一、鋼材的材料性能
    為更合理使用金屬材料，充分發(fā)揮其作用，必須掌握各種金屬材料制成的零、構件在正常工作情況下應具備的性能（使用性能）及其在冷熱加工過程中材料應具備的性能（工藝性能）。材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔點、導電性、導熱性、熱膨脹性、磁性等）、化學性能（耐用腐蝕性、抗氧化性），力學性能也叫機械性能。材料的工藝性能指材料適應冷、熱加工方法的能力。 
    1.機械性能 
    機械性能是指金屬材料在外力作用下所表現出來的特性。 
    (1)強度：材料在外力（載荷）作用下，抵抗變形和斷裂的能力。材料單位面積受載荷稱應力。 
    (2)屈服點（бs）：稱屈服強度，指材料在拉抻過程中，材料所受應力達到某一臨界值時，載荷不再增加變形卻繼續(xù)增加或產生原長度0.2%的變形時的應力值，單位用牛頓/毫米2（ n/mm2 ）表示。
    (3)抗拉強度（бb）也叫強度極限指材料在拉斷前承受Zui大應力值。單位用牛頓 / 毫米2 （ n/mm2 ）表示。 
    (4)延伸率（δ）：材料在拉伸斷裂后，總伸長與原始標距長度的百分比。 
    (5)斷面收縮率（ψ）材料在拉伸斷裂后、斷面Zui大縮小面積與原斷面積百分比。 
    (6)硬度：指材料抵抗其它更硬物壓力其表面的能力，常用硬度按其范圍測定分布氏硬度（hbs、hbw）和洛氏硬度（hka、 hkb、hrc）。
    (7)沖擊韌性（ak）：材料抵抗沖擊載荷的能力，單位為焦耳/厘米2（ j/cm2 ）。 
    2.工藝性能 
    工藝性能指材料承受各種加工、處理的能力的那些性能。 
    (1)鑄造性能：指金屬或合金是否適合鑄造的一些工藝性能，主要包括流性能、充滿鑄模能力；收縮性、鑄件凝固時體積收縮的能力；偏析指化學成分不均性。
    (2)焊接性能：指金屬材料通過加熱或加熱和加壓焊接方法，把兩個或兩個以上金屬材料焊接到一起，接口處能滿足使用目的的特性。 
    (3)頂氣段性能：指金屬材料能承授予頂鍛而不破裂的性能。 
    (4)冷彎性能：指金屬材料在常溫下能承受彎曲而不破裂性能。彎曲程度一般用彎曲角度α（外角）或彎心直徑 d 對材料厚度 a 的比值表示， a 愈大或 d/a 愈小，則材料的冷彎性愈好。 
    (5)沖壓性能：金屬材料承受沖壓變形加工而不破裂的能力。在常溫進行沖壓叫冷沖壓。檢驗方法用杯突試驗進行檢驗。 
    (6)鍛造性能：金屬材料在鍛壓加工中能承受塑性變形而不破裂的能力。 
    3.化學性能 
    指金屬材料與周圍介質掃觸時抵抗發(fā)生化學或電化學反應的性能。 
    (1)耐腐蝕性：指金屬材料抵抗各種介質侵蝕的能力。 
    (2)抗氧化性：指金屬材料在高溫下，抵抗產生氧化皮能力。
二、鋼材添加元素及其對性能的影響
    鋼材的質量及性能是根據生產需要而確定的，不同的性能，可以通過添加不同的元素以及調整元素的含量來實現。
    1.生鐵
    生鐵中除鐵外，還含有碳、硅、錳、磷和硫等元素。這些元素對生鐵的性能均有一定的影響。
    碳（c）：在生鐵中以兩種形態(tài)存在，一種是游離碳（石墨），主要存在于鑄造生鐵中，另一種是化合碳（碳化鐵），主要存在于煉鋼生鐵中，碳化鐵硬而脆，塑性低，含量適當可提高生鐵的強度和硬度，含量過多，則使生鐵難于削切加工，這就是煉鋼生鐵切削性能差的原因。石墨很軟，強度低，它的存在能增加生鐵的鑄造性能。
    硅（si）：能促使生鐵中所含的碳分離為石墨狀，能去氧，還能減少鑄件的氣眼，能提高熔化生鐵的流動性，降低鑄件的收縮量，但含硅過多，也會使生鐵變硬變脆。
    錳（mn）：能溶于鐵素體和滲碳體。在高爐煉制生鐵時，含錳量適當，可提高生鐵的鑄造性能和削切性能，在高爐里錳還可以和有害雜質硫形成硫化錳，進入爐渣。
    磷（p）：屬于有害元素，但磷可使鐵水的流動性增加，這是因為硫減低了生鐵熔點，所以在有的制品內往往含磷量較高。然而磷的存在又使鐵增加硬脆性，優(yōu)良的生鐵含磷量應少，有時為了要增加流動性，含磷量可達1.2%。
    硫（s）：在生鐵中是有害元素，它促使鐵與碳的結合，使鐵硬脆，并與鐵化合成低熔點的硫化鐵，使生鐵產生熱脆性和減低鐵液的流動性，故含硫高的生鐵不適于鑄造細件。鑄造生鐵中硫的含量規(guī)定Zui多不得超過0.06%（車輪生鐵除外）。
    2.鋼
    鋼除含碳以外，還含有少量錳(mn)、硅(si)、硫(s)、磷(p)、氧（o）、氮（n）和氫（h）等元素。這些元素并非為改善鋼材質量有意加入的，而是由礦石及冶煉過程中帶入的，故稱為雜質元素。這些雜質對鋼性能是有一定影響，為了保證鋼材的質量，在國家標準中對各類鋼的化學成分都作了嚴格的規(guī)定。
    (1)硫
    硫來源于煉鋼的礦石與燃料焦炭。它是鋼中的一種有害元素。硫以硫化鐵(fes)的形態(tài)存在于鋼中，fes和 fe形成低熔點(985℃)化合物。而鋼材的熱加工溫度一般在1150～1200℃以上，所以當鋼材熱加工時，由于 fes化合物的過早熔化而導致工件開裂，這種現象稱為“熱脆”。含硫量愈高，熱脆現象愈嚴重，故必須對鋼中含硫量進行控制。優(yōu)質鋼：s＜0.02%～0.03%；優(yōu)質鋼：s＜0.03%～0.045%；普通鋼：s＜0.055%～0.7%以下。
    (2)磷
    磷是由礦石帶入鋼中的，一般說磷也是有害元素。磷雖能使鋼材的強度、硬度增高，但引起塑性、沖擊韌性顯著降低。特別是在低溫時，它使鋼材顯著變脆，這種現象稱“冷脆”。 冷脆使鋼材的冷加工及焊接性變壞，含磷愈高，冷脆性愈大，故鋼中對含磷量控制較嚴。優(yōu)質鋼： p＜0.025%；優(yōu)質鋼： p＜0.04%；普通鋼： p＜0.085%。
    (3)錳
    錳是煉鋼時作為脫氧劑加入鋼中的。由于錳可以與硫形成高熔點(1600℃)的 mns，一定程度上消除了硫的有害作用。錳具有很好的脫氧能力，能夠與鋼中的feo成為mno進入爐渣，從而改善鋼的品質，特別是降低鋼的脆性，提高鋼的強度和硬度。因此，錳在鋼中是一種有益元素。一般認為，鋼中含錳量在0.5%～0.8%以下時，把錳看成是常存雜質。技術條件中規(guī)定，優(yōu)質碳素結構鋼中，正常含錳量是0.5%～0.8%；而較高含錳量的結構鋼中，其量可達0.7%～1.2%。
    (4)硅
    硅也是煉鋼時作為脫氧劑而加入鋼中的元素。硅與鋼水中的feo能結成密度較小的硅酸鹽爐渣而被除去，因此硅是一種有益的元素。硅在鋼中溶于鐵素體內使鋼的強度、硬度增加，塑性、韌性降低。鎮(zhèn)靜鋼中的含硅量通常在0.1%～0.37%，沸騰鋼中只含有0.03%～0.07%。由于鋼中硅含量一般不超過0.5%，對鋼性能影響不大。
    (5)氧
    氧在鋼中是有害元素。它是在煉鋼過程中自然進入鋼中的，盡管在煉鋼末期要加入錳、硅、鐵和鋁進行脫氧，但不可能除盡。氧在鋼中以feo、mno、sio2、al2o3等夾雜形式，使鋼的強度、塑性降低。尤其是對疲勞強度、沖擊韌性等有嚴重影響。 
    (6)氮
    鐵素體溶解氮的能力很低。當鋼中溶有過飽和的氮，在放置較長一段時間后或隨后在200～300℃加熱就會發(fā)生氮以氮化物形式的析出，并使鋼的硬度、強度提高，塑性下降，發(fā)生時效。鋼液中加入al、ti或v進行固氮處理，使氮固定在aln、tin或vn中，可消除時效傾向。
    (7)氫
    鋼中溶有氫會引起鋼的氫脆、白點等缺陷。白點常在軋制的厚板、大鍛件中發(fā)現，在縱斷面中可看到圓形或橢圓形的白色斑點；在橫斷面上則是細長的發(fā)絲狀裂紋。鍛件中有了白點，使用時會發(fā)生突然斷裂，造成不測事故。因此，化工容器用鋼，不允許有白點存在。氫產生白點冷裂的主要原因是因為高溫奧氏體冷至較低溫時，氫在鋼中的溶解度急劇降低。當冷卻較快時，氫原子來不及擴散到鋼的表面而逸出，就在鋼中的一些缺陷處由原子狀態(tài)的氫變成分子狀態(tài)的氫。氫分子在不能擴散的條件下在局部地區(qū)產生很大壓力，這壓力超過了鋼的強度極限而在該處形成裂紋，即白點。
    為了合金化而加入的合金元素，Zui常用的有硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩，鈦，鈮、硼、鋁等?，F分別說明它們在鋼中的作用。
    (1)鉻
    鉻可提高鋼的強度和硬度，提高鋼的高溫機械性能，使鋼具有良好的抗腐蝕性和抗氧化性，阻止石墨化，提高淬透性。
    (2)鎳
    可提高鋼的強度而不顯著降低其韌性，降低鋼的脆性轉變溫度，即可提高鋼的低溫韌性，改善鋼的加工性和可焊性，提高鋼的抗腐蝕能力，不僅能耐酸，而且能抗堿和大氣的腐蝕。
    (3)鉬
    鉬對鐵素體有固溶強化作用，提高鋼熱強性，抗氫侵蝕的作用，提高鋼的淬透性。
    (4)鎢
    提高強度，提高鋼的高溫強度和抗氫性能，使鋼具有熱硬性，因此鎢是高速工具鋼中的主要合金元素。
    (5)釩
釩具有熱強性，能顯著地改善普通低碳低合金鋼的焊接性能。
    (6)鈦
    鈦能改善鋼的熱強性，提高鋼的抗蠕變性能及高溫持久強度，并能提高鋼在高溫高壓氫氣中的穩(wěn)定性。使鋼在高壓下對氫的穩(wěn)定性高達600℃以上，在珠光體低合金鋼中，鈦可阻止鉬鋼在高溫下的石墨化現象。因此，鈦是鍋爐高溫元件所用的熱強鋼中的重要合金元素之一。
    (7)鈮
    鈮和碳、氮、氧都有極強的結合力，并與之形成相應的極為穩(wěn)定的化合物，因而能細化晶粒，降低鋼的過熱敏感性和回火脆性，有極好的抗氫性能，鈮能提高鋼的熱強性。
    (8)硼  
    提高鋼的淬透性，提高鋼的高溫強度，強化晶界的作用。
    (9)鋁
    鋁是用作煉鋼時的脫氧定氮劑，細化晶粒，抑制低碳鋼的時效，改善鋼在低溫時的韌性，特別是降低了鋼的脆性轉變溫度，提高鋼的抗氧化性能。鋁還能提高對硫化氫的抗腐蝕性。
三、鋼鐵產品牌號表示方法
    1.我國鋼號表示方法概述 
    鋼牌號簡稱鋼號，是對每一種具體鋼產品所取的名稱，是人們了解鋼的一種共同語言。我國的鋼號表示方法，根據國家標準《鋼鐵產品牌號表示方法》（gb221-79）中規(guī)定，采用漢語拼音字母、化學元素符號和阿拉伯數字相結合的方法表示。即：①鋼號中化學元素采用國際化學符號表示，例si,mn,cr……等。混合稀土元素用“re”（或“xt”）表示。②產品名稱、用途、冶煉和澆注方法等，一般采用漢語拼音的縮寫字母表示。③鋼中主要化學元素含量（%）采用阿拉伯數字表示。 
    2.我國鋼號表示方法的分類說明 
    (1)碳素結構鋼 
    碳素結構鋼的表示方法如下：①由q+數字+質量等級符號+脫氧方法符號組成。它的鋼號冠以“q”，代表鋼材的屈服點，后面的數字表示屈服點數值，單位是mpa例如q235表示屈服點（σs）為235 mpa的碳素結構鋼。②必要時鋼號后面可標出表示質量等級和脫氧方法的符號。質量等級符號分別為a、b、c、d。脫氧方法符號：f表示沸騰鋼；b表示半鎮(zhèn)靜鋼：z表示鎮(zhèn)靜鋼；tz表示特殊鎮(zhèn)靜鋼，鎮(zhèn)靜鋼可不標符號，即z和tz都可不標。例如表示a級沸騰鋼。③專門用途的碳素鋼，例如橋梁鋼、船用鋼等，基本上采用碳素結構鋼的表示方法，但在鋼號Zui后附加表示用途的字母。 
    (2)優(yōu)質碳素結構鋼 
    優(yōu)質碳素結構鋼的表示方法如下：①鋼號開頭的兩位數字表示鋼的碳含量，以平均碳含量的萬分之幾表示，例如平均碳含量為0.45%的鋼，鋼號為“45”，它不是順序號，所以不能讀成45號鋼。②錳含量較高的優(yōu)質碳素結構鋼，應將錳元素標出，例如50mn。③沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼及專門用途的優(yōu)質碳素結構鋼應在鋼號Zui后特別標出，例如平均碳含量為0.1%的半鎮(zhèn)靜鋼，其鋼號為10b。
    (3)碳素工具鋼 
    碳素工具鋼的表示方法如下：①鋼號冠以“t”，以免與其他鋼類相混。②鋼號中的數字表示碳含量，以平均碳含量的千分之幾表示。例如“t8”表示平均碳含量為0.8%。③錳含量較高者，在鋼號Zui后標出“mn”，例如“t8mn”。④優(yōu)質碳素工具鋼的磷、硫含量，比一般優(yōu)質碳素工具鋼低，在鋼號Zui后加注字母“a”，以示區(qū)別，例如“t8mna”。
    (4)易切削鋼 
    易切削鋼的表示方法如下：①鋼號冠以“y”，以區(qū)別于優(yōu)質碳素結構鋼。②字母“y”后的數字表示碳含量，以平均碳含量的萬分之幾表示，例如平均碳含量為0.3%的易切削鋼，其鋼號為“y30”。③錳含量較高者，亦在鋼號后標出“mn”，例如“y40mn”。
    (5)合金結構鋼 
    合金結構鋼的表示方法如下：①鋼號開頭的兩位數字表示鋼的碳含量，以平均碳含量的萬分之幾表示，如40cr。②鋼中主要合金元素，除個別微合金元素外，一般以百分之幾表示。當平均合金含量＜1.5%時，鋼號中一般只標出元素符號，而不標明含量，但在特殊情況下易致混淆者，在元素符號后亦可標以數字“1”，例如鋼號“12crmov”和“12cr1mov”，前者鉻含量為0.4-0.6%，后者為0.9-1.2%，其余成分全部相同。當合金元素平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……時，在元素符號后面應標明含量，可相應表示為2、3、4……等。例18cr2ni4wa。③鋼中的釩v、鈦ti、鋁al、硼b、稀土re等合金元素，均屬微合金元素，雖然含量很低，仍應在鋼號中標出。例如20mnvb鋼中。釩為0.07-0.12%，硼為0.001-0.005%。④優(yōu)質鋼應在鋼號Zui后加“a”，以區(qū)別于一般優(yōu)質鋼。⑤專門用途的合金結構鋼，鋼號冠以（或后綴）代表該鋼種用途的符號。例如鉚螺專用的30crmnsi鋼，鋼號表示為ml30crmnsi。
    (6)低合金高強度鋼 
    低合金高強度鋼的表示方法如下：①鋼號的表示方法，基本上和合金結構鋼相同。②對專業(yè)用低合金高強度鋼，應在鋼號Zui后標明。例如16mn鋼，用于橋梁的專用鋼種為“16mnq”，汽車大梁的專用鋼種為“16mnl”，壓力容器的專用鋼種為“16mnr”。
    (7)彈簧鋼 
    彈簧鋼按化學成分可分為碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼兩類，其鋼號表示方法，前者基本上與優(yōu)質碳素結構鋼相同，后者基本上與合金結鋼相同。 
    (8)滾動軸承鋼 
    ①鋼號冠以字母“g”，表示滾動軸承鋼類。②高碳鉻軸承鋼鋼號的碳含量不標出，鉻含量以千分之幾表示例如gcr15。滲碳軸承鋼的鋼號表示方法，基本上和合金結構鋼相同。 
    (9)合金工具鋼和高速工具鋼 
    ①合金工具鋼鋼號的平均碳含量≥1.0%時，不標出碳含量；當平均碳含量＜1.0%時，以千分之幾表示。例如cr12、crwmn、9sicr、3cr2w8v。②鋼中合金元素含量的表示方法，基本上與合金結構鋼相同。但對鉻含量較低的合金工具鋼鋼號，其鉻含量以千分之幾表示，并在表示含量的數字前加“0”，以便把它和一般元素含量按百分之幾表示的方法區(qū)別開來。例如cr06。③高速工具鋼的鋼號一般不標出碳含量，只標出各種合金元素平均含量的百分之幾。例如鎢系高速鋼的鋼號為“w18cr4v”。鋼號冠以字母“c”者，表示其碳含量高于未冠“c”的通用鋼號。 
    (10)不銹鋼和耐熱鋼 
    ①鋼號中碳含量以千分之幾表示。例如“2cr13”鋼的平均碳含量為0.2%；若鋼中含碳量≤0.03%或≤0.08%者,鋼號前分別冠以“00”及“0”表示之，例如00cr17ni14mo2、0cr18 ni9等。②對鋼中主要合金元素以百分之幾表示，而鈦、鈮、鋯、氮……等則按上述合金結構鋼對微合金元素的表示方法標出。 
    (11)焊條鋼 
    它的鋼號前冠以字母“h”，以區(qū)別于其他鋼類。例如不銹鋼焊絲為“h2cr13”，可以區(qū)別于不銹鋼“2cr13”。 
    (12)電工用硅鋼 
    ①鋼號由字母和數字組成。鋼號頭部字母dr表示電工用熱軋硅鋼，dw表示電工用冷軋無取向硅鋼，dq表示電工用冷軋取向硅鋼。②字母之后的數字表示鐵損值（w/kg）的100倍。③鋼號尾部加字母“g”者，表示在高頻率下檢驗的；未加“g”者，表示在頻率為50周波下檢驗的。例如鋼號dw470表示電工用冷軋無取向硅鋼產品在50赫頻率時的Zui大單位重量鐵損值為4.7w/kg。 
    (13)電工用純鐵 
    ①它的牌號由字母“dt”和數字組成，“dt”表示電工用純鐵，數字表示不同牌號的順序號，例如dt3。 ②在數字后面所加的字母表示電磁性能：a——、e——特級、c——超級，例如dt8a。
    3.部分常用鋼的牌號
    (1)碳素結構鋼：    
    q195    q195f、q195b、q195
    q215    q215af、q215ab、q215a、q215bf、q215bb、q215b
    q235    q235af、q235ab、q235a、q235bf、q235bb、q235b、q235c、q235d
    q255    q255a、q255b
    q275    q275
    (2)低合金高強度結