钢材基础知识

一、钢的分类方法

钢的分类方法多种多样，其主要方法有八种：

1.按品质分类

(1) 普通钢（磷 P≤0.045%，硫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（碳C≤0.25%）；b.中碳钢（碳C≤0.25~0.60%）；c.高碳钢（碳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＞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+渗碳体）。

(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、渗氨钢、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：(a)酸性平炉钢；(b)碱性平炉钢。

b.转炉钢：(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：(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；b.半镇静钢；镇静钢；d.特殊镇静钢。

8.按照外形分类

（1）型材

（2）板材

（3）管材

（4）金属制品四大类。

二、常用钢材种类介绍

（一）型材

1、角钢

角钢有等边角钢和不等边角钢两种。等边角钢以“L肢宽×肢厚”表示，不等边角钢以“L长肢宽×短肢宽×肢厚”表示，单位为mm，如L63×5，L100×80×8。

计算公式：F=d(2b-d)+0.2146(rr-2qq)

d:边厚，b:边宽，r:内圆角半径，q:边端圆角半径

2、槽钢

槽钢是截面为凹槽形的长条钢材。其规格表示方法，如120*53*5，表示腰高为120毫米，腿宽为53毫米的槽钢，腰厚为5毫米的槽钢，或称12#槽钢。腰高相同的槽钢，如有几种不同的腿宽和腰厚也需在型号右边加a b c 予以区别，如25a# 25b# 25c#等。

3、工字钢

工字钢有普通工字钢和轻型工字钢两种。普通工字钢用“I截面高度的厘米数”表示，高度20mm以上的工字钢，同一高度有三种腹板厚度，分别记为a、b、c，a类腹板最薄、冀缘最窄，b类较厚较宽，c类最厚最宽，如I20a。同样高度的轻型工字钢的翼缘要比普通工字钢的冀缘宽而薄，腹板亦薄，轻型工字钢可用汉语拼音符号“Q”表示，如QI40等。

计算公式：F=hd+2t(b-d)+0.8584(rr-2qq)

h:高度，d:腰厚，b:腿宽，t:平均腿厚，r:内圆角半径， q:边端圆角半径

4、H型钢

H型钢分热轧和焊接二种。热轧H型钢有宽翼缘（H W）、中翼缘 (HM)、窄翼缘 (HN)和H型钢柱(HP)等四类。H型钢用“高度×宽度×腹板厚度×翼缘厚度”表示，单位为mm，如HW250×250×9×14、HM294×200×8×12。

焊接H型钢是由钢板用高频焊接组合而成，也用“高度×宽度×腹板厚度×翼缘厚度”表示，如H350×250×10×16。

计算公式：F=d(h-2t)+2bt+0.858rr

h:高度，d:腹板厚，b:翼缘板宽，t:翼缘板厚，r:内圆角半径， q:边端圆角半径

（二）板材

钢板的分类

按厚度分类：薄板 中板 厚板 特厚板

按生产方法分类：热轧钢板 冷轧钢板

按表面特征分类： 镀锌板 （热镀锌板、电镀锌板） 镀锡板 复合钢板 彩色涂层钢板

按用途分类：

桥梁钢板 锅炉钢板 造船钢板 装甲钢板 汽车钢板 屋面钢板 结构钢板 电工钢板（硅钢片） 弹簧钢板 其他

（三）钢管

钢管的分类：

钢管分无缝钢管和焊接钢管（有缝管）两大类。

按断面形状又可分为圆管和异形管，广泛应用的是圆形钢管，但也有一些方形、矩形、半圆形、六角形、等边三角形、八角形等异形钢管。

对于承受流体压力的钢管都要进行液压试验来检验其耐压能力和质量，在规定的压力下不发生泄漏、浸湿或膨胀为合格，有些钢管还要根据标准或需方要求进行卷边试验、扩口试验、压扁试验等。

1、无缝钢管

无缝钢管：无缝钢管是用钢锭或实心管坯经穿孔制成毛管，然后经热轧、冷轧或冷拨制成。无缝管的规格用外径*壁厚毫米数表示。无缝钢管分热轧和冷轧（拨）无缝钢管两类。

热轧无缝钢管分一般钢管，低、中压锅炉钢管，高压锅炉管、合金钢管、不锈钢管、石油裂化管、地质钢管和其它钢管等。

冷轧（拨）无缝钢管除分一般钢管、低中压锅炉钢管、高压锅炉管、合金钢管、不锈钢管、石油裂化管、其它钢管外，还包括碳素薄壁钢管、合金薄壁钢管、不锈薄壁钢管、异型钢管。

无缝管外径一般大于32mm，壁厚2.5-75mm，冷轧无缝钢管外径可以到6mm，壁厚可到0.25mm，薄壁管外径可到5mm，壁厚小于0.25mm，冷轧比热轧尺寸精度高。

结构用无缝钢管（GB/T8162-2008）是用于一般结构和机械结构的无缝钢管。

流体输送用无缝钢管（GB/T8163-2008）是用于输送水、油、气等流体的一般无缝钢管。

低中压锅炉用无缝钢管（GB3087-2008）是用于制造各种结构低中压锅炉过热蒸汽管、沸水管及机车锅炉用过热蒸汽管、大烟管、小烟管和拱砖管用的优质碳素结构钢热轧和冷拔（轧）无缝钢管。

高压锅炉用无缝钢管（GB5310-2008）是用于制造高压及其以上压力的水管锅炉受热面用的优质碳素钢、合金钢和不锈耐热钢无缝钢管。

化肥设备用高压无缝钢管（GB6479-2000）是适用于工作温度为-40~400℃、工作压力为10~30Ma的化工设备和管道的优质碳素结构钢和合金钢无缝钢管。

石油裂化用无缝钢管（GB9948-2013）是适用于石油精炼厂的炉管、热交换器和管道无缝钢管。

地质钻探用钢管（YB235-70）是供地质部门进行岩心钻探使用的钢管，按用途可分为钻杆、钻铤、岩心管、套管和沉淀管等。

金刚石岩芯钻探用无缝钢管（GB3423-82）是用于金刚石岩芯钻探的钻杆、岩心杆、套管的无缝钢管。

石油钻探管（YB528-65）是用于石油钻探两端内加厚或外加厚的无缝钢管。钢管分车丝和不车丝两种，车丝管用接头联结，不车丝管用对焊的方法与工具接头联结。

船舶用碳钢无缝钢管（GB5213-85）是制造船舶I级耐压管系、Ⅱ级耐压管系、锅炉及过热器用的碳素钢无缝钢管。碳素钢无缝钢管管壁工作温度不超过450℃，合金钢无缝钢管管壁工作温度超过450℃。

汽车半轴套管用无缝钢管（GB3088-82）是制造汽车半轴套管及驱动桥桥壳轴管用的优质碳素结构钢和合金结构钢热轧无缝钢管。

柴油机用高压油管（GB3093-2002）是制造柴油机喷射系统高压管用的冷拔无缝钢管。

液压和气动缸筒用精密内径无缝钢管（GB8713-88）是制造液压和气动缸筒用的具有精密内径尺寸的冷拔或冷轧精密无缝钢管。

冷拔或冷轧精密无缝钢管（GB3639-2000）是用于机械结构、液压设备的尺寸精度高和表面光洁度好的冷拔或冷轧精密无缝钢管。选用精密无缝钢管制造机械结构或液压设备等，可以大大节约机械加工工时，提高材料利用率，同时有利于提高产品质量。

结构用不锈钢无缝钢管（GB/T14975-2012）是广泛用于化工、石油、轻纺、医疗、食品、机械等工业的耐腐蚀管道和结构件及零件的不锈钢制成的热轧（挤、扩）和冷拔（轧）无缝钢管。

流体输送用不锈钢无缝钢管（GB/T14976-2012）是用于输送流体的不锈钢制成的热轧（挤、扩）和冷拔（轧）无缝钢管。

异型无缝钢管是除了圆管以外的其他截面形状的无缝钢管的总称。按钢管截面形状尺寸的不同又可分为等壁厚异型无缝钢管（代号为D）、不等壁厚异型无缝钢管（代号为BD）、变直径异型无缝钢管（代号为BJ）。异型无缝钢管广泛用于各种结构件、工具和机械零部件。和圆管相比，异型管一般都有较大的惯性矩和截面模数，有较大的抗弯抗扭能力，可以大大减轻结构重量，节约钢材无缝钢管价格

牌号与化学成分

GB9948-2013

钢管外径和壁厚的允许偏差

GB9948-2013

钢管最小壁厚的允许偏差

GB9948-2013

牌号与化学成分

GB/T8163-2008

钢管外径（D）的允许偏差（mm）

GB/T8163-2008

GB/T8163-2008

2、焊管

焊接钢管是指用钢带或钢板弯曲变形为圆形、方形等形状后再焊接成的、表面有接缝的钢管。焊接钢管生产工艺简单，生产效率高，品种规格多，设备资少，但一般强度低于无缝钢管。20世纪30年代以来，随着优质带钢连轧生产的迅速发展以及焊接和检验技术的进步，焊缝质量不断提高，焊接钢管的品种规格日益增多，并在越来越多的领域代替了无缝钢管。焊接钢管为碳素结构钢。按焊接方法不同可分为电弧焊管、高频或低频电阻焊管、气焊管、炉焊管、邦迪管等。按焊缝形状可分为直缝焊管和螺旋焊管。

电焊钢管用于石油钻采和机械制造业等。炉焊管可用作水煤气管等，大口径直缝焊管用于高压油气输送等；螺旋焊管用于油气输送、管桩、桥墩等。焊接钢管比无缝钢管成本低、生产效率高。直缝焊管生产工艺简单，生产效率高，成本低，发展较快。螺旋焊管的强度一般比直缝焊管高，能用较窄的坯料生产管径较大的焊管，还可以用同样宽度的坯料生产管径不同的焊管。但是与相同长度的直缝管相比，焊缝长度增加30~100%，而且生产速度较低。因此，较小口径的焊管大都采用直缝焊，大口径焊管则大多采用螺旋焊。

焊接钢管采用的坯料是钢板或带钢，因其焊接工艺不同而分为炉焊管、电焊（电阻焊）管和自动电弧焊管。因其焊接形式的不同分为直缝焊管和螺旋焊管两种。因其端部形状又分为圆形焊管和异型（方、扁等）焊管。焊管因其材质和用途不同而分为如下若干品种：

GB/T3091-2008（低压流体输送用镀锌焊接钢管）。主要用于输送水、煤气、空气、油和取暖热水或蒸汽等一般较低压力流体和其他用途管。其代表材质Q235A级钢。

GB/T3092-1993（低压流体输送用镀锌焊接钢管）。主要用于输送水、煤气、空气、油和取暖热水或蒸汽等一般较低压力流体和其它用途管。其代表材质为：Q235A级钢。

GB/T14291-1992（矿用流体输送焊接钢管）。主要用于矿山压风、排水、轴放瓦斯用直缝焊接钢管。其代表材质Q235A、B级钢。GB/T14980-1994（低压流体输送用大直径电焊钢管）。主要用于输送水、污水、煤气、空气、采暖蒸汽等低压流体和其它用途。其代表材质Q235A级钢。

GB/T12770-1991（机械结构用不锈钢焊接钢管）。主要用于机械、汽车、自行车、家具、宾馆和饭店装饰及其他机械部件与结构件。其代表材质0Cr13、1Cr17、00Cr19Ni11、1Cr18Ni9、0Cr18Ni11Nb等。

GB/T12771-2008（流体输送用不锈钢焊接钢管）。主要用于输送低压腐蚀性介质。代表材质为0Cr13、0Cr19Ni9、00Cr19Ni11、00Cr17、0Cr18Ni11Nb、0017Cr17Ni14Mo2等。

碳素结构钢牌号表示方法及符号

碳素结构钢牌号由代表屈服强度字母、屈服强度数值、质量等级符号、脱氧方法符号等4个部分按顺序组成；如：Q235AF

符号：

Q 钢材屈服强度

A、B、C、D分别为质量等级

F 沸腾钢

Z 镇静钢

TZ 特殊镇静钢

在牌号组成表示方法中，“Z”和“TZ”符号可以省略

钢的牌号和化学成分（GB/T3091)

焊管的力学性能(GB/T3091)

焊管的公称口径与钢管的外径、壁厚对照表(GB/T3091)

钢管外径D、壁厚t的允许偏差（GB/T3091)

3、铸铁管

常用不锈钢牌号对照 ：

4、不锈钢

锈钢的分类及特点

奥氏体不锈钢特性用途

三、钢材的机械性能

1、屈服点（σs）钢材或试样在拉伸时，当荷载超过弹性极限，即使荷载不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。

设Fs为屈服点s处的外力，S为试样断面积，则屈服点σs =Fs/S(MPa)，MPa称为兆帕等于N（牛顿）/mm2，（MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2）

2、屈服强度（σ0.2）有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度 σ0.2 。

3、抗拉强度（σb）材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。

设Fb为材料被拉断前达到的最大拉力，S为试样截面面积，则抗拉强度σb= Fb/S（MPa）。

4、伸长率（δs）材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。　　

5、屈强比（σs/σb）钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。