金属材料分类方法及牌号对比(第一部分)

金属材料分类方法及牌号对比（第一部分）2007-10-11主要内容•第一部分金属材料的一些基本概念一、金属材料的性能二、金属材料一些基本概念三、杂质元素和合金元素在钢中的作用四、铸铁和碳钢在化学成分金相结构和性能上的差别•第二部分GB金属材料分类方法一、工业用钢简介二、钢材不同分类：三、（GB/T221-2000）《钢铁产品牌号表示方法》四、钢的质量分级•第三部分ASME材料分类方法一、一些组织机构简介二、ASME材料分类方法三、日本工业标准(JIS)简单介绍四、德国工业标准(DIN)简单介绍•第四部分一、GBASMEJISDINGOSTBS等世界上各种钢钢号对照表二、OPC常见金属材料排号对比第一部分金属材料的一些基本概念一、金属材料的性能：包括工艺性能和使用性能•1、金属材料的工艺性能是金属材料在用于制造的过程中，适合各种冷、热加工的性能，也就是制成成品的难易程度。铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能等•2、金属材料的使用性能是金属材料在使用条件下所表现出来的性能，它包括物理性能、化学性能和力学性能。(1)金属材料的物理性能是金属固有的属性，包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。(2)金属材料的化学性能是金属在化学介质作用下所表现出来的性能，包括耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。(3)金属材料的力学性能是指金属在力作用下所显示与弹性和非弹性反应相关或涉及应力-应变关系的性能。它包括强度、塑性、硬度、韧性及抗疲劳等。二、金属材料一些基本概念•金属材料的机械性能指标：1、强度极限бb：在拉伸应力—应变曲线上的最大应力点，单位为MPa。бb=Fb/So(MPa)式中Fb------试样承受的最大载荷（N）；So------试样原始横截面积（mm2）2、屈服极限бs:材料的拉伸应力超过弹性范围，开始产生塑性变形时的应力。有些材料没有明显的屈服点，工程上通常取试样产生0.2％残余变形时的应力作为条件屈服极限б0.2，单位为MPa。бs=Fs/So(MPa)式中Fs------试样屈服时的载荷（N）；So------试样原始横截面积（mm2）。б0.2=F0.2/So(MPa)式中F0.2-----残余伸长率达到0.2%时的载（N）；So-----试样原始横截面积（mm2）。3、持久强度бtD：试样在设计温度下、经10万小时后，断裂时的平均应力，单位为MPa。4、蠕变极限бtn：在给定温度下和规定的持续时间内，使试样产生一定蠕变量的应力值。工程上通常采用钢材在设计温度下，经过10万小时后、蠕变率为1％时的应力值，单位MPa。5、延伸率δ：表明试样在拉伸试验破坏时，产生了百分之几的塑性伸长量。它是衡量钢材塑性的一个指标。试样长度一般选择为其直径的5倍或10倍，因此，有δ5(短试样)和δ10（长试样）两种指标，单位为％。δ=(L1-L0)/L0×100%式中L1------试样拉断后的标距（mm）；L0------试样的原始标距（mm）。6、断面收缩率ψ：断面收缩率表明试样在拉伸试验发生破坏时,缩颈处产生的塑性变形率，单位为％。ψ=(S0-S1)/S0×100%式中S0------试样原始横截面积（mm2）；S1------试样拉断处的最小横截面积（mm2）。金属材料的δ和ψ数值越大，表示材料的塑性越好。7、许用应力和安全系数8、硬度：硬度是反映材料对局部塑性变形的抗力和材料耐磨性的指标。硬度的表示方法有布氏硬度HB、洛氏硬度RC和维氏硬度（HV）。金属硬度1、硬度概念：材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。2、硬度测试方法：通常用硬度试验机来测试材料的硬度，是现代试验硬度常用的方法。平时试验钢铁硬度的普通方法是用锉刀在工件边缘上锉擦，由其表面所呈现的擦痕深浅以判定其硬度的高低，这种方法称为锉试法，这种方法不太科学。3、硬度含义：硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标，它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力，也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。硬度不是一个简单的物理概念，而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。维氏硬度•维氏硬度：HV-适用于显微镜分析。维氏硬度(HV)以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值(HV)。•维氏硬度尚有小负荷维氏硬度，试验负荷1.961~49.03N，它适用于较薄工件、工具表面或镀层的硬度测定；显微维氏硬度，试验负荷1.961N，适用于金属箔、极薄表面层的硬度测定。洛氏硬度•洛氏硬度•在规定的外加载荷下，使用顶角为120度的金刚石圆锥压头或直径为1.59、3.18mm的钢球垂直压入试件表面，产生压痕，进行材料硬度测试。•洛氏硬度可分为HRA、HRB、HRC、HRD四种，它们的测量范围和应用范围也不同。一般生产中HRC用得最多，压痕较小，可测较薄的材料和硬度高的材料及成品件的硬度。布氏硬度•布氏硬度(HB)是以一定大小的试验载荷，将一定直径的淬硬钢球或硬质合金球压入被测金属表面，保持规定时间，然后卸荷，布式硬度值是载荷除以压痕球形表面积所得的商，即为布氏硬度值(HB)，单位为MPa。•在一定条件下，HB与HRC可以查表互换。其快速计算公式可大概记为：1HRC≈1/10HB。•金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。根据经验钢材的硬度与其抗拉强度有如下近似关系：轧制、正火的低碳钢бb=0.36HB；轧制、正火的中碳钢或低合金钢бb=0.35HB；硬度为250～400，经热处理的合金钢бb=0.33HB。材料的弹性变形和塑性变形1、弹性变形：构件或物体在外力作用下产生变形，外力除去后能完全恢复其原有的形状，不遗留外力作用过的任何痕迹，这种变形称为弹性变形。2、塑性变形：构件或物体在外力作用下产生变形，当外力除去后，构件或物体的形状不能复原，即遗留了外力作用下的残余变形，这种变形称为塑性变形。金属材料强度测量方法金属材料拉伸应力－应变曲线铸铁拉伸应力－应变曲线碳钢和铸铁压缩应力－应变曲线三、杂质元素和合金元素在钢中的作用非合金钢中的杂质元素是在冶炼过程中不是人为有意地加入或保留的元素。非合金钢中常见杂质元素有硅、锰、硫、磷等，对钢的性能有较大的影响。合金钢中的合金元素是为使金属具有某些特性，在基本金属中有意加入或保留的金属或非金属元素。钢中常用的合金元素有铬（Cr）、锰（Mn）、硅（Si）、镍（Ni）、钼（Mo）、钨（W）、钒（V）、钴（Co）、钛(Ti)、铝（Al）、铜（Cu）、硼（B）、氮（N）、稀土（RE）等。其中硫、磷在特定的条件下可认为是合金元素，如易切削钢中的硫。1、主要杂质元素在非合金钢中的作用•（1）锰非合金钢中锰的含量一般为0.25～0.8%。锰是炼钢用锰铁作脱氧剂的残存元素，锰有很好的脱氧能力；锰能溶于铁素体和渗碳体中，使其固溶强化，并能增加和细化珠光体，提高其强度和硬度；锰与硫可形成MnS，以消除硫的有害影响。•（2）硅硅在镇静钢中含量一般为0.1～0.4%，而在沸腾钢中含量一般小于等于0.07%。硅也是作为脱氧剂进入钢中的，硅比锰的脱氧能力还强；硅能溶于铁素体中使其固溶强化，提高其强度、硬度和弹性。•（3）硫硫是钢中的有害元素，由矿石与焦炭中带来的。硫与铁形成化合物FeS(熔点为1190℃左右)，而FeS与铁形成低熔点(985℃)的共晶体分布在晶界处。当钢在1000～1200℃进行锻压或轧制时，由于这种共晶体先熔化，而使钢沿晶界开裂，称为“热脆”。硫还降低钢的耐腐蚀性。•（4）磷磷是钢中的有害杂质，磷溶入铁素体中，使钢的塑性下降，钢的强度、硬度升高，造成钢的“冷脆性”。但可提高钢的抗蚀性，可改善钢的切削加工性能。•（5）碳碳含量升高，钢的强度和硬度升高，塑性和韧性下降，焊接性能下降，焊缝热影响区扩大。但C＞0.9％后钢的强度反而下降。2、合金元素在钢中的作用•合金元素对钢基本相的影响。•钢的基本相是铁素体和渗碳体。•（1）强化铁素体：大多数合金元素（如铬、钨、钒、氮、锰、硅、磷等）都能溶于铁素体中产生固溶强化，使铁素体的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。•（2）形成碳化物：钢中能形成碳化物的元素有铁、锰、铬、钼、钨、铌、锆、钛等（按与碳亲和力由弱到强排列），与碳的亲和力越强，形成的碳化物越稳定，硬度也就越高。四、铸铁和碳钢在化学成分、金相结构和性能上的差别•铸铁的含碳量一般在2.5～4.5％，并含有比钢多的Si,Mn,S,P。碳在铸铁中除少量溶于基体外，绝大部分是以石墨或碳化物的形式存在。铸铁比碳钢脆，不能锻轧，但铸造性能和切削加工性能好。•钢的含碳量C2.1％,含有少量的Si,Mn,S,P,合金钢还含有一定量的其他合金元素，如Ni,Cr,Mo,V等。各种成分以不同的金属相、金属化合物和机械混合物构成。钢的机械性能好，便于各种加工。通常，低碳钢含碳量0.25%,中碳钢含碳量为0.25～0.6%,高碳钢含碳量0.6%。金属的蠕变1、蠕变概念：金属材料长期在不变的温度和不变的应力作用下，发生缓慢的塑性变形的现象，称为蠕变。2、蠕变条件：对于一般金属，蠕变现象只有在高温条件下才明显表现出来。但是，某些金属，如铅、锡及它们的合金，在常温条件下，也能表现出蠕变现象。产生蠕变所需的应力，甚至可以小于材料的弹性极限。蠕变现象的产生，是由三个方面的因素构成：温度、应力和时间。3、蠕变与应力、温度等关系：碳钢在300-400℃时，在应力的作用下即能明显地出现蠕变现象。当温度在高于400℃时，即使应力不大，也要出现较大速率的蠕变。合金钢的温度超过400~450℃时，在一定的应力作用下，就会发生蠕变、温度愈高，蠕变现象愈明显。高温高压火电厂中产生蠕变的部件较多，如主蒸汽管道、锅炉联箱、汽水管通、高温紧固件、汽轮机汽缸等。4、蠕变对金属的影响：由于金属蠕变的累积，使金属部件发生过量的塑性变形而不能使用，或者蠕变进入到了加速发展阶段，发生蠕变破裂，均会使部件失效损坏，甚至发生严重事故。所以，对于长期运行的高温部件，要进行严格的蠕变监测。当然，一些部件在工作中出现一些塑性变形还是允许的，只要它们在整个工作期限内（例如10万小时），由于蠕变所累积的塑性变形量不超过允许值即可。例如，一般规定主蒸汽管道、高温蒸汽联箱经10万小时运行后，总变形量不超过1%；汽轮机汽缸10万小时后的总变形量不超过0。1%；锅炉的合金钢过热器管和再热管，当蠕变胀粗大于2。5%时，即行更换；锅炉的碳钢过热器管和再热器管，当蠕变胀粗大于3。5%时，即行更换第二部分GB金属材料分类方法一、工业用钢简介通常所指的钢铁材料是钢和铸铁的总称，指所有的铁碳合金，即碳素钢和合金钢。二、钢材分类（一）按化学成分分类1、按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。2、碳素钢按含碳量多少可分为低碳钢（C%≤0.25%）、中碳钢（C%=0.25%～0.60%）和高碳钢（C%0.6%）三类。3、合金钢按合金元素的含量又可分为低合金钢（合金元素总量5%）、中合金钢（合金元素总量为5～10%）和高合金钢（合金元素总量10%）三类。4、合金钢按合金元素的种类可分为锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢、铬钼钢、铬镍钼等。（二）按冶金质量分类1、按钢中所含有害杂质硫、磷的多少，可分为普通钢（S%≤0.055%，P%≤0.045%）、优质钢（S%、P%≤0.040%）和高级优质钢（S%≤0.030%，P%≤0.035%）三类。2、此外，按冶炼时脱氧程度不同，可将钢分为轻度脱氧之未凈钢（rimmedSteel）、充分脱氧之全静钢（KilledSteel）和中度脱氧之半静钢（Semi-KilledSteel）三类。（三）按用途分类1、按钢的用途可分为结构钢、工具钢、特殊钢三大类。2、结构钢又分为工程结构件用钢和机械构造零件用钢两部分。工程构件用钢包括建筑工程用钢、桥梁工程用钢、船舶工