钢的分类及应用：碳素钢与合金钢的特点与发展

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钢材的分类

钢是以铁和碳为主要成分的合金，其含碳量一般在2.11%以下，是经济建设中极为重要的金属材料。

钢按其化学成分分为碳素钢（简称碳钢）和合金钢两大类。碳素钢是由生铁冶炼而得到的合金，其主要成分除铁和碳外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。碳素钢具有一定的力学性能，工艺性能良好，价格便宜，因此，碳素钢得到了广泛的应用。但随着现代工业和科学技术的迅速发展，碳素钢的性能已大大提高；合金钢是在碳素钢中有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的多元素合金，其性能得到了显著的改善，因此它的应用越来越广泛。

由于钢铁产品种类繁多，为了生产、储存、选用和研究的方便，必须对钢铁进行分类。钢铁按其用途、化学成分、质量等可分为许多类别：

根据钢材的用途，可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢三类。

结构钢：1.用于制造各种机器零件的钢。包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。2.用于制造工程结构的钢。包括A、B、特殊钢和普通低合金钢等。

工具钢：用来制造各种工具的钢。根据工具用途不同，可分为切削工具钢、模具钢和量具钢。

特殊性能钢：是具有特殊物理、化学性能的钢，可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。

根据钢的化学成分，可分为碳素钢和合金钢两大类。

碳钢：按碳含量可分为低碳钢（碳含量≤0.25％）；中碳钢（0.25％<碳含量<0.6％）；高碳钢（碳含量≥0.6％）。

合金钢：按合金元素含量可分为低合金钢（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%）。另外，按钢中所含主要合金元素种类不同，还可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。

按质量分类：根据钢中有害杂质磷、硫的含量，可分为普通钢（磷含量≤0.045%、硫含量≤0.055%；或磷和硫含量≤​​0.050%）；优质钢（磷、硫含量≤0.040%））；高级优质钢（磷含量≤0.035%、硫含量≤0.030%）。

此外，按冶炼炉型式，钢分为平炉钢（酸性平炉、碱性平炉）、空气转炉钢（酸性转炉、碱性转炉、氧气顶吹转炉钢）和电炉钢；按脱氧程度，钢分为沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧比较完全）和半镇静钢。

钢厂在给钢铁产品命名时，往往把用途、成分、质量三个分类方法结合起来，例如将钢称为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢等。

金属材料力学性能

金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能两大类。所谓工艺性能是指金属材料在机械零件加工制造过程中，在给定的冷、热加工条件下所具有的性能。材料的质量决定了它在制造过程中对加工成形的适应性，由于加工条件不同，所要求的工艺性能也不同，如铸造性能、焊接性、锻造性、热处理性能、切削加工性等。性能是指金属材料在机械零件使用条件下所具有的性能，包括力学性能、物理性能、化学性能等。金属材料的性能决定了它的使用范围和使用寿命。

在机械制造工业中，一般机械零件都是在常温、常压及无腐蚀介质中使用，而各个机械零件在使用过程中都会受到不同的载荷。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为材料力学性能（或力学性能）。

金属材料的力学性能是零件设计和选用的主要依据。金属材料所要求的力学性能会因所施加载荷的性质（如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等）而有所不同。这些性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、抗多次冲击性能和疲劳极限等。下面将分别讨论各种力学性能。

1. 强度

强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗破坏（过大的塑性变形或断裂）的能力。由于载荷作用于材料时以拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式存在，所以强度又分为抗拉强度、抗压强度、弯曲强度、剪切强度等。各种强度之间往往存在着一定的关系，使用中一般以抗拉强度作为最基本的强度指标。

2.可塑性

塑性是指金属材料在载荷作用下，能够发生塑性变形（永久变形）而不发生破坏的能力。

3.硬度

硬度是衡量金属材料软硬程度的指标，目前生产上测量硬度最常用的方法是压痕硬度法，即利用具有一定几何形状的压头在一定的载荷下压入金属材料表面，根据压痕的程度来确定硬度值。

常用的方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）。

4.疲劳

上面讨论的强度、塑性和硬度等都是金属在静载荷作用下的力学性能指标，实际上，许多机器零件是在循环载荷作用下工作的，在这种条件下，零件会发生疲劳。

5. 冲击韧性

高速作用在机器零件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力称为冲击韧性。

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