度，后面的235，就是指这种材质的屈服值，在235左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。由于含碳适中，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。大量应用于建筑及工程结构。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。 Q235与Q345的区别：

1、Q235的屈服强度下限为235MPa，Q345的屈服强度下限为345MPa（Q的意义为汉字的"屈"字，后面的数值代表屈服强度下限）。

2、二者合金含量不同：Q235为普通碳钢，Q345为低合金钢。Q235是碳素结构钢,与旧标准GB700-79牌号对照A3、C3 。Q345是低合金结构钢，与旧标准1591-88牌号对照12MnV、16Mn 16MnRE、18Nb、14MnNb

3、性能和应用，Q235--金属结构件，心部强度要求不高的渗碳或氰化零件，拉杆、连杆、吊钩、车钩、螺栓螺母、套筒、轴及焊接件。Q345--综合力学性能良好，低温性能亦可，塑性和焊接性良好，用做中低压容器、油罐、车辆、起重机、矿山机械、电站、桥梁等承受动荷的结构、机械零件、建筑结构、一般金属结构件，热轧或正火状态使用，可用于-40℃以上寒冷地区的各种结构。 低合金高强度钢

19世纪末，在低合金高强度钢发展的初期，钢种的合金设计只考虑抗拉强

度。钢中加入较高含量的Si、Mn、Ni、Cr等某一合金元素以改善某一方面的使用性能，但获得高强度的主要手段仍然依赖于较高的含碳量。随着钢结构由铆接向焊接发展，为了提高钢的抗脆断性能，逐步向降低钢中含碳量和复合合金化的方向变化。

20世纪50年代，为节约合金元素，曾采用热处理的方法以获得强度和韧性的良好匹配。60年代，开始了称之为微合金化和控制轧制生产的新阶段，出现了一些新的钢种。至70年代，发展成熟的微珠光体钢和无珠光体钢、针状铁素体钢、超低碳贝氏体钢、热轧双相钢以及低碳马氏体钢在油气输送管线、深井油管、汽车钢板等领域中得到推广应用；在80年代，这些钢种在工程结构材料中占有重要的地位。中国于1957年开始研制低合金高强度钢，结合中国的资源发展了Mn、Mn-V、Mn-Ti、Mn-Nb和Mn-Mo等一系列的钢种，屈服强度为30～70kgf/mm2。

低合金高强度钢按其主要性能和用途，可分为高强度用钢、低温用钢和耐蚀用钢三类：

高强度用钢：这类钢除高强度外还兼有优良的低温韧性，其主要特点和用途见表。这类钢的产量在中国占低合金高强度钢产量的80％以上，其中屈服强度35～40kgf/mm平方级的钢种占大多数,应用最为广泛的是16Mn钢。

低温用钢：它们属于铁素体型低温用钢。通过提高钢的纯净度和降低钢中磷、硫含量得到较低的韧性－脆性转变温度。这类钢主要有09Mn2V（－70℃）、06MnNb(-90℃)、3.5％Ni(-100℃)和06AlNbCuN(-120℃)，用于制作低温设备的零部件。

耐蚀用钢：这类钢对大气、海水、硫化氢等环境有一定程度的抗蚀能力,如10MnPNbRE钢耐海洋大气和海水腐蚀,用于船舶、板桩、井架；12MoAlV钢适于制造炼油厂高温硫化氢设备;10MoWVNb钢在用于400℃氢、氮、氨高压管方面效果较好。

低合金高强度结构钢：

是指在冶炼过程中增添一些合金元素，其总量不超过5％的钢材。加入合金元素后钢材强度可明显提高，是钢结构构件的强度、刚度、稳定三个主要控制指标都能充分发挥，尤其在大跨度或者重负荷结构中有点更为突出，一般可比碳素

结构钢节约20％左右用钢量。

国家标准中规定，分为8个牌号，Q295、Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690；由于质量不同分为A、B、C、D、E等级。

国家标准：《低合金高强度结构钢》(GB/T 1591－2008 取代GB/T 1591－94) Q460

Q460是一种低合金高强度钢。Q代表钢材的强度，460代表460兆帕，兆是10的6次方，帕是压强单位帕斯卡。Q460就是钢材受力强度达到460兆帕时才会发生塑性变形，也就是当外力泄掉后，钢材只能保持受力的形状而无法回复原形，这个强度要比一般钢材大。

Q460在保证低碳当量的基础上，适当的增加了微合金元素的含量。良好的焊接性能要求钢材碳当量低，而微合金元素的增加在增加钢材强度的同时，也会增加钢材的碳当量。但好在增加的碳当量很少，所以不会影响钢材的可焊性。 汽车大梁板

汽车大梁用热轧钢板(简称为汽车大梁板)主要用来制造汽车的车架(见图1)。换言之,大梁是车架的骨干,所有用来制造车架的热轧板统称为汽车大梁板。因此,汽车大梁板的综合性能是影响汽车的质量、重量、油耗等重要因素之一。 ss400

是日本钢材的一种标示方式，其实也就是国内的Q235号钢。国外标准的结构钢常按抗拉强度来分类，如SS400(日本是这样标示的)，其中400即表示σb的最小值为400MPa超高强度钢是指σb≥1373 Mpa的钢。

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。

试样拉伸时，在拉断前所承受的最大负荷除以原横截面积所得的应力，称作抗拉强度，用σb表示。当材料所受的外应力大于其抗拉 强度时，将会发生断裂。因此σb越高，则表示它能承受愈大的外应力而不至于断裂。

SS400基本上等同与我国的Q235(相当于Q235A用)。但在具体指标上有所差异,Q235的对C、Si、Mn、S、P等元素的含量均作了要求，但SS400只要求S、P小于0.050。Q235的屈服点大于235 MPa，而SS400屈服点为245MPa。SS400（steel

for general structure）的意思就是抗拉强度大于400MPa的一般结构用钢。Q235的意思为屈服点大于235MPa的普通碳素结构钢。SS400的标准号为JIS G3101－1995。Q235的标准号为GB／T700－2006。

在一般情况下，热轧比冷轧的力学性能要好些，经过热处理的钢材，它的抗拉，屈服强度，塑性，韧性都会有所提高，此外，我感觉很重要的一点，热处理能消除残余应力，而冷轧可能会因为在加工过程中钢材发生屈服的不均匀变形，会产生残余应力，这个残余应力对稳定性影响很大。

热轧和冷轧都是型钢或钢板成型的工序，它们对钢材的组织和性能有很大的影响，钢的轧制主要以热轧为主，冷轧只用于生产小号型钢和薄板。

热轧的优点是可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到改善。这种改善主要体现在沿轧制方向上，从而使钢材在一定程度上不再是各向同性体；浇注时形成的气泡、裂纹和疏松，也可在高温和压力作用下被焊合。

缺点一是经过热轧之后，钢材内部的非金属夹杂物（主要是硫化物和氧化物，还有硅酸盐）被压成薄片，出现分层（夹层）现象。分层使钢材沿厚度方向受拉的性能大大恶化，并且有可能在焊缝收缩时出现层间撕裂。焊缝收缩诱发的局部应变时常达到屈服点应变的数倍，比荷载引起的应变大得多。

二是不均匀冷却造成的残余应力。残余应力是在没有外力作用下内部自相平衡的应力，各种截面的热轧型钢都有这类残余应力，一般型钢截面尺寸越大，残余应力也越大。残余应力虽然是自相平衡的，但对钢构件在外力作用下的性能还是有一定影响。如对变形、稳定性、抗疲劳等方面都可能产生不利的作用。 冷轧是指在常温下，经过冷拉、冷弯、冷拔等冷加工把钢板或钢带加工成各种型式的钢材。优点是成型速度快、产量高，且不损伤涂层，可以做成多种多样的截面形式，以适应使用条件的需要；冷轧可以使钢材产生很大的塑性变形，从而提高了钢材的屈服点。

缺点一是虽然成型过程中没有经过热态塑性压缩，但截面内仍然存在残余应力，对钢材整体和局部屈曲的特性必然产生影响。

二是冷轧型钢样式一般为开口截面，使得截面的自由扭转刚度较低。在

受弯时容易出现扭转，受压时容易出现弯扭屈曲，抗扭性能较差。

三是冷轧成型钢壁厚较小，在板件衔接的转角处又没有加厚，承受局部性的集中荷载的能力弱。