什么是钢材机械性能？钢材硬度越高变形等于一定值

1.钢材的力学性能

1. 屈服点（σs）

当钢材或试件在拉伸过程中，应力超过弹性极限时，即使应力不再增加，钢材或试件仍继续发生明显的塑性变形。 这种现象称为屈服，屈服时的最小应力值即为屈服点。 设Ps为屈服点s处外力，Fo为试件横截面积，则屈服点σs=Ps/Fo（MPa）。

2.屈服强度（σ0.2）

有些金属材料的屈服点极不明确，测量起来也比较困难，因此，为了衡量材料的屈服特性，把永久残余塑性变形等于某一值（一般为原长度的0.2%）时的应力称为条件屈服强度，或简称为屈服强度σ0.2。

3. 拉伸强度（σb）

材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂为止所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力。与抗拉强度相对应的还有抗压强度、弯曲强度等。设Pb为材料断裂前所达到的最大拉力，Fo为试样的横截面积，则抗拉强度σb=Pb/Fo（MPa）。

4.伸长率（δs）

材料断裂后的塑性伸长长度与原试样长度的百分比称为伸长率或延伸率。

5.屈服强度比（σs/σb）

钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度之比称为屈强比，屈强比越大，结构件的可靠性越高。一般碳素钢屈强比为0.6～0.65，低合金结构钢屈强比为0.65～0.75，合金结构钢屈强比为0.84～0.86。

6.硬度

硬度表示材料抵抗硬物压入其表面的能力，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、维氏硬度等。

（1）布氏硬度（HB）

将一定尺寸（通常直径为10mm）的淬硬钢球，以一定的载荷（通常为3000kg）压入材料表面，保持一段时间，卸除载荷后，载荷与压痕面积之比即为布氏硬度值（HB）。

（2）洛氏硬度（HR）

当HB>450或试样太小时，不能用布氏硬度试验，而用洛氏硬度测量法代替。它是用顶角为120°的金刚石圆锥或直径为1.59或3.18mm的钢球，在一定的载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度计算出材料的硬度。根据试验材料的硬度，有三种不同的标度来表示：

HRA：是采用60kg荷重、金刚石锥形压头所测得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。

HRB：用100kg荷重，直径1.58mm淬硬钢球测得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。

HRC：是使用150kg荷载和金刚石锥形压头所得到的硬度，用于硬度非常高的材料（例如淬火钢等）。

（3）维氏硬度（HV）

用载荷小于120公斤、顶角为136°的金刚石方锥压头压入材料表面，用材料压痕坑的表面积除以载荷值，即可得到维氏硬度值（HV）。

2. 黑色金属和有色金属

1. 黑色金属

指铁和铁合金。如钢、生铁、铁合金、铸铁等。钢和生铁是以铁和碳为主要添加元素的合金，统称铁碳合金。

生铁是指铁矿石在高炉中冶炼后制成的产品，主要用于炼钢和制造铸件。

铸铁在铁水炉中冶炼，可得到铸铁（液态，含碳量大于2.11%的铁碳合金），将液态铸铁浇铸成铸件，这种铸件称为铸铁件。

铁合金是由铁和硅、锰、铬、钛等元素组成的合金，铁合金是炼钢的原料之一，在炼钢过程中作为脱氧剂和合金元素添加剂使用。

含碳量低于2.11%的铁碳合金称为钢。钢是将生铁按一定的工艺在炼钢炉中熔化而得到的。钢制品包括钢锭、连铸坯和直接铸造的各种钢铸件。钢通常是指轧制成各种钢铁产品的钢。

2.有色金属

又称有色金属，是指黑色金属以外的金属及合金，如铜、锡、铅、锌、铝、黄铜、青铜、铝合金、轴承合金等。此外，铬、镍、锰、钼、钴、钒、钨、钛等也有工业用途。这些金属主要用作合金添加剂，改善金属的性能。其中钨、钛、钼等多用于生产切削刀具用的硬质合金。以上有色金属都称为工业金属。此外，还有贵金属：铂、金、银等和稀有金属，包括放射性的铀、镭等。

3. 钢材的分类

钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。

钢材的分类方法很多，主要有以下几种方法：

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）优质钢（P≤0.035%、S≤0.030%）

2、按化学成分分类

（1）碳钢：a.低碳钢（C≤0.25%）；b.中碳钢（C≤0.25～0.60%）；c.高碳钢（C≤0.60%）。

（2）合金钢：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.按成型方法分类

（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：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）正火状态下：a.珠光体钢；b.贝氏体钢；c.马氏体钢；d.奥氏体钢。

（3）无相变或部分相变

5.按用途分类

（1）建筑工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋。

（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、氨浸渍钢、表面硬化钢；（c）易切削结构钢；（d）冷塑性成型钢：包括冷冲压钢、冷镦钢。

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、耐热钢、阀门钢；c.电加热合金钢；d.耐磨钢；e.低温钢；f.电工钢。

（5）专用钢——如桥梁、船舶、锅炉、压力容器、农业机械用钢等。

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）易切削钢；（e）轴承钢；（f）特殊用途的优质结构钢。

b.工具钢：（a）碳素工具钢；（b）合金工具钢；（c）高速工具钢。

c.特殊性能钢：（a）不锈耐酸钢；（b）耐热钢；（c）电加热合金钢；（d）电工钢；（e）高锰耐磨钢。

7.按冶炼方法分类

（1）按炉型分

a. 转炉钢水：(a)酸性转炉钢水；(b)碱性转炉钢水。或(a)底吹转炉钢水；(b)侧吹转炉钢水；(c)顶吹转炉钢水。

b.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）按脱氧程度和铸造制度分

a.沸腾钢；b.半镇静钢；c.镇静钢；d.特殊镇静钢。

4、我国钢号表示方法概述

产品品牌一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字组合来表达。即：

①钢号中的化学元素采用国际化学符号表示，例如Si、Mn、Cr等。混合稀土元素用“RE”(或“Xt”)表示。

②产品名称、用途、冶炼铸造方法等，一般用汉语拼音缩写表示。

③钢中主要化学元素的含量（％），用阿拉伯数字表示。

用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特点、工艺方法等时，一般从代表产品名称的汉语拼音字母中选取第一个字母，当所选字母与其他产品的字母重复时，可用第二或第三个字母代之，或同时选用两个汉字的第一个拼音字母。

目前没有可用的汉字或拼音，因此使用的符号是英文字母。

5、我国钢号表示方法的详细说明

1.碳素结构钢和低合金高强度结构钢牌号表示方法

上述钢材通常分为通用钢和专用钢两大类，其牌号是用钢材的屈服点或屈服强度的汉语拼音字母、屈服点或屈服强度值、钢材的质量等级来表示的，有的钢材还有脱氧程度，所以它实际上是由四部分组成的。

①一般结构钢用拼音字母“Q”表示屈服点，用表1规定的屈服点值（单位为MPa）与质量等级（A、B、C、D、E）、脱氧方法（F、b、Z、TZ）等符号依次组成牌号。例如碳素结构钢牌号为：Q235AF、Q235BZ；低合金高强度结构钢牌号为：Q345C、Q345D。

Q235BZ表示屈服点≥235MPa、质量等级B级的镇静碳素结构钢。

Q235、Q345是最典型的工程钢种，产量和用量最大，应用最广泛的钢种，世界上几乎所有国家都有这两种钢种。

碳素结构钢牌号组成中，镇静钢符号“Z”和特殊镇静钢符号“TZ”可省略，例如Q235钢质量等级C、D级的牌号应为Q235CZ、Q235DTZ，但可省略为Q235C、Q235D。

低合金高强度结构钢包括镇静钢和特殊镇静钢，但牌号末尾不加表示脱氧方法的符号。

②专用结构钢一般用表1所规定的代表钢材屈服点的符号“Q”、屈服点值和代表产品用途的符号来表示。例如：压力容器用钢号用“Q345R”表示；耐候钢用钢号为Q340NH；焊接气瓶用钢号为Q295HP；锅炉用钢号为Q390g；桥梁用钢号为Q420q。

③根据需要，一般低合金高强度结构钢牌号也可采用两位阿拉伯数字（表示万分之一的平均碳含量）和化学元素符号依次表示；专用低合金高强度结构钢牌号也可采用两位阿拉伯数字（表示万分之一的平均碳含量）和化学元素符号依次表示，以及一些表示产品用途的特定符号。

2.优质碳素结构钢、优质碳素弹簧钢牌号

优质碳素结构钢用两位阿拉伯数字（表示万分之一的平均碳含量）或阿拉伯数字与元素符号的组合来表示。

①对于沸腾钢和半镇静钢，在牌号末尾分别加符号“F”和“b”。例如平均碳含量为0.08%的沸腾钢记为“08F”；平均碳含量为0.10%的半镇静钢记为“10b”。

②镇静钢（S、P分别≤0.035%）一般不标以符号。例如：平均碳含量为0.45%的镇静钢牌号用“45”表示。

③对于锰含量较高的优质碳素结构钢，在表示平均碳含量的阿拉伯数字后附加锰元素符号。例如平均碳含量为0.50%，锰含量为0.70%～1.00%的钢，标记为“50Mn”。

④对于优质碳素结构钢（S、P含量分别≤0.030%），在牌号后加符号“A”。例如：平均碳含量为0.45%的优质碳素结构钢，用牌号“45A”表示。

⑤对于特级优质碳素结构钢（S≤0.020%、P≤0.025%），在牌号后加符号“E”。例如平均碳含量为0.45%的特级优质碳素结构钢牌号为“45E”。

优质碳素弹簧钢牌号的表示方法与优质碳素结构钢牌号相同（GB/T1222与GB/T699标准中均有65、70、85、65Mn钢）。

3.合金结构钢、合金弹簧钢的命名方法

①合金结构钢牌号用阿拉伯数字和标准化学元素符号表示。

平均碳含量（以万分之一为单位）用牌号开头的两位阿拉伯数字表示。

合金元素含量的表示方法如下：当平均含量低于1.50%时，在牌号中只标明元素，一般不标明含量；当平均合金含量为1.50%~2.49%、2.50%~3.49%、3.50%~4.49%、4.50%~5.49%、……时，在合金元素后写为2、3、4、5……。

例如：碳平均含量为0.30%、铬平均含量为0.95%、锰平均含量为0.85%、硅平均含量为1.05%的合金结构钢，当硫、磷含量≤0.035%时，其牌号表示为“30CrMnSi”。

优质合金结构钢（S、P含量分别≤0.025%）在牌号末尾加符号“A”表示。例如：“30CrMnSiA”。

对于特优质合金结构钢（S≤0.015%、P≤0.025%），在牌号末尾加符号“E”，例如：“30CrMnSiE”。

专用合金结构钢钢号还应在钢号首(或尾)加注表1规定的代表产品用途的符号。例如用于铆钉、螺钉的30CrMnSi钢的钢号为ML30CrMnSi。

②合金弹簧钢牌号的表示方法与合金结构钢相同。

例如平均碳、硅、锰含量分别为0.60%、1.75%、0.75%的弹簧钢，牌号为“60Si2Mn”。对于优质弹簧钢，在牌号末尾加符号“A”，牌号为“60Si2MnA”。

4. 易切削钢牌号表示方法

易切削钢用标准化学元素符号、规定符号和阿拉伯数字表示，阿拉伯数字代表平均碳含量（万分之一）。

①对于含硫及硫、磷的易切削钢，在符号“Y”和阿拉伯数字后不加易切削元素符号。例如平均含碳量为0.15%的易切削钢，标记为“Y15”。

②对于锰含量较高的易切削钢，在符号“Y”后加阿拉伯数字冠以锰的符号。例如平均碳含量为0.40%，锰含量为1.20%～1.55%的易切削钢，标记为“Y40Mn”。

③对于含有钙、铅等易切削元素的易切削钢，在符号“Y”和阿拉伯数字后加注易切削元素符号。例如：“Y15Pb”、“Y45Ca”。

5.非调质机械结构钢牌号表示方法

对于非调质机械结构钢，在牌号头部加符号“YF”和“F”，表示易切削非调质机械结构钢和热锻非调质机械结构钢。牌号其余内容表示方法与合金结构钢相同。例如：“YF35V”、“F45V”。

6.工具钢牌号表示方法

工具钢分为三类：碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢。

①碳素工具钢用标准化学元素符号、规定符号和阿拉伯数字表示。阿拉伯数字代表平均碳含量（千分之一）。

a.锰含量正常的碳素工具钢，在工具钢符号“T”后冠以阿拉伯数字。例如：平均含碳量为0.80%的碳素工具钢，标记为“T8”。

b.对于锰含量较高的碳素工具钢，在工具钢符号“T”和阿拉伯数字后添加锰符号。例如：“T8Mn”。

c. 对于优质碳素工具钢，在牌号末尾加“A”。例如：“T8MnA”。

②合金工具钢、高速工具钢

合金工具钢和高速工具钢的标记方法与合金结构钢相同，采用标准规定的合金元素符号和阿拉伯数字，但一般不标明平均碳含量。例如平均碳含量为1.60%，铬、钼、钒含量分别为11.75%、0.50%、0.22%的合金工具钢标记成“Cr12MoV”；平均碳含量为0.85%，钨、钼、铬、钒含量分别为6.00%、5.00%、4.00%、2.00%的高速工具钢标记成“W6Mo5Cr4V2”。

若平均碳含量小于1.00%，则碳含量（千分之一）可用一位阿拉伯数字表示。例如，平均碳含量为0.80%，锰含量为0.95%，硅含量为0.45%的合金工具钢，用牌号“8MnSi”表示。

对于低铬（平均铬含量<1.00%）合金工具钢，在铬含量前加数字“0”（以千分之一为单位）。例如平均铬含量为0.60%的合金工具钢，标记为“Cr06”。

7.塑料模具钢牌号表示方法

塑料模具钢牌号的表示方法与优质碳素结构钢和合金工具钢牌号相同，但在牌号头部加注符号“SM”。例如平均含碳量为0.45%的碳素塑料模具钢牌号为“SM45”；平均含碳量为0.34%、铬含量为1.70%、钼含量为0.42%的合金塑料模具钢牌号为“SM3Cr2Mo”。

8.轴承钢牌号表示方法

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四大类。

①对于高碳铬轴承钢，在牌号头部加符号“G”，但不标明碳含量。铬含量以千分之一表示，其它合金元素按合金结构钢的合金含量表示。例如：平均铬含量为1.50%的轴承钢牌号表示为“GCr15”。

②渗碳轴承钢的牌号表示方法与合金结构钢相同，在牌号前加符号“G”。例如：“G20CrNiMo”。优质渗碳轴承钢在牌号后加“A”。例如：“G20CrNiMoA”。

③高碳铬不锈轴承钢和高温轴承钢采用与不锈钢、耐热钢相同的牌号表示方法，但在牌号开头不加符号“G”。例如：高碳铬不锈轴承钢“9Cr18”、高温轴承钢“10Cr14Mo”。

9.不锈钢、耐热钢牌号表示方法

不锈钢和耐热钢的牌号用标准规定的合金元素符号和阿拉伯数字表示，对于易切削不锈钢和易切削耐热钢，在牌号前加“Y”。

一般用1位阿拉伯数字表示平均碳含量（千分之一）；当平均碳含量≥1.00%时，用2位阿拉伯数字表示；当碳含量上限<0.10%时，用“0”表示碳含量；当碳含量上限≤0.03%及>0.01%（超低碳）时，用“03”表示碳含量；当碳含量有上限（≤0.01%为极低碳）时，用“01”表示碳含量。当碳含量没有下限时，用阿拉伯数字表示碳含量的上限。

合金元素含量的表示方法与合金结构钢相同。例如：平均碳含量0.20%、铬含量13%的不锈钢牌号为“2Cr13”；碳含量上限0.08%、平均铬含量18%、镍含量9%的铬镍不锈钢牌号为“0Cr18Ni9”；碳含量上限0.12%、平均铬含量17%的加硫易切削铬不锈钢牌号为“Y1Cr17”；平均碳含量1.10%、铬含量17%的高碳铬不锈钢牌号为“11Cr7”； 碳含量上限为0.03%、平均铬含量为19%、镍含量为10%的超低碳不锈钢牌号为“03Cr19Ni10”；碳含量上限为0.01%、平均铬含量为19%、镍含量为11%的极低碳不锈钢牌号为“01Cr19Ni11”。

现行国内不锈耐热钢标准是参照JIS标准修订的，但其不锈耐热钢牌号表示方法与日本等国标准不同。我国是用合金元素和平均C含量来表示，而日本是用字母加阿拉伯数字来表示用途。例如不锈钢牌号SUS202、SUS316、SUS430，S-钢种（钢）、U-用途（用途）、S-不锈钢（不锈钢）。例如耐热钢牌号SUH309、SUH330、SUH660、H-耐热钢。牌号中的不同数字代表不同类型的不锈耐热钢。日本是在牌号后加相应的字母来表示各种类型的不锈耐热钢产品，如不锈钢棒SUS-B、热轧不锈钢板SUS-HP；耐热钢棒SUHB、耐热钢板SUHP。 英、美等西方国家，其不锈耐热钢牌号表示方法与日本基本相同，主要采用阿拉伯数字表示，所表示的数字相同，即牌号相同。因为日本的不锈耐热钢是借鉴美国的。

10.焊接用钢号表示方法

焊接钢包括碳钢、合金钢、不锈钢等，钢号在钢号前面加符号“H”表示，如：“H08”、“H08Mn2Si”、“H1Cr18Ni9”。

对于优质焊接钢，在牌号末尾加符号“A”。例如：“H08A”、“08Mn2SiA”。

11.电工用硅钢牌号表示方法

钢材牌号由数字、字母和数字组成。

无取向硅钢和取向硅钢的字母符号分别为“W”和“Q”。

厚度放在前面，字母符号放在中间，铁损值放在后面，如30Q113。取向硅钢中，表示高磁感的字母符号“G”和“Q”放在一起，如30QG113

字母后面的数字代表100倍的铁损值（W/kg）。

字母“G”表示该试验以高频率进行；没有“G”的字母表示该试验以50次循环的频率进行。

30Q113表示电工用冷轧取向硅钢产品在频率50Hz下的最大单位重量铁损值为1.13W/kg。

冷轧硅钢的表示方法与日本标准（JISC2552-86）一致，只是字母符号不同。例如取向硅钢牌号27Q140对应的JIS牌号为27G140，对应的JIS牌号为30QG110为30P110（G：表示普通材，P：表示高取向）。无取向硅钢牌号35W250对应的JIS牌号为35A250。

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