钢
发布时间:2008-08-02 00:00
作者:互联网
来源:百科
2045
钢是指含
碳量一般在 2%以下并含有某些其他元素的可变形的
铁碳
合金。
按组成元素不同,钢可分为
碳素钢和
合金钢。碳素钢只含有限量以内的
碳元素,适量的
硅、
锰,以及某些残余元素和杂质。在碳素钢的
基础上,为
改善或获得某些性能而有意加入适量的一种或多种元素的钢称合
金钢。加入钢中的元素种类很多,主要有
铬、
镍、
钼、硅、锰、
钒、
钛、
铌等。
在人类
生产和使用
钢铁的悠久历史过程中,“钢”这一名词的含义有过不少变化。早先,钢通常是指含有适量的碳元素、可以
淬火硬化的铁及其合金,因此含碳少而不能淬火硬化的铁不算钢,而称为
熟铁或软铁。随着现代
钢铁工业的发展
和钢铁使用
范围的扩大,钢的含义有了新的变化。现在,一般可以通过
金属塑性加工(锻、轧等)变形的、以铁为基础的合金都称为钢。一般说来,含碳量超过2%的铁碳合金不能进行塑性加工,只能铸造成形,这样的铁称为
生铁或
铸铁。含碳量在2%以下的铁及其合金则称为钢。
钢是
社会生产和公众生活所必需的基本材料,所以人们常把钢和
钢材的
产量、
品种、质量作为衡量一个国家工业、农业、国防和科学技术现代化的重要标志。中国是世界上最早掌握锻冶制钢技艺的国家之一。春秋末年已经有了人工制作的钢。考古发掘出土的战国时期的钢制兵器,已具有淬火
马氏体组织(见
冶金史)。但是在漫长的历史进程中,虽然钢的制作技艺出现过不少改革,但钢的生产数量和质量都发展极慢。直到19世纪后半叶,世界钢的生产才得到了较大的发展。这一方面是由于当时西欧的社会生产力和科学技术的进步,对钢的生产提出了要求;另一方面是由于各种炼钢的方法的发明,扩大了钢的生产规模和提高了
钢材质量。然而世界钢生产的高速发展,却是从20世纪50年代开始的。由于社会的
需要和氧气
转炉炼钢的发明与发展,到70年代末,大约四分之一世纪里,全世界钢的年产量从 2.1亿吨增加到 7.5亿吨,其中氧气
转炉钢的产量占二分之一左右。在钢产量大幅度增加的同时,还研制开发出许多具有不同用途和特殊性能的钢种,各工业国家的
钢号和钢材品种
规格都极其繁多。
钢的组织和性能
铁是钢的基本组成元素,它具有两种晶体结构:一种是体心立方点阵(存在于两个温度范围内,912℃以下称
α铁;1394℃以上称
δ铁);另一种是面心立方点阵(存在于912~1394℃之间,称γ铁)。碳是钢中另一主要组成元素,对钢的组织和性能起着重要作用。碳在钢中主要有两种存在形式,一种是溶入铁中与铁形成
固溶体;另一种和铁形成铁碳化合物Fe3C,称
渗碳体。碳
固溶于
α铁(
α-Fe)中称
铁素体,室温时其溶解度只有0.008%;碳固溶于γ铁(γ-Fe)中称
奥氏体,最大溶解度达2.11%。工业用钢中的含碳量一般都高于在铁素体中的固溶量,在钢的
冷却过程中,过饱和的奥氏体发生分解,形成铁素体和
渗碳体。这两种分解产物,呈游离状态,叫做游离铁素体和游离渗碳体;有的铁素体和渗碳体组成的混合物呈片状、有规则地相间排列,称
珠光体,根据片层的粗细,可分为珠光体、细珠光体和极细珠光体。在
回火或等温转变中形成的铁素体和渗碳体的混合组织,较细的又称
索氏体,极细的又称
屈氏体(见过冷奥氏体转变图。一般碳素钢在室温下的金相组织(见铁碳平衡图,基本上是由铁素体、珠光体和渗碳体组成,碳素钢的性能也随这些组成相的体积分量和分布情况而变化。一般是,碳含量增加,钢的
强度增加,塑性下降。
在碳素钢的基础上加入各种合金元素,如硅、锰、铬、镍、
钨、钼、钒、钛、铌、
硼和
锆等,可制成各种合金钢。这些元素的原子,有的进入铁素体和奥氏体中形成固溶体;有的
置换渗碳体的铁原子而成为合金渗碳体,有的和碳化合成为合金
碳化物,这些元素相互作用,影响并改变钢中的相组成和组织结构,促使其发生所需性能的变化。除合金元素的影响外,金属
热处理也是改变钢的组织结构的主要手段。把
合金化和
热处理相结合,可使钢获得不同的组织和多种性能。如高的强度和
韧性的配合,良好的
工艺性能(
焊接性、冷加工性、热加工性和被切削性等),以及某些特殊的物理、化学性能,如耐热、耐蚀等性能。
钢的分类
对于钢的分类世界上许多国家均有自己特有的分类方法,中国常用的有以下五种分类方法:
1、按冶炼方法分类
(1)按炉型分:
①
平炉钢: 酸性平炉钢,碱性平炉钢。
②转炉钢 :空气转炉钢(贝氏炉钢、
托马斯炉钢),氧气转炉钢。
③
电炉钢:
电弧炉钢,特种冶炼法钢(
电渣炉钢、
感应炉和真空感应炉钢、真空自耗炉钢、电子束炉钢)。
(2)按脱氧程度和
钢锭结构分:
沸腾钢,
镇静钢,半
镇静钢。
2、按质分类 即按硫、磷和气体、
夹杂物含量分类:
① 普
通钢(P≤0.045%、S≤0.055%) 甲类普通碳素钢(
保证力学性能),乙类普通碳素钢(保证化学成分),特类普通碳素钢(保证化学成分和力学性能),部分
低合金高强度钢。
②
优质钢 (S、P≤0.035%)。
③ 高级优质钢 (S、P≤0.03%)。
3、按化学成分分类
① 碳素钢 工业
纯铁(C≤0.040%),
低碳钢(C≤0.25%),
中碳钢(C 0.25~0.60%),
高碳钢(C>0.60%)。
② 合金钢 低合金钢 (合金元素总含量≤5%),中合金钢(合金元素总含量5~10%),高合金钢(合金元素总含量>10%)。
4、按金相组织分类
①
退火状态 亚
共析钢(铁素体加珠光体组织),共析钢(珠光体组织),过共析钢(碳化物加珠光体组织),
莱氏体钢(碳化物加奥氏体的共晶体)。
②
正火状态 珠光体钢,
贝氏体钢,马氏体钢,奥氏体钢。
③ 无固态相变或部分固态相变 铁素体钢,奥氏体钢,双(复)相钢(奥氏体加铁素体钢或铁素体加马氏体钢)。
5、按用途分类
① 建筑及工程用钢 普通碳素钢(主要包括甲类、乙类和特类的
低碳部分),低合金高强度钢,专业用钢(包括
钢筋、
钢轨、
船舶、
桥梁、压力容器、
锅炉用钢等)。
②
机械制造用钢
调质结构钢,表面硬化结构钢(包括
渗碳钢、
渗氮钢、感应加热表面淬火用钢等),冷塑性成型用钢(包括冷
冲压、
冷镦、冷挤压用钢等),
弹簧钢,滚动
轴承钢。
③
工具钢 刃具钢,量具钢,
模具钢。
④ 特殊性能钢 不锈
耐酸钢,
耐热钢(包括抗氧化钢、高温耐蚀钢和热强钢),电热合金,易切削钢,
低温钢,
电工钢,超高强度钢等。
此外按供货前的主要加工工艺可分轧、
锻钢材和
铸钢等。这些分类方法都不是绝对的,适用于不同的目的,通常根据需要和
管理上的方便采用某种分类,如科学研究时常按钢的金相组织分类;统计钢的产量时常按钢的冶炼方法分类;也可为
用户选材方便按用途分类;有时还把几种分类方法混合、交错使用。
备注:数据仅供参考,不作为投资依据。