鋼的品種、性能、用途簡(jiǎn)介

鋼的品種、性能、用途李士琦北京科技大學(xué)2005.12.13人類(lèi)生活的三個(gè)依托：材料、能量、信息。（1）材料：用于人類(lèi)制造有用器件或物品的物質(zhì)。（2）能量：火、電（利用和保存能量的物質(zhì)）（3）信息：知識(shí)－傳播、記錄的材料。物質(zhì)、能量、信息、生物：人類(lèi)發(fā)展中四個(gè)因素所起的作用不同。1.

材料與社會(huì)材料的定義：“材料是人類(lèi)社會(huì)所能接受的、經(jīng)濟(jì)地制造有用器件（或物品）的物質(zhì)”判據(jù)（能源、資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量）資源、能源、環(huán)保這三個(gè)戰(zhàn)略性判據(jù)，反映定義中“人類(lèi)社會(huì)所能接受的”這個(gè)定語(yǔ)；經(jīng)濟(jì)這個(gè)判據(jù)反映了“經(jīng)濟(jì)地”這個(gè)狀語(yǔ)； 質(zhì)量這個(gè)判據(jù)反映了“制造有用器件（或物品）的”這個(gè)定語(yǔ)，也就是廣義的性能，其中“制造”及“有用”分別指“工藝性能”及“使用性能”。材料的分類(lèi)(1)按材料物理化學(xué)屬性分：按物理化學(xué)屬性分：金屬：原子間主要是以金屬鍵相結(jié)合；無(wú)機(jī)非金屬材料：原子間主要以離子鍵相結(jié)合；高分子材料：原子間以分子鍵和共價(jià)鍵相結(jié)合。復(fù)合材料：又上述三種材料中的一種、兩種或三種構(gòu)成。(2)按材料的用途分：結(jié)構(gòu)材料：通常是指利用材料的力學(xué)性能制造機(jī)器和工程結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的材料；功能材料：利用材料的物理、化學(xué)和生物學(xué)等性能，制造具有電、磁、光、聲、熱、生物等功能器件的材料。(3)按材料的制備分類(lèi)天然材料、人造材料、環(huán)境材料

a天然材料人類(lèi)社會(huì)發(fā)展史：舊石器時(shí)代、新石器時(shí)代、青銅器時(shí)代舊石器時(shí)代：一百萬(wàn)年以前，用石頭作工具；新石器時(shí)代：一萬(wàn)年以前，對(duì)石頭進(jìn)行加工，使之成為精致的器皿或工具；b人造材料青銅器時(shí)代：早在8000~9000年前，人類(lèi)還處于新石器時(shí)代，已經(jīng)發(fā)明了用粘土成型，再火燒固化而成為陶器。在燒制陶器過(guò)程中，偶然發(fā)現(xiàn)金屬銅和錫，當(dāng)然那時(shí)還不明白這是銅、錫的氧化物在高溫下被碳還原的產(chǎn)物，進(jìn)而又生產(chǎn)出色澤鮮艷、又能澆鑄成型的青銅，從而使人類(lèi)進(jìn)入青銅時(shí)代。希臘在公元前3000年前；埃及在公元前2500年前；巴比倫在公元前19世紀(jì)中葉，印度大約在公元前3000年已廣泛使用青銅器。中國(guó)的青銅器在公元前2700年已經(jīng)使用了，至今約5000年的歷史，到商周（公元前17世紀(jì)到公元前3世紀(jì)）進(jìn)入了鼎盛時(shí)期，如河南安陽(yáng)出土的達(dá)875公斤的鼎，湖北隋縣的編鐘、西安青銅馬車(chē)都充分反映了當(dāng)時(shí)中國(guó)冶金技術(shù)水平和制造工藝的高超。鐵器時(shí)代：公元前13-14世紀(jì)，人類(lèi)開(kāi)始用鐵，3000年前鐵工具比青銅工具更為普遍，人類(lèi)進(jìn)入鐵器時(shí)代。20世紀(jì)的前50年間，全世界金屬材料消耗量約40億t，平均每10年僅消耗8億t左右;而在20世紀(jì)80年代的l0年間，全世界金屬材料消耗量即達(dá)58億t;在金屬材料中鋼鐵材料的量占90~95%;到2000年,全世界鋼的表觀積累量達(dá)到338億噸高分子材料：世界三大有機(jī)合成材料（樹(shù)脂、纖維、和橡膠）年產(chǎn)量逾億噸。19世紀(jì)末西方科學(xué)家仿制中國(guó)絲綢發(fā)明了人造絲，這是人類(lèi)改造自然材料的又一里程碑。20世紀(jì)初，人工合成有機(jī)高分子材料相繼問(wèn)世。1909年酚醛樹(shù)脂（電木）；1920年聚苯乙烯；1931年的聚氯乙烯；1941年的尼龍等，以其性能優(yōu)異，資源豐富、建設(shè)投資少、收效快而得到迅速發(fā)展。無(wú)機(jī)非金屬材料陶瓷本來(lái)用作建筑材料、容器或裝飾品等。由于其資源豐富、密度小、高模量、高硬度、耐腐蝕、膨脹系數(shù)小、耐高溫、耐磨等特點(diǎn)，到20世紀(jì)中葉，通過(guò)合成及其他制備方法，做出各種類(lèi)型的先進(jìn)陶瓷（Si3N4、SiC、ZrO2等），成為近幾十年來(lái)材料中非?；钴S的研究領(lǐng)域，有人認(rèn)為“新陶器時(shí)代”即將到來(lái)。水泥玻璃復(fù)合材料：

天然材料中很多是復(fù)合材料，如木材、皮革、竹子等。人類(lèi)很早就制造符合材料：泥巴中混入碎麻或麥桿用以建造房屋，鋼筋水泥是脆性材料和韌性材料的復(fù)合。

20世紀(jì)后期，復(fù)合材料得到了較快的發(fā)展。(4)功能材料：功能材料自古就受到重視，在戰(zhàn)國(guó)（公元前3世紀(jì)）已利用天然磁鐵礦制造司南，宋代用鋼針磁化制出羅盤(pán)，為航海的發(fā)展提供了關(guān)鍵技術(shù)。功能材料是信息技術(shù)及自動(dòng)化的基礎(chǔ)，半導(dǎo)體材料和高性能磁性材料，激光材料與光導(dǎo)纖維，幫助人類(lèi)進(jìn)入信息時(shí)代。硅是微電子技術(shù)的關(guān)鍵材料，有人稱之為“以硅片為代表的電子材料時(shí)代”，說(shuō)明材料對(duì)人類(lèi)文明的關(guān)鍵的作用。

20世紀(jì)70年代人們將信息、材料和能源譽(yù)為當(dāng)代文明的三大支柱。80年代以高新技術(shù)群為代表的新技術(shù)革命，將新材料、信息和生物技術(shù)并列為新技術(shù)革命的重要標(biāo)志。電子技術(shù)1906年發(fā)明了電子管，從而出現(xiàn)了無(wú)線電技術(shù)、電視機(jī)、電子計(jì)算機(jī)。1948年發(fā)明了半導(dǎo)體晶體管，致使電子設(shè)備的小型化、輕量化、節(jié)能化及成本降低、可靠性的提高與壽命的延長(zhǎng)。1958年出現(xiàn)了集成電路，使計(jì)算機(jī)及各種電工設(shè)備發(fā)生再一次飛躍。1946年電子管計(jì)算機(jī)與1976年微機(jī)的一些指標(biāo)來(lái)對(duì)比，由于集成電路的采用，使計(jì)算機(jī)體積縮小了30萬(wàn)倍，功耗降低了5萬(wàn)多倍，重量降低了6萬(wàn)倍，平均故障率也大為減少，而且價(jià)格也大幅度下降。這樣為計(jì)算機(jī)的普及創(chuàng)造了條件。光纖通信1966年，高琨指出若光纖傳輸?shù)膿p耗小于20dB/km，則可實(shí)現(xiàn)光通信。1970年，用石英摻雜氧化鍺，達(dá)到了這一指標(biāo)，而后光纖通信比集成電路發(fā)展更快，代替了同軸電纜。其信息容量比同軸電纜大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，而且重量輕，消耗原材料少，保密性強(qiáng)，抗電磁干擾，幾十年內(nèi)，從連接各大陸的海底電纜到家庭，都布遍了光纜，成為現(xiàn)代信息高速公路與信息網(wǎng)絡(luò)化的重要組成部分。光纖通信除了光導(dǎo)纖維以外，還要有激光器和探測(cè)器，這些都是化合物半導(dǎo)體。

高溫技術(shù)20世紀(jì)50年代出現(xiàn)鎳基高溫合金，材料使用溫度由原來(lái)的700℃提高到900℃，導(dǎo)致了超音速飛機(jī)的問(wèn)世；高溫陶瓷的發(fā)明，促進(jìn)了表面溫度高達(dá)l000℃的航天飛機(jī)的發(fā)展。到20世紀(jì)90年代末，全世界12項(xiàng)新興產(chǎn)業(yè)的年銷(xiāo)售額已達(dá)l萬(wàn)億美元，其中新材料約占40％?？梢哉f(shuō)，新材料技術(shù)既是當(dāng)代高技術(shù)的重要組成部分，又是發(fā)展高技術(shù)的重要支柱和突破口。

在材料的提取、制備、生產(chǎn)、使用及廢棄的過(guò)程中，常消耗大量的資源和能源，排放大量的污染物。20世紀(jì)90年代初，各國(guó)的科學(xué)工作者開(kāi)始重視材料的環(huán)境性能，研究評(píng)價(jià)材料對(duì)環(huán)境影響的方法和手段，開(kāi)發(fā)對(duì)環(huán)境友好的新材料及其制品。在環(huán)境和材料學(xué)科之間開(kāi)創(chuàng)了新興學(xué)科――環(huán)境材料（ecomaterial）材料科學(xué)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的歷史時(shí)期。其特征首先是節(jié)約能源和資源；其次，是減少環(huán)境污染，避免溫室效應(yīng)和臭氧層破壞；第三是資源容易回收和循環(huán)再利用。EcologicalMatreial2

金屬材料及其工業(yè)制備工藝

金屬：具有金屬光澤，可塑性，導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性良好的元素

黑色金屬(ferrousmetals)：Fe、Mn、Cr

有色金屬(nonferrousmetals)：

分為四大類(lèi)金屬材料是最重要的工程材料，包括金屬和以金屬為基的合金。最簡(jiǎn)單的金屬材料是純金屬。在已發(fā)現(xiàn)的107種元素中，有91種稱為金屬，其中具有重要工業(yè)意義的為50多種。

有色金屬有色重金屬(heavy)：比重4.5,如Cu、Pb、Zn、Sn、Ni、Co、Sb、Hg、

Cd、Bi等有色輕金屬(light)：比重4.5，如Al、Mg、Ca、Sr、Ba、Na、K等有色貴金屬(precious/noble)：如Au、Ag、Pt、Rh、Ru、Pd、Os、Ir等稀有輕金屬：比重2.0，如Li、Rb、Cs、Be稀有難熔金屬：如Ti、Zr、Hf、Ｖ、Nb、Ta、W、Mo、Re等稀有金屬(rare) 稀散金屬：如Ga、In、Tl、Ge、Se、Te等稀土金屬： 如Ce(鈰)、Th(釷)等，用RE表示放射性金屬： 如Ra、Ｕ等金屬年開(kāi)采量（萬(wàn)噸）可開(kāi)采年數(shù)備注鉛錫銀金鋅銅鎳錳鈷鐵鋁石油天然氣煤57718.11.440723584.89.18億噸9963

2223303141531291501742322334356328（1）全世界資源是有限的；（2）所有的金屬中，鐵量占約90％，所以未來(lái)的鋼鐵材料仍然是最主要的金屬材料。世界資源情況

金屬材料的加工過(guò)程(火法)：冶金主要操作工序：以鋼鐵冶金為例鐵礦石→選礦→礦粉→人造富礦→→煉鐵→熱鐵水→煉鋼→精煉→連鑄→→成型加工→鋼鐵產(chǎn)品高爐轉(zhuǎn)爐連鑄熱連軋冷連軋產(chǎn)品焦化燒結(jié)120萬(wàn)噸廢鋼800~1000萬(wàn)噸鋼鐵示范工程煤氣120萬(wàn)KW發(fā)電廠廢渣300萬(wàn)噸水泥廠14~28萬(wàn)噸廢塑料以鋼鐵企業(yè)為核心的循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈

金屬材料具有許多良好的性能，因此被廣泛地應(yīng)用于制造各種構(gòu)件、機(jī)械零件、工具和日常生活用具。金屬材料的性能包含工藝性能和使用性能兩方面：工藝性能，制造工藝過(guò)程中材料適應(yīng)加工的性能；使用性能，金屬材料在使用條件下所表現(xiàn)出來(lái)的性能，它包括力學(xué)性能、物理和化學(xué)性能。

用戶行業(yè)走新型工業(yè)化道路，對(duì)鋼材提出了更高要求，相關(guān)行業(yè)的發(fā)展速度、質(zhì)量和規(guī)模，直接決定了鋼材的需求數(shù)量和檔次。鋼材的主要用戶集中在建筑、機(jī)械、汽車(chē)、造船、鐵道、石油、家電和集裝箱八大行業(yè)，用量超過(guò)鋼材總消費(fèi)量的80%。3鋼鐵材料的應(yīng)用（1）建筑1）建筑用鋼通常是鋼產(chǎn)量中的首位；2）鋼結(jié)構(gòu)有可以加長(zhǎng)跨距，增加使用面積；3）鋼結(jié)構(gòu)用利于抵御地震等；4）鋼結(jié)構(gòu)件容易回收，有利于環(huán)境；5）鋼結(jié)構(gòu)建筑更耐久并容易維護(hù)。（2）交通

交通是現(xiàn)代社會(huì)的命脈，而交通與鋼鐵密切相關(guān)：－鐵路交通的發(fā)展離不開(kāi)鋼鐵：例：鐵軌、機(jī)車(chē)等 －鋼鐵是汽車(chē)的主要原料：例：20世紀(jì)末世界年產(chǎn)汽車(chē)4900萬(wàn)輛，鋼鐵占67.75%，鋁占5.45%，橡膠和塑料占12.09%，其它為玻璃和有色金屬。 －航空設(shè)備：發(fā)動(dòng)機(jī)需要熱強(qiáng)鋼及高溫合金。飛機(jī)起落架、主梁等關(guān)鍵受力部件為超高強(qiáng)度鋼。（3）能源

1）石油開(kāi)采需要大量的鋼材，例：鉆臺(tái)、井架、海洋石油平臺(tái)、輸油管等；2）發(fā)電設(shè)備用鋼，例：鍋爐用耐熱鋼、汽輪機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)用鋼等；3）機(jī)械化采煤用鋼；4）燃料電池材料中65%是鋼材。（4）通訊

1）鋼鐵為主要的功能材料，例：電磁鐵、永久磁鐵、電磁屏蔽合金等；2）有線傳輸?shù)木€路；3）衛(wèi)星和運(yùn)載火箭的金屬材料，例：馬氏體時(shí)效鋼、高溫合金、超低溫容器用鋼、記憶合金等。（5）國(guó)防

1）常規(guī)兵器，例：槍、炮、坦克等；2）海軍艦艇，例：40000噸級(jí)的航空母艦需要40000噸鋼。3）航空材料；飛機(jī)起落架、主梁、大應(yīng)力接頭等4鋼鐵材料的分類(lèi)按應(yīng)用分為:結(jié)構(gòu)材料約占90~85%功能材料總量少,但非常重要按使用狀態(tài)分為:鑄件鋼材加工態(tài)按冶煉方法分為:轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼按主要合金成分分類(lèi)碳素鋼普通碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼---碳素工具鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼合金鋼微合金鋼低合金鋼合金鋼高合金鋼按材的形狀分長(zhǎng)型材截面形狀線材棒材型鋼異型材管材工角槽軌梁H型鋼扁平材厚板中板薄板帶鋼窄帶鋼(寬厚板)截面形狀按最終加工(使用)狀態(tài)分類(lèi)熱軋材冷軋材鍛材金屬涂層無(wú)機(jī)涂層有機(jī)涂層涂層材1)合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼簡(jiǎn)稱合結(jié)鋼，是廣泛用于制造汽車(chē)、拖拉機(jī)、起重機(jī)、機(jī)床、礦山機(jī)械及其他各種機(jī)器的軸、齒輪、連接件、結(jié)構(gòu)件的合金鋼。合結(jié)鋼是合金鋼中用途廣、產(chǎn)量多、鋼號(hào)多的一個(gè)鋼類(lèi)。其產(chǎn)量約占全國(guó)鋼產(chǎn)量的2.5～3.0，約占合金鋼產(chǎn)量的三分之一，其中大量使用的27個(gè)鋼號(hào)的產(chǎn)量約占合結(jié)鋼產(chǎn)量的70％。5主要的合金鋼(八大鋼類(lèi))本鋼類(lèi)共收入87個(gè)鋼號(hào)，其中標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)67個(gè)，按化學(xué)元素組成分成23組，非標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)20個(gè)，分成9組。按熱處理方法可劃分為表面硬化鋼41個(gè)，調(diào)質(zhì)鋼46個(gè)。按強(qiáng)度水平可劃分為一般強(qiáng)度鋼(σb54～<100kG/mm2)46個(gè)，高強(qiáng)度鋼(σbl00～<1040kG／mm2)33個(gè)，超高強(qiáng)度鋼(σb>140，σb≥120kG/mm2)8個(gè)。在87個(gè)鋼號(hào)中有49個(gè)鋼號(hào)是引用國(guó)外的，其余都是我國(guó)研制的鋼號(hào)。YB6—71中共有103個(gè)鋼號(hào)，其中10Mn2、15Mn2、18Cr3MoWV、20Cr3MoWV現(xiàn)已很少使用，其中16Mo、12CrMo、15CrMo、12CrMoV、25CrMoV、25Cr2Mo1V按用途收入耐熱鋼，50CrVA按用途收入彈簧鋼。本鋼類(lèi)的特點(diǎn)是：(1)不含鉻、鎳的鋼號(hào)多(35個(gè))，約占40％，這是我國(guó)多年重視節(jié)約鉻、鎳資源的重要成果。工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家在節(jié)約鉻、鎳、鉬等元素方面也做了很多有效的工作。如美國(guó)大約從1962年起研制了一系列的以EX命名的代用鋼，到70年代初已公布了54個(gè)鋼號(hào)，其中EXl、EX2、EX3已經(jīng)列入SAE標(biāo)準(zhǔn)中。（2）含硼鋼號(hào)多（23個(gè)），約占24.5％，其產(chǎn)量約占合結(jié)鋼總產(chǎn)量的10％。許多國(guó)家仍然在使用和努力研究含硼鋼，如美國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中有6～9個(gè)含硼結(jié)構(gòu)鋼。1970～1976年間，美國(guó)年產(chǎn)含硼碳鋼約2.5～7.6萬(wàn)噸，1968年日本汽車(chē)制造業(yè)使用碳硼鋼和含硼合金鋼約2萬(wàn)5千噸。蘇聯(lián)ΓOCT4543－71中仍然保留有7個(gè)含水量硼鋼。（3）本鋼類(lèi)基本上匯總了我國(guó)有關(guān)科研單位、學(xué)校工廠20多年來(lái)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，也引用了部分外數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)中除包含常規(guī)機(jī)械性能外，還盡量收入了疲勞、多次沖擊、傾斜拉伸、抗彎強(qiáng)度、平面應(yīng)變斷裂韌性、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及應(yīng)力腐蝕性能等方面的數(shù)據(jù)，也有滲碳、滲氮、碳氮共滲等熱處理工藝性能。應(yīng)當(dāng)指出：(1)有一部分標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)和非標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)因含鉬、鎢量較多，有的因切削性能較差，未能得到廣泛使用，應(yīng)當(dāng)加以改進(jìn)。（2）隨著自動(dòng)化流水線的不斷增多和對(duì)各種機(jī)件尺寸精度要求的提高，對(duì)鋼的淬透性提出了嚴(yán)格要求，因此，應(yīng)當(dāng)盡快地制定出按淬透性帶供應(yīng)鋼材的新標(biāo)準(zhǔn)。（3）為進(jìn)一步提高冶金質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)廣泛采用經(jīng)濟(jì)而又有效的爐外精煉設(shè)置。(4)為充分發(fā)揮金屬材料的性能和提高零件壽命，應(yīng)當(dāng)合理地選用鋼號(hào)并采用最合理的熱處理工藝。2)彈簧鋼彈簧鋼是制造各種螺旋簧、扭簧、板簧及起類(lèi)似作用的其他形狀彈簧的鋼類(lèi)。這些彈簧是保證各種機(jī)器、儀器儀表正常工作不可缺少的重要零件。在“熱軋彈簧鋼技術(shù)條件”(GB1222—75)中有合金彈簧鋼14個(gè)鋼號(hào)，由于各種原因本系列只收入9個(gè)鋼號(hào)，此外，還編入1個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)45CrMoV。按化學(xué)成分劃分為錳鋼(1個(gè))、硅錳鋼（2個(gè)）、鉻錳鋼(1個(gè))、鉻釩鋼(1個(gè))、硅錳釩硼鋼(1個(gè))、硅錳鉬釩(鈮)鋼（2個(gè)）、鎢鉻釩鋼(1個(gè))和鉻鉬釩鋼(1個(gè))八組。這些鋼除55SiMnVB、55SiMoV、55SiMnMoVNb是我國(guó)近年來(lái)研制成功的鋼種外，其他鋼都是仿制國(guó)外鋼種。按允許使用溫度可劃分為65Mn、55SiMnVB(≤120℃)，55Si2Mn、50CrMn、55SiMnMoV、55SiMnMoVNb(≤230℃)，60Si2MnA(≤250℃)，50CrVA(≤300℃)，45CrMoV(≤450℃)，30W4Cr2VA(≤500℃)。關(guān)于其他耐熱彈簧鋼和耐腐蝕彈簧鋼，如W18Cr4V(≤600℃)，1Crl8Ni9(Ti)(≤290℃)，0Crl7NiV7Al(≤350℃)，0Crl2Ni4Mn5Mo3Al(≤350℃)，0Crl5Ni7Mo2Al(≤425℃)，3Cr13，4Cr13，iCr18Ni12Mo2Ti等鋼種的基本性能和特點(diǎn)，參見(jiàn)高速鋼，不銹鋼鋼類(lèi)。我國(guó)彈簧鋼鋼類(lèi)基本滿足了各機(jī)械工業(yè)部門(mén)的使用。彈簧鋼產(chǎn)量約占合金鋼總產(chǎn)量的4％，其中熱軋材圓鋼和扁鋼產(chǎn)量約占95％，冷拉材、鋼絲、鋼帶產(chǎn)量約占5％。從鋼種上分，以606Si2Mn（A）產(chǎn)量最多，約占68％，65Mn約占11％，55Si2Mn約占6.8％，55Si2MnB約占6.3％。為使彈簧鋼鋼類(lèi)更完整和便于選用，應(yīng)當(dāng)把適合作彈簧用的耐熱鋼、高速鋼、工具鋼列入本鋼類(lèi)的國(guó)標(biāo)或部標(biāo)中。同時(shí)，也要增加耐強(qiáng)腐蝕介質(zhì)以及在-60～-200℃條件下工作的彈簧鋼鋼種。此外，必須重視搞好彈簧鋼基本性能的測(cè)定工作，使數(shù)據(jù)不斷充實(shí)。3)易切削鋼易切削鋼是易被（車(chē)、銑、拉、刨、鉆等）切削加工的鋼種，又叫自動(dòng)機(jī)床加工用鋼，簡(jiǎn)稱自動(dòng)鋼。它是為適應(yīng)機(jī)械加工自動(dòng)化和流水作業(yè)線生產(chǎn)而產(chǎn)生的。這類(lèi)鋼可以用較高的切削速度和較深的吃刀量進(jìn)行切削加工，而且由于加入鋼中的易切削元索使切削抗力減小和因加入元素本身的特性及形成的化合物起潤(rùn)滑刀具刃部的作用，使切削易斷，減輕了磨損，從而提高了被加工零件的光潔度和精度，提高了刀具壽命和生產(chǎn)效率。易切削鋼主要用于制作受力較小而對(duì)尺寸和光潔度要求嚴(yán)格的儀器、儀表、手表零件、汽車(chē)、機(jī)床和其他各種機(jī)器上使用的，對(duì)尺寸精度、光潔度要求嚴(yán)格，而對(duì)機(jī)械性能要求相對(duì)較低的標(biāo)準(zhǔn)件，如齒輪、軸、螺栓、閥門(mén)、襯套、銷(xiāo)釘、管接頭、彈簧座墊等，及機(jī)床絲杠、塑料成型模具、外科和牙科手術(shù)用具等。國(guó)外易切削鋼生產(chǎn)發(fā)展很快，鋼種和品種數(shù)量不斷增加，產(chǎn)量逐漸上升。就碳素鋼而言，美國(guó)、日本、英國(guó)、西德、蘇聯(lián)五國(guó)現(xiàn)行易切削鋼標(biāo)準(zhǔn)中，多者有31個(gè)鋼號(hào)(AISI)，少者有7個(gè)鋼號(hào)(ΓOCT)。品種已經(jīng)擴(kuò)大到扁鋼和管材。易切削鋼產(chǎn)量以日本最多，增加速度也最快。從1959年生產(chǎn)12153噸，發(fā)展到1974年的53萬(wàn)多噸(其中約有15％鋼材輸出，約8％制成品輸出)，增加了約43倍。其中硫系碳素鋼占64.4％，合金鋼占2.3％，其他系碳素鋼占20.3％，合金鋼占13％。日本生產(chǎn)的易切削鋼約有40～46％消耗在汽車(chē)制造業(yè)，產(chǎn)業(yè)機(jī)械消耗約10％，家庭用品和業(yè)務(wù)機(jī)器消耗約6％。我國(guó)從1953年開(kāi)始生產(chǎn)含硫切削鋼，1964年開(kāi)始試制硫－磷系、鉛系和硒系易切削鋼。1974年后又進(jìn)行了鈣－硫系易切削鋼試制工作。目前，我國(guó)已有15個(gè)易切削鋼種，其中8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)，7個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)。按含易切削元索可劃分為硫系(5個(gè)鋼號(hào))、硫磷系(6個(gè)鋼號(hào))、鈣硫系(2個(gè)鋼號(hào))、鉛系(1個(gè)鋼號(hào))和硒系(2個(gè)鋼號(hào))五組，按鋼類(lèi)可劃分為碳素易切削鋼(9個(gè))、合結(jié)易切削鋼(1個(gè))、不銹易切削鋼(5個(gè))三類(lèi)。除標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)Y1Crl4S、Y2Cr13Ni2(S—P系)和非標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)Y1Crl3Se、Y1Crl8Ni9Se列入不銹鋼中外，其余11個(gè)鋼號(hào)都匯集在本部分內(nèi)。與國(guó)外相比較，我國(guó)易切削鋼號(hào)少、品種不齊全。產(chǎn)量只占全國(guó)鋼產(chǎn)量的O．06％。隨著我國(guó)“四化”建設(shè)的進(jìn)展，自動(dòng)化程度的逐步提高，汽車(chē)、機(jī)床、家庭用品和業(yè)務(wù)用品工業(yè)的發(fā)展，將需要更多的易切削鋼。因此，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)易切削鋼領(lǐng)域的研究工作，仿制或研制新型易切削鋼，應(yīng)當(dāng)著重發(fā)展鈣硫系、低鉛的鈣鉛硫系、硫鉛磷系復(fù)合易切削鋼，在鋼種方面應(yīng)當(dāng)增加合結(jié)鋼、不銹鋼、模具鋼、軸承鋼的易切削鋼種，在品種方面應(yīng)當(dāng)擴(kuò)大到管材和扁鋼。4)軸承鋼適于制造在不同環(huán)境中工作的各類(lèi)滾動(dòng)軸承套圈和滾動(dòng)體的鋼，統(tǒng)稱為滾動(dòng)(或滾珠)軸承鋼。由于對(duì)軸承能適應(yīng)的工作環(huán)境不同，如低溫、高溫、耐銹蝕、防磁性、耐振動(dòng)沖擊等，軸承鋼可以是專用的碳鉻軸承鋼，也可以采用工具鋼、結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼及耐熱鋼。目前使用最廣的是碳鉻軸承鋼。由于軸承鋼包括的鋼類(lèi)甚寬，因而用途也比較廣泛。一般來(lái)說(shuō)，作內(nèi)軸承材料使用時(shí)，要求鋼的質(zhì)量比較高，特別是對(duì)非金屬夾雜物和碳化物的均勻性要求高。所以，常常采用真空脫氣、電渣重熔、真空自耗重熔等特殊工藝生產(chǎn)軸承鋼。碳鉻軸承鋼通常具有較高的冶金質(zhì)量，也是制造冷作模具和精密量具的理想材料。根據(jù)我國(guó)生產(chǎn)和使用軸承鋼的實(shí)踐，參照國(guó)外同類(lèi)鋼的現(xiàn)狀，按化學(xué)成分和鋼的特性，將軸承鋼劃分為：高碳鉻軸承鋼、無(wú)鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、不銹軸承鋼及中、高溫軸承鋼五大類(lèi)，共十五個(gè)鋼號(hào)，其中七個(gè)標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)、八個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)。本鋼類(lèi)鋼種較少、鋼號(hào)比較齊全，基本滿足軸承工業(yè)生產(chǎn)的需要，生產(chǎn)管理方便。太多數(shù)國(guó)家的軸承鋼只有四類(lèi)，我國(guó)增加了無(wú)鉻軸承鋼。國(guó)外通常都保留4～5個(gè)高碳鉻軸承鋼。GCr6、GCr9等類(lèi)似鋼號(hào)的淬透性低、淬火時(shí)容易出現(xiàn)軟點(diǎn)，現(xiàn)在都已被淘汰。為了提高鋼的淬透性，出現(xiàn)了加鉬元素的高碳鉻軸承鋼，如美國(guó)的52100系的3、4；日本的SUJ4、SUJ5；瑞典的SKF23、SKF25等鋼號(hào)。我國(guó)還沒(méi)有這樣的鋼號(hào)。在我國(guó)軸承鋼中保留了GCr9。國(guó)外也研究過(guò)無(wú)鉻軸承鋼，如美國(guó)1941年曾研究過(guò)，日本于1965年也作了報(bào)導(dǎo)，但是都未列入標(biāo)準(zhǔn)。這可能是因?yàn)樗茹t軸承鋼抗銹蝕性能較差的緣故。國(guó)外現(xiàn)有的滲碳軸承鋼鋼號(hào)比較齊全，應(yīng)用也比較廣泛，如美國(guó)使用滲碳軸承鋼的數(shù)量為總量的三分之一；日本約占15％。適用于小型、中小型、大型及特大型軸承的滲碳鋼號(hào)，在國(guó)外有十個(gè)以上，我國(guó)目前只有適于制造特大型軸承的兩個(gè)滲碳鋼號(hào)，而適于制造中小型軸承的滲碳鋼號(hào)還處于發(fā)展和完善中；不銹和高溫用軸承鋼發(fā)展的現(xiàn)狀與國(guó)外相似。高碳鉻鋼和9Cr18Mo鋼的一部分?jǐn)?shù)據(jù)及其他鋼號(hào)的切削性能取自其它文獻(xiàn)。由于測(cè)定耐磨性和接觸疲勞性能的試驗(yàn)方法尚未標(biāo)準(zhǔn)化，所以，在每個(gè)數(shù)據(jù)后邊注明了試驗(yàn)條件。5)合金工具鋼合金工具鋼是在碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入鉻、鉬、鎢、釩等合金元素以提高淬透性、韌性、耐磨性和耐熱性的一類(lèi)鋼種，它主要用于制造量具、刃具、耐沖擊工具和冷、熱模具及一些特殊用途的工具。近年來(lái)，由于機(jī)電制造工業(yè)中精密鍛造、擠壓成型、壓鑄及鐓鍛等少切削、無(wú)切削新工藝的應(yīng)用，使與之相適應(yīng)的工模具也獲得了很大的發(fā)展。本鋼類(lèi)共收人45個(gè)鋼號(hào)，其中標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)33個(gè)，非標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)12個(gè)。根據(jù)用途，可將鋼號(hào)分成五個(gè)類(lèi)別：量具、刃具用鋼，耐沖擊工具用鋼，冷作模具用鋼，熱作模具及特殊工具用鋼。本鋼類(lèi)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)從鋼號(hào)數(shù)量上看，我國(guó)居于中間位置。如現(xiàn)有國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)，美國(guó)有51個(gè)(ANSI／ASTMA681－76)、英國(guó)有21個(gè)BS4659－1971)、蘇聯(lián)有48個(gè)(ΓOCT－1976)、日本有32個(gè)JISG4404—1972)、西德有23個(gè)(VDEhW61250-70)、法國(guó)有45個(gè)(NFA35－590、1970)，而國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)列有30個(gè)鋼號(hào)(IS0／DIS4957)，但在各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)中，比較通用的、且產(chǎn)量較大的只有13個(gè)，這些鋼種的產(chǎn)量一般占合金工具鋼總產(chǎn)量的60～70％。我國(guó)合金工具鋼中基本上都列入了這些鋼號(hào)，如熱作工具鋼5CrNiMo、4Cr5MoSiV、4Cr5M0SiV1、3Cr2W8V，冷作工具鋼Cr2、9Mn2V、MnCrWV、Cr12、Cr12MoV、Cr6WV和5CrW2Si等，(2)從用途上看，我國(guó)合金工具鋼中的專用鋼號(hào)少，只列入了一個(gè)特殊用途的鋼號(hào)，而其它國(guó)家則有這類(lèi)專用鋼號(hào)類(lèi)別，如美國(guó)ANSI／ASTM標(biāo)準(zhǔn)中包括7種塑料模具用鋼，法國(guó)NF標(biāo)準(zhǔn)中包括3種塑料模具用鋼、3種高鉻不銹模具鋼和3種鐵基高溫合金，有的國(guó)家還制訂了專門(mén)的鑄造模具鋼標(biāo)準(zhǔn)。(3)從鋼號(hào)所含的合金元素看，我國(guó)合工鋼中大多數(shù)鋼號(hào)的合金元素含量都比較低，合金含量超過(guò)10％的只有Cr12,Cr12MoV,3Cr2W8V,6W6Mo5Cr4V,7W7Cr4MoV,6Cr4Mo3Ni2WV,65Cr4W3Mo2VNb、5Cr4W5Mo2V及70Mn15Cr2A13V2WMo等9個(gè)鋼號(hào)，而美國(guó)ANSI／ASTM標(biāo)準(zhǔn)中有20個(gè)左右，另外，結(jié)合我國(guó)資源特點(diǎn)，我國(guó)合工鋼中還收入了一些含有Nb、A1、Ti等合金元素、性能優(yōu)良的新鋼號(hào)。因此，本鋼類(lèi)的鋼號(hào)不僅反映了當(dāng)前各國(guó)常用的合金工具鋼主要特點(diǎn)，而且反映了我國(guó)科技人員結(jié)合國(guó)家資源所從事的新鋼號(hào)的研究成果，從而基本上形成了我國(guó)自己的合金工具鋼體系。6)高速工具鋼高速工具鋼用于制造高效率切削刀具，如銑刀、鉸刀、拉刀、插齒刀及鉆頭等。要求在較高溫度(≤600℃)下能保持良好的切削性能。由于高速鋼具有高溫硬度高、耐磨性好、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，也用作冷作模具、高溫彈簧及高溫軸承等。本系列共收入二十個(gè)鋼號(hào)，大致可分為通用型、高碳高釩型、一般含鈷型、高釩含鈷型及超硬型五大類(lèi)，其中標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)9個(gè)，非標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)11個(gè)。本系列有如下特點(diǎn)：(1)我國(guó)通用型高速鋼包括W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2、W14Cr4VMnRE、9W18Cr4V、W2Mo9Cr4V2五個(gè)鋼號(hào)。其中，W18Cr4V在1979年以前產(chǎn)量占90％以上，采用扁錠后，其碳化物不均勻度有明顯改善。為提高W18Cr4V的使用性能和改善W系通用高速鋼的高溫塑性，我國(guó)近年來(lái)分別研制了9W18Cr4V和W14Cr4VMnRE兩個(gè)鋼號(hào)，以批量生產(chǎn)。歐美很多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的高速鋼系列已經(jīng)變鎢系為鎢鉬系及鉬系，并且W6Mo5Cr4V2的產(chǎn)量已超過(guò)80％以上。我國(guó)自1980年以來(lái)，W6Mo5Cr4V2產(chǎn)量猛增，今后有可能以鎢鉬鋼代替鎢鋼。(2)為滿足高溫合金、超高強(qiáng)度鋼、鈦合金等材料的切削加工的需要，并節(jié)約貴重金屬鈷，本系列收入了我國(guó)自己研制的幾種少鈷及無(wú)鈷超硬型高速鋼，如W6Mo5Cr4V2Al、W10Mo4Cr4V3Al、W6Mo5Cr4V5SiNbAl、W12Mo3Cr4V3Co5Si、W12Mo3Cr4V3N、W18Cr4V4SiNbAl六個(gè)鋼號(hào)。這些鋼硬度高、高溫硬度高，耐磨，在加工上述難削材料時(shí)表現(xiàn)了優(yōu)異的切削性能。國(guó)外超硬高速鋼多為高鈷型，如美國(guó)的M42(8％Co)，瑞典的HSP－15(10％Co)。考慮到某些典型的國(guó)外鋼號(hào)性能優(yōu)異，使用歷史較長(zhǎng)，在用戶中有一定信譽(yù)，我們將國(guó)內(nèi)曾試制并經(jīng)常生產(chǎn)的五個(gè)這類(lèi)鋼號(hào)作為非標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)也列入本系列。(3)在新工藝方面，粉末高速鋼在和金成分上可以不受通常冶煉高速鋼的限制，而且能顯著地改善碳化物不均勻度，目前各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在大錠型和高組分方面發(fā)展很快，產(chǎn)量也占有一定比例。我國(guó)尚處于研制階段，目前只能生產(chǎn)小規(guī)格產(chǎn)品。本系列收入兩個(gè)粉末高速鋼。應(yīng)當(dāng)指出，目前正研制的W9Mo3Cr4V高質(zhì)量通用高速鋼，經(jīng)較大批量生產(chǎn)試驗(yàn)，證明該鋼號(hào)全面性能均超過(guò)W18Cr4V，綜合性能也優(yōu)于W6Mo5Cr4V2，現(xiàn)正準(zhǔn)備進(jìn)行鑒定，故暫尚未納入系列之內(nèi)。近年來(lái)國(guó)內(nèi)研制的超硬型高速鋼，一般含釩量較高，雖耐磨，但難于磨削，制造復(fù)雜刀具有一定困難，個(gè)別鋼號(hào)只限于某種加工方式，使用有一定局限性，有待在今后擴(kuò)大使用過(guò)程中進(jìn)一步改進(jìn)完善。本系列所選取的性能數(shù)據(jù)主要取自研制單位的研究報(bào)告，非標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)中推薦的國(guó)外鋼號(hào)的數(shù)據(jù)，主要摘自國(guó)外有關(guān)資料。7)耐熱鋼耐熱鋼是指具有高于450℃的工作溫度，并有一定強(qiáng)度和抗氧化、耐腐蝕能力的鋼種，廣泛用于制造鍋爐、汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、高溫爐和石油化工等設(shè)備的構(gòu)件。本鋼類(lèi)共收入67個(gè)鋼號(hào)，其中標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)36個(gè)，約占總數(shù)的54％；非標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)31個(gè)。根據(jù)耐熱鋼的性能和用途大致分成三類(lèi)：熱強(qiáng)鋼(26個(gè))、閥門(mén)鋼(14個(gè))和抗氧化鋼(27個(gè))。熱強(qiáng)鋼中除引用國(guó)外同類(lèi)鍋爐用鋼外，又收入了我國(guó)研制的多元素復(fù)合合金化的鍋爐過(guò)熱器用鋼12Cr2MoWVTiB、l2Cr3MoVSiTiB，它們可以代替在低于620℃條件下工作的國(guó)外同樣用途的高鉻鎳奧氏體不銹耐熱鋼；熱強(qiáng)鋼中有5個(gè)含有12％Cr的改型馬氏體鋼，比國(guó)外同類(lèi)鋼種數(shù)量稍少：只收入5個(gè)鐵基固溶強(qiáng)化和碳化物沉淀強(qiáng)化奧氏體熱強(qiáng)鋼(1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Ti、4Cr12Ti8Mn8MoVNb、0Crl5Ni25Ti2MoVB、1