金属材料分类方法及牌号对比(第一部分).ppt

金属材料分类方法及牌号对比 第一部分 2007 10 11 主要内容 第一部分金属材料的一些基本概念一 金属材料的性能二 金属材料一些基本概念三 杂质元素和合金元素在钢中的作用四 铸铁和碳钢在化学成分金相结构和性能上的差别第二部分GB金属材料分类方法一 工业用钢简介二 钢材不同分类 三 GB T221 2000 钢铁产品牌号表示方法 四 钢的质量分级 第三部分ASME材料分类方法一 一些组织机构简介二 ASME材料分类方法三 日本工业标准 JIS 简单介绍四 德国工业标准 DIN 简单介绍第四部分一 GBASMEJISDINGOSTBS等世界上各种钢钢号对照表二 OPC常见金属材料排号对比 第一部分金属材料的一些基本概念 一 金属材料的性能 包括工艺性能和使用性能1 金属材料的工艺性能是金属材料在用于制造的过程中 适合各种冷 热加工的性能 也就是制成成品的难易程度 铸造性能 锻造性能 焊接性能 热处理性能和切削加工性能等2 金属材料的使用性能是金属材料在使用条件下所表现出来的性能 它包括物理性能 化学性能和力学性能 1 金属材料的物理性能是金属固有的属性 包括密度 熔点 导热性 导电性 热膨胀性和磁性等 2 金属材料的化学性能是金属在化学介质作用下所表现出来的性能 包括耐腐蚀性 抗氧化性和化学稳定性等 3 金属材料的力学性能是指金属在力作用下所显示与弹性和非弹性反应相关或涉及应力 应变关系的性能 它包括强度 塑性 硬度 韧性及抗疲劳等 二 金属材料一些基本概念 金属材料的机械性能指标 1 强度极限 b 在拉伸应力 应变曲线上的最大应力点 单位为MPa b Fb So MPa 式中Fb 试样承受的最大载荷 N So 试样原始横截面积 mm2 2 屈服极限 s 材料的拉伸应力超过弹性范围 开始产生塑性变形时的应力 有些材料没有明显的屈服点 工程上通常取试样产生0 2 残余变形时的应力作为条件屈服极限 0 2 单位为MPa s Fs So MPa 式中Fs 试样屈服时的载荷 N So 试样原始横截面积 mm2 0 2 F0 2 So MPa 式中F0 2 残余伸长率达到0 2 时的载 N So 试样原始横截面积 mm2 3 持久强度 tD 试样在设计温度下 经10万小时后 断裂时的平均应力 单位为MPa 4 蠕变极限 tn 在给定温度下和规定的持续时间内 使试样产生一定蠕变量的应力值 工程上通常采用钢材在设计温度下 经过10万小时后 蠕变率为1 时的应力值 单位MPa 5 延伸率 表明试样在拉伸试验破坏时 产生了百分之几的塑性伸长量 它是衡量钢材塑性的一个指标 试样长度一般选择为其直径的5倍或10倍 因此 有 5 短试样 和 10 长试样 两种指标 单位为 L1 L0 L0 100 式中L1 试样拉断后的标距 mm L0 试样的原始标距 mm 6 断面收缩率 断面收缩率表明试样在拉伸试验发生破坏时 缩颈处产生的塑性变形率 单位为 S0 S1 S0 100 式中S0 试样原始横截面积 mm2 S1 试样拉断处的最小横截面积 mm2 金属材料的 和 数值越大 表示材料的塑性越好 7 许用应力和安全系数 8 硬度 硬度是反映材料对局部塑性变形的抗力和材料耐磨性的指标 硬度的表示方法有布氏硬度HB 洛氏硬度RC和维氏硬度 HV 金属硬度 1 硬度概念 材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度 2 硬度测试方法 通常用硬度试验机来测试材料的硬度 是现代试验硬度常用的方法 平时试验钢铁硬度的普通方法是用锉刀在工件边缘上锉擦 由其表面所呈现的擦痕深浅以判定其硬度的高低 这种方法称为锉试法 这种方法不太科学 3 硬度含义 硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标 它既可理解为是材料抵抗弹性变形 塑性变形或破坏的能力 也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力 硬度不是一个简单的物理概念 而是材料弹性 塑性 强度和韧性等力学性能的综合指标 维氏硬度 维氏硬度 HV 适用于显微镜分析 维氏硬度 HV 以120kg以内的载荷和顶角为136 的金刚石方形锥压入器压入材料表面 用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值 即为维氏硬度值 HV 维氏硬度尚有小负荷维氏硬度 试验负荷1 961 49 03N 它适用于较薄工件 工具表面或镀层的硬度测定 显微维氏硬度 试验负荷 1 961N 适用于金属箔 极薄表面层的硬度测定 洛氏硬度 洛氏硬度在规定的外加载荷下 使用顶角为120度的金刚石圆锥压头或直径为1 59 3 18mm的钢球垂直压入试件表面 产生压痕 进行材料硬度测试 洛氏硬度可分为HRA HRB HRC HRD四种 它们的测量范围和应用范围也不同 一般生产中HRC用得最多 压痕较小 可测较薄的材料和硬度高的材料及成品件的硬度 布氏硬度 布氏硬度 HB 是以一定大小的试验载荷 将一定直径的淬硬钢球或硬质合金球压入被测金属表面 保持规定时间 然后卸荷 布式硬度值是载荷除以压痕球形表面积所得的商 即为布氏硬度值 HB 单位为MPa 在一定条件下 HB与HRC可以查表互换 其快速计算公式可大概记为 1HRC 1 10HB 金属材料的各种硬度值之间 硬度值与强度值之间具有近似的相应关系 因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的 材料的强度越高 塑性变形抗力越高 硬度值也就越高 根据经验钢材的硬度与其抗拉强度有如下近似关系 轧制 正火的低碳钢 b 0 36HB 轧制 正火的中碳钢或低合金钢 b 0 35HB 硬度为250 400 经热处理的合金钢 b 0 33HB 材料的弹性变形和塑性变形 1 弹性变形 构件或物体在外力作用下产生变形 外力除去后能完全恢复其原有的形状 不遗留外力作用过的任何痕迹 这种变形称为弹性变形 2 塑性变形 构件或物体在外力作用下产生变形 当外力除去后 构件或物体的形状不能复原 即遗留了外力作用下的残余变形 这种变形称为塑性变形 金属材料强度测量方法 金属材料拉伸应力 应变曲线 铸铁拉伸应力 应变曲线 碳钢和铸铁压缩应力 应变曲线 三 杂质元素和合金元素在钢中的作用 非合金钢中的杂质元素是在冶炼过程中不是人为有意地加入或保留的元素 非合金钢中常见杂质元素有硅 锰 硫 磷等 对钢的性能有较大的影响 合金钢中的合金元素是为使金属具有某些特性 在基本金属中有意加入或保留的金属或非金属元素 钢中常用的合金元素有铬 Cr 锰 Mn 硅 Si 镍 Ni 钼 Mo 钨 W 钒 V 钴 Co 钛 Ti 铝 Al 铜 Cu 硼 B 氮 N 稀土 RE 等 其中硫 磷在特定的条件下可认为是合金元素 如易切削钢中的硫 1 主要杂质元素在非合金钢中的作用 1 锰非合金钢中锰的含量一般为0 25 0 8 锰是炼钢用锰铁作脱氧剂的残存元素 锰有很好的脱氧能力 锰能溶于铁素体和渗碳体中 使其固溶强化 并能增加和细化珠光体 提高其强度和硬度 锰与硫可形成MnS 以消除硫的有害影响 2 硅硅在镇静钢中含量一般为0 1 0 4 而在沸腾钢中含量一般小于等于0 07 硅也是作为脱氧剂进入钢中的 硅比锰的脱氧能力还强 硅能溶于铁素体中使其固溶强化 提高其强度 硬度和弹性 3 硫硫是钢中的有害元素 由矿石与焦炭中带来的 硫与铁形成化合物FeS 熔点为1190 左右 而FeS与铁形成低熔点 985 的共晶体分布在晶界处 当钢在1000 1200 进行锻压或轧制时 由于这种共晶体先熔化 而使钢沿晶界开裂 称为 热脆 硫还降低钢的耐腐蚀性 4 磷磷是钢中的有害杂质 磷溶入铁素体中 使钢的塑性下降 钢的强度 硬度升高 造成钢的 冷脆性 但可提高钢的抗蚀性 可改善钢的切削加工性能 5 碳碳含量升高 钢的强度和硬度升高 塑性和韧性下降 焊接性能下降 焊缝热影响区扩大 但C 0 9 后钢的强度反而下降 2 合金元素在钢中的作用 合金元素对钢基本相的影响 钢的基本相是铁素体和渗碳体 1 强化铁素体 大多数合金元素 如铬 钨 钒 氮 锰 硅 磷等 都能溶于铁素体中产生固溶强化 使铁素体的强度 硬度升高 塑性 韧性下降 2 形成碳化物 钢中能形成碳化物的元素有铁 锰 铬 钼 钨 铌 锆 钛等 按与碳亲和力由弱到强排列 与碳的亲和力越强 形成的碳化物越稳定 硬度也就越高 四 铸铁和碳钢在化学成分 金相结构和性能上的差别 铸铁的含碳量一般在2 5 4 5 并含有比钢多的Si Mn S P 碳在铸铁中除少量溶于基体外 绝大部分是以石墨或碳化物的形式存在 铸铁比碳钢脆 不能锻轧 但铸造性能和切削加工性能好 钢的含碳量C0 6 金属的蠕变 1 蠕变概念 金属材料长期在不变的温度和不变的应力作用下 发生缓慢的塑性变形的现象 称为蠕变 2 蠕变条件 对于一般金属 蠕变现象只有在高温条件下才明显表现出来 但是 某些金属 如铅 锡及它们的合金 在常温条件下 也能表现出蠕变现象 产生蠕变所需的应力 甚至可以小于材料的弹性极限 蠕变现象的产生 是由三个方面的因素构成 温度 应力和时间 3 蠕变与应力 温度等关系 碳钢在300 400 时 在应力的作用下即能明显地出现蠕变现象 当温度在高于400 时 即使应力不大 也要出现较大速率的蠕变 合金钢的温度超过400 450 时 在一定的应力作用下 就会发生蠕变 温度愈高 蠕变现象愈明显 高温高压火电厂中产生蠕变的部件较多 如主蒸汽管道 锅炉联箱 汽水管通 高温紧固件 汽轮机汽缸等 4 蠕变对金属的影响 由于金属蠕变的累积 使金属部件发生过量的塑性变形而不能使用 或者蠕变进入到了加速发展阶段 发生蠕变破裂 均会使部件失效损坏 甚至发生严重事故 所以 对于长期运行的高温部件 要进行严格的蠕变监测 当然 一些部件在工作中出现一些塑性变形还是允许的 只要它们在整个工作期限内 例如10万小时 由于蠕变所累积的塑性变形量不超过允许值即可 例如 一般规定主蒸汽管道 高温蒸汽联箱经10万小时运行后 总变形量不超过1 汽轮机汽缸10万小时后的总变形量不超过0 1 锅炉的合金钢过热器管和再热管 当蠕变胀粗大于2 5 时 即行更换 锅炉的碳钢过热器管和再热器管 当蠕变胀粗大于3 5 时 即行更换 第二部分GB金属材料分类方法 一 工业用钢简介通常所指的钢铁材料是钢和铸铁的总称 指所有的铁碳合金 即碳素钢和合金钢 二 钢材分类 一 按化学成分分类1 按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类 2 碳素钢按含碳量多少可分为低碳钢 C 0 25 中碳钢 C 0 25 0 60 和高碳钢 C 0 6 三类 3 合金钢按合金元素的含量又可分为低合金钢 合金元素总量10 三类 4 合金钢按合金元素的种类可分为锰钢 铬钢 硼钢 铬镍钢 硅锰钢 铬钼钢 铬镍钼等 二 按冶金质量分类1 按钢中所含有害杂质硫 磷的多少 可分为普通钢 S 0 055 P 0 045 优质钢 S P 0 040 和高级优质钢 S 0 030 P 0 035 三类 2 此外 按冶炼时脱氧程度不同 可将钢分为轻度脱氧之未凈钢 rimmedSteel 充分脱氧之全静钢 KilledSteel 和中度脱氧之半静钢 Semi KilledSteel 三类 三 按用途分类1 按钢的用途可分为结构钢 工具钢 特殊钢三大类 2 结构钢又分为工程结构件用钢和机械构造零件用钢两部分 工程构件用钢包括建筑工程用钢 桥梁工程用钢 船舶工程用钢 车辆工程用钢 机械用钢包括调质钢 弹簧钢 滚动轴承钢 渗碳和渗氮钢 耐磨钢等 这类钢一般属于低 中碳钢和低 中合金钢 3 工具钢分为刃具钢 量具钢 模具钢 主要用于制造各种刀具 模具和量具 这类钢一般属于高碳 高合金钢 4 特殊性能钢分为号规用钢 易切钢 轴承钢 弹簧钢 磁性用钢 不锈钢 耐热钢等 这类钢主要用于各种特殊要求的场合 如化学工业用的不锈耐酸钢 核电站用的耐热钢等 四 钢的质量分级 GB T3077 合金结构钢 GB699 GB700是以钢中硫 磷 及残余铜 镍 铬的含量来划分质量等级的 如下表所示 高级优质钢在钢材牌号后边加 A 特级优质钢在钢材牌号后加 E 表示 钢的质量分级表 三 GB T221 2000 钢铁产品牌号表示方法 GB T221 2000 钢铁产品牌号表示方法 的规定 一般采用汉语拼音字母 化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示 1 普通碳素结构钢牌号表示方法 普通碳素结构钢牌号采用屈服点的拼音的第一个字母 Q 及屈服强度值 Mpa 质量等级 A B C D E 脱氧方法 F b Z和TZ 其中Z和TZ可省略 等符号表示 按顺序组成牌号 如 Q235AF表示屈服点 235Mpa 质量为A级的沸腾碳素结构钢 GB700中的Q195 Q215 Q235 Q255 Q275低合金高强度结构钢的牌号表示方法与上述基本一致 如 GB T1591中的Q295 Q345 Q390 Q420 Q450 2 优质碳素结构钢钢号表示方法 优质碳素结构钢钢号采用钢中含碳量的万分数 平均值 表示 例如平均碳含量为0 45 的钢 钢号为 45 它不是顺序号 当钢中含碳量为0 15 0 6 含Mn量超过0 7 0 7 1 0 时 称之为高锰钢 必须将 Mn 标出 如16Mn 20Mn 40Mn等 沸腾钢 半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出 例如平均碳含量为0 1 的半镇静钢 其钢号为10b 高级优质碳素结构钢 S P分别 0 030 在牌号后加符号 A 例如 平均含碳量为0 45 的高级优质碳素结构钢 其牌号示为 45A 特级优质碳素结构钢 S 0 020 P 0 025 牌号后加符号 E 例如 平均含碳量为0 45 的特级优质碳素结构钢 其牌号表示为 45E 3 碳素工具钢 碳素工具钢钢号冠以 T 以免与其它钢类相混 钢号中的数字表示碳含量 以平均碳含量的千分之几表示 例如 T8 表示平均碳含量为0 8 锰含量较高者 在钢号最后标出 Mn 例如 T8Mn 高级优质碳素工具钢的磷 硫含量 比一般优质碳素工具钢低 在钢号最后加注字母 A 以示区别 例如 T8MnA 4 易切削钢 易切削钢钢号冠以 Y 以区别于优质碳素结构钢 字母 Y 后的数字表示碳含量 以平均碳含量的万分之几表示 例如平均碳含量为0 3 的易切削钢 其钢号为 Y30 锰含量较高者含锰量为1 20 1 55 的易切削钢 亦在钢号后标出 Mn 例如 Y40Mn 含钙 铅等易切削元素的易切削钢 在符号 Y 和阿拉伯数字后加易切削元素符号 例如 Y15Pb Y45Ca 5 合金结构钢 合金结构钢钢号采用 两位数字 合金元素符号 数字 表示 前两位数字表示钢的平均含碳量 万分之几 钢中主要合金元素用化学符号表示 后边的数字表示合金元素的平均百分含量 当合金元素含量小于1 5 时 只写出元素符号 一般不标明含量 但在特殊情况下易致混淆者 在元素符号后亦可标以数字 1 例如钢号 12CrMoV 和 12Cr1MoV 前者铬含量为0 4 0 6 后者为0 9 1 2 其余成分全部相同 当合金元素平均含量 1 5 2 5 3 5 时 在元素符号后面应标明含量 可相应表示为2 3 4 等 例如18Cr2Ni4WA 钢中的钒V 钛Ti 铝AL 硼B 稀土RE等合金元素 均属微合金元素 虽然含量很低 仍应在钢号中标出 例如20MnVB钢中 钒为0 07 0 12 硼为0 001 0 005 高级优质钢应在钢号最后加 A 以区别于一般优质钢 专门用途的合金结构钢 钢号冠以 或后缀 代表该钢种用途的符号 例如铆螺专用的30CrMnSi钢 钢号表示为ML30CrMnSi 6 低合金高强度钢 低合金高强度钢钢号的表示方法 基本上和合金结构钢相同 对专业用低合金高强度钢 应在钢号最后标明 例如16Mn钢 用于桥梁的专用钢种为 16Mnq 汽车大梁的专用钢种为 16MnL 压力容器的专用钢种为 16MnR 注 GB T221 2000对不适应科技发展和与生产不协调的一些用钢牌号作了彻底改变或修改 如碳素结构钢A3改为Q235 低合金高强度结构钢16Mn改为Q345等 对不锈钢 耐热钢和冷轧硅钢等的牌号表示方法也做了修改 例如 压力容器用钢16MnR牌号表示为 Q345R 7 弹簧钢 弹簧钢弹簧钢按化学成分可分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢两类 其钢号表示方法 前者基本上与优质碳素结构钢相同 后者基本上与合金结构钢相同 例如 碳 硅 锰的平均含量分别为0 60 1 75 0 75 的弹簧钢 其牌号表示为 60Si2Mn 高级优质弹簧钢 在牌号尾部加符号 A 其牌号表示为 60Si2MnA 8 滚动轴承钢 滚动轴承钢钢号冠以字母 G 表示滚动轴承钢类 轴承钢分为高碳铬轴承钢 渗碳轴承钢 高碳铬不锈轴承钢和高温轴承钢等四大类 高碳铬轴承钢钢号的碳含量不标出 铬含量以千分之几表示例如GCr15 渗碳轴承钢的钢号表示方法 基本上和合金结构钢相同 其他合金元素按合金结构钢的合金含量表示 例如 平均含铬量为1 50 的轴承钢 其牌号表示为 GCr15 渗碳轴承钢 采用合金结构钢的牌号表示方法 另在牌号头部加符号 G 例如 G20CrNiMo 高级优质渗碳轴承钢 在牌号尾部加 A 例如 G20CrNiMoA 高碳铬