碳素鋼的定義及鋼中五元素 

　　含碳2％以下的鐵碳合金稱為鋼。碳素鋼中的五元素是指化學(xué)成份中的主要組成物，即 C、Si、Mn、S、P（碳、硅、錳、硫、磷）。其次是在煉鋼過程中不可避免地會(huì)混入氣體，含O、H、N（氧、氫、氮）。此外，用鋁-硅脫氧鎮(zhèn)靜工藝中，必然在鋼水中含有 Al，當(dāng)Als（酸溶鋁）≥0.020％時(shí)，還有細(xì)化晶粒的作用。 

　　化學(xué)元素對(duì)鋼性能的影響 

　　1、碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，但塑性和沖擊性降低，當(dāng)碳量0.23％超過時(shí)，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般不超過0.20％。碳量高還會(huì)降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場(chǎng)的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。 

　　2、硅（Si）：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮(zhèn)靜鋼含有0.15－0.30％的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60％,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.0－1.2％的硅，強(qiáng)度可提高15－20％。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅1－4％的低碳鋼，具有極高的導(dǎo)磁率，用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加，會(huì)降低鋼的焊接性能。 

　　3、錳（Mn）：在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.30－0.50％。在碳素鋼中加入0.70％以上時(shí)就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點(diǎn)高40％。含錳11－14％的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機(jī)鏟斗，球磨機(jī)襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。 

　　4、磷（P）：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045％，優(yōu)質(zhì)鋼要求更低些。 

　　5、硫（S）：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕?，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小于0.055％，優(yōu)質(zhì)鋼要求小于0.040％。在鋼中加入0.08-0.20％的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。 

　　6、鉻（Cr）：在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。 

　　7、鎳(Ni)：鎳能提高鋼的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對(duì)酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源，故應(yīng)盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。 

　　8、鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱蠕變)。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機(jī)械性能。 還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。 

　　9、鈦(Ti)：鈦是鋼中強(qiáng)脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細(xì)化晶粒力；降低時(shí)效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當(dāng)?shù)拟?，可避免晶間腐蝕。 

　　10、釩(V)：釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5％的釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。 

　　11、鎢(W)：鎢熔點(diǎn)高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強(qiáng)性，作切削工具及鍛模具用。 

　　12、鈮(Nb)：鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強(qiáng)度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。 

　　13、鈷(Co)：鈷是稀有的貴重金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強(qiáng)鋼和磁性材料。 

　　14、銅(Cu)：武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強(qiáng)度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點(diǎn)是在熱加工時(shí)容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過0.5％塑性顯著降低。當(dāng)銅含量小于0.50％對(duì)焊接性無影響。 

　　15、鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點(diǎn)是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。 

　　16、硼(B)：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高強(qiáng)度。 

　　17、氮(N)：氮能提高鋼的強(qiáng)度，低溫韌性和焊接性，增加時(shí)效敏感性。 

　　18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為57-71的15個(gè)鑭系元素。這些元素都是金屬，但他們的氧化物很像“土”，所以習(xí)慣上稱稀土。鋼中加入稀土，可以改變鋼中夾雜物的組成、形態(tài)、分布和性質(zhì)，從而改善了鋼的各種性能，如韌性、焊接性，冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土，可提高耐磨性。 

　　生產(chǎn)工藝 

　　1、 鋼鐵是怎樣煉成的？ 

　　煉鋼的主要任務(wù)是按所煉鋼種的質(zhì)量要求，調(diào)整鋼中碳和合金元素含量到規(guī)定范圍之內(nèi)，并使P、S、H、O、N等雜質(zhì)的含量降至允許限量之下。煉鋼過程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)氧化過程，爐料中過剩的碳被氧化，燃燒成CO氣體逸出，其它Si、P、Mn 等氧化后進(jìn)入爐渣中。S部份進(jìn)入煉渣中，部份則生成SO2排出。當(dāng)鋼水成份和溫度達(dá)到工藝要求后，即可出鋼。為了除去鋼中過剩的氧及調(diào)整化學(xué)成份，可以添加脫氧劑和鐵合金或合金元素。 

　　2、 轉(zhuǎn)爐煉鋼簡介 

　　從魚雷車運(yùn)來的鐵水經(jīng)過脫硫、擋渣等處理后即可倒入轉(zhuǎn)爐中作為主要爐料，另加10％ 以下的廢鋼。然后，向轉(zhuǎn)爐內(nèi)吹氧燃燒，鐵水中的過量碳被氧化并放出大量熱量，當(dāng)探頭測(cè)得達(dá)到預(yù)定的低碳含量時(shí)，即停止吹氧并出鋼。一般在鋼包中需進(jìn)行脫氧及調(diào)整成份操作；然后在鋼液表面拋上碳化稻殼防止鋼水被氧化，即可送往連鑄或模鑄工區(qū)。對(duì)要求高的鋼種可增加底吹氬、RH真空處理、噴粉處理（噴SI—CA粉及變性石灰）可以有效降低鋼中的氣體與夾雜，并有進(jìn)一步降碳及降硫的作用。在這些爐外精煉措施后還可以最終微調(diào)成份，滿足優(yōu)質(zhì)鋼材的需求。 

　　3、 初軋 

　　模鑄鋼錠采取熱裝、熱送新工藝，進(jìn)入均熱爐加熱，然后通過初軋機(jī)及鋼坯連軋機(jī)軋成板坯、管坯、小方坯等初軋產(chǎn)品，經(jīng)過切頭、切尾、表面清理，（火焰清理、打磨）高品質(zhì)產(chǎn)品則還需對(duì)初軋坯進(jìn)行扒皮和探傷，檢驗(yàn)合格后入庫。目前初軋廠的產(chǎn)品有初軋板坯、軋制方坯、氧氣瓶用鋼坯、齒輪用圓管坯、鐵路車輛用車軸坯及塑模用鋼等。初軋板坯主要供應(yīng)熱軋廠作為原料；軋制方坯除部份外供，主要送往高速線材軋機(jī)作原料。由于連鑄板坯的先進(jìn)性，初軋板坯的需求量大為削減，因此轉(zhuǎn)向上述其它產(chǎn)品了。 

　　4、 熱連軋 

　　用連鑄板坯或初軋板坯作原料，經(jīng)步進(jìn)式加熱爐加熱，高壓水除鱗后進(jìn)入粗軋機(jī)，粗軋料經(jīng)切頭、尾、再進(jìn)入精軋機(jī)，實(shí)施計(jì)算機(jī) 控制軋制，終軋后即經(jīng)過層流冷卻（計(jì)算機(jī)控制冷卻速率）和卷取機(jī)卷取、成為直發(fā)卷。直發(fā)卷的頭、尾往往呈舌狀及魚尾狀，厚度、寬度精度較差，邊部常存在浪形、折邊、塔形等缺陷。其卷重較重、鋼卷內(nèi)徑為760mm。(一般制管行業(yè)喜歡使用。)將直發(fā)卷經(jīng)切頭、切尾、切邊及多道次的矯直、平整等精整線處理后，再切板或重卷，即成為：熱軋鋼板、平整熱軋鋼卷、縱切帶等產(chǎn)品。熱軋精整卷若經(jīng)酸洗去除氧化皮并涂油后即成熱軋酸洗板卷。該產(chǎn)品有局部替代冷軋板的趨向，價(jià)格適中，深受廣大用戶喜愛。 

　　5、 冷連軋 

　　用熱軋鋼卷為原料，經(jīng)酸洗去除氧化皮后進(jìn)行冷連軋，其成品為軋硬卷，由于連續(xù)冷變形引起的冷作硬化使軋硬卷的強(qiáng)度、硬度上升、韌塑指標(biāo)下降，因此沖壓性能將惡化，只能用于簡單變形的零件。軋硬卷可作為熱鍍鋅廠的原料，因?yàn)闊徨冧\機(jī)組均設(shè)置有退火線。軋硬卷重一般在6~13.5噸，鋼卷內(nèi)徑為610mm。 

　　一般冷連軋板、卷均應(yīng)經(jīng)過連續(xù)退火（CAPL機(jī)組）或罩式爐退火消除冷作硬化及軋制應(yīng)力，達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的力學(xué)性能指標(biāo)。 

　　冷軋鋼板的表面質(zhì)量、外觀、尺寸精度均優(yōu)于熱軋板，且其產(chǎn)品厚度右軋薄至0.18mm左右，因此深受廣大用戶青睞。以冷軋鋼卷為基板進(jìn)行產(chǎn)品的深加工，成為高附加值產(chǎn)品。如電鍍鋅、熱鍍鋅、耐指紋電鍍鋅、彩涂鋼板卷及減振復(fù)合鋼板、PVC 復(fù)膜鋼板等，使這些產(chǎn)品具有美觀、高抗腐蝕等優(yōu)良品質(zhì)，得到了廣泛應(yīng)用。冷軋鋼卷經(jīng)退火后必須進(jìn)行精整，包括切頭、尾、切邊、矯平、平整、重卷、或縱剪切板等。冷軋產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車制造、家電 產(chǎn)品、儀表開關(guān)、建筑、辦公家具等行業(yè)。鋼板捆包后的每包重量為3~5噸。平整分卷重一般為3~10噸/卷。鋼卷內(nèi)徑610mm。 

　　大部分鋼材加工都是通過壓力加工，使被加工的鋼（坯、錠等）產(chǎn)生塑性變形。根據(jù)鋼材加工溫度不同以分冷加工和熱加工兩種。鋼材的主要加工方法有： 

　　軋制：將金屬坯料通過一對(duì)旋轉(zhuǎn)軋輥的間隙（各種形狀），因受軋輥的壓縮使材料截面減小，長度增加的壓力加工方法，這是生產(chǎn)鋼材最常用的生產(chǎn)方式，主要用來生產(chǎn)型材、板材、管材。分冷軋、熱軋。 

　　鍛造：利用鍛錘的往復(fù)沖擊力或壓力機(jī)的壓力使坯料改變成我們所需的形狀和尺寸的一種壓力加工方法。一般分為自由鍛和模鍛，常用作生產(chǎn)大型材、開坯等截面尺寸較大的材料。 

　　拉撥：是將已經(jīng)軋制的金屬坯料（型、管、制品等）通過模孔拉撥成截面減小長度增加的加工方法大多用作冷加工。 

　　擠壓：是將金屬放在密閉的擠壓筒內(nèi)，一端施加壓力，使金屬從規(guī)定的?？字袛D出而得到有同形狀和尺寸的成品的加工方法，多用于生產(chǎn)有色金屬材料。 

　　6、 鋼的力學(xué)性能 

　　6.1拉力試驗(yàn) 

　　按標(biāo)準(zhǔn)制備的拉力試樣，安裝在拉力試驗(yàn)機(jī)的夾頭內(nèi)，對(duì)試樣緩慢施加單軸向拉伸應(yīng)力，直至試樣被拉斷為止的試驗(yàn)稱作拉力試驗(yàn)。 

　　6.1.1強(qiáng)度 

　　金屬材料在外力作用下，抵抗變形和斷裂的能力叫強(qiáng)度。強(qiáng)度指標(biāo)包括：比例極限、彈性極限、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等。 

　　6.1.2比例極限 

　　對(duì)金屬施加拉力，金屬存在著力與變形成直線比例的階段，而這個(gè)階段的最大極限負(fù)荷Pp除以試樣的原橫截面積即為比例極限，用σ p表示。 

　　6.1.3彈性極限 

　　金屬受外力作用發(fā)生了變形，外力去掉后，能完全恢復(fù)原來的形狀，這種變形稱為彈性變形。金屬能保持彈性變形的最大應(yīng)力稱為 彈性極限，用σe表示。 

　　6.1.4抗拉強(qiáng)度 

　　試樣拉伸時(shí)，在拉斷前所承受的最大負(fù)荷除以原橫截面積所得的應(yīng)力，稱作抗拉強(qiáng)度，用σb表示。當(dāng)材料所受的外應(yīng)力大于其抗拉 強(qiáng)度時(shí)，將會(huì)發(fā)生斷裂。因此σb越高，則表示它能承受愈大的外應(yīng)力而不致于斷裂。 

　　國外標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)鋼常按抗拉強(qiáng)度來分類，如SS400，其中400即表示σb的最小值為400MPa超高強(qiáng)度鋼是指σb≥1373 Mpa的鋼。 

　　6.1.5屈強(qiáng)比 

　　屈強(qiáng)比即屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比值（σs/σb）。屈服比值越高，則該材料的強(qiáng)度愈高，屈強(qiáng)比值愈低則塑性愈佳，沖壓成形性愈好。如深沖鋼板的屈強(qiáng)比值為≤0.65。 

　　彈簧鋼一般均在彈性極限范圍內(nèi)服役，受載荷時(shí)不允許產(chǎn)生塑性變形，因此要求彈簧鋼經(jīng)淬火、回火后具有盡可能高的彈性極限和屈強(qiáng)比值（σs/σb≥0.90）此外疲勞壽命與抗拉強(qiáng)度及表面質(zhì)量往往有很大關(guān)聯(lián)。 

　　6.1.6塑性 

　　金屬材料在受力破壞前可以經(jīng)受永久變形的性能稱為塑性。塑性指標(biāo)通常伸長率和斷面收縮率表示。伸長率與斷面收縮率越高，則塑性越好。 

　　7、 沖擊韌性 

　　用一定尺寸和形狀的金屬試樣，在規(guī)定類型的沖擊試驗(yàn)上受沖擊負(fù)荷折斷時(shí)，試樣刻槽處單位橫截面上所消耗的沖擊功，稱為沖擊 韌性以αk表示。目前常用的10×10×55mm，帶2 mm深的V形缺口夏氏沖擊試樣，標(biāo)準(zhǔn)上直接采用沖擊功（J焦耳值）AK，而不是采用αK值。因?yàn)閱挝?nbsp;面積上的沖擊功并無實(shí)際意義。沖擊功對(duì)于檢查金屬材料在不同溫度下的脆性轉(zhuǎn)化最為敏感，而實(shí)際服役條件下的災(zāi)難性破斷事故，往往與材料的沖擊功及服役溫 度有關(guān)。 因此在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中常常規(guī)定某一溫度時(shí)的沖擊功值為多少 、還規(guī)定FATT（斷口面積轉(zhuǎn)化溫度）要低于某一溫度的技術(shù)條件。所謂FATT，即一組在不同溫度下的沖擊試樣沖斷后，對(duì)沖擊斷口進(jìn)行評(píng)定，當(dāng)脆性斷裂占總面積的50％時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度。由于鋼板厚度的影響，對(duì)厚度≤10mm的鋼板，可取得3/4小尺寸沖擊試樣（7.5×10×55mm）或1/2小尺寸沖擊試樣（5×10×55mm）。但是一定要注意，同規(guī)格及同一溫度下的沖擊功值才可相互比較。只有在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下，才可按標(biāo)準(zhǔn)的換算方法，折算 成標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣的沖擊功，再相互比較。 

　　8、 硬度試驗(yàn) 

　　金屬材料抵抗壓頭（淬硬的鋼球或具有1200圓錐或角錐的金剛石壓頭）壓陷表面的能力稱為硬度。 根據(jù)試驗(yàn)方法和適用范圍的不同，硬度可分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、肖氏硬度以及顯微硬度、高溫硬度等。 

　　冶金產(chǎn)品常用的是布氏硬度和洛氏硬度。 

　　9、寶鋼企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（Q/BQB） 

　　寶鋼企標(biāo)中的鋼號(hào)大致可分為三個(gè)來源： 即從日本JIS標(biāo)準(zhǔn)、德國DIN標(biāo)準(zhǔn)移植及自行開發(fā)研制的鋼號(hào)。從日本JIS標(biāo)準(zhǔn)中移植來的鋼號(hào)，一般首位常為S（Steel）；從DIN標(biāo)準(zhǔn)移植來的鋼號(hào)，一般常以ST開頭（Stahl德文中的“鋼”）； 寶鋼自行開發(fā)研制的鋼號(hào)，一般首位常以寶鋼的拼音首位B開頭。 

　　10、結(jié)構(gòu)用熱連軋、冷連軋鋼板及鋼帶 

　　結(jié)構(gòu)鋼一般按強(qiáng)度分類，在鋼號(hào)中的數(shù)字往往代表抗拉強(qiáng)度的最低值。由于該類鋼常用于制作結(jié)構(gòu)件，因此稱作為結(jié)構(gòu)鋼。結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)化機(jī)制傾向于降碳增錳固溶強(qiáng)化鐵素體、細(xì)化珠光體和添加微合金的析出強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化，以確保在提高強(qiáng) 度的同時(shí)仍保持較好的韌、塑指標(biāo)并兼具良好的焊接性能。