钢材的化学成分及分类

经过冷加工的钢材在常温下放置，随着时间 塑性特别韧性显著下降，氮还会加剧钢材的 延长，钢材呈现出强度提高，而塑形和冲击 什么是时效敏感性呢？ 时效敏感性和冷脆性，使可焊性变差。 韧性下降的现象称为钢材的时效。 所谓时效敏感性：因时效作用导致钢材性能 改变的程度。一般，钢材的机械强度提高， 而塑性和韧性降低。

金属材料种类很多，通常把金属分为黑色金 属和有色金属两大类。

黑色金属——指铁、锰、铬及它们的合金， 如生铁、铁合金、铸铁、钢、金属锰、金属 铬等。
有色金属——除黑色金属外的金属和合金， 如铜、铝、锡、铅、锌以及黄铜、青铜、白 铜、铝合金和轴承合金等。另外，在工业上 还采用镍、钼、钴、钒、钨、钛等金属作合 金化元素，以改善金属性能，其中钨、钴多 用于硬质合金的制造。
有益合金元素
钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%
的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒 与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗 氢腐蚀能力。
有益合金元素
钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内
部组织致密，细化晶粒力；降低冷脆性，改 善焊接性能。
有害元素
磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元
有益合金元素
镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好
的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能 力，在高温下有防锈和耐热能力。
有益合金元素
硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和
脱氧剂，硅能显著提高钢的弹性极限，屈服 什么是屈服点呢？ 点和抗拉强度，但硅量增加，会降低钢的焊 接性能。
◆特点：经过塑性变形后，钢材内部组织中的晶格发生了畸变，阻止了晶格进一 意义：弹性模量反映钢材抵抗弹性变形的能力，是钢材在受力条件 ◆意义：钢材受力大于屈服点后，会出现较大的塑性变形，已不能 ◆特点：抵抗变形的能力明显降低， 步滑移，钢材得到强化，所以钢材抵抗塑性变形的能力又重新提高。 将低碳钢（软钢）制成标准试件，放在万能 下计算结构变形的重要指标。 满足使用要求，因此屈服强度是设计中钢材强度取值的依据，是工 变形迅速发展，应力逐渐下降，试件 бb ：抗拉强度，对应于最高点 C的应力值。 拉伸性能 实验机上进行拉伸试验，可以绘出下图所示 E= σ / ε ,E —— 弹性模量，单位（ MPa ）б——弹性极限，即A 程结构计算中重要的参数。 被拉长，在有杂质或缺陷处断面急剧 ◆意义: 冲击性能 应变 力学 的应力——应变关系曲线。4个4---4个阶段、 点对应的应力ε ◆ A→B：应力、应变不在成正比关系，开始出现塑性变形。应力 缩小，直至断裂。 1、屈强比 = бs / бb—— ：屈强比越小，其结构安全可靠程度越高，但屈服比过小， 疲劳性能 4个指标、4个性能、4个意义 性能 OA段是一条直线，应力和应变成正比，当撤去外力应变消失， 增长滞后于应变的增长。钢材似乎不能承受外力而屈服。 又说明钢材强度的利用率偏低造成钢材的浪费。 特点： 伸长率：图中当曲线到达Ｄ点后，试 硬度 《规范》规定： бb实测 бS实测≥1.25 , бS实测/fyk≤1.3 ◆ σs屈服强度，与 B/ 下点（此点较稳定，易测定）对应的应力。 说明此变形是弹性变形。 件薄弱处急剧缩小，塑性变形迅速增 2 、即将拉断时所能承受的最大拉力 ◆设计时一般以 σs作为强度取值的依据。对屈服现象不明显的钢材 加，产生“颈缩现象”而断裂。量出 低碳钢受拉至 3、即将断裂时所能承受的最大应力 ，规定以 0.2％残余变形时的应力 σ0.2作为屈服强度。 拉断后标距部分的长度 Ll，标距的伸 ◆应用：工地现场调直、冷加工（如冷拉，冷拔或冷轧） 拉断，经历了
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素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降 低塑性，使冷弯性能变坏。
有害元素
硫（S）：硫使钢产生热脆性，降低钢的延
展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫 对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。但在钢 中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加 工性，通常称易切削钢。
有害元素
氮(N):氮虽能提高钢的强度，但会使钢材的
有害元素
氧（O）：氧在钢材中大都以氧化物的形式
存在，使钢材的强度、塑性和韧性下降。氧 的存在还使钢材的热塑性增加，焊接性能变 差。
有害元素
氢（H）：氢以原子的状态溶于钢材中，会
产生圆圈状的断裂面，即白点使钢材性能变 差。有白点的钢材一般不能用于结构工程。
化学 成分
脱氧 成度
炼钢时仅加入锰铁进行脱氧，则脱氧 低碳钢（含碳量小于 0.25％） 不完全。这种钢水浇入锭模时，会有 中碳钢（含碳量为0.25％～0.60％） 大量的ＣＯ气体从钢水中外逸，引起 高碳钢（含碳量大于0.60％） 碳素钢 钢水呈沸腾状，故称沸腾钢，代号为 “Ｆ“。沸腾钢组织不够致密，成分 合金钢 不太均匀，硫、磷等杂质偏析较严重， 低合金钢（合金元素总含量小于５％） 炼钢时采用锰铁、硅铁和铝锭等作脱 故质量较差。但因其成本低、产量高， 中合金钢（合金元素总含量为５％～10％） 脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间， 氧剂，脱氧完全，且同时能起去硫作 高合金钢（合金元素总含量大于 10％）。 故被广泛用于一般建筑工程。 磷含量不大于 0.045％；硫含量不大于 为质量较好的钢，其代号为“ｂ”。 沸腾钢F 用。这种钢水铸锭时能平静地充满锭 0.050% 。 镇静钢Z 模并冷却凝固，故称镇静钢，代号为 半镇静钢b “Ｚ”。镇静钢虽成本较高，但其组 磷含量不大于0.035%；硫含量不大于 特殊镇静钢TZ 比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢， 织致密，成分均匀，性能稳定，故质 0.035%。 量好。适用于预应力混凝土等重要的 故其质量最好，适用于特别重要的结 结构工程。 构工程，代号为“ TZ”。 磷含量不大于0.025% ；硫含量不大于 普通刚 优质钢 高级优质钢 特级优质钢
铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著
提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性 和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀 性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
有益合金元素
锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱
氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。 较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较 高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的 热加工性能
有害 杂质
0.015%。
磷含量不大于0.025%；硫含量不大于 0.015%。

钢是以铁为主要元素、含碳量一般在2%以
下，并含有其他元素的材料。
目前在钢材中常用的合金元素有：
有益合金元素：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅
(Si)，铝（Al），钒(V)，钛(Ti)和稀土元素 (Re)等。
有害元素：磷（P），硫（S）,氮（N），氧
（O）,氢（H）等。
有益合金元素
长值与原始标距L0的百分率称为伸长 四个阶段； 率。即δ=(L1-L0)/L0×100% 伸长率表征了钢材的塑性变形能力。 弹性阶段（O→A） 屈服阶段（A→B） 强化阶段（B→C） 颈缩阶段（C→D）
有益合金元素
铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入
少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，铝 还具有抗氧化性和抗腐蚀性能。铝的缺点是 影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工 性能。