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钢,是对含碳量质量百分比介于0.02%至2.11%之间的铁碳合金的统称。钢的化学成分可以有很大变化,只含碳元素的钢称为碳素钢(碳钢)或普通钢;在实际生产中,钢往往根据用途的不同含有不同的合金元素,比如:锰、镍、钒等等。人类对钢的应用和研究历史相当悠久,但是直到19世纪贝氏炼钢法发明之前,钢的制取都是一项高成本低效率的工作。如今,钢以其低廉的价格、可靠的性能成为世界上使用最多的材料之一,是建筑业、制造业和人们日常生活中不可或缺的成分。可以说钢是现代社会的物质基础。

简介

词目:钢
拼音;gāng gàng
部首:钅,部外笔画:4,总笔画:9
五笔86:QMQY
康熙字典
【戌集上】【金字部】 钢
解释:【广韵】古郞切【集韵】【韵会】【正韵】居郞切,??音冈。【玉篇】鍊铁也。【列子·汤问篇】鍊钢赤刃,用之切玉,如切泥焉。【魏文帝·乐府】羊头之钢。【笔谈】世煅铁谓钢者,用熟铁屈盤之,以生铁陷其闲,泥封炼之,煅令相入,谓之团钢,亦谓之灌钢,此乃伪钢耳。余出使磁州煅坊,始识凡铁有钢者,如麫中有筋,锻百馀火,一煆一轻,至絫煅斤两不减,则纯钢也。【本草】李时珍曰:钢分三种,有生铁夹熟铁炼成者,有精铁百炼出钢者,有西南海山中生成,状如紫石英者。凡刀劒诸刃,皆是钢铁也。 又【广韵】古浪切【集韵】居浪切,??冈去声。义同。
考证:〔【列子·殷汤篇】鍊钢赤刃,用之以切玉,如切泥焉。〕 谨照原书改汤问篇。

gàng

钢字可以读第四声,比如,把菜刀在磁盘底下钢一钢,这里是读第四声,做动词,磨刀的意思。

字形结构

汉字首尾分解: 钅冈
汉字部件分解: 钅冂乂
笔顺编号: 311152534
笔顺读写: 撇横横横竖折竖横折勾撇捺

定义

中华人民共和国国家标准GB/T 13304-91《钢分类》描述: 以铁为主要元
钢材

钢材

素、含碳量一般在2%以下,并含有其他元素的材料。 其中的一般是指除铬钢外的其他钢种,部分铬钢的含碳量允许大于2%。含碳量大于2%的铁合金是铸铁。其他国际标准如ISO 4948或EN 10020中对钢的定义也与此类似。
严格地说,钢是含碳量在0.0218%-2.11%之间的铁碳合金。我们通常将其与铁合称为钢铁,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。其它成分是为了使钢材性能有所区别。以下以字母顺序列出重要的钢材,他们包含以下成分,现将它们的功能特性一并介绍:
(Carbon)
存在于所有的钢材,是最重要的硬化元素。有助于增加钢材的强度,我们通常希望刀具级别的钢材拥有0.6%以上的碳,也称为高碳钢。
(Chromium)
增加耐磨损性,硬度,最重要的是耐腐蚀性,拥有13%以上的认为是不锈钢。尽管这么叫,如果保养不
炼钢

炼钢

当,所有钢材都会生锈。
(Manganese)
重要奥氏体稳定元素,有助于生成纹理结构,增加坚固性和强度及耐磨损性。在热处理和卷压过程中使钢材内部脱氧,出现在大多数的刀剪用钢材中,除了A-2,L-6和CPM 420V。
(Molybdenum)
碳化作用剂,防止钢材变脆,在高温时保持钢材的强度,出现在很多钢材中,空气硬化钢(例如A-2,ATS-34)总是包含1%或者更多的钼,这样它们才能在空气中变硬。
(Nickle)
保持强度、抗腐蚀性、和韧性。出现在L-6\AUS-6和AUS-8中。
硅(Silicon)
有助于增强强度。和锰一样,硅在钢的生产过程中用于保持钢材的强度。
(Tungsten)
增强抗磨损性。将钨和适当比例的铬或锰混合用于制造高速钢。在高速钢M-2中就含有大量的钨。
(Vanadium)
增强抗磨损能力和延展性。在许多种钢材中都含有钒,其中M-2,Vascowear,CPM T440V和420VA含有大量的钒。而BG-42与ATS-34最大的不同就是前者含有钒。
(Phosphorus)
是有害元素,降低钢的塑性和韧性,出现冷脆性,能使钢的强度显著提高,同时提高大气腐蚀稳定性,含量应该限制在0.05%以下。
(Sulfur)
通常硫是有害元素,使钢热脆性大,含量限制在0.05%以下。但是易切削钢的硫含量高,可达0.08%~0.40%。
钢指含碳量小于2%的铁碳合金。根据成分不同,又可分为碳素钢和合金钢。根据性能和用途不同,又可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。

编号规则

国际编号

①用国际化学元素符号和本国的符号来表示化学成份,用阿拉伯字母来表示成份含量:中国、俄国 12CrNi3A;
②用固定位数数字来表示钢类系列或数字:美国、日本、300系、400系、200系;
③用拉丁字母和顺序组成序号,只表示用途。

我国的编号规则

①采用元素符号
②用途、汉语拼音,平炉钢:P、 沸腾钢:F、 镇静钢:B、甲类钢:A、T8:特8、GCr15:滚珠
◆合结钢、弹簧钢,如:20CrMnTi 60Si2Mn、(用万分之几表示C含量)
◆不锈钢、合金工具钢(用千分之几表示C含量),如:1Cr18Ni9 千分之一(即0.1%C),不锈 C≤0.08% 如0Cr18Ni9,超低碳C≤0.03% 如0Cr17Ni13Mo。

标识方法

美国钢铁学会是用三位数字来标示各种标准级的可锻不锈钢的。其中:①奥氏体型不锈钢用200和300系列的数字标示,例如,某些较普通的奥氏体不锈钢是以201、 304、 316以及310为标记,
②铁素体和马氏体型不锈钢用400系列的数字表示。
③铁素体不锈钢是以430和446为标记,马氏体不锈钢 是以410、420以及440C为标记,双相(奥氏体-铁素体),
④不锈钢、沉淀硬化不锈钢以及含铁量低于50%的高合金通常是采用专利名称或商标命名。

应用历史

在人类发明炼铁之后不久,就学会了炼钢。由于钢较之最初的生铁有更好的物理、化学、机械性能,所以很快就得到大量的应用。但是由于技术条件的限制,人们对钢的应用一直受到钢的产量的限制,直到十八世纪工业革命之后,钢的应用才得到了突飞猛进的发展。
钢可以铸成不锈钢去味皂来出售。不锈钢去味皂是一种用不锈钢打造的特殊钢块,永远不会变小,使用时如同一般香皂的用法,这种不锈钢去味皂来自于德国 ,它不能去污,但能除臭,沾满腥味的手,用不锈钢去味皂洗过30至40秒,能使腥味消失。但通常意义上,此类商业应用并无多大发展前途,因为不锈钢去腥味的特性并不能持久,一般为半年左右,目前国内电子商务夸张了其功效,此类产品产地一般在国内,但往往被套上德国技术的称号而牟取暴利。

分类

按品质分类

  • (2) 优质钢(P、S均≤0.035%) (3) 高级优质钢(P≤0.035%,S≤0.030%)
不锈钢产品

不锈钢产品

按成形方法分类

  • (1) 锻钢;(2) 铸钢;(3) 热轧钢;(4) 冷拉钢。

按金相组织分类

按用途分类

  • 合金结构钢;c.钢筋钢。
  • 渗碳钢、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
  • 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
  • 桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。

综合分类

  • 工具钢:(a)碳素工具钢;(b)合金工具钢;(c)高速工具钢。
  • 特殊性能钢:(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;(f)特定用途优质结构钢。

按冶炼方法分类

  • 平炉钢:(a)酸性平炉钢;(b)碱性平炉钢。
  • 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。

性能指标

概述

1、钢的热处理
钢的热处理是指在固态下通过对钢进行不同的加热、保温、冷却来改变钢的组织结构,从而获得所需要性能的一种工艺。钢的热处理路线图,如图所示:
2、钢的热处理分类
(1)根据工艺方法来分
1)整体热处理(退火、正火、淬火、回 火);
2)表面热处理(火焰加热表面淬火、感应加热表面淬火、激光加热表面淬火等);
3)化学热处理(渗碳、渗氮、渗其它元素等)。
(2)根据热处理在零件加工中的作用分
1)预先热处理(退火、正火):为机械零件切削加工前的一个中间工序,以改善切削加工性能及为后续作组织准备。
2)最终热处理(淬火、回火):获得零件最终使用性能的热处理 。
3、过热度和过冷度
加热和冷却时相图上临界点位置,如图所示:
平衡态相变线 A1、A3、Acm
加热(过热度) Ac1、Ac3、Accm
冷却(过冷度) Ar1、Ar3、Arcm

加热转变

  1. 奥氏体的形成
奥氏体化——若温度高于相变温度钢,在加热和保温阶段,将发生室温下的组织向A的转变,称为奥氏体化。
奥氏体形成的四个步骤:
1)奥氏体晶核的形成; A晶核通常在珠光体中F和Fe3C相界处产生;
2)奥氏体晶核长大;(3)残余渗碳体的溶解;(4)奥氏体的均匀化
共析钢加热到Ac1点相变温度亚共析钢——加热到Ac3以上;
过共析钢——理论上应加热到Accm以上,但实际上低于Accm。因为加热到Accm以上,渗碳体会全部溶解,奥氏体晶粒也会迅速长大,组织粗化,脆性增加。
加热和冷却时相图上临界点位置,如图所示:
  1. 奥氏体晶粒度和奥氏体晶粒长大及其影响因素
1、奥氏体晶粒度
1)起始晶粒度——室温下各种原始组织刚刚转变为奥氏体时的晶粒度。
2)实际晶粒度——钢在具体的热处理或加热条件下实际获得的奥氏体晶粒度的大小。分为10级,1级最粗。
3)本质晶粒度——表示奥氏体晶粒长大的倾向性。不表示晶粒的大小。
本质粗晶粒钢:奥氏体晶粒度随着加热温度的升高不断地迅速长大。(如图6-3)
本质细晶粒钢:奥氏体晶粒度只有加热到较高温度才显著长大。
2、奥氏体晶粒长大及影响因素
1)加热温度和保温时间——加热温度越高,晶粒长大越快,奥氏体越粗大;保温时间延长,晶粒不断长大,但长大速度越来越慢。
2)加热速度——加热速度越大,形核率越高,因而奥氏体的起始晶粒越小,而且晶粒来不及长大。
3)碳及合金元素
4)钢的原始组织

冷却转变

过冷奥氏体——在共析温度(A1)以下存在的不稳定状态的奥氏体,以符号A冷表示。
随着过冷度的不同,过冷奥氏体将发生三种类型转变:1)珠光体型转变;2)贝
氏体型转变;3)马氏体型转变。
  1. 珠光体型转变(高温转变)
(一)珠光体组织形态及性能
☆过冷奥氏体在A1~ 550℃温度范围内将转变成珠光体类型组织。该组织为铁素体与渗碳体层片相间的机械混合物。这类组织可细分为:见图表所示:
(二)珠光体转变过程:如图所示:
典型的扩散相变:
1)碳原子和铁原子迁移;
2)晶格重构。
  1. 贝氏体型转变(中温转变)
(一)贝氏体组织形态和性能
◆过冷奥氏体在550℃~Ms点温度范围内将转变成贝氏体类型组织。贝氏体用符号字母B表示。根据贝氏体的组织形态可分为上贝氏体(B上)和下贝氏体(B下)。如图所示:
贝氏体的力学性能
1)550~350℃——上贝氏体B上——羽毛状—— 40~45HRC——脆性较大——基本上无实用价值;
2)350℃~Ms——下贝氏体B下——黑色竹叶状——45~55HRC——优良的综合力学性能——常用 。
(二)贝氏体转变过程
半扩散型转变——只发生碳原子扩散,大质量的铁原子基本不扩散 。
  1. 马氏体型转变(低温转变)
(一)马氏体组织形态和性能
当奥氏体以极大的冷却速度过冷至Ms点以下,(对于共析钢为230℃以下)时,将转变成马氏体类型组织。获得马氏体是钢件强化的重要基础。
1、马氏体的晶体结构
马氏体M是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。马氏体转变时,奥氏体中的C全部保留在马氏体中。体心正方晶格(a=b≠c); c/a——正方度;
M中碳的质量分数越高,其正方度越大,晶格畸变越严重,M的硬度也就越高。 如图所示:
2、马氏体的组织形态
钢中马氏体组织形态主要有两种类型:1)板条状马氏体,也称位错马氏体;2)针片状马氏体,也称孪晶马氏体。(参考图6—10)
Wc<0.2%——板条状马氏体(如图6-14);0.2%≦Wc≦1%——板条状马氏体和针片状马氏体;Wc>1%——针片状马氏体
3、马氏体的性能
主要特点:高硬度高强度——马氏体强化的主要原因是过饱和碳原子引起的晶格畸变,即固溶强化。
板条状马氏体塑性韧性较好;高碳片状马氏体的塑性韧性都较差。
在保证足够的强度和硬度的情况下,尽可能获得较多的板条状马氏体。
(二)马氏体转变特点
1) 无扩散性——马氏体转变是非扩散性转变,因而转变过程中没有成分变化,M的含碳量和原来A的相同。
2)切变共格和表面浮凸现象——由于原子不能进行扩散,因而晶格转变只能以切变的机制进行。
3)变温形成——M只有在不断降低温度的条件下,转变才能继续进行。
4)高速长大——马氏体生长速度极快,片间相撞容易在马氏体片内产生显微裂纹。
5) 转变不完全——残余奥氏体A残——MS点越高,M越多,A残越少。Ms和Mf点的温度与冷却速度无关,主要取决于含碳量与合金元素的含量。如图所示:
  1. 过冷奥氏体转变曲线
由于转变温度不同,过冷奥氏体将按不同机理转变成不同的组织(P、B、M)。转变类型主要取决于转变温度,但转变量和速度又与时间密切相关。
过冷奥氏体转变曲线——表示温度、时间、和转变量三者之间的关系曲线。
(一)过冷奥氏体等温转变曲线
过冷奥氏体等温转变曲线又叫C曲线,也称为TTT曲线。如图所示:
冷却方式:
1)等温冷却
2)连续冷却
1、等温转变曲线的建立
等温转变曲线可以用金相法、膨胀法、电阻法和热分析法等多种方法建立。
共析碳钢C曲线的建立,如图所示:
2、共析钢C曲线分析
☆①为珠光体转变区;②为贝氏体转变区;③为马氏体转变区。
☆孕育期:转变开始线与纵坐标轴之间的距离。
☆鼻尖:孕育期最短处,过冷奥氏体最不稳定。—550℃
共析钢C曲线,如图所示:
3、影响C曲线的因素
1)在正常加热条件下,Wc<0.77%时,含碳量增加,C曲线右移; Wc>0.77%时,含碳量增加,C曲线左移。所以,共析钢的过冷 奥氏体最稳定。
2)亚共析钢——先析出 F;过共析钢——先析出渗碳体。
(2)合金元素的影响(如图6-20)——除钴以外,所有的合金元素溶入奥氏体后,都增大过冷奥氏体A的稳定性,使C曲线右移。碳化物含量较多时,对曲线的形状也有影响。
(3)加热温度和保温时间的影响——随着加热温度的提高和保温时间的延长,这使奥氏体的成分更加均匀,晶粒粗大,这些都提高过冷奥氏体的稳定性,使C曲线右移。
(二)过冷奥氏体连续冷却转变曲线
在实际生产中,过冷奥氏体大多是在连续冷却时转变的,这就需要测定和利用过冷奥氏体连续转变曲线。
过冷却奥氏体连续转变曲线又叫CCT曲线。
过冷奥氏体连续转变曲线(CCT曲线)与TTT曲线的区别:
1、连续冷却曲线靠右一些;
2、连续冷却曲线只有C曲线的上半部分,而没有下半部分。也就是说而没有贝氏体转变。
☆临界冷却速度——获得马氏体的最小冷却速度。
☆vk是CCT曲线的临界冷却速度;
☆vk’是TTT曲线的临界冷却速度。
☆vk’ ≈1.5 vk
☆凡是使C曲线右移的因素都会减小临界冷却速度。
过冷奥氏体等温转变曲线的实际应用
生产上常用C曲线来分析钢在连续冷却条件下的组织。(如图)
1)炉冷V1——珠光体P;
2)空冷V2——索氏体S;
3)油冷V3——托氏体T+马氏体M;
4)水冷V4——马氏体M+残余奥氏体A残 。

退火正火

  1. 退火和正火的主要目的
1)调整硬度以便切削加工(170HBS~250HBS);
2)消除残余应力,防止变形、开裂;
3)细化晶粒,改善组织,提高力学性能;
4)为最终热处理作组织准备。
  1. 退火
◆将金属加热到适当的温度,保持一定时间,然后缓慢冷却(炉冷)的热处理工艺。
◆退火根据钢的成分和工艺目的不同,可分为完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火、去应力退火等。
1、完全退火(重结晶退火、普通退火)
将钢完全奥氏体化,随之缓慢冷却,获得接近平衡组织的退火工艺。
主要用于亚共析钢的铸件、锻件、热轧型材和焊接件。
加热温度Ac3+(30~50)℃。
完全退火工艺曲线图,如图所示:
2、球化退火(不完全退火)
使钢中碳化物球状化而进行的退火工艺。
主要用于过共析钢;
目的在于降低硬度、改善切削加工性能,并为后续的淬火做组织准备。
得到的组织——粒状P(F基体上弥散分布着颗粒状渗碳体的组织)
加热温度Ac1+(20~40)℃
3、等温退火
加热到高于Ac3(或Ac1)温度,保持适当时间后,较快地冷却到珠光体转变温度区间的某一温度保持使奥氏体转变为珠光体型组织,然后在空气中冷却的退火工艺。
对于亚共析钢可代替完全退火,对于过共析钢可代替球化退火。
等温退火工艺图,如图所示:
4、均匀化退火(扩散退火)
将铸件加热到略低于固相线温度(一般低于100 ℃)长时间保温,然后缓冷的热处理工艺。
主要用于消除某些具有化学成分偏析的铸钢件及铸锭。
加热温度Ac3+(150~200) ℃
5、去应力退火(无相变退火)
将工件加热到Ac1以下(100~200)℃保温后随炉冷却到160℃以下出炉空冷。
主要用于消除内应力,稳定尺寸,防止变形与开裂。
加热温度通常为500℃~650℃。
  1. 正火
正火是将钢加热到Ac3(或Accm)以上(30~50)℃,保温适当的时间后,在静止的空气中冷却的热处理工艺,正火组织为索氏体;
正火与退火的主要区别:1)冷却速度不同;2)正火后的组织比较细,比退火强度、硬度有所提高,而且生产周期短,操作简单;
过共析钢正火后可消除网状碳化物;低碳钢正火后可显著改善切削加工性能;
正火是一种优先采用的预先热处理工艺。
各种退火和正火加热温度比较
1)均匀化退火
:Ac3+(150~200) ℃
2) 正火: Ac3或Accm+(30~50)℃
3)完全退火:Ac3+(20~50)℃
4)球化退火:Ac1+(20~40)℃
5)去应力退火:500℃~650℃

淬火

淬火——将钢加热到Ac3或Ac1相变点以上某一温度,保持一定时间,然后以大于vk的速度冷却获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。
淬火的主要目的——获得马氏体或下贝氏体,为以后获得各种力学性能的回火组织作准备。
  1. 淬火温度的选择
1)亚共析钢:Ac3+(30~50)℃(要完全 奥氏体化)
2)过共析钢:Ac1+(30~50)℃(是部分奥氏体化)
3)合金钢的淬火温度允许比碳素钢高,一般为临界点以上(50~100)℃。
碳素钢的淬火加热温度范围,如图所示:
  1. 淬火介质
理想的淬火冷却速度,如图6—26所示。
在C曲线“鼻尖”附近快冷,而在Ms点附近应尽量慢冷。
常用的冷却介质有:油、水、盐水等,其冷却能力依此增加。
新型水溶性淬火介质,如图所示:
  1. 常用淬火方法:如图所示:
1)单液淬火
2)双液淬火
3)马氏体分级淬火
4)贝氏体等温淬火

淬透性

  1. 淬透性的基本概念
钢的淬透性——是指在规定的条件下,钢在淬火时能够获得淬硬层深度的能力。
淬透性是钢的一种热处理工艺性能,与冷却速度无关。
淬透性也叫可淬性,它取决于钢的淬火临界冷却速度(Vk)的大小。
  1. 淬透性对钢力学性能的影响
淬透性对钢的力学性能有很大影响。淬透的工件,表里性能均匀一致;未淬透时,表里性能存在差异。
淬透的工件经调质后由表及里都是回火索氏体,而未淬透的工件心部是片状索氏体和铁素体,尤其是韧性(ak)相差特别大。
不同的零件对淬透性要求不一样。如弹簧要求淬透,而齿轮即不要求淬透。
  1. 影响淬透性的因素
影响钢的淬透性的决定性因素是临界冷却速度(vk),临界冷却速度越小,淬透性越大。影响因素有:
1、含碳量 共析点附近淬透性最好,远离S点差。
2、合金元素 除Co外,几乎所有的合金元素都降低钢的临界冷却速度,即提高钢的淬透性。
3、奥氏体化温度越高,保温时间越长,钢的淬透性增大。
  1. 淬透性的测定和表示方法
未端淬火法GB225—88
钢的淬透性表示方法
临界淬透直径Dc——它是指心部得到全部M或50%M的最大直径。如图所示:
  1. 淬透性与淬硬层深度的关系
在相同的条件下,钢的淬透性越高,淬硬层深度就越大。
工件的淬硬层深度除取决于钢的淬透性外,还受淬火介质和工件尺寸等外部因素的影响。
  1. 淬硬性与淬透性
淬硬性是指钢在正常淬火条件下,所能达到的最高硬度。是钢的一种工艺性能。
奥氏体中固溶的碳越多,淬硬性就越高。与合元素没有多大关系。而淬透性与合金元素就有很大的关系。
淬硬性高的钢,其淬透性不一定高。
  1. 淬透性在生产中的应用
对承受动载荷的一些重要零件要选用能全部淬透的钢;如发动机连杆、弹簧等;
当零件表里性能可以不一致时(不要求淬透),选用淬透性适宜的钢即可。如齿轮;
焊接件不可选用淬透性高的钢,否则就容易在焊缝附近出现淬火组织,造成变形和裂纹;
对于淬透性好的钢,可以采用冷却速度缓慢的淬火介质。这对于复杂工件十分有利。
热处理(Heat Treatment) - 是利用加热和冷却以改变金属物理性质的方法。热处理能改善钢的显微结构,
不锈钢产品

不锈钢产品

使达到所需的物理要求。韧性,硬度 和耐磨性 是通过热处理而获得的特性中的几种。要获得这些特性,需使用热处理中的淬硬<又称淬火>,回火,退火<又称朡化>和表面淬硬等操作。
淬硬(Hardening,又称淬火) - 是将金属均匀地加热至适当温度,然后迅速浸入水或油中急冷,或在空气中或冷冻区中冷却,使金属获得所需要的硬度。
回火(Tempering) - 钢件淬硬后会变脆,同时由淬火急冷而引致的应力,可使钢件受到轻击而断裂。要消除脆性,可用回火处理法。回火就是将钢件重新加热至适当的温度或颜色,然后予以急冷。回火虽然使钢的硬度略为减少,但可增加钢的韧性而降低其脆性。
退火(Annealing) - 退火是消除钢件的内在应力和勒化钢件的方法。退火法是将钢件加热至高于临界温度,然后放入干灰,石灰,石棉或封闭在炉内,令它慢慢冷却。
硬度(Hardness) - 是材料抵抗外物刺入的一种能力。试验钢铁硬度的最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。用硬度试验器来试验极为准确,是现代试验硬度常用的方法。最常用的试验法有洛氏硬度试验洛氏硬度试验机利用钻石冲入金属的深度来测定金属的硬度,冲入深度愈大,硬度愈小。钻石冲入金属的深度,可从指针指出正确的数字,该数字称为洛氏硬度数。
锻造(Forging) - 是用锤击使金属成为一定形状<成型> 的方法,当钢件加热达到锻造温度时,可以从事锻造,弯屈,抽拉,成型等操作。大多数钢材加热至鲜明樱红色时都很易锻造。能增加钢材硬度常用的方法是淬火。
脆性(Brittleness)- 表示金属容易破裂的性质,铸铁的脆性大,甚至跌落地上亦会破裂。脆性与硬度有密切关系,硬度高的材料通常脆性亦大。
延性(Ductility)- (又称柔软性) 是金属受外力永久变形而不碎裂的性质,延性的金属可抽拉成细线。
弹性(Flexibility)- 是金属受外力变形,当外力消除之后又恢复其原有形状的一种性质。弹簧钢是极富弹性的一种材料。
展性(Malleability)- 又称可锻性,是金属延性或柔软性的另一种表示法。展性是金属接受锤锻或滚轧而变形时不致破裂的一种性质。
韧性(Toughness)- 是金属抵受震动或冲击的能力。韧性与脆性刚好相反。

相关解释

  1. 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),MPa称为兆帕等于N(牛顿)/mm2,(MPa=10^6Pa,Pa:帕斯卡=N/m2)
  1. 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。
  1. 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)。
  1. 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。
  1. 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。
  1. 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)。
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)。

钢材型号

合金结构钢
20-50Mn2、15-40Cr、12-42CrMo、12Cr1MoV、38CrMoAl等
弹簧钢
65Mn、55Si2Mn、60Si2Mn(A)、30W4Cr2VA等
冷镦钢
ML08-45、ML40Cr、ML35CrMo等
工具钢
碳素工具钢
T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13、T8Mn等
合金工具钢
9SiCr、8MnSi、Cr12MoV、CrWMn、5CrMnMo、3Cr2W8V等
高速工具钢
W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等
轴承钢
高碳铬轴承钢
GCr6、GCr9、GCr9SiMn、GCr15、GCr15SiMn等
高碳铬不锈轴承钢
9Cr18、9Cr18Mo等
渗透轴承钢
G20CrMo、G20CrNiMo、G10CrNi3Mo等
特殊钢
热轧钢
转炉钢
不锈钢
0(1)Cr18Ni9、00Cr18Ni10、0(1)18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni10Ti、00Cr17Ni14Mo2等
耐热钢
0Cr25Ni20、5Cr21Mn9Ni4N、1Cr25Ni20Si2、1Cr17、1(2)Cr13、4Cr10Si2Mo等
高温合金钢
GH2036、GH4033、Incoloy800、Inconel600等
专业用钢
气轮机叶片用钢
1Cr12、1Cr13、1Cr11MoV、0Cr17Ni14Cu4Nb等
内燃机汽阀钢
5Cr21Mn9Ni4N、4Cr14NiW2Mo、4Cr9Si2、8Cr20Si2Ni等
高温螺栓钢
20Cr1Mo1VnbTiB等
模具钢
Cr12、Cr12MoV1、Cr12MoV、4Cr5MoSiV1等

制取

生铁中的含碳量比钢高( 生铁碳含量为2%-4.3%),生铁经过高温煅烧,其中的碳和氧气反应生成二氧化碳,由此降低铁中的含碳量,就成了钢. 多次冶炼精度更高。其化学方程式如下:
反应式

反应式

结晶

概述

从钢液中产生晶体的过程,也称液态结晶或一次结晶。随着热量的导出,晶体从无到有(形核),由小变大(晶体长大),直至液体全部转为固体(晶体),完成结晶过程。钢液的结晶过程决定着钢锭或铸件的结晶组织及物理、化学不均匀性,从而影响到钢的机械、物理和化学性能。控制钢的结晶过程是提高钢的质量和性能的重要手段之一。

温度范围

钢液不是纯金属,而是以Fe为基的含有一定量C、Si、Mn及其他一些元素的多元合金。因此,它的结晶过程不是在某一固定的温度(熔点)进行,而是在一定的温度范围内完成的。在平衡结晶条件下,钢液温度降至其液相线温度(tL)时开始出现晶体,而达到固相线温度(ts)时结晶方告结束。此液相线和固相线间的温度区间,即tL-ts=Δtc。便称为该合金的结晶温度范围。某一钢种的结晶温度范围主要取决于所含元素的性质及其含量,并可由铁与相应元素的二元或三元相图来确定。各元素对结晶温度范围的影响可近似地看成可加和的。因此某一具体钢种的结晶温度范围。

结晶两相区

钢液凝固时,在靠近模壁的固相(凝固层)与内部液相之间存在着一个过渡区—两相区(图1),即在凝固着的钢锭内,存在三个区域:固相区、两相区、液相区。钢液的结晶即形核和晶核长大过程只在两相区进行。钢锭的凝固就是两相区由钢锭表面向锭心的推移过程:当液相等温线到达钢锭内某一部位时,结晶开始;而固相等温线达到某一部位时,该处结晶便告结束,全部转变为固体。液相等温线和固相等温线到达锭内某一指定点的时间间隔,即该点从液相线温度降至固相等温线所经历的时间,称作该点的本地凝固时间,常以q表示之。本地凝固时间与该处的平均冷却速度成反比。由于钢锭内不同部位的传热条件差异很大,因此不同部位的本地凝固时间会有很大的不同,从而引起结晶组织的不同。钢锭内液相等温线和固相等温线间的距离称作两相区宽度,以△x表示之。且有。两相区窄有利于柱状晶发展,而两相区宽有利于等轴晶发展。

结晶

合金凝固时,由于溶质在固相中和在液相中的溶解度不同,而产生选分结晶(也称脱溶或液析)现象。即伴随结晶的进行,在凝固前沿不断有溶质析出(K<1时),使液相同溶质浓度逐渐增加。在平衡结晶时,溶质在固、液两相中的均匀扩散都得以充分进行,因而并不产生偏析。但在钢液的实际凝固过程中,溶质在两相,特别是在固相中的扩散不能充分进行。结果析出的溶质不断在凝固前沿的母液中富集,形成浓度很高的溶质偏析层,此偏析层内熔体的液相线温度相对于成分未变之母液的液相线温度有所降低,因而使凝固前沿处熔体的过冷减小。这一现象对凝固组织有很大的影响。极端情况下(固相不均化、液相不混合)凝固前沿出现溶质最大的富集情况。其溶质的分布可用下式来描述:,式中C L(x)为距凝固前沿x处液相中溶质浓度;C0为合金熔体中溶质的初始浓度;K为溶质的平衡分配系数,K=Cs/CL导;R为结晶速度;DL为溶质在液相中的扩散系数。设K为常数(液、固相线为直线),且液相线斜率为m,则与凝固前沿溶质浓度相对应的液相线温度分布可用t L(x) =t0-mC L(x) =t0-mC0(1+1-k/k e -R/DLx)
来描述。C L(x)及t L(x)的变化如图2所示。可见C L(x)随距凝固前沿距离增加而减小,t L(x)随距凝固前沿距离的增加而增高。在凝固前沿(x=O)处。熔体液相线温度tL与熔体实际温度之差称过冷,即Δt =tL-te。当达到稳定态结晶时,凝固前沿处tL=te=ts此时,液相线温度分布曲线与实际温度分布曲线所围成的区域(图2阴影区)称组成过冷区。组成过冷的出现,必将终止原有凝固界面的继续推进,并且当其凝固前沿前方过冷较大处的过冷超过生核所需的过冷度Δt ﹡ 时,将在凝固界面前方形成新的晶核。这是钢锭结晶组织由柱状晶向等轴晶转变的一种有说服力的解释。

树枝晶生长

晶体生长方式,即凝固前沿推进的方式取决于凝固前沿组成过冷的大小。当组成过冷从无到有、由小变大时,凝固前沿将由平滑无组织状态演变为胞状直至树枝状、内生生长。对于钢锭的实际凝固条件下,在大部分凝固期间,凝固前沿是以树枝状或内生状态生长,最终得到树枝状晶的晶体结构。晶体总是以原子排列最紧密的面与液相接触,以使表面能最小。对面心立方晶格的γ一Fe来说,密排面为{111}面,所以开始析出的晶体呈八面体外形。随着结晶的进行,由于选分结晶在凝固前沿形成溶质富集层,这时晶体便从表面溶质浓度富集较少的部位—八面体的顶端沿[111]方向凸出生长,形成树枝晶的一次轴(主干)。接着,一次轴沿八面体的棱边——溶质浓度次低处优先长粗。当一次轴表面处组成过冷进一步增加时,又会在一次轴晶体缺陷处形成与一次轴相垂直的二次枝晶——二次轴。随后还可能形成三次枝晶、四次枝晶等,每个晶干不断长粗和长出更高次枝晶,直至彼此相遇。最后充满整个树枝晶各枝干间,形成一个晶粒。根据生长方式的不同,可得到3种不同形状的树枝晶:(1)柱状晶。只有一个方向上的一次轴得到突出发展的树枝状晶。该一次轴称为主轴。当组成过冷小时,枝晶状长大所得到的柱状晶,二次枝晶不发达,类似于棒状晶。随着组成过冷的增加,柱状晶的高次枝晶逐步得到发展。(2)等轴晶。备方向都得到较均匀发展的树枝状晶。只有内生生长时才形成等轴晶。(3)粒状晶。枝晶不发达的树枝状晶,也称球雏晶。只有在散热强度极小时,如钢锭和铸件的热中心处才可见到粒状品。

钢材市场

需求及供给

2012年国内钢市已出现供需僵持的典型特征,6月份吨钢价格平均的上下波动幅度不足50元。商家称之为“不上不下的尴尬市场”;建筑钢市难以实现有效的反弹,下游需求整体萎缩。
据监测,整个6月份建筑钢市的表现是涨跌均乏力,有人形象地说,不是“涨盘”也不是“跌盘”,是一个地地道道的“冷盘”。建筑钢的终端采购量还是处于低位,往年的季节性特点基本没有体现。一些商家反映,钢市看着好像在筑底,“但到底是不是市场的底,心里却一点没底”。
钢铁业需求萎缩、供给不减的双重矛盾,始终无法在行业的一个“大决心”中得以缓解。钢厂“不痛不痒”的减产,让人感觉厂家处于被不少顾虑牵制的被动状态。据最新数据,5月份国内粗钢和钢材日均产量虽有下降,但仍高于前4个月的平均日产水平。6月中旬国内粗钢日产量的预估值仍在接近200万吨的高位,说明钢厂减产、限产的量还很少。高温多雨的传统消费淡季将至,粗钢产量的高位运行,将使得市场的供需矛盾进一步加剧。钢材库存也是这样,虽在下降通道,但周期拉得特别长,主要品种连续18周的减仓幅度尚不足20%。
由于钢铁产量释放无法有效遏制,刺激上游矿价“伺机”上行。6月份以来,内矿价格连续上涨,累计的吨价涨幅已达70元。不过,钢厂的采购还是较为理性,市场成交不尽如人意。在这种态势下,后期矿价进一步上涨的难度也是比较大的。进口铁矿石的报价也在明显回升,1个月内累计吨价涨幅达5美元左右。矿市的悲观心态略有好转,部分钢厂的采购有所增加。但是,矿价一涨,直接的市场反应就是采购商趋于观望,“这也是一种天然的制约”。

相关观点

相关机构分析师认为,工地开工以及施工进度没有明显的加快动向,建筑钢的需求释放总体仍将处于低位。在需求无法有效启动的情况下,如果要打破钢市供需僵持的局面,只有倒逼钢厂实质性减产,进而拉动原料价格合理回归,逐步减轻钢市供需的失衡状态。在这个实质性进程没有有效启动之前,钢市只能延续震荡筑底。
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