牌号及常存杂质

4.1　工业用钢分类、牌号及常存杂质

4.1.1　钢的分类

我国的金属材料国家标准大多参照和采用国际标准，如钢分类国家标准GB/T 13304—1991参照了国际标准ISO　4948/1和ISO　4948/2等。

1.钢分类简介

1）按化学成分分类

根据GB/T　13304—1991钢按照化学成分可分为非合金钢、低合金钢、合金钢三大类，它们的化学成分应分别符合国标中合金元素含量的界限值。

2）按主要质量等级、主要性能及使用特性分类

按照钢的主要质量等级，非合金钢分为普通质量非合金钢、优质非合金钢和特殊质量非合金钢三类；低合金钢可分为普通质量低合金钢、优质低合金钢和特殊质量低合金钢三类；合金钢分为优质合金钢和特殊质量合金钢两类。普通质量钢是指生产过程中不需要特别控制质量要求并满足一些其他条件的钢种（如不规定热处理、硫和磷的质量分数均≤0.045%等）；优质钢是指在生产过程中需要特别控制质量的钢种（如控制晶粒度，降低硫、磷的质量分数，使其分别＜0.04%）；特殊质量钢是指在生产过程中需要严格控制质量和性能的钢种（如硫和磷的质量分数均≤0.025%）。

按照主要性能及使用特性，可对非合金钢、低合金钢和合金钢进一步分类。非合金钢可分为:以规定最高强度（硬度）或最低强度（硬度）为特性的非合金钢、非合金工具钢、非合金易切削钢等，低合金钢可分为可焊接的低合金高强度钢、低合金钢筋钢等；合金钢可分为:工程结构用合金钢、机械结构用合金钢、不锈钢、耐蚀钢和耐热钢、工具钢、轴承钢等。

2.目前常用的钢分类方法

1）按钢的w_C分类

按钢中w_C的高低可分为:低碳钢w_C≤0.25%；中碳钢w_C＝0.25%～0.60%；高碳钢w_C≥0.60%。

2）按冶金特点分类

按钢中有害杂质元素硫、磷含量的高低，结构钢可分为:普通钢、优质钢、高级优质钢（在钢号后加A）和特级优质钢。按钢材冶炼时的脱氧程度可分为:沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢，分别用汉语拼音首字母F、b、Z和TZ表示。

3）按钢的用途、成分、性能和热处理特点分类

钢的常用分类方法如图4－1所示。

图4－1　钢的常用分类方法

按用途和性能可分为结构钢、工具钢、轴承钢、不锈钢、耐蚀钢和耐热钢等；按成分可分为非合金钢（即碳素钢）、低合金钢及合金钢（生产中常把合金总量小于5%的称为低合金钢，合金总量在5%～10%的称为中合金钢，而合金总量大于10%的称为高合金钢），合金钢又由所含合金元素分锰钢、铬钢、硅锰钢等。实际中经常把这些分类方法结合使用，参见图4－1。

此外，按退火状态分亚共析钢、共析钢、过共析钢；按正火或铸造状态分珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢、铁素体钢、莱氏体钢等。

4.1.2　钢的牌号

我国的钢号命名采用化学元素符号、汉语拼音和阿拉伯数字相结合的表示方法，较为直观实用，只需掌握各类钢的牌号，就可了解钢的类型、化学成分、性能特点和主要用途。对于用户不需进行热处理的钢材，如碳素结构钢、低合金高强度钢、一般工程用铸造碳钢及各类铸铁，其牌号中给出了力学性能指标，对设计、选材提供了极大的便利。

根据GB　221—1997规定，钢号由三大部分结合组成:①化学元素符号，用来表示钢中所含化学元素种类，其中用“RE”表示钢中的稀土元素总含量；②汉语拼音字母，用来表示产品的名称、用途、冶炼方法等特点，常用汉语拼音缩写字母及含义见表4－1；③阿拉伯数字，用来表示钢中主要化学元素含量（质量百分数）或产品的主要性能参数或代号。

表4－1　中国钢号所用汉语拼音缩写字母及含义

中国主要钢号的表示方法说明见表4－2，详细内容可参看有关标准。

表4－2　中国主要钢号表示方法说明

续表

4.1.3　钢中常存元素与杂质

钢中的元素除了铁、碳和合金元素外，还有一些钢在冶炼时因工艺要求和各种复杂反应带入的其他元素（如Si、Mn、S、P、O、H等）、非金属夹杂物（如氧化物、硫化物等）杂质。Si和Mn主要来自于炼钢原料生铁和炼钢时所用的脱氧剂。在固态下，Si和Mn可以提高钢的强度、硬度，因此Si、Mn通常被看做是有益的常存元素，但其含量要控制在一定范围内。有时为了某种目的，也可人为提高其含量，如弹簧钢60Si2Mn。

硫在钢中以FeS形式存在，使钢变脆，尤其是FeS和Fe能形成低熔点（985℃）的共晶体，使钢在高温时处于脆弱状态，受力时易开裂，这种现象称为钢的热脆性。但如钢中存在一定量Mn时，则优先形成高熔点（约1　600℃）的MnS，并呈粒状分布于晶内，可大大降低热脆性，且MnS还利于降低切削时刀具的黏着磨损，所以一些易切钢还加入少量的S。

由矿石带入的磷溶于铁素体中，虽可明显提高强度、硬度，但也使钢的塑性、韧度（尤其是低温韧度）降低，并使冷脆转变温度升高（量多时，形成极硬脆的Fe₃P分布于晶内或晶界），产生冷脆性。

溶入钢中的氮在经过焊接等加热或冷变形后，经过一定时间，过量溶解的氮脱溶析出Fe₂N、Fe₄N，使钢的强度、硬度升高，而韧度大大下降，这种现象称为时效脆化。如钢中含有Al、Ti、Nb、V等元素，则优先形成AlN、TiN、VN、NbN，可防止时效脆化，这种处理称为永韧处理或固氮处理。

氧主要形成非金属杂质物，使钢的性能变坏。

氢以原子态溶于钢中，如扩散到晶格缺陷处，形成氢分子或与碳形成甲烷，体积膨胀造成“氢脆”，而形成的微裂纹，称为白点。