钢铁材料（黑色金属）纯铁（熟铁）铸铁（生铁）工业用钢一．分类：二．命名：三．性能和应用：四．成型方法：五．钢铁生产过程钢铁材料的力学性能和加工性能力学性能：加工性能：钢铁材料性能的定性总结型材成型与冷热加工钢铁材料（黑色金属）纯铁（熟铁）含碳量小于0.04%，软、塑性好（可锻），容易变形，强度和硬度较低，用途不广。

铸铁（生铁）主要由Fe、C、Si、Mn、P、S组成的合金，平均含碳量2.11%—4%，硬而脆、几乎没有塑性，力学性能较差，只能用铸造的方法成型。

分类：（根据碳的存在形式不同分）1.白口铸铁（白口生铁）：C是以游离碳化铁形式存在，断口呈亮白色。

●特点：硬度高，脆性大，难加工；●主要用途：炼钢、做可锻铸铁。

2.灰口铸铁（灰口生铁）：C主要以石墨的形式存在，断口呈灰色。

●分类：（按石墨的存在形状分）1)灰铸铁：石墨大部分为片层状命名：“HT”+“φ30mm试棒的最小抗拉强度（MPa）”，eg.HT300；优点：铸造性能好、切削性能好、减震性能好、减磨性能好、价格低廉；缺点：塑性差、韧性差、抗拉强度低、焊接性能差。

2)球磨铸铁：石墨大部分为球状命名：“QT”+“最低抗拉强度—最低伸长率”，eg.QT600-3；特点：强度高（和钢差不多）、工艺要求高。

3)蠕墨铸铁：石墨大部分为蠕虫状命名：“RuT”+“最低抗拉强度”，eg.RuT300；特点：兼具灰铸铁和球墨铸铁的性能。

4)可锻铸铁（玛钢或马铁）：对白口铸铁加热到900°C—980°C后长时间保温并分阶段石墨化，使其内部石墨变成团絮状得来，其实并不能锻造，现已少用。

工业用钢将生铁进一步冶炼降低含碳量（一般在0.04%—2.11%）、减少杂质元素或加入一些合金元素得到。

在保证有害杂质不超标和采用合适的热处理工艺的情况下，影响钢性能的主要因素是含碳量与合金元素含量。

一、分类：1.按用途分：结构钢、工具钢、专门用途钢、特殊性能钢；2.按含碳量的多少分：低碳钢（0.04%—0.25%）、中碳钢（0.25%—0.6%）、高碳钢（0.6%—2.11%）；3.按有害杂（S，P）质含量的多少分：普通质量钢、优质钢、高级优质钢；4.按合金元素含量的多少分：非合金钢、低合金钢、合金钢；5.按成型方法分：锻钢、铸钢、热轧钢、冷拉钢。

二、命名：按第4种分类方法进行命名有产品牌号和统一数字代号两种命名方式。

1.非合金钢（碳素钢）●碳素结构钢：产品牌号：“Q（屈）”+“屈服点值”+“质量等级（A、B、C、D，其中D最高）”+“〃脱氧程度F（沸腾钢）、b（半镇静钢）、Z（镇静钢）、TZ（特殊镇静钢）”，eg.Q235A〃F。

●优质碳素结构钢：产品牌号：两位数字表示钢的平均含碳量，以万分之几来计。

分普通含锰量的优质碳素结构钢（eg.45）和较高含锰量的优质碳素结构钢，eg.45Mn。

统一数字代号：U+xxxxx●碳素工具钢：产品牌号：“T（碳）”+“平均碳的质量分数，以千分之几计”+“质量等级（A）”，eg.T12A。

●铸造碳钢：产品牌号：“ZG（铸钢）”+“屈服点+抗拉强度”，eg.ZG200-400。

统一数字代号：C+xxxxx2.低合金钢产品牌号：“Q（屈）”+“屈服点值”+“质量等级（A、B、C、D、E，其中E最高）”，eg.Q345C。

3.合金钢●合金结构钢：产品牌号：“两位碳的质量分数，以万分之几计”+“合金元素及其平均质量分数，以百分之几计”，eg.60Si2Mn。

统一数字代号：A+xxxxx●合金工具钢：产品牌号：不标明含碳质量分数或“一位碳的质量分数（圆整），以千分之几计”+“合金元素及其平均质量分数，以百分之几计”，高速钢一般以“W”打头。

eg.Cr12MoV、9Mn2V、W6Mo5Cr4V2。

统一数字代号：T+xxxxx●特殊性能钢：产品牌号：“一位碳的质量分数（圆整），以千分之几计”+“合金元素及其平均质量分数，以百分之几计”，eg.0Cr18Ni9。

三、性能和应用：按第1种分类方法进行讲述1.结构钢：●碳素结构钢：特点：低碳或中碳，力学性能一般，加工工艺性好，价格便宜，使用时不用进行热处理。

用途：工程结构件和不重要的机械零件。

●低合金高强度结构钢：特点：较高的强度、较好的韧性、焊接性和耐蚀性，较高的性价比，钢厂热轧后都进行了热处理，故使用时不再进行热处理。

用途：桥梁、船舶、车辆、容器、建筑结构。

●优质碳素结构钢特点：有害杂质少，化学成分准确，力学性能可靠，一般都要进行热处理，以便充分发挥其良好的力学性能。

●合金结构钢1)合金渗碳钢：低碳，要经渗碳、淬火、低温回火才能使用，表硬心韧，切削性能好，适用做受强烈冲击和摩擦的零件。

2)合金调质钢：中碳，要经过调质处理才能使用，还可以进行各种表面热处理，综合力学性能很好。

●铸钢：铸造性能比铸铁差，但力学性能和焊接性能要比铸铁好，在铸造铁水中加入一些合金元素，可得到不锈铸件、耐热铸钢件等。

2.工具钢：制造工具、模具、量具和刃具等。

●碳素工具钢：高碳优质钢，红硬性不好，做低速、手动工具，模具等；●合金工具钢：做量具刃具，比如丝锥、铰刀，和模具等；●高速工具钢：又称风钢、锋钢、白钢、高速钢，红硬性好，用来制造各种中速切削刀具。

3.专门用途钢：滚动轴承钢、弹簧钢、锅炉钢、桥梁钢等。

4.特殊性能钢：不锈钢、磁钢、无磁钢、耐热钢、易切钢等。

四、成型方法：按第5种分类方法进行讲述可由铸造、锻造、热轧和冷拔成型。

热轧和冷拔钢材有各种截面形状的型材、棒材、板材、管材和线材等。

综合性能最好的是锻钢，它的毛坯一般是热轧钢材，有很好的塑韧性，同时具备较高的强度；铸钢的成本较低，但是性能不及锻钢，使用时需注意气孔和裂纹等缺陷，适用于外形较复杂的零件；热轧钢的组织致密，但使用时应注意其纤维方向（即轧制方向）；冷拉钢一般用于钢丝等细长件的制造，沿轴向的力学性能较好。

五、钢铁生产过程钢铁材料的力学性能和加工性能力学性能：1. 强度：抵抗塑性变形和断裂的能力，常用强度的判据为有明显屈服材料（即塑性韧性好的材料）的弹性极限σe、抗拉强度σb和屈服点σs 以及无明显屈服材料（即塑性韧性不好的材料）的σr0.2；2. 塑性：是指金属材料断裂前发生不可逆永久变形的能力，塑性好的材料便于进行压力加工，塑性好坏的主要判据是断后伸长率δ和断面收缩率Ψ，这两个参数的数值越大，金属材料的塑性越好。

3. 硬度：是指金属材料抵抗局部变形，特别是局部塑性变形、压痕或划痕的能力，硬度指标有布氏硬度HBS或HBW、洛氏硬度HRA\HRB\HRC、维氏硬度HV、里氏硬度HL和肖氏硬度HS等。

由于各种硬度的测试条件不同，所以它们的数值不能直接换算，但它们之间仍有一定的对应关系，需要时可查手册。

4. 韧性：是指金属材料在断裂前吸收变形能量的能力，主要反映金属抵抗冲击力而不断裂的能力，判据是冲击吸收功A k 和冲击韧度（单位截面上的冲击吸收功）αk 。

5. 疲劳强度：是指金属材料抵抗循环应力和交变应力的能力，判据为交变应力值（疲劳强度）σr和应力循环次数（应力循环基数）N0。

加工性能：1. 焊接性能：焊接性能好的材料，对焊接条件和工艺要求不高，便于施焊，焊后缺陷小，焊接接头的力学性能好，比如低碳钢（C<0.25%）。

2. 切削性能：切削性能好的材料在切削加工时，切屑容易折断且刀刃不易磨损，切后表面质量好，比如中碳钢(0.25%<C<0.6%)。

3. 压力加工性能：压力加工性能好的材料对（冷/热）锻造和冲压等压力加工的工艺要求不高，加工后不易出现裂纹、褶皱等缺陷，这类材料一般塑性较好，比如低碳钢（C<0.25%）、铝和铜等。

4. 铸造性能：铸造性能好的材料，其液态时的流动性好，冷凝时的收缩性小，凝固后的偏析小，比如灰铸铁等,铸造性能比较，灰铸铁>球墨铸铁>铸钢。

5. 热处理性能：是指是否易于通过加热、保温和冷却等过程来提高其性能的能力。

1）退火：炉冷，多用来去除铸件、锻件和焊接件的内应力，降低硬度以易于切削，细化晶粒、改善内部组织，增加零件的韧性。

2）正火：空冷，多用来处理低碳钢、中碳钢和表面渗碳零件，作用和退火基本一样，但作用比退火弱。

3）淬火：油冷、水冷和盐水冷等，用来提高钢的硬度、强度和疲劳强度等，但会使工件变脆，内部产生内应力，所以淬火后一般都要回火。

4）回火：淬火后低温回火、中温回火和高温回火。

5）调质：淬火后高温回火，重要零件一般都要调质。

6）表面淬火：高频、中频和火焰等表面淬火7）化学热处理：渗碳（低碳和中碳钢提高表面硬度、强度和耐磨性、耐蚀性的热处理方法）、渗氮（比渗碳效果更好）、碳氮共渗（氰化处理）等。

8）时效：自然时效（1—5年）、人工长时间低温回火时效（5—20小时）和人工振动时效等。

热处理的目的：1.改善金属材料的力学性能2.改善金属材料的切削性能3.去除应力等热处理的实质是改变金属基体组织，即Fe、Fe3C、C的组成比例和它们之间的结合形式，它不能改变金属中游离碳的存在形态，钢中C的存在形式是Fe、C化合物，即渗碳体Fe3C，而铸铁中C的存在形式是游离的碳，即石墨，石墨存在的形态不同，就形成了我们所说的不同的灰铁，并且石墨的存在形态对灰铁的力学性能起着决定性的作用，其中灰铸铁中的石墨是片层状的，它把金属基体割裂开来，所以热处理不能根本性地改变灰铸铁的力学性能，这也就是为什么灰铸铁只用时效处理，或者叫去应力退火，和表面淬火这样的热处理。

而球墨铸铁中的石墨是以圆球状存在的，最大程度地消弱了石墨对金属基体的破坏作用，所以热处理对球墨铸铁的作用比较明显，也就是说球墨铸铁的热处理性能比较好，用于钢的热处理一般均可以用于球墨铸铁来得到相应的处理效果。

钢铁材料性能的定性总结：C在钢中以Fe3C的形式存在，而在铸铁中（除白口铸铁）是以石墨的形式存在的（以什么形式存在决定于冷却温度和化学成分），所以说铸铁和钢的性能差异，不仅是碳含量的差异造成的，更重要的是C的存在形式造成的。

Fe3C硬而脆，石墨酥而软。

所以高碳钢硬度大、耐磨性好，但韧性和塑性不好；铸铁虽力学性能差，但有耐磨性好、减振性好、缺口敏感性差等特点。

对于铸铁来说，因为石墨有润滑作用，所以铸铁的流动性好，铸造性能好，切削性能好，但又因为石墨的酥而软，致使铸铁不能锻造，并且焊接性能很差。

对于钢来说，由于Fe3C的硬而脆，可以分析得到含碳量越高的钢，锻造性能（塑性不好）、焊接性能（易有缺陷）、切削性能越差（切屑崩裂），但含碳量太少，切削时材料粘刀或不易断屑，切削性能也不好。

在钢铁材料中应用最广的是碳钢。

这是因为碳钢冶炼简便，价格低廉，在一般情况下能满足使用要求。

但碳钢在某些性能上不能满足使用要求，比如：1．碳钢的强度较低，特别是制造结构紧凑的机件，不能承受高载荷；2．碳钢的淬透性差，虽然可以通过热处理提高碳钢的机械性能，但是对于截面较大的零件，中心淬不透，零件的整个截面就不能得到均匀一致的机械性能。