常用钢铁材料基本知识介绍

常用钢铁材料基本知识介绍
对从事机械设计和制造行业的人来说，整天就是和一些钢铁材料打交道，熟悉一些常用的钢铁材料的基本概念和材料的一些基本特性对我们的设计工作很有帮助，本文整理了一些常用的钢铁材料的基本知识，供大家参考学习。

1、生铁
生铁是含碳量大于2%的铁碳合金。

工业上实际应用的生铁一般含碳量小于4.5%。

生铁主要
有三类：
炼钢生铁：一般含硅量较低(不大于1.75%)，含硫量较高(不大于0.07%)，是平炉、转炉炼
钢的主要原料，在生铁产量中占80%-90%。

炼钢生铁硬而脆，因为其中铁和碳处于化合状
态，断口为白色所以也叫白口铁。

铸造生铁：一般含硅量较高(达3.75%)，含硫量稍低(不大于0.06%)，由于熔点低，流动性
好。

用来铸造各种铸件，也叫铸铁。

在生铁产量中约占10%。

铸造生铁中的碳以石墨形式
存在，断口为灰色，所以也叫灰铸铁。

合金生铁：用含有共生金属如铜、钒、镍等的铁矿石炼成的生铁就是合金生铁，如含钒生
铁。

合金生铁不同于有意识地加人一些合金元索配制成的合金铸铁。

加进合金铸铁中的镍
铬、锰、钒、钛等元素，是为了便于热处理时改善组织从而改进强度、耐磨性能等力学性
能。

2、可锻铸铁
可锻铸铁是由白口铁(即炼钢生铁)在高温(900～1000℃)下长时间(2-9天)退火而成。

可锻
铸铁由于所含的碳呈絮状石墨存在，因而有较好的韧性。

常用来制造承受冲击的零件，如
球磨机的铁球、火车车轮等。

3、工业纯铁
工业纯铁是电器、电机和电工仪表用的磁性材料。

它是含碳量低于0.04%的铁碳合金，含
铁约99.9%，杂质总含量约0.1% 。

工业纯铁可以在电炉、平炉或氧气转炉中炼制。

4、铁合金
铁合金是铁与一定量其他金属元素的合金，是炼钢的原料之一。

在炼钢时作钢的脱氧剂和合金元素添加剂，用以改善钢的性能。

由于生产铁合金比生产纯金属工艺过程简单、经济。

如每吨金属铬的价格要比碳素铬铁中每吨铬的价格高5倍。

而铁元素对炼钢无害。

铁合金又往往比纯金属有熔点低和密度大(指与密度小的金属如钛、硼等)相比较而言易于加人钢中等优点，因此钢中的合金元素多以铁合金状态加入。

铁合金的品种很多、如按所含的元素分类有：
硅铁：按含硅量不同，分为工业硅、含硅量95%、75%、45%等的硅铁，还有含硅量12%的贫硅铁，硅铝合金、硅钙合金等硅质合金。

锰铁：按含碳量分为碳素锰铁(含碳量为7%)，中碳锰铁(含碳量为1.5%-1.0%)，低碳锰铁(含 碳量为0.5%)，金属锰，硅锰合金。

铬铁：按含碳量分为碳素铬铁(含碳量为8%～4%)，中碳铬铁(含碳量为4%～0.5%)，低碳铬铁(含碳量为0.5%～0.15%)微碳铬铁(含碳量为0.06%)，超微碳铬铁(含碳量为0.03%)，金属铬，硅铬合金。

此外，还有钨铁、钼铁、钛铁、钒铁、磷铁、硼铁及含硼综合脱氧剂、镍铁、铌铁、锆铁、稀土合金等。

5、碳钢
碳钢也叫碳素钢或非合金钢。

是含碳量小于2%的铁碳合金。

碳钢除含碳外，一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。

按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类。

碳素结构钢又可以分为建筑结构钢和机器制造结构钢二种。

按含碳量可以把碳钢分为低碳钢(w(c)≤0.25%)、中碳钢(w(C)=0.25%～0.6%)和高碳钢( w (C) >0. 6% )
按硫、磷含量可以把碳钢分为普通碳素钢(含磷、硫较高)、优质碳素钢(含硫、硫较低)和高级优质钢(含磷、硫更低) 。

一般碳钢中含碳量越高则硬度越高，强度也越高，但塑性(即变形性)降低。

碳钢主要在平炉
和转炉中冶炼
碳钢的牌号表示：
碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四部分按先后顺序组合而成。

屈服点“屈”字汉语拼音首位字母为“Q”
屈服点数值采用阿拉伯数字，单位为MPa
质量等级符号分别为A、B、C、D.
脱氧方法符号为：F(为沸腾钢)；b(为半镇静钢)；Z（为镇静钢)）；TZ(为特殊镇静钢)。

在牌号组成表示方法中，“Z”与“TZ”符号一般予以省略。

6、优质碳素结构钢
优质碳素结构钢含碳量小于0.8%，除几个含碳很低的钢号可以熔炼沸腾钢外其余都是镇静
钢
优质碳素结构钢按含锰量不同可以分为正常含锰量(0.25%～0.8%)和较高含锰(0.70%～
1.20%)两组，后者具有较好的力学性能和加工性能
按含碳量可以把优质碳素结构钢分为三类：
低碳钢主要用于冷加工和焊接结构，在制造受磨损零件时，可以进行表面渗碳；
中碳钢主要用于强度要求较高的构件，根据要求的强度不同进行淬火和回火处理；
高碳钢主要用来制造弹簧和耐磨损构件。

优质碳素结构钢广泛用于建造厂房、桥梁、锅炉、船舶等
优质碳素结构钢的牌号表示：
优质碳素结构钢牌号、采用代表平均含碳量的阿拉伯数字或阿拉伯数字与特征符号组合表示，阿拉伯数字表示平均含碳量的万分之几。

沸腾钢及半镇静钢在牌号数字尾部分别加符号F、b，镇静钢不标符号。

较高含锰量的优质
碳素结构钢，在阿拉伯数字后标注锰元素Mn。

高级优质碳素结构钢，在牌号尾部加符号A
专门用途的优质碳素结构钢，其牌号尾部加代表产品用途的符号。

例如：
平均含碳量为0.45%的镇静钢，其牌号表示为45；
平均含碳量为0.08%的沸腾钢，其牌号表示为08F；
平均含碳量为0.10%的半镇静钢，其牌号表示为10b；
平均含碳量为0.50%、含Mn量为0.70%～1.00%的镇静钢，其牌号表示为50Mn 。

平均含碳量为0.20%的高级优质碳素结构钢(镇静钢)，其牌号表示为20A 。

7、易切削结构钢
易切削结构钢是在钢中加入一些使钢变脆的元素，使钢切削时切周易臆断威碎屑，从而利于提高切削速度和延长刀具寿命。

使钢变脆的元素主要是硫；在普通低合金易切削结构钢中使用了铅、碲等元素。

这种情含硫量在0.08%～0.30%范围内，含锰量在0.60%～1.55%范围内。

钢中的硫和锰以硫化锰形态存在，硫化锰很能并有润滑效能，从而使切屑容易碎断，并有利于提高加工表面质量。

易切削钢的牌号表示：
易切削钢牌号首位字母用Y作前缀。

阿拉伯数字表示平均含碳量的万分之几。

硫易切削钢或硫磷易切削钢，牌号中一般不标出易切削元素符号，而含钙、铅、硒等易切削元素的易切削钢在牌号尾部标出易切削元素符号。

较高含锰量的易切削碳素结构钢在符号平和阿拉伯数字后面标出锰元素Mn。

易切削合金结构钢和不锈耐热钢，其牌号表示方法分别按合金结构钢和不锈耐热钢的规定，但硒易切削元素的在牌号尾部标出易切削都冠以前缀Y,含钙、铅、元素符号。

8、碳素工具钢
碳素工具钢是基本上不含合金元素的高碳钢，含碳量在0.65%～1.35%范围内。

碳素工具钢的生产成本低，原料来源易取得，加工性良好，热处理后，可以得到高硬度和高耐磨性，所以是被广泛采用的钢种，用来创造各种刃具、模具、量具。

这类钢的红硬性差，即当工作温度大于250℃时，钢的硬度和耐磨性就会急剧下降而失去工作能力。

另外，碳素工具钢如制成较大的零件则不易淬硬，而且容易产生变形和裂纹。

碳素工具钢的牌号表示：
碳素工具钢牌号，采用规定的符号和阿拉伯数字表示。

以T 作前缀，阿拉伯数字表示平均含碳量的千分之几。

较高含锰量碳素工具钢，在符号丁和阿拉伯数字之后标出锰元素符号Mn。

高级优质碳素工具钢在牌号尾部加符号A.例如
T9表示平均含碳量为0.90%的碳素工具钢(普通含锰量)
T8 Mn表示平均含碳量0.80%且含锰量较高为0.40%～0.60%的碳素工具钢
T12A表示平均含碳量为1.20%的高级优质碳索工具钢(普通含锰量)。

9、合金钢
在钢中除含有铁、碳和少量不可避免的硅、锰、磷、硫元素外，还含有一定量的合金元素，
钢中的合金元素有硅、锰、钼、镍、铬、钒、钛、铌、硼、铝、稀土等，含有其中一种或几种合金元素的钢叫合金钢。

合金钢在钢的总产量中约占百分之十几，一般在电炉中冶炼
按用途可以把合金钢分为如下八类：合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈耐酸钢、耐热不起皮钢、电工用硅钢
10、电器工业用硅钢
电器工业用硅钢主要用来制造电器工业用硅钢片。

硅钢片是电机和变压器制造中用量很大的钢材。

按化学成分，硅钢可以分为低硅钢或高硅钢。

低硅钢含硅量1.0%-2.5%，主要用来制造电机。

高硅钢含硅量3.0%-4.5%，一般用来制造变压器。

他们的含碳量为0.06%-0.08%。

11、普通低合金钢
普通低合金钢是一种含有少量合金元素(多数情况下总量不超过3%)的普通合金钢。

这种钢的强度较高，综合性能较好，并且有耐腐蚀、耐磨、耐低温性能，以及较好的加工性能、焊接性能等。

在大量节约稀缺合金元素(如镍、铬)的条件下，通常1t普通低合金钢可顶1.2～1.3t碳素钢使用，使用寿命和使用范围更是远远超过碳素钢。

普通低合金钢可以用一般冶炼方法在平炉、转炉中冶炼，成本也和碳素钢接近。

普通低合金钢含有我匦富产资源钒、钛、铌、硼、稀土等元素。

普通低合金钢按照特点和用途大致可以分为：结构钢、耐腐蚀钢、低温用钢、耐磨钢、钢筋钢、钢轨钢及其他专用钢七大类。

它们广泛用于制造锅炉、汽车、船舶、化工、石油、桥梁、铁道、电站、矿山等的设备。

12、合金结构钢
合金结构钢含碳量比碳素结构钢低一些，一般在0.15%～0.50%范围内。

除含碳外，还含有一种或几种合金元素，如硅、锰、矾、钛、硼及镍、铬、钼等。

合金结构钢易于淬硬和不易变形或开裂，便于通过热处理改善钢的性能。

合金结构钢广泛用于制造汽车、拖拉机、船舶、汽轮机、重型机床的各种传动件和紧固件。

低碳合金结构钢一般进行渗碳处理，中碳合金结构钢一般进行调质处理。

13、合金工具钢
合金工具钢是含有多种合金元素(如硅、钼、钨、铬、钒等)的中、高碳钢
合金工具钢容易淬硬，不易产生变形和裂纹，适于用来制造尺寸大，形状复杂的刃具，模具和量具。

合金工具钢的用途不同，含碳量也不同。

大多数合金工具钢的含碳量为0.5%-1.5%。

热变形模具用钢含碳量较低；在0.3%～0.6%范围内；切削刀具用钢一般含碳量为1%左右；冷加工模具用钢到含碳量较高，如石墨模具钢含碳量达1.5%，高碳高铬型冷加工模具用钢含碳量高达2%以上。

13、高速工具钢
高速工具钢是高碳高合金工具钢，含碳量为0.7%～1.4%，并含有能形成高硬度碳化物的合金元索。

高速工具钢具有高的红硬性，在高速切削条件下，温度高达500-600℃时硬度也不降低，从而能保证良好的切削能力。

高速工具钢常用于制造高切削速度、高生产率的车刀、铣刀、铰刀、拉刀、麻花钻等切削工具。

14、弹簧钢
弹簧钢广泛用于汽车、拖拉机、铁道车辆等运输工具以及仪表工业本方面。

弹簧在冲击、振动或长期交变应力下使用，所以要求弹簧钢有高的抗拉强度、弹性极限和疲劳强度。

在工艺上要求弹簧钢有一定的淬透性、不易脱碳、表面质量好等。

碳素弹簧钢即是含碳量在0.6%～0.9%范围内的优质碳素结构钢(包括正常和较高含锰量的)。

合金弹簧钢主要是硅锰系钢种，它们的含碳量稍低，主要靠增加硅含量(1.3%～2.8%)提高性能。

另外还有含铬、钨、钒的合金弹头钢。

根据汽车、拖拉机的要求，在硅锰钢基础上加入硼、铌、钼等元索，使弹簧延长使用寿命。

15、不锈耐酸钢（不锈钢）
不锈耐酸钢(简称不锈钢)是在空气、酸、碱性溶液或其他介质中具有高化学稳定性的钢。

不锈钢是不容易生锈的钢种，但不是绝对不生锈，而是生锈量极少，生锈过程很慢，基至根本不能察觉到而已。

不锈钢按组织可以分三大类：
奥氏体不锈钢这类钢耐蚀性最好，有一定的强度和很好的韧性；
铁索体不锈钢这类钢耐蚀性稍差，但有良好的抗氧化能力；
马氏体不锈钢这类钢耐蚀性较差，但力学性能最好，可以制造力学性能要求较高，但耐蚀性要求较低的部件；
16、耐热不起皮钢
耐热不起皮钢(简称耐热钢)用于制造高温下长期使用的零件。

钢的强度随使用温度的升高而降低，并且在高温下容易氧化和腐蚀，致使零件遭到破坏。

因此，对耐热钢的基本要求是在高温下应具有抗蠕变及抗破断能力、抗氧化的能力。

根据工业上的用途，耐热不起皮钢分为适于在900～1100℃以下使用时不起皮的叫不起皮钢，适于在650～800℃以下使用时不起皮并有足够强度的叫耐热钢。

耐热不起皮钢的含碳量较低，一般在0.08%～0.15%范围内，主要合金元素是铬和硅。

17、轴承钢
轴承钢主要用来制造滚动体和轴承套圈。

轴承在工作时承受着极大的压力和摩擦力；所以要求轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性、以及高的弹性极限。

对轴承钢的化学成分均匀性、非金属夹杂物的含量和分布，碳化物的分布等有严格要求。

轴承钢一般含碳量约1.0%。

无铬轴承钢主要含锰、钒、硅、钼等合金元索。

轴承钢的牌号表示方法：
滚珠轴承钢牌号，采用规定的代表用途的符号、化学元素符号和阿拉伯数字表示。

滚珠轴承钢牌号，以G作前缀。

对高碳轴承钢，一般不标出含碳量数字，其铬含量以千分之几计。

对渗碳轴承钢，除头部加前缀G外，其他表示方法与合金结构钢相同，对高碳铬不锈轴承钢，其牌号表示方法与不锈钢相同。

对高温轴承钢，牌号头部不标出含碳数字，其他同不锈钢和耐热钢，例如：
GCr15表示平均含铬量为1.5%的高碳铬滚动轴承钢；
GCr15SiMn表示平均含铬量为1.5%的且含硅、锰元素的高碳铬滚珠轴承钢；
G20CrNiMo表示平均含碳量为0.20%的且含铬、镍、钼元素的渗碳轴承钢；
9Cr18Mo表示平均含碳量为0.90%的平均含铬量为18%且含钼的不锈轴承钢；
Cr4 Mo4V表示平均含铬量为4%、含钼量为4%且含钒的高温轴承钢(也称耐热钢)；
18、钢轨钢
钢轨主要承受机车车辆的压力及冲击载荷，因此，要求有足够的强度和硬度及一定的韧性。

通常采用的钢轨钢是平炉和转炉冶炼的碳素镇静钢，含碳量0.6%～0.8%，属于中碳钢和高碳
钢，但钢中含锰量较高，在0.7%～1.2%范围内。

近年来已广泛采用普通低合金钢钢轨、如高硅轨，中锰轨、含铜轨、含钛轨等。

普通低合金钢轨比碳素钢轨耐磨、耐腐蚀，使用寿命有很大提高。

19、锅炉钢
锅炉钢主要用来制造过热器、主蒸汽管和锅炉火室。

对锅炉钢的性能要求主要是有良好的焊接性能、一定的高温强度和耐碱性腐蚀、耐氧化等。

常用的锅炉钢有平炉冶炼的低碳镇静钢或电炉冶炼的低碳钢，含碳量在0.16%～0.26%范围内。

2017-5-25。