1、碳素钢的定义及钢中五元素

    含碳2%以下的铁碳合金称为钢。

    碳素钢中的五元素是指化学成份中的主要组成物，即C、Si、Mn、S、P（碳、硅、锰、硫、磷）。其次是在炼钢过程中不可避免地会混入气体，含O、H、N（氧、氢、氮）。此外，用铝—硅脱氧镇静工艺中，必然在钢水中含有Al，当Als（酸溶铝）≥0。020%时，还有细化晶粒的作用。

    2、钢铁是怎样炼成的？

    炼钢的主要任务是按所炼钢种的质量要求，调整钢中碳和合金元素含量到规定范围之内，并使P、S、H、O、N等杂质的含量降至允许限量之下。

    炼钢过程实质上是一个氧化过程，炉料中过剩的碳被氧化，燃烧成CO气体逸出，其它Si、P、Mn等氧化后进入炉渣中。S部份进入炼渣中，部份则生成SO2排出。当钢水成份和温度达到工艺要求后，即可出钢。为了除去钢中过剩的氧及调整化学成份，可以添加脱氧剂和铁合金或合金元素。

    3、转炉炼钢简介

    从鱼雷车运来的铁水经过脱硫、挡渣等处理后即可倒入转炉中作为主要炉料，另加10%以下的废钢。然后，向转炉内吹氧燃烧，铁水中的过量碳被氧化并放出大量热量，当探头测得达到预定的低碳含量时，即停止吹氧并出钢。一般在钢包中需进行脱氧及调整成份操作；然后在钢液表面抛上碳化稻壳防止钢水被氧化，即可送往连铸或模铸工区。

    对要求高的钢种可增加底吹氩、RH真空处理、喷粉处理（喷SI—CA粉及变性石灰）可以有效降低钢中的气体与夹杂，并有进一步降碳及降硫的作用。在这些炉外精炼措施后还可以最终微调成份，满足优质钢材的需求。

    4、初轧

    模铸钢锭采取热装、热送新工艺，进入均热炉加热，然后通过初轧机及钢坯连轧机轧成板坯、管坯、小方坯等初轧产品，经过切头、切尾、表面清理，（火焰清理、打磨）高品质产品则还需对初轧坯进行扒皮和探伤，检验合格后入库。

    目前初轧厂的产品有初轧板坯、轧制方坯、氧气瓶用钢坯、齿轮用圆管坯、铁路车辆用车轴坯及塑模用钢等。

    初轧板坯主要供应热轧厂作为原料；轧制方坯除部份外供，主要送往高速线材轧机作原料。
由于连铸板坯的先进性，初轧板坯的需求量大为削减，因此转向上述其它产品了。

    5、热连轧

    用连铸板坯或初轧板坯作原料，经步进式加热炉加热，高压水除鳞后进入粗轧机，粗轧料经切头、尾、再进入精轧机，实施计算机控制轧制，终轧后即经过层流冷却（计算机控制冷却速率）和卷取机卷取、成为直发卷。直发卷的头、尾往往呈舌状及鱼尾状，厚度、宽度精度较差，边部常存在浪形、折边、塔形等缺陷。其卷重较重、钢卷内径为760mm。(一般制管行业喜欢使用。)

    将直发卷经切头、切尾、切边及多道次的矫直、平整等精整线处理后，再切板或重卷，即成为：热轧钢板、平整热轧钢卷、纵切带等产品。

    热轧精整卷若经酸洗去除氧化皮并涂油后即成热轧酸洗板卷。该产品有局部替代冷轧板的趋向，价格适中，深受广大用户喜爱。宝钢新投资的一条热轧酸洗线正在紧张建设中。

    6、冷连轧

    用热轧钢卷为原料，经酸洗去除氧化皮后进行冷连轧，其成品为轧硬卷，由于连续冷变形引起的冷作硬化使轧硬卷的强度、硬度上升、韧塑指标下降，因此冲压性能将恶化，只能用于简单变形的零件。轧硬卷可作为热镀锌厂的原料，因为热镀锌机组均设置有退火线。轧硬卷重一般在6~13.5吨，钢卷内径为610mm。

    一般冷连轧板、卷均应经过连续退火（CAPL机组）或罩式炉退火消除冷作硬化及轧制应力，达到相应标准规定的力学性能指标。

    冷轧钢板的表面质量、外观、尺寸精度均优于热轧板，且其产品厚度右轧薄至0.18mm左右，因此深受广大用户青睐。

    以冷轧钢卷为基板进行产品的深加工，成为高附加值产品。如电镀锌、热镀锌、耐指纹电镀锌、彩涂钢板卷及减振复合钢板、PVC复膜钢板等，使这些产品具有美观、高抗腐蚀等优良品质，得到了广泛应用。

    冷轧钢卷经退火后必须进行精整，包括切头、尾、切边、矫平、平整、重卷、或纵剪切板等。冷轧产品广泛应用于汽车制造、家电产品、仪表开关、建筑、办公家具等行业。钢板捆包后的每包重量为3~5吨。平整分卷重一般为3~10吨/卷。钢卷内径610mm。

    7、钢的力学性能

    7．1 拉力试验

    按标准制备的拉力试样，安装在拉力试验机的夹头内，对试样缓慢施加单轴向拉伸应力，直至试样被拉断为止的试验称作拉力试验。

    7．1．1 强度

    金属材料在外力作用下，抵抗变形和断裂的能力叫强度。强度指标包括：比例极限、弹性极限、屈服强度、抗拉强度等。

    7．1．2 比例极限

    对金属施加拉力，金属存在着力与变形成直线比例的阶段，而这个阶段的最大极限负荷Pp除以试样的原横截面积即为比例极限，用σP表示。

    7．1．3 弹性极限

    金属受外力作用发生了变形，外力去掉后，能完全恢复原来的形状，这种变形称为弹性变形。金属能保持弹性变形的最大应力称为弹性极限，用σe表示。

    7．1．4 抗拉强度

    试样拉伸时，在拉断前所承受的最大负荷除以原横截面积所得的应力，称作抗拉强度，用σb表示。当材料所受的外应力大于其抗拉强度时，将会发生断裂。因此σb越高，则表示它能承受愈大的外应力而不致于断裂。

    国外标准的结构钢常按抗拉强度来分类，如SS400，其中400即表示σb的最小值为400MPa超高强度钢是指σb≥1373Mpa的钢。

    7．1．5 屈强比

    屈强比即屈服强度与抗拉强度之比值（σS/σb）。屈服比值越高，则该材料的强度愈高，屈强比值愈低则塑性愈佳，冲压成形性愈好。如深冲钢板的屈强比值为≤0.65。

    弹簧钢一般均在弹性极限范围内服役，受载荷时不允许产生塑性变形，因此要求弹簧钢经淬火、回火后具有尽可能高的弹性极限和屈强比值（σS/σb≥0.90）此外疲劳寿命与抗拉强度及表面质量往往有很大关连。

    7．1．6 塑性

    金属材料在受力破坏前可以经受永久变形的性能称为塑性。塑性指标通常伸长率和断面收缩率表示。伸长率与断面收缩率越高，则塑性越好。

    8、冲击韧性

    用一定尺寸和形状的金属试样，在规定类型的冲击试验上受冲击负荷折断时，试样刻槽处单位横截面上所消耗的冲击功，称为冲击韧性以αk表示。

    目前常用的10×10×55mm，带2mm深的V形缺口夏氏冲击试样，标准上直接采用冲击功（J焦耳值）AK，而不是采用αK值。因为单位面积上的冲击功并无实际意义。

    冲击功对于检查金属材料在不同温度下的脆性转化最为敏感，而实际服役条件下的灾难性破断事故，往往与材料的冲击功及服役温度有关。因此在有关标准中常常规定某一温度时的冲击功值为多少、还规定FATT（断口面积转化温度）要低于某一温度的技术条件。所谓FATT，即一组在不同温度下的冲击试样冲断后，对冲击断口进行评定，当脆性断裂占总面积的50%时所对应的温度。

    由于钢板厚度的影响，对厚度≤10mm的钢板，可取得3/4小尺寸冲击试样（7.5×10×55mm）或1/2小尺寸冲击试样（5×10×55mm）。但是一定要注意，同规格及同一温度下的冲击功值才可相互比较。只有在标准规定的条件下，才可按标准的换算方法，折算成标准冲击试样的冲击功，再相互比较。

    9、硬度试验

    金属材料抵抗压头（淬硬的钢球或具有1200圆锥或角锥的金刚石压头）压陷表面的能力称为硬度。根据试验方法和适用范围的不同，硬度可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度以及显微硬度、高温硬度等。

    冶金产品常用的是布氏硬度和洛氏硬度。

    10、宝钢企业标准（Q/BQB）

    宝钢企标中的钢号大致可分为三个来源即从日本JIS标准、德国DIN标准移植及自行开发研制的钢号。从日本JIS标准中移植来的钢号，一般首位常为S（Steel）；从DIN标准移植来的钢号，一般常以ST开头（Stahl德文中的“钢”）；宝钢自行开发研制的钢号，一般首位常以宝钢的拼音首位B开头。

    11、结构用热连轧、冷连轧钢板及钢带

    结构钢一般按强度分类，在钢号中的数字往往代表抗拉强度的最低值。由于该类钢常用于制作结构件，因此称作为结构钢。结构钢的强化机制倾向于降碳增锰固溶强化铁素体、细化珠光体和添加微合金的析出强化、沉淀强化和细晶强化，以确保在提高强度的同时仍保持较好的韧、塑指标并兼具良好的焊接性能。

    1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。

    2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。

    3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。

    4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。

    5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

    6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。

    7、镍（Ni）：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。

    8、钼（Mo）：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力（长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变）。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。

    9、钛（Ti）：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。

    10、钒（V）：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

    11、钨（W）：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。

    12、铌（Nb）：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。

    13、钴（Co）：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。

    14、铜（Cu）：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。

    15、铝（Al）：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

    16、硼（B）：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。

    17、氮（N）：氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。

    18、稀土（Xt）：稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨性。

    金属材料的性能可分为使用性能和工艺性能（又称为加工性能）。

    使用性能包括：1、物理性能（比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）；2、化学性能（耐腐蚀性、耐氧化性等）；3、机械或力学性能（强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等）。

    工艺性能（加工性能）：1、铸造性能；2、锻造性能；3、焊接性能；4、切削加工性能；5、弯曲；6、热处理性能等。

    1、比重：比重是一种物体的重量与同体积的水的重量的比值，常用符号γ表示，以克/厘米³为单位。

    2、熔点：金属和合金从固体状态向液体状态转变时的熔化温度叫做熔点。

    3、导电性：金属传导电流的性能叫做导电性。衡量金属导电性能的指标是导电率γ（又叫导电系数）和电阻率ρ（又叫电阻系数），导电率与电阻率互成反比，导电率越大，则电阻越小。

    4、导热性：金属传导热量的性能叫导热性。它反映了金属在加热和冷却时的导热能力，在金属中银和铜的导热性最好。

    5、热膨胀性：金属温度升高时，产生体积胀大的现象，称为热膨胀性。用热膨胀系数a表示，它的单位是：毫米/毫米?℃或1/℃，即金属温度每升高1℃其单位长度所伸长的长度（毫米）。

    6、磁性：金属被磁场磁化或吸引的性能叫磁性，用导磁率（μ）表示。

    根据金属材料在磁场中受磁化的程度，可把它们分成：

   （1）铁磁性材料；导磁率特别大的金属材料它在外加磁场中能强烈地被磁化。如铁、钴、镍、钆等。铁磁材料加热到某一温度就会失去磁性。

   （2）顺磁性材料：导磁率大于1的金属材料称为顺磁性材料，它在外加磁场中只是微弱地被磁化。如：锰、铬、钼、钒、镁、钙、铝、锇、锂、铱等。

   （3）抗磁性材料：导磁率小于1的材料称抗磁材料，它能抗拒或削弱外加磁场对材料本身的磁化作用。如：铜、金、银、铅、锌、铋、汞、钛、铍等。

    7、比热：单位质量的金属温度升高或降低1/℃时，所吸收的热量，叫金属的比热。用符号C表示。

    8、腐蚀性：金属材料和周围环境发生化学反映和受到物理作用而引起的破坏，叫做腐蚀。锈蚀是金属材料的主要腐蚀形态，腐蚀会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加传动间磨损，缩短设备使用寿命等。

    9、耐腐蚀性：金属材料在腐蚀环境（如大气、水蒸汽、有害气体、酸、碱、盐等）中抗腐蚀的能力，叫做耐腐蚀性。

    金属的耐腐蚀性与其化学成份、加工性质、热处理条件、组织状态和腐蚀环境及温度条件等许多因素有关。

    10、耐氧化性：金属材料在高温条件下抗空气、水蒸汽、炉气等氧化的能力，叫耐氧化性。

    11、刚度和弹性：金属材料在外力作用下发生变形，当去掉引起变形的外力后能恢复原来的形状、尺寸的能力，叫做弹性。

    金属材料抵抗弹性变形的能力，叫做刚度。

    通常用弹性模数、弹性极限等指标衡量金属材料的刚度和弹性性能。当材料受外力作用发生弹性变形，而外力和变形成比例增长时的比例系数，叫做弹性模数。而材料能承受的、不产生永久变形的最大应力叫做弹性极限，它表示金属材料的最大弹性。

    12、强度：金属材料在外力作用下，对塑性变形和断裂的抵抗能力，叫做强度。它常用屈服点和抗拉强度来表示。

    屈服点是材料在外力作用下开始发生塑性变形时的应力值，用σs表示。

    13、抗拉强度：抗拉强度是金属材料受外力拉伸过程中发生断裂前的最大应力值用σb表示。

    14、塑性：金属材料在外力作用下产生永久变形而不断裂的能力叫做塑性、塑性变形或范性变形。常用的塑性指标是延伸率（δ）和断面收缩率（ψ）单位为%，延伸率是金属材料受拉伸断裂后，其总的延长长度与原始长度的比值。断面收缩率是金属材料受拉伸断裂后，断口缩小面积与原截面积的比值。

    15、硬度：金属材料抵抗其它更硬物体的压力，其表面或者说材料对局部塑性变形的抗力，叫做硬度。常用的硬度分别为布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）和维氏硬度（HV）等。

    16、韧性：金属材料抵抗冲力作用的能力叫做韧性。

    17、疲劳强度：金属在无数次交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力，称为疲劳强度。

    18、铸造性：金属浇注成铸件时反映出来的难易程度，叫做铸造性或可铸性。金属铸造性能包括：流动性、收缩性、偏析性等。

    19、可锻性：金属材料承受热压力加工时的成形能力，即在压力加工时，金属材料改变形状的易难程度和不产生裂纹的性能，叫做可锻性。金属材料的可锻性与温度的关系很大。

    20、可焊性：可焊性又叫焊接性，是把两块金属局部加热并使其接缝部分迅速呈熔化或半熔化状态，从而使之牢固地联接起来，而不发生裂纹的性能。

    21、切削加工性：切削加工性又叫机械加工性或可切削性，是指被工具切削加工成符合要求工件的难易程度。

    切削加工性能与金属材料的化学成份、硬度、韧性、导热性、金相组织、加工硬化程度、切削刀具的几何形状、耐磨程度、切削速度等因素都有关系。

    22、顶锻性：顶锻性能是金属材料承受一定程度的锤击而不破裂的能力。

    23、深冲性：深冲性又叫冲压性。它包括：延性、展性和冷冲压性。

   （1）延性：在外力作用下可以被拉伸的性能。

   （2）展性：可以被锤击或辗压成薄箔的性能。

   （3）冷冲压性：材料在冷状态下受冲压成型时，所表现出来的变形能力。

    24、弯曲性：金属材料受弯曲变形作用而不破裂的能力，叫弯曲性。

    25、耐磨性：金属材料在磨擦作用下，抵抗磨损和破坏的能力，叫耐磨性。

    金属材料的耐磨性与其化学成份、金相组织、表面情况及润滑剂等因素有关。