黑色金属、钢和有色金属的基本概念及钢的分类介绍

1. 黑色金属、钢铁和有色金属

在介绍钢材的分类之前，我们先简单介绍一下黑色金属、钢铁和有色金属的基本概念。

1、黑色金属是指铁及其合金。如钢、生铁合金、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，主要用于炼钢和铸造。铸造生铁在铁水炉中冶炼，得到铸铁（液），将液态铸铁浇铸成铸件，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。

2、将炼钢用的生铁投入炼钢炉，按照一定的工艺熔化，就得到了钢。钢铁制品包括钢锭、连铸坯和直接浇铸的各种钢铸件。通常所说的钢是指轧制成各种钢铁制品的钢。钢属于黑色金属，但钢并不完全等于黑色金属。

3、有色金属又称非铁金属，是指黑色金属以外的金属和合金，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，包括放射性的铀和镭等。

2. 钢材的分类

钢是含碳量在0.04%～2.3%之间的铁碳合金。为保证其韧性和塑性，含碳量一般不大于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（0.25＜C≤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（合金元素总含量为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（研究钢的内部组织的科学）

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：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、农业机械等用钢。

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) 按炉型分类

a.平炉钢（以空气为氧化剂）：（a）酸性平炉钢；（b）碱性平炉钢。

b. 转炉钢（以氧气为氧化剂）：（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（用于生产优质钢）：（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）按脱氧程度和浇注系统不同，可分为：a.沸腾钢（脱氧不完全）；b.半镇静钢（脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间）；c.镇静钢（脱氧比较完全）；d.特殊镇静钢（脱氧最完全，钢种质量高）。

8.按外观分类：分为四类：a.型材，b.板材，c.管材，d.金属制品。

配置文件：

重轨：每米重量超过30公斤的钢轨（包括起重机轨）；

轻轨：每米重量小于或等于30公斤的钢轨。

大、中、小型型钢：普通型钢圆钢、方钢、扁钢、六角钢、工字钢、槽钢、等边、不等边角钢、螺纹钢等。

线材：直径5-10毫米的圆钢、盘条。

冷弯型钢：由钢材或钢带冷弯成型的钢材。

优质型材：优质钢圆钢、方钢、扁钢、六角钢等。

b. 板材；

薄钢板：厚度小于或等于4mm的钢板。

中厚钢板：厚度大于4毫米的钢板。中板：厚度大于4毫米至小于20毫米）；厚板：厚度大于20毫米至小于60毫米；特厚板：厚度大于60毫米。

钢带：又称带钢，实际上是一种长而窄、以卷材形式供应的薄钢板。

电工硅钢片：又称硅钢片或硅钢片。

c.管道材质：

无缝钢管：用热压、冷轧（冷拔或挤压）等方法生产的管壁没有接缝的钢管。

焊接钢管：采用钢板或钢带卷曲成型，然后焊接制成的钢管。

d.金属制品：包括钢丝、钢绳、钢绞线等。

什么是特殊钢？

特种钢尚无统一的定义和概念，一般认为，特种钢是指具有特殊化学成分、采用特殊工艺生产的、具有特殊组织和性能、能满足特殊需要的钢。特种钢与普通钢相比，具有更高的强度和韧性、物理性能、化学性能、生物相容性和工艺性能。

我国对特殊钢的定义与日本、欧盟类似，将特殊钢分为优质碳素钢、合金钢、高合金钢（合金元素大于10%）三类。其中合金钢和高合金钢占特殊钢产量的70%。主要钢种有专用碳素结构钢、碳素工具钢、碳素弹簧钢、合金弹簧钢、合金结构钢、滚珠轴承钢、合金工具钢、高合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热钢以及高温合金、精密合金、电热合金等。目前，全世界已有特殊钢牌号近2000个，品种规格约5万个。特殊钢除品种繁多外，在规格上也表现出与普通钢材不同的特点。 除板、管、线、带、棒、异型材外，还有复合材料、表面合金化材料、表面处理材料、精锻材料、精密铸件、粉末冶金制品等。

3.我国钢号的表示方法

钢号简称钢号，是赋予每一种具体的钢铁产品的名称，是人们认识钢铁的通用语言。我国的钢号表示方法，是依据国家标准《钢铁产品牌号表示方法》（GB221-79）制定的，采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的表示方法。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、冶炼和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。

我国钢号表示方法分类及说明

1.碳素结构钢

1）由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。其钢号前面加“Q”，代表该钢的屈服点，后面的数字代表屈服点值，单位为MPa。例如Q235表示屈服点（σs）为235MPa的碳素结构钢。

2）必要时，钢号后可加表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号为A、B、C、D。脱氧方法符号：F代表沸腾钢；b代表半镇静钢；Z代表镇静钢；TZ代表特殊镇静钢。镇静钢可以不标，即不标Z和TZ。例如Q235-AF代表A级沸腾钢。

3）特殊用途的碳素钢，如桥梁钢、船体钢等，基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢号末尾附加表示用途的字母。

2.优质碳素结构钢

1）钢号前两位数字表示该钢的含碳量，以平均含碳量的万分之一表示。例如平均含碳量为0.45%的钢，钢号为“45”。它不是序列号，所以不能读成45号钢。

2）对于锰含量较高的优质碳素结构钢，应标明锰元素，例如50Mn。

3）沸腾钢、半镇静钢和特殊用途的优质碳素结构钢，应在钢号末尾专门标明。例如平均含碳量为0.1%的半镇静钢，钢号为10b。

3.碳素工具钢

1）钢号以“T”为前缀，以避免与其他类型的钢材混淆。

2）钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。例如“T8”表示平均碳含量为0.8％。

3）对于锰含量较高的钢，在钢号末尾标注“Mn”，例如“T8Mn”。

4）高级优质碳素工具钢的磷、硫含量较一般优质碳素工具钢低，在钢号末尾加字母“A”以示区别，例如“T8MnA”。

4.易切削钢

1）钢号前冠以“Y”，以与优质碳素结构钢相区别。

2）字母“Y”后的数字表示碳含量，以平均碳含量的万分之一表示，例如

平均碳含量为0.3%的易切削钢标记为“Y30”。

3）含锰量较高的钢种，在钢号后也标以“Mn”，例如“Y40Mn”。

5.合金结构钢

1）钢号的前两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之一表示，例如40Cr。

2）钢中的主要合金元素，除某些微合金元素外，一般都用百分比表示。当平均合金元素含量小于1.5%时，钢号一般只标明元素符号，不标明含量。但在特殊情况下易引起混淆时，也可在元素符号后标明数字“1”。例如钢号“12CrMoV”和“12Cr1MoV”，前者铬含量为0.4～0.6%，后者铬含量为0.9～1.2%，其余成分相同。当平均合金元素含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%等时，应在元素符号后标明含量，可表示为2、3、4等。例如18Cr2Ni4WA。

3）钢中所有合金元素，如钒V、钛Ti、铝Al、硼B、稀土RE等，都属于微合金元素，虽然其含量很低，但仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中钒为0.07-0.12%，硼为0.001-0.005%。

4）高级优质钢应在钢号末尾加“A”，以与一般优质钢相区别。

5）对于特殊用途的合金结构钢，在钢号前冠以（或后缀）代表该钢种用途的符号。例如用于铆钉、螺钉的30CrMnSi钢，以钢号ML30CrMnSi表示。

6.低合金高强度钢

1）钢号的表示方法与合金结构钢基本相同。

2）对于专业用低合金高强度钢，应在钢号末尾注明。例如16Mn钢，用于桥梁的专用钢种为“16Mnq”，用于汽车大梁的专用钢种为“16MnL”，用于压力容器的专用钢种为“16MnR”。

7.弹簧钢

弹簧钢按其化学成分可分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢两大类，前者的钢号表示方法与优质碳素结构钢基本相同，后者的钢号表示方法与合金结构钢基本相同。

8.滚动轴承钢

1）钢号中的字母“G”表示滚动轴承钢。

2）高碳铬轴承钢不标出碳含量，铬含量以千分之一表示，例如GCr15。渗碳轴承钢的钢号表示方法与合金结构钢基本相同。

9.合金工具钢、高速工具钢

1）合金工具钢平均碳含量≥1.0%时，不标明碳含量；平均碳含量<1.0%时，以千分之一表示。例如Cr12、CrWMn、9SiCr、3Cr2W8V。

2）钢中合金元素含量的表示方法与合金结构钢基本相同。但对于铬含量较低的合金工具钢钢种，铬含量以千分之一表示，并在表示含量的数字前加“0”，以区别于一般元素含量用百分数表示的方法。例如Cr06。

3）高速工具钢的钢号一般不标明碳含量，只标明各种合金元素的平均百分比。 例如钨高速钢的钢号表示为“W18Cr4V”。 钢号中的字母“C”表示其碳含量比不带“C”的一般钢号高。

10.不锈钢、耐热钢

1）钢号中碳含量以千分之一表示。例如“2Cr13”钢平均碳含量为0.2%；若钢中碳含量≤0.03%或≤0.08%，则在钢号前分别冠以“00”和“0”，例如00Cr17Ni14Mo2、0Cr18 Ni9等。

2）钢中主要合金元素均以百分比表示，而钛、铌、锆、氮等则按上述合金结构钢中微合金元素的表示方法标记。

11.焊条钢

在钢号前加字母“H”，以区别于其他种类的钢材，例如不锈钢焊丝为“H2Cr13”，以区别于不锈钢“2Cr13”。

12、电工用硅钢

1）钢号由字母和数字组成，钢号首字母DR表示电工用热轧硅钢，DW表示电工用冷轧无取向硅钢，DQ表示电工用冷轧取向硅钢。

2）字母后面的数字代表100倍铁损值（W/kg）。

3）钢号末尾带字母“G”表示以高频进行试验；不带“G”的字母“G”表示以50次循环进行试验。例如钢号DW470表示电工用冷轧无取向硅钢产品在50Hz频率下的最大单位重量铁损值为4.7W/kg。

13. 电工用纯铁

1）其品牌名称由字母“DT”和数字组成，“DT”代表电工纯铁，数字代表不同品牌的序列号，例如DT3。

2）数字后添加的字母表示电磁性能：A-先进、E-特殊、C-超级，例如DT8A。

四、标记与检验

1. 标志

标记用于区分物料的材质、规格，主要标明供应商的名称、品牌、检验批号、规格、尺寸、等级、净重等。标记包括；

1、着色：在金属材料的端面、端部涂上各种颜色的油漆。主要用于钢材、生铁、有色金属原料等。

2、喷码：在金属材料的规定部位（端面、端部）刻印或喷漆的方法，以标明该材料的牌号、规格、标准号等。主要用于中厚板、型材、有色材料等。

3、标签：捆包、箱体、轴类等金属材料外面均贴有标签，标明其品牌、尺寸、重量、标准编号、供应商等。

检验时必须认真识别金属材料上的标记，并在运输、贮存过程中妥善保护。

（二）规格尺寸检验

规格尺寸是指金属材料主要零件的公称尺寸（长度、宽度、厚度、直径等）。

1、公称尺寸：是人们在生产中希望得到的理想尺寸，但与实际尺寸有一定的差距。

2、尺寸偏差：实际尺寸与公称尺寸之差称为尺寸偏差。大于公称尺寸的尺寸称为正偏差，小于公称尺寸的尺寸称为负偏差。在标准规定的范围内称为允许偏差，超出范围称为尺寸偏差，超出的视为不合格品。

3、精度等级：金属材料的允许尺寸偏差有若干个范围，按允许尺寸偏差的大小分为若干个等级，称为精度等级。精度等级又分为普通级、高等、高级等。

4、交货长度（宽度）：是金属材料交货的主要尺寸，是指金属材料交货时应具备的长度（宽度）规格。

5、常用长度（可变长度）：长度无具体规定，但必须在规定的长度范围内（长度因品种不同而不同，由部门或工厂决定）。

6.短尺（窄尺）：长度小于规定的正常长度下限，但不小于规定的最小允许长度。对于某些金属材料，可按规定以一部分“短尺”交货。

7、定长：交货的金属材料长度必须是需方在订货合同中规定的长度（一般取正偏差）。

8、倍数长度：交货的金属材料长度必须是需方在订货合同中规定的长度的整数倍（包括锯切和正偏差）。

检验规格尺寸时，应注意测量材料位置，选择合适的量具。

（三）数量检验

金属材料的数量一般以重量计算（除垫板、鱼尾板等特殊情况以件计算），数量检验方法为：

1、按实际重量计量：按实际重量计量的金属材料，一般应进行称重检验。对于固体包装（如箱、盒、桶等），应在包装上标注毛重、净重、皮重。对于薄钢板、硅钢片、铁合金等，抽检数量不应少于每批的5%。如抽检重量与标注重量相差很大，必须全部拆箱称重。

2、理论换算计量：根据材料公称尺寸（实际尺寸）和比重计算出的重量，对于定尺寸模板等材料，可以进行理论换算，但换算时要注意换算公式和材料的实际比重。

（四）表面质量检测

表面质量检测主要涉及材料、外观、形状、表面缺陷等的检测，主要包括：

1、椭圆度：圆形截面金属材料在同一截面上各个方向上直径不相等的现象。椭圆度用同一截面上最大与最小直径之差来表示，不同用途的材料标准不同。

2、弯曲、曲率：弯曲是卷材的长度或宽度不直，而呈弯曲状的总称，若用数字来表示不平整的程度，就称为曲率。

3、扭绞：将带状轧材沿纵轴方向扭成螺旋状。

4、镰刀弯（侧弯）：指金属板材、带材及材料沿长度方向（窄边）横截面近似矩形的弯曲，其一侧呈现凹曲线，另一侧呈现凸曲线，称为“镰刀弯”。它是用凹面高度来表示的。

5、弯曲度：指板或带材的长度和宽度方向出现起伏，形成弯曲的现象。表示弯曲程度的数值称为弯曲度。

6、表面裂纹：指金属物体表面出现的裂纹。

7、耳子：由于滚子配合不当等原因而引起的沿轧制方向延伸的突起称为耳子。

8、划痕：指材料表面出现的直状或弧状的沟槽，通常可以看到沟槽的底部。

9、结疤：指金属材料表面不均匀分布的舌头状、指甲状或鱼鳞状的薄片。

10.粘合：金属板、箔、带在轧制、退火过程中，层间形成点、线、面的相互粘连，层开后在表面留下结合痕迹，称为粘合。

11、氧化铁皮：氧化铁皮是指材料在加热、轧制和冷却过程中，表面生成的金属氧化物。

12、折叠：金属在热轧（或锻造）过程中形成的表面缺陷，表面双金属层相互折叠，以直线或曲线重叠。

13、麻面：指金属材料表面不平整、粗糙的现象。

14、皮下气泡：金属材料表面呈现大小不一、形状不一、分布不规则的小凸起，周围光滑，气泡破裂时呈现鸡爪状裂纹或舌状疤痕，称为气泡。

表面缺陷产生的主要原因是生产、运输、装卸、保管等操作不当。根据对使用的影响大小，有些缺陷不允许超过限度，有些缺陷虽然不存在，但也不能超过限度；各种表面缺陷是否允许存在，或允许存在的程度，在有关标准中都有明确的规定。

（五）内部质量检验保证条件

金属材料内在质量的检验依据根据材料适应不同的要求，保证条件也不同。出厂、验收时必须按保证条件进行检验，符合要求。保证条件分为

1、基本保证条件：无论是否提出，材料质量的最低要求都必须保证，如化学成分、基本力学性能等。

2、附加保证条件：指仅按照订货合同中需方规定的要求进行检验，并保证检验结果符合规定的项目。

3、协议担保条件：由供需双方协商并在订货合同中担保的项目。

4.参与及修改条件：双方协商进行检查项目，但仅为参考条件，不进行评估。

金属材料的内部质量检测主要包括力学性能、物理性能、化学性能、工艺性能、化学成分及内部组织检查，这些检测一般都在专业的检测机构进行。

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