钢铁简介及常用结构钢.docx

一钢铁概述（iron and steel） 钢铁是铁与C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe(铁)外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。 钢铁种类按含碳量不同区分铁碳合金分为钢与生铁两大类，钢是含碳量为0.03%2%的铁碳合金。 碳钢是最常用的普通钢，冶炼方便、加工容易、价格低廉，而且在多数情况下能满足使用要求，所以应用十分普遍。按含碳量不同，碳钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。随含碳量升高，碳钢的硬度增加、韧性下降。合金钢又叫特种钢，在碳钢的基础上加入一种或多种合金元素，使钢的组织结构和性能发生变化，从而具有一些特殊性能，如高硬度、高耐磨性、高韧性、耐腐蚀性，等等。经常加入钢中的合金元素有Si、W、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等。合金钢的资源相当丰富，除Cr、Co不足，Mn品位较低外，W、Mo、V、Ti和稀土金属储量都很高。21世纪初，合金钢在钢的总产量中的比例将有大幅度增长。 含碳量2%4.3%的铁碳合金称生铁。生铁硬而脆，但耐压耐磨。根据生铁中 碳存在的形态不同又可分为白口铁、灰口铁和球墨铸铁。白口铁中碳以Fe3C形态分布，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。碳以片状石墨形态分布的称灰口铁，断口呈银灰色，易切削，易铸，耐磨。若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。在铸铁中加入特种合金元素可得特种铸铁，如加入Cr，耐磨性可大幅度提高，在特种条件下有十分重要的应用。 钢铁中碳的来源:炼铁的原料之一是铁矿石，铁矿石主要成份是Fe2O3，没有碳。 炼铁的原料之二是焦碳，炼铁过程部分焦碳留在了铁水中,导致铁水中含碳。 钢铁的生产 由铁矿石炼生铁。由生铁作原料炼钢,炼钢的过程主要是除碳的过程.还不能将碳除尽,钢需要有一定量的碳,性能才达到最佳。 按化学成分分一、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wc0.25% （2)中碳钢-含碳量wc0.25%0.60% （3)高碳钢-含碳量wc0.60%高碳钢一般在军工业和工业医疗业比较多 二、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% 按冶炼设备分（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。 按浇注前脱氧程度分(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。 按钢的品质分(1)普通钢 钢中含杂质元素较多，含硫量ws一般O.05%，含磷量wP0.045%，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wP0.035%，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。 按钢的用途分一、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 二、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。按用途又可分为刃具钢、模具钢、量具钢。 三、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。 四、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。 按制造加工形式分(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以下的钢管二常用的结构钢材1碳素结构钢。 普通碳素结构钢主要保证力学性能，故其牌号体现其力学性能，例如Q235-AF；其中“Q”为屈服点“屈”的拼音字首，数字235表示屈服点为235Mpa。若牌号后面标注字母A、B、C、D，则表示刚才质量等级不同，含S、P的量依次降低，钢材质量依次提高。若在牌号后面标注字母“F”则为沸腾钢，标注“b”为半镇静钢，不标注“F”或“b”者为镇静钢。碳素结构钢一般情况下都不经热处理，而在供应状态下直接使用。通常Q195、Q215、Q235钢碳的质量分数低，焊接性能好，塑性、韧性好，有一定强度，常轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等结构和制造普通螺钉、螺母等零件。Q255和Q275钢碳的质量分数稍高，强度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接，通常轧制成型钢、条钢和钢板作结构件以及制造简单机械的连杆、齿轮、联轴节、稍等零件 优质碳素结构钢必须同时保证化学成分和力学性能，其牌号体现化学成分，如15、45、15Mn、45Mn用平均碳含量的万分数的数字表示含碳量。若钢中锰含量较高，则在这类钢号后附加符号“Mn”。 2低合金高强度结构钢。Q345（ 16Mn ） 是我国低合金高强钢中用量最多、产量最大的钢种。强度比普通碳素结构钢Q235高约20%30%，耐大气腐蚀性能高20%38%。 Q420（15MnVN） 中等级别强度钢中使用最多的钢种。强度较高，且韧性、焊接性及低温韧性也较好，被广泛用于制造桥梁、锅炉、船舶等大型结构。3合金结构钢。合金结构钢广泛用于制造各种要求韧性高的重要机械零件和构件。形状复杂或截面尺寸较大或要求韧性高的淬火零件，牌号：两位数字化学元素；符号例如40CrNiMoA， 60Si2Mn 附：三钢件的表面处理渗碳钢可经受渗碳淬火使表面硬度和耐磨性提高而心部保持适当强度和韧性的钢。主要用于制造汽车、拖拉机