什么是鋼
鋼是含碳量在0.0218%-2.11%之間的鐵碳合金。我們通常將其與鐵合稱為鋼鐵，為了保證其韌性和塑性，含碳量一般不超過1.7%。鋼的主要元素除鐵、碳外，還有硅、錳、硫、磷等。其它成分是為了使鋼材性能有所區(qū)別。
以下以字母順序列出重要的鋼材，他們包含以下成分：
碳（Carbon) 存在于所有的鋼材，是最重要的硬化元素。有助于增加鋼材的強(qiáng)度，我們通常希望刀具級(jí)別的鋼材擁有0.6%以上的碳，也稱為高碳鋼。
鉻（Chromium) 增加耐磨損性，硬度，最重要的是耐腐蝕性，擁有13%以上的認(rèn)為是不銹鋼。盡管這么叫，如果保養(yǎng)不當(dāng)，所有鋼材都會(huì)生銹。
錳（Manganese） 重要的元素，有助于生成紋理結(jié)構(gòu)，增加堅(jiān)固性，和強(qiáng)度、及耐磨損性。在熱處理和卷壓過程中使鋼材內(nèi)部脫氧，出現(xiàn)在大多數(shù)的刀剪用鋼材中，除了A-2,L-6和CPM420V。
鉬（Molybdenum） 碳化作用劑，防止鋼材變脆，在高溫時(shí)保持鋼材的強(qiáng)度，出現(xiàn)在很多鋼材中，空氣硬化鋼（例如A-2,ATS-34）總是包含1%或者更多的鉬,這樣它們才能在空氣中變硬。
鎳（Nickle） 保持強(qiáng)度、抗腐蝕性、和韌性。出現(xiàn)在L-6\AUS-6和AUS-8中。
硅（Silicon） 有助于增強(qiáng)強(qiáng)度。和錳一樣，硅在鋼的生產(chǎn)過程中用于保持鋼材的強(qiáng)度。
鎢（Tungsten） 增強(qiáng)抗磨損性。將鎢和適當(dāng)比例的鉻或錳混合用于制造高速鋼。在高速鋼M-2中就含有大量的鎢。
釩（Vanadium） 增強(qiáng)抗磨損能力和延展性。一種釩的碳化物用于制造條紋鋼。在許多種鋼材中都含有釩，其中M-2，Vascowear，CPMT440V和420VA含有大量的釩。而BG-42與ATS-34最大的不同就是前者含有釩。
磷（Phosphorus） 是有害元素，降低鋼的塑性和韌性，出現(xiàn)冷脆性，能使鋼的強(qiáng)度顯著提高，同時(shí)提高大氣腐蝕穩(wěn)定性，含量應(yīng)該限制在0.05%以下。
硫（Sulfur） 是有害元素，使鋼熱脆性大，含量限制在0.05%以下。
鋼指含碳量小于2%的鐵碳合金。根據(jù)成分不同，又可分為碳素鋼和合金鋼。根據(jù)性能和用途不同，又可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼。
鋼的定義 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13304－91《鋼分類》描述：“以鐵為主要元素、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。”其中的一般是指除鉻鋼外的其他鋼種，部分鉻鋼的含碳量允許大于2%。含碳量大于2%的鐵合金是鑄鐵。其他國際標(biāo)準(zhǔn)如ISO4948或EN10020中對(duì)鋼的定義也與此類似。
鋼的應(yīng)用歷史 在人類發(fā)明煉鐵之后不久，就學(xué)會(huì)了煉鋼。由于鋼較之最初的生鐵有更好的物理、化學(xué)、機(jī)械性能，所以很快就得到大量的應(yīng)用。但是由于技術(shù)條件的限制，人們對(duì)鋼的應(yīng)用一直受到鋼的產(chǎn)量的限制，直到十八世紀(jì)工業(yè)革命之后，鋼的應(yīng)用才得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。
鋼的商業(yè)應(yīng)用 鋼可以鑄成不銹鋼去味皂來出售。不銹鋼去味皂是一種用不銹鋼打造的特殊鋼塊，永遠(yuǎn)不會(huì)變小，使用時(shí)如同一般香皂的用法，這種不銹鋼去味皂來自于德國，它不能去污，但能除臭，沾滿腥味的手，用不銹鋼去味皂洗過30至40秒，能使腥味消失。
鋼的分類
按品質(zhì)分類
(1)普通鋼（P≤0.045%，S≤0.050%）
(2)優(yōu)質(zhì)鋼（P、S均≤0.035%）
(3)高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（P≤0.035%，S≤0.030%）
按化學(xué)成份分類
(1)碳素鋼：a.低碳鋼（C≤0.25%）；b.中碳鋼（0.25≤C≤0.60%）；c.高碳鋼（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)灼燒可使鋼中的碳變?yōu)槎趸紦]發(fā)掉，灼燒后鋼樣品質(zhì)量會(huì)減輕。但灼燒后質(zhì)量會(huì)增多，原因：鋼中的鐵與氧結(jié)合生成四氧化三鐵，且含炭少于鐵。
按成形方法分類：
(1)鍛鋼；(2)鑄鋼；(3)熱軋鋼；(4)冷拉鋼。
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
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(jī)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、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(qiáng)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(jī)用鋼等。
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(jí)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。
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?！ .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?！ .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。
鋼的熱處理及機(jī)械性能指標(biāo)
熱處理(HeatTreatment)-是利用加熱和冷卻以改變金屬物理性質(zhì)的方法。熱處理能改善鋼的顯微結(jié)構(gòu),使達(dá)到所需的物理要求。韌性,硬度和耐磨性是通過熱處理而獲得的特性中的幾種。要獲得這些特性,需使用熱處理中的淬硬又稱淬火,回火,退火又稱朡化和表面淬硬等操作。
淬硬(Hardening,又稱淬火)-是將金屬均勻地加熱至適當(dāng)溫度,然后迅速浸入水或油中急冷,或在空氣中或冷凍區(qū)中冷卻,使金屬獲得所需要的硬度。
回火(Tempering)-鋼件淬硬后會(huì)變脆,同時(shí)由淬火急冷而引致的應(yīng)力,可使鋼件受到輕擊而斷裂。要消除脆性,可用回火處理法。回火就是將鋼件重新加熱至適當(dāng)?shù)臏囟然蝾伾?然后予以急冷。回火雖然使鋼的硬度略為減少,但可增加鋼的韌性而降低其脆性。
退火(Annealing)-退火是消除鋼件的內(nèi)在應(yīng)力和勒化鋼件的方法。退火法是將鋼件加熱至高于臨界溫度,然后放入干灰,石灰,石棉或封閉在爐內(nèi),令它慢慢冷卻。
硬度(Hardness)-是材料抵抗外物刺入的一種能力。試驗(yàn)鋼鐵硬度的最普通方法是用銼刀在工件邊緣上銼擦,由其表面所呈現(xiàn)的擦痕深淺以判定其硬度的高低。這種方法稱為銼試法這種方法不太科學(xué)。用硬度試驗(yàn)器來試驗(yàn)極為準(zhǔn)確,是現(xiàn)代試驗(yàn)硬度常用的方法。最常用的試驗(yàn)法有洛氏硬度試驗(yàn)洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)利用鉆石沖入金屬的深度來測定金屬的硬度,沖入深度愈大,硬度愈小。鉆石沖入金屬的深度,可從指針指出正確的數(shù)字,該數(shù)字稱為洛氏硬度數(shù)。
鍛造(Forging)-是用錘擊使金屬成為一定形狀成型的方法,當(dāng)鋼件加熱達(dá)到鍛造溫度時(shí),可以從事鍛造,彎屈,抽拉,成型等操作。大多數(shù)鋼材加熱至鮮明櫻紅色時(shí)都很易鍛造。能增加鋼材硬度常用的方法是淬火。
脆性(Brittleness)-表示金屬容易破裂的性質(zhì),鑄鐵的脆性大,甚至跌落地上亦會(huì)破裂。脆性與硬度有密切關(guān)系,硬度高的材料通常脆性亦大?！ ⊙有?Ductility)-(又稱柔軟性)是金屬受外力永久變形而不碎裂的性質(zhì),延性的金屬可抽拉成細(xì)線。
彈性(Flexibility)-是金屬受外力變形,當(dāng)外力消除之后又恢復(fù)其原有形狀的一種性質(zhì)。彈簧鋼是極富彈性的一種材料。
展性(Malleability)-又稱可鍛性,是金屬延性或柔軟性的另一種表示法。展性是金屬接受錘鍛或滾軋而變形時(shí)不致破裂的一種性質(zhì)。
韌性(Toughness)-是金屬抵受震動(dòng)或沖擊的能力。韌性與脆性剛好相反。
鋼材機(jī)械性能相關(guān)名詞解釋
1.屈服點(diǎn)（σs） 鋼材或試樣在拉伸時(shí)，當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限，即使應(yīng)力不再增加，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(shí)的最小應(yīng)力值即為屈服點(diǎn)。 設(shè)Ps為屈服點(diǎn)s處的外力，F(xiàn)o為試樣斷面積，則屈服點(diǎn)σs=Ps/Fo(MPa)，MPa稱為兆帕等于N（牛頓）/mm2，（MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/mm2）
2.屈服強(qiáng)度（σ0.2） 有的金屬材料的屈服點(diǎn)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(shí)的應(yīng)力，稱為條件屈服強(qiáng)度或簡稱屈服強(qiáng)度σ0.2。
3.抗拉強(qiáng)度（σb） 材料在拉伸過程中，從開始到發(fā)生斷裂時(shí)所達(dá)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(qiáng)度相應(yīng)的還有抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等?！ ≡O(shè)Pb為材料被拉斷前達(dá)到的最大拉力，F(xiàn)o為試樣截面面積，則抗拉強(qiáng)度σb=Pb/Fo（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。
5.屈強(qiáng)比（σs/σb） 鋼材的屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度）與抗拉強(qiáng)度的比值，稱為屈強(qiáng)比。屈強(qiáng)比越大，結(jié)構(gòu)零件的可靠性越高，一般碳素鋼屈強(qiáng)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。
6.硬度 硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是金屬材料的重要性能指標(biāo)之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。
?、挪际嫌捕龋℉B） 以一定的載荷（一般3000kg）把一定大小（直徑一般為10mm）的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時(shí)間，去載后，負(fù)荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值（HB），單位為公斤力/mm2(N/mm2)。
?、坡迨嫌捕龋℉R） 當(dāng)HB450或者試樣過小時(shí)，不能采用布氏硬度試驗(yàn)而改用洛氏硬度計(jì)量。它是用一個(gè)頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測材料表面，由壓痕的深度求出材料的硬度。
根據(jù)試驗(yàn)材料硬度的不同，分三種不同的標(biāo)度來表示：
HRA：是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高的材料（如硬質(zhì)合金等）。
HRB：是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球，求得的硬度，用于硬度較低的材料（如退火鋼、鑄鐵等）。
HRC：是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火鋼等）。
?、蔷S氏硬度（HV） 以120kg以內(nèi)的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值，即為維氏硬度值（HV）。
國內(nèi)鋼材型號(hào)
合金結(jié)構(gòu)鋼 20-50Mn2、15-40Cr、12-42CrMo、12Cr1MoV、38CrMoAl等
彈簧鋼 65Mn、55Si2Mn、60Si2Mn(A)、30W4Cr2VA等
冷鐓鋼 ML08-45、ML40Cr、ML35CrMo等
工具鋼
碳素工具鋼 T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13、T8Mn等
合金工具鋼 9SiCr、8MnSi、Cr12MoV、CrWMn、5CrMnMo、3Cr2W8V等
高速工具鋼 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等
軸承鋼
高碳鉻軸承鋼 GCr6、GCr9、GCr9SiMn、GCr15、GCr15SiMn等
高碳鉻不銹軸承鋼 9Cr18、9Cr18Mo等 滲透軸承鋼 G20CrMo、G20CrNiMo、G10CrNi3Mo等
特殊鋼
熱軋鋼 轉(zhuǎn)爐鋼 不銹鋼 0(1)Cr18Ni9、00Cr18Ni10、0(1)18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni10Ti、00Cr17Ni14Mo2等
耐熱鋼 0Cr25Ni20、5Cr21Mn9Ni4N、1Cr25Ni20Si2、1Cr17、1(2)Cr13、4Cr10Si2Mo等
高溫合金鋼 GH2036、GH4033、Incoloy800、Inconel600等
專業(yè)用鋼
氣輪機(jī)葉片用鋼 1Cr12、1Cr13、1Cr11MoV、0Cr17Ni14Cu4Nb等
內(nèi)燃機(jī)汽閥鋼 5Cr21Mn9Ni4N、4Cr14NiW2Mo、4Cr9Si2、8Cr20Si2Ni等
高溫螺栓鋼 20Cr1Mo1VnbTiB等
模具鋼 Cr12、Cr12MoV1、Cr12MoV、4Cr5MoSiV1等
