鋼材基礎(chǔ)知識

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一、鋼的分類方法

鋼的分類方法多種多樣，其主要方法有八種：

1.按品質(zhì)分類

(1) 普通鋼（磷 P≤0.045%，硫S≤0.050%）

(2) 優(yōu)質(zhì)鋼（P、S均≤0.035%）

(3) 高級優(yōu)質(zhì)鋼（P≤0.035%，S≤0.030%）

2.按化學(xué)成份分類

(1) 碳素鋼：a.低碳鋼（碳C≤0.25%）；b.中碳鋼（碳C≤0.25~0.60%）；c.高碳鋼（碳C≤0.60%）。

(2) 合金鋼：a.低合金鋼（合金元素總含量≤5%）；b.中合金鋼（合金元素總含量＞5~10%）；c.高合金鋼（合金元素總含量＞10%）。

3.按成形方法分類

(1) 鍛鋼；

(2) 鑄鋼；

(3) 熱軋鋼；

(4) 冷拉鋼。

4.按金相組織分類

(1) 退火狀態(tài)的：a.亞共析鋼（鐵素體+珠光體）；b.共析鋼（珠光體）；c.過共析鋼（珠光體+滲碳體）；d.萊氏體鋼（珠光體+滲碳體）。

(2) 正火狀態(tài)的：a.珠光體鋼；b.貝氏體鋼；c.馬氏體鋼；d.奧氏體鋼。

(3) 無相變或部分發(fā)生相變的。

5.按用途分類

(1) 建筑及工程用鋼：a.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼；b.低合金結(jié)構(gòu)鋼；c.鋼筋鋼。

(2) 結(jié)構(gòu)鋼

a.機械制造用鋼：(a)調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼；(b)表面硬化結(jié)構(gòu)鋼：包括滲碳鋼、滲氨鋼、表面淬火用鋼；(c)易切結(jié)構(gòu)鋼；(d)冷塑性成形用鋼：包括冷沖壓用鋼、冷鐓用鋼。

b.彈簧鋼

c.軸承鋼

(3) 工具鋼：a.碳素工具鋼；b.合金工具鋼；c.高速工具鋼。

(4) 特殊性能鋼：a.不銹耐酸鋼；b.耐熱鋼：包括抗氧化鋼、熱強鋼、氣閥鋼；c.電熱合金鋼；d.耐磨鋼；e.低溫用鋼；f.電工用鋼。

(5) 專業(yè)用鋼——如橋梁用鋼、船舶用鋼、鍋爐用鋼、壓力容器用鋼、農(nóng)機用鋼等。

6.綜合分類

(1)普通鋼 a.碳素結(jié)構(gòu)鋼：(a) Q195；(b) Q215(A、B)；(c) Q235(A、B、C)；(d) Q255(A、B)；(e) Q275。 b.低合金結(jié)構(gòu)鋼 c.特定用途的普通結(jié)構(gòu)鋼

(2)優(yōu)質(zhì)鋼（包括高級優(yōu)質(zhì)鋼）

a.結(jié)構(gòu)鋼：(a)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；(b)合金結(jié)構(gòu)鋼；(c)彈簧鋼；(d)易切鋼；(e)軸承鋼；(f)特定用途優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。

b.工具鋼：(a)碳素工具鋼；(b)合金工具鋼；(c)高速工具鋼。 c.特殊性能鋼：(a)不銹耐酸鋼；(b)耐熱鋼；(c)電熱合金鋼；(d)電工用鋼；(e)高錳耐磨鋼。

7.按冶煉方法分類

(1) 按爐種分

a.平爐鋼：(a)酸性平爐鋼；(b)堿性平爐鋼。

b.轉(zhuǎn)爐鋼：(a)酸性轉(zhuǎn)爐鋼；(b)堿性轉(zhuǎn)爐鋼?；?(a)底吹轉(zhuǎn)爐鋼；(b)側(cè)吹轉(zhuǎn)爐鋼；(c)頂吹轉(zhuǎn)爐鋼。

c. 電爐鋼：(a)電弧爐鋼；(b)電渣爐鋼；(c)感應(yīng)爐鋼；(d)真空自耗爐鋼；(e)電子束爐鋼。

(2)按脫氧程度和澆注制度分：

a.沸騰鋼；b.半鎮(zhèn)靜鋼；鎮(zhèn)靜鋼；d.特殊鎮(zhèn)靜鋼。

8.按照外形分類

（1）型材

（2）板材

（3）管材

（4）金屬制品四大類。

二、常用鋼材種類介紹

（一）型材

1、角鋼

角鋼有等邊角鋼和不等邊角鋼兩種。等邊角鋼以“L肢寬×肢厚”表示，不等邊角鋼以“L長肢寬×短肢寬×肢厚”表示，單位為mm，如L63×5，L100×80×8。

計算公式：F=d(2b-d)+0.2146(rr-2qq)

d:邊厚，b:邊寬，r:內(nèi)圓角半徑，q:邊端圓角半徑

2、槽鋼

槽鋼是截面為凹槽形的長條鋼材。其規(guī)格表示方法，如120*53*5，表示腰高為120毫米，腿寬為53毫米的槽鋼，腰厚為5毫米的槽鋼，或稱12#槽鋼。腰高相同的槽鋼，如有幾種不同的腿寬和腰厚也需在型號右邊加a b c 予以區(qū)別，如25a# 25b# 25c#等。

3、工字鋼

工字鋼有普通工字鋼和輕型工字鋼兩種。普通工字鋼用“I截面高度的厘米數(shù)”表示，高度20mm以上的工字鋼，同一高度有三種腹板厚度，分別記為a、b、c，a類腹板最薄、冀緣最窄，b類較厚較寬，c類最厚最寬，如I20a。同樣高度的輕型工字鋼的翼緣要比普通工字鋼的冀緣寬而薄，腹板亦薄，輕型工字鋼可用漢語拼音符號“Q”表示，如QI40等。

計算公式：F=hd+2t(b-d)+0.8584(rr-2qq)

h:高度，d:腰厚，b:腿寬，t:平均腿厚，r:內(nèi)圓角半徑， q:邊端圓角半徑

4、H型鋼

H型鋼分熱軋和焊接二種。熱軋H型鋼有寬翼緣（H W）、中翼緣 (HM)、窄翼緣 (HN)和H型鋼柱(HP)等四類。H型鋼用“高度×寬度×腹板厚度×翼緣厚度”表示，單位為mm，如HW250×250×9×14、HM294×200×8×12。

焊接H型鋼是由鋼板用高頻焊接組合而成，也用“高度×寬度×腹板厚度×翼緣厚度”表示，如H350×250×10×16。

計算公式：F=d(h-2t)+2bt+0.858rr

h:高度，d:腹板厚，b:翼緣板寬，t:翼緣板厚，r:內(nèi)圓角半徑， q:邊端圓角半徑

（二）板材

鋼板的分類

按厚度分類：薄板 中板 厚板 特厚板

按生產(chǎn)方法分類：熱軋鋼板 冷軋鋼板

按表面特征分類： 鍍鋅板 （熱鍍鋅板、電鍍鋅板） 鍍錫板 復(fù)合鋼板 彩色涂層鋼板

按用途分類：

橋梁鋼板 鍋爐鋼板 造船鋼板 裝甲鋼板 汽車鋼板 屋面鋼板 結(jié)構(gòu)鋼板 電工鋼板（硅鋼片） 彈簧鋼板 其他

（三）鋼管

鋼管的分類：

鋼管分無縫鋼管和焊接鋼管（有縫管）兩大類。

按斷面形狀又可分為圓管和異形管，廣泛應(yīng)用的是圓形鋼管，但也有一些方形、矩形、半圓形、六角形、等邊三角形、八角形等異形鋼管。

對于承受流體壓力的鋼管都要進行液壓試驗來檢驗其耐壓能力和質(zhì)量，在規(guī)定的壓力下不發(fā)生泄漏、浸濕或膨脹為合格，有些鋼管還要根據(jù)標準或需方要求進行卷邊試驗、擴口試驗、壓扁試驗等。

1、無縫鋼管

無縫鋼管：無縫鋼管是用鋼錠或?qū)嵭墓芘鹘?jīng)穿孔制成毛管，然后經(jīng)熱軋、冷軋或冷撥制成。無縫管的規(guī)格用外徑*壁厚毫米數(shù)表示。無縫鋼管分熱軋和冷軋（撥）無縫鋼管兩類。

熱軋無縫鋼管分一般鋼管，低、中壓鍋爐鋼管，高壓鍋爐管、合金鋼管、不銹鋼管、石油裂化管、地質(zhì)鋼管和其它鋼管等。

冷軋（撥）無縫鋼管除分一般鋼管、低中壓鍋爐鋼管、高壓鍋爐管、合金鋼管、不銹鋼管、石油裂化管、其它鋼管外，還包括碳素薄壁鋼管、合金薄壁鋼管、不銹薄壁鋼管、異型鋼管。

無縫管外徑一般大于32mm，壁厚2.5-75mm，冷軋無縫鋼管外徑可以到6mm，壁厚可到0.25mm，薄壁管外徑可到5mm，壁厚小于0.25mm，冷軋比熱軋尺寸精度高。

結(jié)構(gòu)用無縫鋼管（GB/T8162-2008）是用于一般結(jié)構(gòu)和機械結(jié)構(gòu)的無縫鋼管。

流體輸送用無縫鋼管（GB/T8163-2008）是用于輸送水、油、氣等流體的一般無縫鋼管。

低中壓鍋爐用無縫鋼管（GB3087-2008）是用于制造各種結(jié)構(gòu)低中壓鍋爐過熱蒸汽管、沸水管及機車鍋爐用過熱蒸汽管、大煙管、小煙管和拱磚管用的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋和冷拔（軋）無縫鋼管。

高壓鍋爐用無縫鋼管（GB5310-2008）是用于制造高壓及其以上壓力的水管鍋爐受熱面用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金鋼和不銹耐熱鋼無縫鋼管。

化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管（GB6479-2000）是適用于工作溫度為-40~400℃、工作壓力為10~30Ma的化工設(shè)備和管道的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼無縫鋼管。

石油裂化用無縫鋼管（GB9948-2013）是適用于石油精煉廠的爐管、熱交換器和管道無縫鋼管。

地質(zhì)鉆探用鋼管（YB235-70）是供地質(zhì)部門進行巖心鉆探使用的鋼管，按用途可分為鉆桿、鉆鋌、巖心管、套管和沉淀管等。

金剛石巖芯鉆探用無縫鋼管（GB3423-82）是用于金剛石巖芯鉆探的鉆桿、巖心桿、套管的無縫鋼管。

石油鉆探管（YB528-65）是用于石油鉆探兩端內(nèi)加厚或外加厚的無縫鋼管。鋼管分車絲和不車絲兩種，車絲管用接頭聯(lián)結(jié)，不車絲管用對焊的方法與工具接頭聯(lián)結(jié)。

船舶用碳鋼無縫鋼管（GB5213-85）是制造船舶I級耐壓管系、Ⅱ級耐壓管系、鍋爐及過熱器用的碳素鋼無縫鋼管。碳素鋼無縫鋼管管壁工作溫度不超過450℃，合金鋼無縫鋼管管壁工作溫度超過450℃。

汽車半軸套管用無縫鋼管（GB3088-82）是制造汽車半軸套管及驅(qū)動橋橋殼軸管用的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋無縫鋼管。

柴油機用高壓油管（GB3093-2002）是制造柴油機噴射系統(tǒng)高壓管用的冷拔無縫鋼管。

液壓和氣動缸筒用精密內(nèi)徑無縫鋼管（GB8713-88）是制造液壓和氣動缸筒用的具有精密內(nèi)徑尺寸的冷拔或冷軋精密無縫鋼管。

冷拔或冷軋精密無縫鋼管（GB3639-2000）是用于機械結(jié)構(gòu)、液壓設(shè)備的尺寸精度高和表面光潔度好的冷拔或冷軋精密無縫鋼管。選用精密無縫鋼管制造機械結(jié)構(gòu)或液壓設(shè)備等，可以大大節(jié)約機械加工工時，提高材料利用率，同時有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。

結(jié)構(gòu)用不銹鋼無縫鋼管（GB/T14975-2012）是廣泛用于化工、石油、輕紡、醫(yī)療、食品、機械等工業(yè)的耐腐蝕管道和結(jié)構(gòu)件及零件的不銹鋼制成的熱軋（擠、擴）和冷拔（軋）無縫鋼管。

流體輸送用不銹鋼無縫鋼管（GB/T14976-2012）是用于輸送流體的不銹鋼制成的熱軋（擠、擴）和冷拔（軋）無縫鋼管。

異型無縫鋼管是除了圓管以外的其他截面形狀的無縫鋼管的總稱。按鋼管截面形狀尺寸的不同又可分為等壁厚異型無縫鋼管（代號為D）、不等壁厚異型無縫鋼管（代號為BD）、變直徑異型無縫鋼管（代號為BJ）。異型無縫鋼管廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件、工具和機械零部件。和圓管相比，異型管一般都有較大的慣性矩和截面模數(shù)，有較大的抗彎抗扭能力，可以大大減輕結(jié)構(gòu)重量，節(jié)約鋼材無縫鋼管價格

牌號與化學(xué)成分

GB9948-2013

鋼管外徑和壁厚的允許偏差

GB9948-2013

鋼管最小壁厚的允許偏差

GB9948-2013

牌號與化學(xué)成分

GB/T8163-2008

鋼管外徑（D）的允許偏差（mm）

GB/T8163-2008

GB/T8163-2008

2、焊管

焊接鋼管是指用鋼帶或鋼板彎曲變形為圓形、方形等形狀后再焊接成的、表面有接縫的鋼管。焊接鋼管生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)效率高，品種規(guī)格多，設(shè)備資少，但一般強度低于無縫鋼管。20世紀30年代以來，隨著優(yōu)質(zhì)帶鋼連軋生產(chǎn)的迅速發(fā)展以及焊接和檢驗技術(shù)的進步，焊縫質(zhì)量不斷提高，焊接鋼管的品種規(guī)格日益增多，并在越來越多的領(lǐng)域代替了無縫鋼管。焊接鋼管為碳素結(jié)構(gòu)鋼。按焊接方法不同可分為電弧焊管、高頻或低頻電阻焊管、氣焊管、爐焊管、邦迪管等。按焊縫形狀可分為直縫焊管和螺旋焊管。

電焊鋼管用于石油鉆采和機械制造業(yè)等。爐焊管可用作水煤氣管等，大口徑直縫焊管用于高壓油氣輸送等；螺旋焊管用于油氣輸送、管樁、橋墩等。焊接鋼管比無縫鋼管成本低、生產(chǎn)效率高。直縫焊管生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)效率高，成本低，發(fā)展較快。螺旋焊管的強度一般比直縫焊管高，能用較窄的坯料生產(chǎn)管徑較大的焊管，還可以用同樣寬度的坯料生產(chǎn)管徑不同的焊管。但是與相同長度的直縫管相比，焊縫長度增加30~100%，而且生產(chǎn)速度較低。因此，較小口徑的焊管大都采用直縫焊，大口徑焊管則大多采用螺旋焊。

焊接鋼管采用的坯料是鋼板或帶鋼，因其焊接工藝不同而分為爐焊管、電焊（電阻焊）管和自動電弧焊管。因其焊接形式的不同分為直縫焊管和螺旋焊管兩種。因其端部形狀又分為圓形焊管和異型（方、扁等）焊管。焊管因其材質(zhì)和用途不同而分為如下若干品種：

GB/T3091-2008（低壓流體輸送用鍍鋅焊接鋼管）。主要用于輸送水、煤氣、空氣、油和取暖熱水或蒸汽等一般較低壓力流體和其他用途管。其代表材質(zhì)Q235A級鋼。

GB/T3092-1993（低壓流體輸送用鍍鋅焊接鋼管）。主要用于輸送水、煤氣、空氣、油和取暖熱水或蒸汽等一般較低壓力流體和其它用途管。其代表材質(zhì)為：Q235A級鋼。

GB/T14291-1992（礦用流體輸送焊接鋼管）。主要用于礦山壓風(fēng)、排水、軸放瓦斯用直縫焊接鋼管。其代表材質(zhì)Q235A、B級鋼。GB/T14980-1994（低壓流體輸送用大直徑電焊鋼管）。主要用于輸送水、污水、煤氣、空氣、采暖蒸汽等低壓流體和其它用途。其代表材質(zhì)Q235A級鋼。

GB/T12770-1991（機械結(jié)構(gòu)用不銹鋼焊接鋼管）。主要用于機械、汽車、自行車、家具、賓館和飯店裝飾及其他機械部件與結(jié)構(gòu)件。其代表材質(zhì)0Cr13、1Cr17、00Cr19Ni11、1Cr18Ni9、0Cr18Ni11Nb等。

GB/T12771-2008（流體輸送用不銹鋼焊接鋼管）。主要用于輸送低壓腐蝕性介質(zhì)。代表材質(zhì)為0Cr13、0Cr19Ni9、00Cr19Ni11、00Cr17、0Cr18Ni11Nb、0017Cr17Ni14Mo2等。

碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號表示方法及符號

碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號由代表屈服強度字母、屈服強度數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號等4個部分按順序組成；如：Q235AF

符號：

Q 鋼材屈服強度

A、B、C、D分別為質(zhì)量等級

F 沸騰鋼

Z 鎮(zhèn)靜鋼

TZ 特殊鎮(zhèn)靜鋼

在牌號組成表示方法中，“Z”和“TZ”符號可以省略

鋼的牌號和化學(xué)成分（GB/T3091)

焊管的力學(xué)性能(GB/T3091)

焊管的公稱口徑與鋼管的外徑、壁厚對照表(GB/T3091)

鋼管外徑D、壁厚t的允許偏差（GB/T3091)

3、鑄鐵管

常用不銹鋼牌號對照 ：

4、不銹鋼

銹鋼的分類及特點

奧氏體不銹鋼特性用途

三、鋼材的機械性能

1、屈服點（σs）鋼材或試樣在拉伸時，當荷載超過彈性極限，即使荷載不再增加，而鋼材或試樣仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形，稱此現(xiàn)象為屈服，而產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的最小應(yīng)力值即為屈服點。

設(shè)Fs為屈服點s處的外力，S為試樣斷面積，則屈服點σs =Fs/S(MPa)，MPa稱為兆帕等于N（牛頓）/mm2，（MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2）

2、屈服強度（σ0.2）有的金屬材料的屈服點極不明顯，在測量上有困難，因此為了衡量材料的屈服特性，規(guī)定產(chǎn)生永久殘余塑性變形等于一定值（一般為原長度的0.2%）時的應(yīng)力，稱為條件屈服強度或簡稱屈服強度 σ0.2 。

3、抗拉強度（σb）材料在拉伸過程中，從開始到發(fā)生斷裂時所達到的最大應(yīng)力值。它表示鋼材抵抗斷裂的能力大小。與抗拉強度相應(yīng)的還有抗壓強度、抗彎強度等。

設(shè)Fb為材料被拉斷前達到的最大拉力，S為試樣截面面積，則抗拉強度σb= Fb/S（MPa）。

4、伸長率（δs）材料在拉斷后，其塑性伸長的長度與原試樣長度的百分比叫伸長率或延伸率?！　?/p>

5、屈強比（σs/σb）鋼材的屈服點（屈服強度）與抗拉強度的比值，稱為屈強比。屈強比越大，結(jié)構(gòu)零件的可靠性越高，一般碳素鋼屈強比為0.6-0.65，低合金結(jié)構(gòu)鋼為0.65-0.75合金結(jié)構(gòu)鋼為0.84-0.86。

鋼管 結(jié)構(gòu)鋼 鋼板

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