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天维钢结构浅谈钢材的分类及标号

[日期:2018-09-05] 作者:山西天维钢结构工程有限公司


    在介绍钢的分类之前先简单介绍一下黑色金属、钢与有色金属的基本概念。

 

     1、黑色金属是指铁和铁的合金。如钢、生铁合金、铸铁等。钢和生铁都是以铁为基础,以碳为主要添加元素的合金,统称为铁碳合金。生铁是指把铁矿石放到高炉中冶炼而成的产品,主要用来炼钢和制造铸件。把铸造生铁放在熔铁炉中熔炼,即得到铸铁(液状),把液状铸铁浇铸成铸件,这种铸铁叫铸铁件。

    铁合金是由铁与硅、锰、铬、钛等元素组成的合金,铁合金是炼钢的原料之一,在炼钢时做钢的脱氧剂和合金元素添加剂用。

     2、把炼钢用生铁放到炼钢炉内按一定工艺熔炼,即得到钢。钢的产品有钢锭、连铸坯和直接铸成各种钢铸件等。通常所讲的钢,一般是指轧制成各种钢材的钢。钢属于黑色金属但钢不完全等于黑色金属。

     3、有色金属又称非铁金属,指除黑色金属外的金属和合金,如铜、锡、铅、锌、铝以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。另外在工业上还采用铬、镍、锰、钼、钴、钒、钨、钛等,这些金属主要用作合金附加物,以改善金属的性能,其中钨、钛、钼等多用以生产刀具用的硬质合金。以上这些有色金属都称为工业用金属,此外还有贵重金属:铂、金、银等和稀有金属,包括放射性的铀、镭等。

 

 

 

二、钢的分类
 
 

     钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性,含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外,还有硅、锰、硫、磷等。钢的分类方法多种多样,其主要方法有如下八种:

 

 

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) 高级优质钢(P<0.035%,S≤0.030%)


2.、按化学成份分类
    1) 碳素钢: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、按成形方法分类:(1) 锻钢;(2) 铸钢;(3) 热轧钢;(4) 冷拉钢。


4、按金相组织(是研究钢的内部组织结构的科学)分类
    1) 退火状态的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+渗体)。
    2) 正火状态的:a.珠光体钢;b.贝氏体钢;c.马氏体钢;d.奥氏体钢。
    3) 无相变或部分发生相变的


5、按用途分类
    1) 建筑及工程用钢:a.普通碳素结构钢;b.低合金结构钢;c.钢筋钢。
    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、表面淬火用钢;(c)易切结构钢;(d)冷塑性成形用钢:包括冷冲压用钢、冷镦用钢。   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、热强钢、气阀钢;c.电热合金钢;d.耐磨钢;e.低温用钢;f.电工用钢
    5) 专业用钢——如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。


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)易切钢;(e)轴承钢;(f)特定用途优质结构钢。
     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)电热合金钢;(d)电工用钢;(e)高锰耐磨钢。

 

7、按冶炼方法分类
     1) 按炉种分

a.平炉钢(用空气作为氧化剂):(a)酸性平炉钢;(b)碱性平炉钢。
       b.转炉钢(用氧气作为氧化剂):(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(炼优质钢):(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) 按脱氧程度和浇注制度分a.沸腾钢(脱氧程度不完全);b.半镇静钢(脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间);c.镇静钢(脱氧程度较为完全);d.特殊镇静钢(脱氧程度最完全,钢的质量高)。

 

8、按外形分类:分为:a.型材、b.板材、c.管材、d.金属制品四大类。

a. 型材:

重轨:每米重量大于30千克的钢轨(包括起重机轨);

轻轨:每米重量小于或等于30千克的钢轨。

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

线材:直径5-10毫米的圆钢和盘条。

冷弯型钢:将钢材或钢带冷弯成型制成的型钢。

优质型材:优质钢圆钢、方钢、扁钢、六角钢等。

b.板材;

薄钢板:厚度等于和小于4毫米的钢板。

中、厚钢板:厚度大于4毫米的钢板。中板:厚度大于4mm小于20mm);厚板:厚度大于20mm小于60mm;特厚板:厚度大于60mm。

钢带:也叫带钢,实际上是长而窄并成卷供应的薄钢板。

电工硅钢薄板:也叫硅钢片或矽钢片。

c.管材:

无缝钢管:用热压、冷轧(冷拔或挤压)等方法生产的管壁无接缝的钢管。

焊接钢管:将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、钢丝绳、钢绞线等。

 

 

 

 

什么是特殊钢?
 
 

     对特殊钢尚无统一的定义和概念,一般认为特殊钢是指具有特殊的化学成分、采用特殊的工艺生产、具备特殊的组织和性能、能够满足特殊需要的钢类。与普通钢相比,特殊钢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。

 

 

     我国与日本、欧盟对特殊钢的定义比较接近,将特殊钢分成优质碳素钢、合金钢、高合金钢(合金元素大于10%)三大类,其中合金钢和高合金钢占特殊钢产量的70%。主要钢种有特殊碳素结构钢、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。目前世界上有近2000个特殊钢牌号、约50000个品种规格。特殊钢除了种类繁多之外,在规格上也表现出与普通钢不同的特点。除了板、管、丝、带、棒和异型材之外,还有复合材、表面合金化材、表面处理材、精锻材、精密铸件、粉末冶金制品等。

 

 

 

三、我国钢号表示方法
 
 

     钢的牌号简称钢号,是对每一种具体钢产品所取的名称,是人们了解钢的一种共同语言。我国的钢号表示方法,根据国家标准 《钢铁产品牌号表示方法》(GB221-79)中规定,采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。即:

 

 

    1)钢号中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、冶炼和浇注方法等,一般采用汉语拼音的缩写字母表示。

    3)钢中主要化学元素含量(%)采用阿拉伯数字表示。

 

我国钢号表示方法的分类说明 
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。它的钢号冠以“Q”,代表钢材的屈服点,后面的数字表示屈服点数值,单位是MPa例如Q235表示屈服点(σs)为235 MPa的碳素结构钢。


    2)必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为A、B、C、D。脱氧方法符号:F表示沸腾钢;b表示半镇静钢:Z表示镇静钢;TZ表示特殊镇静钢,镇静钢可不标符号,即Z和TZ都可不标。例如Q235-AF表示A级沸腾钢。


    3)专门用途的碳素钢,例如桥梁钢、船用钢等,基本上采用碳素结构钢的表示方法,但在钢号最后附加表示用途的字母。


2、优质碳素结构钢

    1)钢号开头的两位数字表示钢的碳含量,以平均碳含量的万分之几表示,例如平均碳含量为0.45%的钢,钢号为“45”,它不是顺序号,所以不能读成45号钢。


     2)锰含量较高的优质碳素结构钢,应将锰元素标出,例如50Mn

 

     3)沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出,例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢,其钢号为10b。


3、碳素工具钢 
     1)钢号冠以“T”,以免与其他钢类相混。
     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)锰含量较高者,在钢号最后标出“Mn”,例如“T8Mn”。 
     4)高级优质碳素工具钢的磷、硫含量,比一般优质碳素工具钢低,在钢号最后加注字母“A”,以示区别,例如“T8MnA”。

 

4、易切削钢

1)钢号冠以“Y”,以区别于优质碳素结构钢。

2)字母“Y”后的数字表示碳含量,以平均碳含量的万分之几表示,例如

平均碳含量为0.3%的易切削钢,其钢号为“Y30”。

3)锰含量较高者,亦在钢号后标出“Mn”,例如“Y40Mn”。

5、合金结构钢

1)钢号开头的两位数字表示钢的碳含量,以平均碳含量的万分之几表示,

如40Cr。 
2)钢中主要合金元素,除个别微合金元素外,一般以百分之几表示。当平均合金含量<1.5%时,钢号中一般只标出元素符号,而不标明含量,但在特殊情况下易致混淆者,在元素符号后亦可标以数字“1”,例如钢号“12CrMoV”和“12Cr1MoV”,前者铬含量为0.4-0.6%,后者为0.9-1.2%,其余成分全部相同。当合金元素平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……时,在元素符号后面应标明含量,可相应表示为2、3、4……等。例如18Cr2Ni4WA。

 

     3)钢中的钒V、钛Ti、铝AL、硼B、稀土RE等合金元素,均属微合金元素,虽然含量很低,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最后加“A”,以区别于一般优质钢。


     5)专门用途的合金结构钢,钢号冠以(或后缀)代表该钢种用途的符号。例如铆螺专用的30CrMnSi钢,钢号表示为ML30CrMnSi。

 

6、低合金高强度钢 
   1)钢号的表示方法,基本上和合金结构钢相同。 
   2)对专业用低合金高强度钢,应在钢号最后标明。例如16Mn钢,用于桥梁的专用钢种为“16Mnq”,汽车大梁的专用钢种为“16MnL”,压力容器的专用钢种为“16MnR”。


7、弹簧钢 
    弹簧钢按化学成分可分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢两类,其钢号表示方法,前者基本上与优质碳素结构钢相同,后者基本上与合金结钢相同。


8、滚动轴承钢 
   1)钢号冠以字母“G”,表示滚动轴承钢类。 
   2)高碳铬轴承钢钢号的碳含量不标出,铬含量以千分之几表示例如GCr15。渗碳轴承钢的钢号表示方法,基本上和合金结构钢相同。


9、合金工具钢和高速工具钢 
   1)合金工具钢钢号的平均碳含量≥1.0%时,不标出碳含量;当平均碳含量<1.0%时,以千分之几表示。例如Cr12、CrWMn、9SiCr、3Cr2W8V。 
   2)钢中合金元素含量的表示方法,基本上与合金结构钢相同。但对铬含量较低的合金工具钢钢号,其铬含量以千分之几表示,并在表示含量的数字前加“0”,以便把它和一般元素含量按百分之几表示的方法区别开来。例如Cr06。 
   3)高速工具钢的钢号一般不标出碳含量,只标出各种合金元素平均含量的百分之几。例如钨系高速钢的钢号表示为“W18Cr4V”。钢号冠以字母“C”者,表示其碳含量高于未冠“C”的通用钢号。


10、不锈钢和耐热钢 
   1)钢号中碳含量以千分之几表示。例如“2Cr13”钢的平均碳含量为0.2%;若钢中含碳量≤0.03%或≤0.08%者,钢号前分别冠以“00”及“0”表示之,例如00Cr17Ni14Mo2、0Cr18 Ni9等。 
   2)对钢中主要合金元素以百分之几表示,而钛、铌、锆、氮……等则按上述合金结构钢对微合金元素的表示方法标出。


11、焊条钢 
   它的钢号前冠以字母“H”,以区别于其他钢类。例如不锈钢焊丝为“H2Cr13”,可以区别于不锈钢“2Cr13”。 


12、电工用硅钢 
   1)钢号由字母和数字组成。钢号头部字母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)字母之后的数字表示铁损值(W/kg)的100倍。 
   3)钢号尾部加字母“G”者,表示在高频率下检验的;未加“G”者,表示在频率为50周波下检验的。 例如钢号DW470表示电工用冷轧无取向硅钢产品在50赫频率时的最大单位重量铁损值为4.7W/kg。

 

13、电工用纯铁 
   1)它的牌号由字母“DT”和数字组成,“DT”表示电工用纯铁,数字表示不同牌号的顺序号,例如DT3。 
   2)在数字后面所加的字母表示电磁性能:A——高级、E——特级、C——超级,例如DT8A。

四、理论重量计算方法
 
 

角钢:每米重量=0.00785*(边宽+边宽-边厚)*边厚 

 

圆钢:每米重量=0.00617*直径*直径(螺纹钢和圆钢相同)
扁钢:每米重量=0.00785*厚度*边宽 
管材:每米重量=0.02466*壁厚*(外径-壁厚)
板材:每平方米重量=7.85*厚度 
黄铜管:每米重量=0.02670*壁厚*(外径-壁厚)
紫铜管:每米重量=0.02796*壁厚*(外径-壁厚)
铝花纹板:每平方米重量=2.96*厚度 
有色金属比重:紫铜板8.9;黄铜板8.5;锌板7.2;铅板11.37
有色金属板材的计算公式为:每平方米重量=比重*厚度

 

 

 

五、标志、检验
 
 

(一) 标志

 

标志是区别材料的材质、规格的标志,主要说明供方名称、牌号、检验批号、规格、尺寸、级别、净重等。标志有; 
      1、涂色: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、有色原料等。 
      2、打印:在金属材料规定的部位(端面、端部)打钢印或喷漆的方法,说明材料的牌号、规格、标准号等。主要用于中厚板、型材、有色材等。 
      3、挂牌:成捆、成箱、成轴等金属材料在外面挂牌说明其牌号、尺寸、重量、标准号、供方等。 
       金属材料的标志检验时要认真辨认,在运输、保管等过程中要妥善保护。
 

(二) 规格尺寸的检验 
       规格尺寸指金属材料主要部位(长、宽、厚、直径等)的公称尺寸。 
       1、公称尺寸(名义尺寸):是人们在生产中想得到的理想尺寸,但它与实际尺寸有一定差距。 
       2、尺寸偏差:实际尺寸与公称尺寸之差值叫尺寸偏差。大于公称尺寸叫正偏差,小于公称尺寸叫负偏差。在标准规定范围之内叫允许偏差,超过范围叫尺寸超差,超差属于不合格品。 
       3、精度等级:金属材料的尺寸允许偏差规定了几种范围,并按尺寸允许偏差大 小不同划为若干等级叫精度等级,精度等级分普通、较高、高级等。 
       4、交货长度(宽度):是金属材料交货主要尺寸,指金属材料交货时应具有的长(宽)度规格。 
       5、通常长度(不定尺长度):对长度不作一定的规定,但必须在一个规定的长度范围内(按品种不同,长度不一样,根据部、厂定)。 
       6、短尺(窄尺):长度小于规定的通常长度尺寸的下限,但不小于规定的最小允许长度。对一些金属材料,按规定可交一部分 " 短尺 " 。 
       7、定尺长度:所交金属材料长度必须具有需方在订货合同中指定的长度(一般正偏差)。 
       8、倍尺长度:所交金属材料长度必须为需方在订货合同中指定长度的整数倍(加锯口、正偏差)。 
     规格尺寸的检验要注意测量材料部位和选用适当的测量工具。 

 

(三) 数量的检验 
       金属材料的数量,一般是指重量(除个别例垫板、鱼尾板以件数计),数量检验方法有: 
       1、按实际重量计量:按实际重量计量的金属材料一般应全部过磅检验。对有牢固包装(如箱、合、桶等),在包装上均注明毛重、净重和皮重。如薄钢板、硅钢片、铁合金可进行抽检数量不少于一批的 5% ,如抽检重量与标记重量出入很大,则须全部开箱称重。 
       2、按理论换算计量:以材料的公称尺寸(实际尺寸)和比重计算得到的重量,对那些定尺的型板等材都可按理论换算,但在换算时要注意换算公式和材料的实际比重。 

(四) 表面质量检验 
        表面质量检验主要是对材料、外观、形状、表面缺陷的检验,主要有: 
       1、椭圆度:圆形截面的金属材料,在同一截面上各方向直径不等的现象。椭圆度用同一截面上最大与最小的直径差表示,对不同用途材料标准不同。 
     2、弯曲、弯曲度:弯曲就是轧制材料。在长度或宽度方向不平直、呈曲线形状的总称。如果把它们的不平程度用数字表示出来,就叫弯曲度。 
        3、扭转:条形轧制材料沿纵轴扭成螺旋状。

4、镰刀弯(侧面弯):指金属板,带及接近矩形截面的形材沿长度(窄面一侧)的弯曲,一面呈凹入曲线,另一面对面呈凸出曲线,称为 " 镰刀弯 " 。以凹入高度表示。 
        5、瓢曲度:指在板或带的长度及宽度方向同时出现高低起伏的波浪现象,形成瓢曲形,叫瓢曲度。表示瓢曲程度的数值叫瓢曲度。 
        6、表面裂纹:指金属物体表层的裂纹。 
        7、耳子:由于轧辊配合不当等原因,出现的沿轧制方向延伸的突起,叫作耳子。 
        8、括伤:指材料表面呈直线或弧形沟痕通常可以看到沟底。 
        9、结疤:指不均匀分布在金属材料表面呈舌状,指甲状或鱼鳞状的薄片。
       10、粘结:金属板、箔、带在迭轧退火时产生的层与层间点、线、面的相互粘连,经掀开后表面留有粘结痕迹,叫粘结。 
       11、氧化铁皮:氧化铁皮是指材料在加热、轧制和冷却过程中,在表面生成的金属氧化物。 
       12、折叠:是金属在热轧过程中(或锻造)形成的一种表面缺陷,表面互相折合的双金属层,呈直线或曲线状重合。 
       13、麻点:指金属材料表面凹凸不平的粗糙面。 
       14、皮下气泡:金属材料的表面呈现无规律分布大小不等、形状不同、周围圆滑的小凸起、破裂的凸泡呈鸡爪形裂口或舌状结疤,叫作气泡。 
       表面缺陷产生的原因主要上由于生产、运输、装卸、保管等操作不当。根据对使用的影响不同,有的缺陷是根本不允许超过限度。有些缺陷虽然不存在,但不允许超过限度;各种表面缺陷是否允许存在,或者允许存在程度,在有关标准中均有明确规定。 

(五) 内部质量检验的保证条件 

        金属材料内部质量的检验依据是根据材质适应不同的要求,保证条件亦不同,在出厂和验收时必须按保证条件进行检验,并符合要求,保证条件分
        1 、基本保证条件:对材料质量最低要求,无论是否提出,都得保证,如化学成份,基本机械性能等。 
        2、附加保证条件:指根据需方在订货合同中注明要求,才进行检验,并保证检验结果符合规定的项目。 
        3、协议保证条件:供需双方协商并在订货合同中加以保证的项目。 
        4、参改条件:双方协商进行检验项目,但仅作参考条件,不作考核。 
     金属材料内部质量检验主要有机械性能、物理性能、化学性能、工艺性能、化学成分和内部组织检验,这些检验一般要在专业的检验机构进行。