钢材知识 金属组织和热处理知识（一）、金属组织 1、金属：具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶体）。 2、合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。 3、相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分。 4、固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。 5、固溶强化：由於溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。 6、化合物：合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。 7、机械混合物：由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。 8、铁素体：碳在α-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙固溶体。 9、奥氏体：碳在γ-Fe（面心立方结构的铁）中的间隙固溶体。 10、渗碳体：碳和铁形成的稳定化合物（Fe3c）。 11、珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物（F+Fe3c 含碳0.8%） 12、莱氏体：渗碳体和奥氏体组成的机械混合物（含碳4.3%） 名词解释 共析钢、亚共析钢、过共析钢 1.共析钢：碳溶解在铁的晶格中形成固溶体，碳溶解到α——铁中的固溶体叫铁素体，溶解到γ——铁中的固溶体叫奥氏体。铁素体与奥氏体都具有良好的塑性。当铁碳合金中的碳不能全部溶入铁素体或奥氏体中时，剩馀出来的碳将与铁形成化合物——碳化铁（Fe3C）这种化合物的晶体组织叫渗碳体，它的硬度极高，塑性几乎为零。 从反映钢的组织结构与钢的含碳量和钢的温度之间关系的铁碳平衡状态图上可见，当碳的含量正好等於0.77%时，即相当于合金中渗碳体（碳化铁）约占12%，铁素体约占88%时，该合金的相变是在恒温下实现的。即在这种特定比例下的渗碳体和铁素体，在发生相变时，如果消失两者同时消失（加热时），如果出现则两者又同时出现，在这一点上这种组织与纯金属的相变类似。基於这个原因，人们就把这种由特定比例构成的两相组织当作一种组织来看待，并且命名为珠光体，这种钢就叫做共析钢。即含碳量正好是0.77%的钢就叫做共析钢，它的组织是珠光体。 2.亚共析钢：常用的结构钢含碳量大都在0.5%以下，由於含碳量低於0.77%，所以组织中的渗碳体量也少於12%，於是铁素体除去一部分要与渗碳体形成珠光体外，还会有多馀的出现，所以这种钢的组织是铁素体+珠光体。碳含量越少，钢组织中珠光体比例也越小，钢的强度也越低，但塑性越好，这类钢统称为亚共析钢。 3.过共析钢工具用钢的含碳量往往超过0.77%，这种钢组织中渗碳体的比例超过12%，所以除与铁素体形成珠光体外，还有多馀的渗碳体，於是这类钢的组织是珠光体+渗碳体。这类钢统称为过共析钢。二、有关钢材机械性能的名词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)，MPa称为兆帕等於N（牛顿）/mm2，（MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2） 2.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，规定产生永久残馀塑性变形等於一定值（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 。 3.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）。 4.伸长率（δs）材料在拉断後，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。 5.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。 6.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。 ⑴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），单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。 ⑵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，用於硬度极高的材料（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，用於硬度较低的材料（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，用於硬度很高的材料（如淬火钢等）。 ⑶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） 三、有关钢的热处理的名词 1.退火将钢加热到一定温度并保温一段时间，然後使它慢慢冷却，称为退火。钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。退火的目的，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残馀应力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。所以退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为後续工序作好准备，故退火是属於半成品热处理，又称预先热处理。 2.正火正火是将钢加热到临界温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然後在空气中自然冷却的热处理方法。它能消除过共析钢的网状渗碳体，对於亚共析钢正火可细化晶格，提高综合力学性能，对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的。 3.淬火淬火是将钢加热到临界温度以上，保温一段时间，然後很快放入淬火剂中，使其温度骤然降低，以大於临界冷却速度的速度急速冷却，而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法。淬火能增加钢的强度和硬度，但要减少其塑性。淬火中常用的淬火剂有：水、油、碱水和盐类溶液等。 4.钢的回火将已经淬火的钢重新加热到一定温度，再用一定方法冷却称为回火。其目的是消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。回火分高温回火、中温回火和低温回火三类。回火多与淬火、正火配合使用。 ⑴调质处理：淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。高温回火是指在500-650℃之间进行回火。调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。 ⑵时效处理：为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度150-250℃）精加工前，把工件重新加热到100-150℃，保持5-20小时，这种为稳定精密制件质量的处理，称为时效。对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残馀应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。 5.钢的表面热处理 ⑴表面淬火：是将钢件的表面通过快速加热到临界温度以上，但热量还未来得及传到心部之前迅速冷却，这样就可以把表面层被淬火在马氏体组织，而心部没有发生相变，这就实现了表面淬硬而心部不变的目的。适用於中碳钢。 ⑵化学热处理：是指将化学元素的原子，借助高温时原子扩散的能力，把它渗入到工件的表面层去，来改变工件表面层的化学成分和结构，从而达到使钢的表面层具有特定要求的组织和性能的一种热处理工艺。按照渗入元素的种类不同，化学热处理可分为渗碳、渗氮、氰化和渗金属法等四种。渗碳：渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳钢的韧性和塑性。渗氮：又称氮化，是指向钢的表面层渗入氮原子的过程。其目的是提高表面层的硬度与耐磨性以及提高疲劳强度、抗腐蚀性等。目前生产中多采用气体渗氮法。氰化：又称碳氮共渗，是指在钢中同时渗入碳原子与氮原子的过程。它使钢表面具有渗碳与渗氮的特性。渗金属：是指以金属原子渗入钢的表面层的过程。它是使钢的表面层合金化，以使工件表面具有某些合金钢、特殊钢的特性，如耐热、耐磨、抗氧化、耐腐蚀等。生产中常用的有渗铝、渗铬、渗硼、渗硅等。 黑色金属、钢和有色金属 在介绍钢的分类之前先简单介绍一下黑色金属、钢与有色金属的基本概念。 1、黑色金属是指铁和铁的合金。如钢、生铁、铁合金、铸铁等。钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。生铁是指把铁矿石放到高炉中冶炼而成的产品，主要用来鍊钢和制造铸件。把铸造生铁放在熔铁炉中熔炼，即得到铸铁（液状），把液状铸铁浇铸成铸件，这种铸铁叫铸铁件。铁合金是由铁与硅、锰、铬、钛等元素组成的合金，铁合金是鍊钢的原料之一，在鍊钢时做钢的脱氧剂和合金元素添加剂用。 2、把鍊钢用生铁放到鍊钢炉内按一定工艺熔炼，即得到钢。钢的产品有钢锭、连铸坯和直接铸成各种钢铸件等。通常所讲的钢，一般是指轧制成各种钢材的钢。钢属於黑色金属但钢不完全等於黑色金属。 3、有色金属又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。另外在工业上还采用铬、镍、锰、钼、钴、钒、钨、钛等，这些金属主要用作合金附加物，以改善金属的性能，其中钨、钛、钼等多用以生产刀具用的硬质合金。以上这些有色金属都称为工业用金属，此外还有贵重金属：铂、金、银等和稀有金属，包括放射性的铀、镭等。 钢材的生产 钢材的概念：鍊钢炉炼出的钢水被铸成钢坯，钢锭或钢坯经压力加工成钢材（钢铁产品）钢材的生产方法 大部分钢材加工都是通过压力加工，使被加工的钢（坯、锭等）产生塑性变形。根据钢材加工温度不同以分冷加工和热加工两种。钢材的主要加工方法有： 轧制：将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法，这是生产钢材最常用的生产方式，主要用来生产型材、板材、管材。分冷轧、热轧。 锻造：利用锻锤的往复冲击力或压力机的压力使坯料改变成我们所需的形状和尺寸的一种压力加工方法。一般分为自由锻和模锻，常用作生产大型材、开坯等截面尺寸较大的材料。 拉拨：是将已经轧制的金属坯料（型、管、制品等）通过模孔拉拨成截面减小长度增加的加工方法大多用作冷加工。 挤压：是将金属放在密闭的挤压简内，一端施加压力，使金属从规定的模孔中挤出而得到有同形状和尺寸的成品的加工方法，多用於生产有色金属材料。 钢的分类钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下七种： 1、按品质分类 (1) 普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%） (2) 优质钢（P、S均≤0.035%） (3) 高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%） 2、按化学成份分类 (1) 碳素钢：是铁和碳的合金。据中除铁和碳之外，含有硅、锰、磷和硫等元素a.低碳钢（C≤0.25%）；b.中碳钢（C≤0.25~0.60%）；c.高碳钢（C≤0.60%）。。碳含量小於0.04%的钢称工业纯铁。 (2) 合金钢：在低碳普碳钢的基础上加入少量合金元素（如硅、钙、钛、铌、硼和稀土元素等），而获得较好综合性能的钢种。a.低合金钢（合金元素总含量≤5%）；b.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）；c.高合金钢（合金元素总含量＞10%）。 3、按成形方法分类：(1) 锻钢；(2) 铸钢；(3) 热轧钢；(4) 冷拉钢。 4、按金相组织分类 (1) 退火状态的：a.亚共析钢（铁素体+珠光体）；b.共析钢（珠光体）；c.过共析钢（珠光体+渗碳体）；d.莱氏体钢（珠光体+渗碳体）。 (2) 正火状态的：a.珠光体钢；b.贝氏体钢；c.马氏体钢；d.奥氏体钢。 (3) 无相变或部分发生相变的 5、按用途分类 (1) 建筑及工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢觔钢。 (2) 结构钢： a.机械制造用钢：(a)调质结构钢；(b)表面硬化结构钢：包括渗碳钢、渗氨钢、表面淬火用钢；(c)易切结构钢；(d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。 b.弹簧钢 c.轴承钢 (3) 工具钢：a.碳素工具钢；b.合金工具钢；c.高速工具钢。 (4) 特殊性能钢：a.不锈耐酸钢；b.耐热钢：包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢；c.电热合金钢；d.耐磨钢；e.低温用钢；f.电工用钢。 (5) 专业用钢——如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。 6、综合分类 (1)普通钢 a.碳素结构钢：(a) Q195；(b) Q215(A、B)；(c) Q235(A、B、C)；(d) Q255(A、B)；(e) Q275。 b.低合金结构钢 c.特定用途的普通结构钢 (2)优质钢（包括高级优质钢） a.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢；(f)特定用途优质结构钢。结构钢：按用途不同分建造用钢和机械用钢两类。建造用钢用於建造锅炉、船舶、桥梁、厂房和其他建筑物。机械用钢用於制造机器或机械零件。 b.工具钢：用於制造各种工具的高碳钢和中碳钢，包括碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢等。(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。 c.特殊性能钢：具有特殊的物理和化学性能的特殊用途钢类，包括不锈耐酸钢、耐热钢、电热合金和磁性材料等。(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；(c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。 7、按炉种分 a.平炉钢：(a)酸性平炉钢；(b)碱性平炉钢。 b.转炉钢：(a)酸性转炉钢；(b)碱性转炉钢。或 (a)底吹转炉钢；(b)侧吹转炉钢；(c)顶吹转炉钢。 c. 电炉钢：(a)电弧炉钢；(b)电渣炉钢；(c)感应炉钢；(d)真空自耗炉钢；(e)电子束炉钢。 (2)按脱氧程度和浇注制度分 a.沸腾钢；b.半镇静钢；c.镇静钢；d.特殊镇静钢。 8、钢材按外形可分为型材、板材、管材、金属制品四大类。为便於采购、订货和管理，我国目前将钢材分为十六大品种：类 别 品 种 说 明型材 重轨 每米重量大於30千克的钢轨（包括起重机轨） 轻轨 每米重量小於或等於30千克的钢轨 大型型钢 普通钢圆钢、方钢、扁钢、六角钢、工字钢、槽钢、等边 和不等边角钢及螺纹钢等。按尺寸大小分为大、中、小型 中型型钢 小型型钢 线材 直径5-10毫米的圆钢和盤条 冷弯型钢 将钢材或钢带冷弯成型制成的型钢 优质型材 优质钢圆钢、方钢、扁钢、六角钢等 其它钢材 包括重轨配件、车轴坯、轮箍等板材 薄钢板 厚度等於和小於4毫米的钢板 厚钢板 厚度大於4毫米的钢板。可分为中板（厚度大於4mm小於20mm）、厚板（厚度大於20mm小於60mm）、特厚板（厚度大於60mm） 钢带 也叫带钢，实际上是长而窄并成卷供应的薄钢板 电工硅钢薄板 也叫硅钢片或矽钢片管材 无缝钢管 用热轧、热轧——冷拔或挤压等方法生产的管壁无接缝的钢管 焊接钢管 将钢板或钢带卷曲成型，然後焊接制成的钢管金属制品 金属制品 包括钢丝、钢丝绳、钢绞线等 角钢角钢俗称角铁、是两边互相垂直成角形的长条钢材。有等边角钢和不等边角钢之分。等边角钢的两个边宽相等。其规格以边宽×边宽×边厚的毫米数表示。如“∠30×30×3”，即表示边宽为30毫米、边厚为3毫米的等边角钢。也可用型号表示，型号是边宽的釐米数，如∠3#。型号不表示同一型号中不同边厚的尺寸，因而在合同等单据上将角钢的边宽、边厚尺寸填写齐全，避免单独用型号表示。热轧等边角钢的规格为2#-20#。角钢可按结构的不同需要组成各种不同的受力构件，也可作构件之间的连接件。广氾地用於各种建筑结构和工程结构，如房梁、桥梁、输电塔、起重运输机械、船舶、工业炉、反应塔、容器架以及仓库货架等。 圆钢圆钢是指截面为圆形的实心长条钢材。其规格以直径的毫米数表示，如“ 50”即表示直径为 50毫米的圆钢。圆钢分为热轧、锻制和冷拉三种。热轧圆钢的规格为5.5-250毫米。其中：5.5-25毫米的小圆钢大多以直条成捆供应，常用作钢觔、螺栓及各种机械零件；大於25毫米的圆钢，主要用於制造机械零件或作无缝钢管坯。 螺纹钢钢觔混凝土用钢觔是指钢觔混凝土配觔用的直条或盤条状钢材，其外形分为光圆钢觔和变形钢觔两种，交货状态为直条和盤圆两种。 光圆钢觔实际上就是普通低碳钢的小圆钢和盤圆。变形钢觔是表面带肋的钢觔，通常带有2道纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋。横肋的外形为螺旋形、人字形、月牙形3种。用公称直径的毫米数表示。变形钢觔的公称直径相当于横截面相等的光圆钢觔的公称直径。钢觔的公称直径为8-50毫米，推荐采用的直径为8、12、16、20、25、32、40毫米。钢觔在混凝土中主要承受拉应力。变形钢觔由於肋的作用，和混凝土有较大的粘结能力，因而能更好地承受外力的作用。钢觔广氾用於各种建筑结构、特别是大型、重型、轻型薄壁和高层建筑结构。 槽钢槽钢是截面为凹槽形的长条钢材。其规格表示方法，如120*53*5，表示腰高为120毫米，腿宽为53毫米的槽钢，腰厚为5毫米的槽钢，或称12#槽钢。腰高相同的槽钢，如有几种不同的腿宽和腰厚也需在型号右边加a b c 予以区别，如25a# 25b# 25c#等。槽钢分普通槽钢和轻型槽钢。热轧普通槽钢的规格为5-40#。经供需双方协议供应的热轧变通槽钢规格为6.5-30#。槽钢主要用於建筑结构、车辆制造和其它工业结构，槽钢还常常和工字钢配合使用。 这个很好。挺好的呀,2011/9/29 17:58:28
膜拜一楼大神！
那得看你钢管是什么状态了，热轧后或拉拔后在再结晶之前组织呈带状的情况下钢管的力学性能是各向异性的，就是横向和轧制或拉拔方向力学性能不同
对壁厚肯定有要求的，还有就是直径是多少啊，要有曲面修正
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