钢成为什么材料（钢基础知识介绍）

钢铁是一种铁碳合金，含有一定量的碳和其他合金元素，如硅、锰等。而钢材则是经过加工处理后的钢铁材料，具有更高的强度、硬度、塑性和韧性。钢铁的硬度、强度和耐磨性相对较低，而钢材经过加工处理后，其硬度、强度和耐磨性得到了显著提高。此外，钢材还具有良好的塑性和韧性，能够适应各种加工和成型需求。钢铁在制造过程中需要进行炼铁、炼钢、连铸和轧制等工序，而钢材则是在钢铁的基础上经过加工处理得到的。

▶钢材的成分

钢材的主要成分是铁，通常占钢材总重量的99%以上。此外，钢材中还含有碳、硅、锰、磷、硫、氧、氮、钛、钒等元素。这些元素对钢材的性能产生重要影响。其中：

• 碳（C）：是钢材的主要元素之一，通常占钢材总重量的0.05%～1.7%。碳可以提高钢材的强度和硬度，但同时也会降低其塑性和韧性。因此，碳含量的控制对于钢材的质量和性能至关重要。
• 硅（Si）：是钢材中较为常见的元素之一，通常占钢材总重量的0.2%～1.0%。硅可以提高钢材的强度和硬度，同时对其塑性和韧性影响较小。
• 锰（Mn）：是钢材中另一种常见的元素，通常占钢材总重量的0.3%～1.0%。锰可以提高钢材的强度和硬度，同时对其塑性和韧性影响较小。
• 磷（P）：在钢材中含量较低，通常占钢材总重量的0.03%～0.3%。磷可以提高钢材的强度和硬度，但会降低其塑性和韧性。磷还可能导致钢材冷脆性增加，因此在低温环境下使用的钢材需要特别注意磷的含量。
• 硫（S）：在钢材中含量较低，通常占钢材总重量的0.02%～0.1%。硫主要影响钢材的切削加工性能，含量过高可能导致切削刀具磨损加剧。

钢材的成分非常复杂，每种元素都对钢材的性能产生重要影响。因此，在生产和使用过程中需要对钢材的成分进行严格控制。

▶钢材的分类

• 按品质分类：普通钢、优质钢、高级优质钢。

普通钢：又称碳素钢，通常含有铁、碳、硅、锰、磷等元素，强度和硬度较低，塑性和韧性较好，易于加工和焊接。

优质钢：在冶炼质量、杂质控制、内部组织结构、表面质量等方面有严格要求，具有高塑性、高韧性等特点，常用作工具钢、结构钢和特殊性能钢等。

高级优质钢：在含有元素上更加丰富，如钼、铬、镍等，力学性能和工艺性能比优质钢更好，具有高强度、高硬度、高塑性、高韧性等特点，适用于制造高质量、高精度、高强度的零部件。

• 按化学成分分类：碳素钢、合金钢。

碳素钢：碳素钢是含有铁、碳元素的钢，其中碳元素是主要成分。根据含碳量的不同，碳素钢可以分为低碳钢（含碳量低于0.25%）、中碳钢（含碳量在0.25%～0.60%）和高碳钢（含碳量大于0.60%）。

合金钢：合金钢是在碳素钢中加入合金元素（如硅、锰、钛、钨等）以改善钢材性能的钢。根据合金元素总含量的不同，合金钢可以分为低合金钢（合金元素总含量小于5%）、中合金钢（合金元素总含量在5%～10%）和高合金钢（合金元素总含量大于10%）。

在某些特定情况下，钢材也可能包含其他元素，如磷、硫等，这些元素的含量也会影响钢材的质量和性能。

• 按成形方法分类：锻钢、铸钢、热轧钢、冷拉钢。

锻钢：通过锻打或锻造工艺将钢材变形，以获得所需形状和尺寸的钢材。

铸钢：通过铸造工艺将熔融的钢材倒入模具中，冷却凝固后获得所需形状和尺寸的钢材。

热轧钢：通过高温轧制工艺将钢材变形，以获得所需形状和尺寸的钢材。

冷拉钢：通过冷拉工艺将钢材变形，以获得所需形状和尺寸的钢材。

不同成形方法的钢材具有不同的特性和用途，需要根据具体应用场景选择合适的成形方法。

• 按金相组织分类：退火状态的、未热处理状态的。
• 按生产方法分类：

镀锌板(热镀锌板、电镀锌板)：为防止钢板表面遭受腐蚀延长其使用寿命，在钢板表面涂以一层金属锌。

• 热镀锌：将薄钢板浸入熔解的锌槽中，使其表面粘附一层锌的薄钢板。目前主要采用连续镀锌工艺生产，即把成卷的钢板连续浸在熔解有锌的镀槽中制成镀锌钢板
• 电镀锌：用电镀法制造这种镀锌钢板具有良好的加工性。但镀层较薄，耐腐蚀性不如热浸法镀锌板。

镀锡板：两面镀有一层极薄金属锡的冷轧薄钢板，它将钢的硬度和强度与锡的易焊接性、抗腐蚀性和光亮的外表集于一体。镀锡板具有无味无毒、质量轻、易于加工成型等优点。印制不同的图案还可以美化产品，因此在食品罐头工业、电子器件、化工油漆等行业上得到了广泛应用。

复合钢板：按其组合类型可分为两大类，即金属复合钢板和非金属复合钢板。

• 金属复合钢板是在钢板表面复合其他金属覆层，如不锈钢复合钢板、钛复合钢板、铜复合钢板和铝复合钢板等。
• 非金属复合钢板是基层钢板和减振性能优异的粘弹性树脂复合而成的，如轻量化复合钢板和减振复合钢板。

彩色涂层钢板：俗称彩钢板，以优质冷轧钢板、热镀锌钢板或镀铝锌钢板为基板，经过表面脱脂、磷化、铬酸盐处理转化后，涂覆有机涂层后经烘烤制成。

• 按用途分类

桥梁钢板：桥梁钢板是制造桥梁结构件专用的厚钢板，使用专用钢种桥梁建筑用碳素钢和低合金钢制造，钢号末尾标有q(桥)字。桥梁建筑用碳素钢有用于铆接桥梁结构的A3q和用于焊接桥梁结构的16q;桥梁结构用低合金钢有12Mnq、12MnVq、15MnVNq、16Mnq等。

锅炉钢板：锅炉钢板主要是指用来制造过热器、主蒸汽管和锅炉火室受热面用的热轧中厚板材料。锅炉钢板是锅炉制造中非常关键的材料之一，主要是指用来制造锅炉中的锅壳、锅筒、集箱端盖、支吊架等重要部件用的热轧专用碳素钢和低合金耐热钢中厚钢板材料。

造船钢板：造船钢板是指用造船专用结构钢生产的，用于制造远洋、沿海和内河航行的船舶的船体结构的薄钢板和厚钢板。 造船用结构钢包括碳素钢和低合金钢，钢号的末尾标有C(船)。 碳钢素有2C、3C、4C和5C，低合金钢有12MnC、16MnC、15MnTiC、14MnVTiReC等钢种。厚度为2.5~50毫米。

装甲钢板：防弹钢板一般应用在防弹防护防爆等项目上，比靶场设备，防弹门，防弹头盔，防弹衣，防弹盾牌；银行柜台，机要保险柜；防暴车，防弹运钞车，靶场设备，装甲运兵车，战车，潜艇，登陆艇，缉私艇，直升机等。

汽车钢板：汽车板是指汽车用钢板。从生产工艺特点划分为热轧钢板、冷轧钢板和涂镀层钢板；从强度角度可划分为：普通钢板（软钢板）、低合金高强度钢板（HSLA）、普通高强度钢板（高强度IF钢、BH钢、含磷钢和IS钢等）和先进高强度钢板（AHSS）等。

屋面钢板：薄钢板屋面俗称铁皮屋面，以镀锌薄钢板覆盖的屋面。钢板厚度为0.45～0.75mm。可固定在屋面板上或直接固定在屋顶支承结构上，板与板间以咬口相接。

结构钢板：结构钢板（机械工程材料）：是指符合特定强度和可成形性等级的钢。可成形性以抗拉试验中断后伸长率表示。结构钢一般用于承载等用途，在这些用途中钢的强度是一个重用设计标准。结构钢是属于特殊钢中的一种。

电工钢板(硅钢片)：电工钢板（又称硅钢片、矽钢片）是指一种含碳量极低（经退火后，含碳量在0.005%以下）的硅铁软磁合金，一般硅含量为0.5%～4.5%，铁中加入硅可以提高其电阻率和最大导磁率。主要用来制造各种变压器、电动机和发电机的铁芯。电工钢板分为两大类，即取向电工钢板和无取向电工钢板。

弹簹钢板：弹簧钢板，扁平长方形的钢板呈弯曲形，以数片叠成的底盘用弹簧，一端以梢子安装在吊架上，另一端使用吊耳连接到大梁上，使弹簧能伸缩。目前适用于一些非承载车身的硬派越野车及中大型的货卡车上。

其他：耐高温钢板是用钢水浇注，冷却后压制而成的平板状钢材。按合金元素含量多少分为：低合金钢（合金元素总量低于5%）、中合金钢（合金元素总量为5%-10%）、高合金钢（合金元素总量高于10%）。按所含的主要合金元素分为：铬钢（Cr-Fe-C)、铬镍钢（Cr-Ni-Fe-C)、锰钢（Mn-Fe-C)、硅锰钢（Si-Mn-Fe-C)。按小试样正火或铸态组织分为：珠光体钢、马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、莱氏体钢。按用途分为：合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢。

▶钢材品质分类等级

Q195：这种等级的钢材含碳量较低，强度不高，但具有良好的塑性和韧性，用于制作承受载荷不大的零件。

Q215：这种等级的钢材含碳量适中，强度较高，塑性和韧性较好，用于制作承受载荷较大的零件。

Q235：这种等级的钢材含碳量较高，强度较高，具有较好的塑性和韧性，广泛用于建筑、桥梁、船舶、车辆等领域。

Q275：这种等级的钢材含碳量更高，强度很高，但塑性和韧性较差，用于制作承受载荷很大的零件，如大轴、钢轨等。

▶钢牌号中的字母和数字的含义
钢牌号通常由字母和数字组合而成，这些字母和数字代表了材料的不同属性和特征。以下是一些常见的字母和数字在金属材料牌号中的含义：

• 字母的含义
  Q代表碳素结构钢，通常位于牌号前面，如Q235B。
  H代表保证淬透性结构钢，通常位于牌号尾部，如45CrH。
  Y代表易切削钢，通常位于牌号前部，如Y15。
  T代表碳素工具钢，通常位于牌号前部，如T10。
  G代表高碳铬轴承钢，通常位于牌号前部，如GCr15。
  W代表无取向硅钢，通常位于牌号中部，如35W230。
  DT代表电磁纯铁，通常位于牌号前部，如DT4。
  NM代表高强度耐磨钢，通常位于牌号前部，如NM500。
  R代表锅炉和压力容器用钢，通常位于牌号尾部，如Q345R。
  GJ代表高性能建筑结构用钢，通常位于牌号尾部，如Q345GJ。
  CF代表低焊接裂纹敏感性钢，通常位于牌号尾部，如Q460CF。
  A、B、C、D、E代表不同等级的优质钢，通常位于牌号尾部，如Q235A、Q235B、Q235C、Q235D、45E。
  F代表沸腾钢，通常位于牌号尾部，如08F。
  b代表半镇静钢，通常位于牌号尾部，如10b。
  Z代表镇静钢，通常位于牌号尾部，如Q235BZ。
  TZ代表特殊镇静钢，通常位于牌号尾部，如Q235BTZ。
• 数字的含义
  牌号开头的数字通常表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.45%的钢，钢号为“45”。
  牌号中的数字还可能表示锰含量、合金元素含量或者特定的处理状态。
  数字后面的字母可能表示特定的物理或化学性能，例如“A”、“E”、“C”等等级标志，代表不同的质量等级。
• 以上信息是基于中国国家标准GB/T 221-2008的规定，不同国家和地区可能有不同的标准和表示方法。在实际应用中，应该根据具体的材料标准来解读牌号中的字母和数字。

▶钢牌号统一数字代号体系
GB/T 17616-2013标准提出了钢铁及合金牌号统一数字代号体系，该体系旨在实现钢铁及合金产品的标准化分类和编码。统一数字代号体系在钢铁及合金产品的设计、生产、使用、标准化和现代化计算机管理中非常有用。它有助于简化材料的标识，便于数据处理设备进行存储和检索，同时也会促进国内外钢铁及合金产品的交流和贸易。

▶钢材机械性能

• 屈服点（σs）

钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs =Ps/Fo(MPa)。

• 屈服强度（σ0.2）

有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2。

• 抗拉强度（σb）

材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度σb= Pb/Fo（MPa）。

• 伸长率（δs）

材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。

• 屈强比（σs/σb）

钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。

• 硬度

硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

• 布氏硬度（HB）

以一定的载荷（一般3000kg）把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值（HB）。

• 洛氏硬度（HR）

当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示：

HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。

HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。

HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。

• 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）。

▶合金结构钢与不锈钢的区别
合金结构钢是一种含有碳和铁之外的多种合金元素的钢，这些元素有助于改善母钢材料中不存在或低的某些特性，如强度、耐磨性、韧性和硬度。根据合金元素的百分比，合金钢分为低合金钢和高合金钢。低合金钢含有不超过总材料成分5%的合金元素，而高合金钢含有超过5%的合金元素。不锈钢是高合金钢的一个例子，因为它至少含有12%的铬，具体取决于不锈钢等级。