含碳量

钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。我们通常将其与铁合称为钢铁，为了保证其

韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。

指含碳量小于2％的铁碳合金。根据成分不同，又可分为碳素钢和合金钢。根据性能和用

途不同，又可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。

钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下几种：

1、按品质分类

(1)普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）

(2)优质钢（P、S均≤0.035%）(3)高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）

2.、按化学成份分类

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

(2)合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量≤5%）b.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）c.

高合金钢（合金元素总含量＞10%）。

3、按成形方法分类：(1)锻钢；(2)铸钢；(3)热轧钢；(4)冷拉钢。

4、按金相组织分类

(1)退火状态的a.亚共析钢（铁素体+珠光体）b.共析钢（珠光体）c.过共析钢（珠光体+渗

碳体）d.莱氏体钢（珠光体+渗体）。

(2)正火状态的：a.珠光体钢；b.贝氏体钢；c.马氏体钢；d.奥氏体钢。

(3)无相变或部分发生相变的

5、按用途分类

(1)建筑及工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。

(2)结构钢a.机械制造用钢：(a)调质结构钢；(b)表面硬化结构钢：包括渗碳钢、氨钢、表面

淬火用钢；(c)易切结构钢；(d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。b.弹簧钢c.

轴承钢

(3)工具钢：a.碳素工具钢；b.合金工具钢；c.高速工具钢。

(4)特殊性能钢：a.不锈耐酸钢b.耐热钢包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢c.电热合金钢；d.

耐磨钢；e.低温用钢；f.电工用钢

(5)专业用钢——如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。

6、综合分类

(1)普通钢a.碳素结构钢：(a)Q195；(b)Q215(A、B)；(c)Q235(A、B、C)；(d)Q255(A、B)；

(e)Q275。b.低合金结构钢c.特定用途的普通结构钢

(2)优质钢（包括高级优质钢）

a.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢；

(f)特定用途优质结构钢。

b.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；

(b)耐热钢；

(c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。

7、按冶炼方法分类

(1)按炉种分a.平炉钢:(a)酸性平炉钢；(b)碱性平炉钢。

b.转炉钢:(a)酸性转炉钢;(b)碱性转炉钢。或(a)底吹转炉钢;(b)侧吹转炉钢；(c)顶吹转炉钢。

c.电炉钢:(a)电弧炉钢；(b)电渣炉钢；(c)感应炉钢；(d)真空自耗炉钢；(e)电子束炉钢。

(2)按脱氧程度和浇注制度分a.沸腾钢；b.半镇静钢；镇静钢；d.特殊镇静钢。

8、炼钢过程及性质比较：。

淬硬(Hardening,又称淬火)-是将金属均匀地加热至适当温度,然后迅速浸入水或油中急

冷,或在空气中或冷冻区中冷却,使金属获得所需要的硬度。

回火-钢件淬硬后会变脆,同时由淬火急冷而引致的应力,可使钢件受到轻击而断裂。

要消除脆性,可用回火处理法。回火就是将钢件重新加热至适当的温度或颜色,然后予以急

冷。回火虽然使钢的硬度略为减少,但可增加钢的韧性而降低其脆性。

退火-退火是消除钢件的内在应力和勒化钢件的方法。退火法是将钢件加热至高于临界

温度,然后放入干灰,石灰,石棉或封闭在炉内,令它慢慢冷却。

硬度(Hardness)-是材料抵抗外物刺入的一种能力。试验钢铁硬度的最普通方法是用锉刀

在工件边缘上锉擦,由其表面所呈现的擦痕深浅以判定其硬度的高低。这种方法称为锉试

法这种方法不太科学。用硬度试验器来试验极为准确,是现代试验硬度常用的方法。最

常用的试验法有洛氏硬度试验洛氏硬度试验机利用钻石冲入金属的深度来测定金属的硬度,

冲入深度愈大,硬度愈小。钻石冲入金属的深度,可从指针指出正确的数字,该数字称为洛

氏硬度数。

锻造-是用锤击使金属成为一定形状<成型>的方法,当钢件加热达到锻造温度时,

可以从事锻造,弯屈,抽拉,成型等操作。大多数钢材加热至鲜明樱红色时都很易锻造。

脆性-表示金属容易破裂的性质,铸铁的脆性大,甚至跌落地上亦会破裂。脆性与硬度

有密切关系,硬度高的材料通常脆性亦大。

延性-(又称柔软性)是金属受外力永久变形而不碎裂的性质,延性的金属可抽拉成细

线。

弹性-是金属受外力变形,当外力消除之后又恢复其原有形状的一种性质。弹簧钢是极

富弹性的一种材料。

硬度-是金属抵抗外物刺入或切削的一种能增加钢材硬度常用的方法是淬火。

展性-又称可锻性,是金属延性或柔软性的另一种表示法。展性是金属接受锤锻或滚轧

而变形时不致破裂的一种性质。

韧性<Toughness>是金属抵受震动或冲击的能力。韧性与脆性刚好相反。

终点碳的判断

（二）看钢样判断碳的经验方法、结晶定碳、利用红外分析直读光谱仪的方法。

从炉内取出钢水样，不经铝脱氧，倒入样模，观看钢水表面颜色、沸腾情况及火花情况，

判断终点碳的高低。

未经脱氧地钢水倒入样模后，在冷却时会有火花飞出。这是由于碳氧反应产生沸腾，将

小钢珠甩出来，周围空气一方面使钢珠表面氧化，另一方面又将氧传到钢珠内部。当温度下

降，以及钢珠内的氧达到一定浓度后，就会发生C+O反应，逸出CO。由于CO气体膨胀

产生很大压力将钢珠撑破，爆裂成许多小碎片。弹跳的高温钢珠看起来象一条条火线，而炸

裂的小碎片看起来象不同分叉的火花。碳越高，碳氧反应越激烈，co气体生成越多，炸裂

得越历害，分叉也就越多。所以可以通过观察火花分叉的多少和弹跳情况去判断钢水中的含

碳量。这是炼钢工的一项基本功。

在正常冶炼情况下，当：

〔C〕在0.3--0.4％范围，把钢样上的炉渣拨开就会出现沸腾，火花分叉较多且碳花密集，

弹跳有力，射程较远。

〔C〕在0.18-0.25％范围，把钢样上的炉渣拨开便沸腾，火花分叉较清晰，一般分4一5

叉，火花弹跳有力，弧度较大。

〔C〕在0.12-0.16％范围，碳花较稀，分叉明晰可辨，分3一4叉，落地呈“鸡爪”状，跳

出的碳花弧度较小，多呈直线状。

〔C〕<0.10％时，碳花弹跳无力，基本不分叉，呈球状颗粒。

〔C〕再低时，火花似麦芒状，短而无力，随风飘摇。钢样凝固后，观察它的上面、侧面、

周边的毛刺多少去估计钢水含碳量的高低，观察经验如下：

观察碳花时要注意排除一些假象：例如，当温度低时，钢水发粘，碳的判断值易偏高；

当温度高时，情况又恰相反，老炉子枪位过高时，钢液上层含碳量较低，往往出现将判断

值低于炉内实际值的现象。而余锰高时，钢水粘，不易看准含碳量，往往判断值易偏高。

对中、高碳钢，用取钢样观察终点碳就困难了。这时可用结晶定碳方法快速且准确地分

析钢水中的含碳量，也可以通过气动送样，用直读光谱仪快速分析出碳含量，还可以用“甩

片样”进行红外分析，也能快速分析出碳含量。

合金元素对钢铁性能的影响

锰（Mn）在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50在碳素

钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和

硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－

14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能

力，降低焊接性能。铬（Cr）在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，

但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重

要合金元素。硅（Si）在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%

的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈

服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高

15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含

硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的

焊接性能。磷（P）在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变

坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低

些。硫（S）硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，

在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于

0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，

通常称易切削钢。镍(Ni)镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较

高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其

他合金元素代用镍铬钢。钼(Mo)钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温

时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加

入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。

钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和

冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。钒

(V)钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形

成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。钨(W)钨熔点高，比重大，是贵生的合

金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热

强性，作切削工具及锻模具用。铌(Nb)铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，

提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗

氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。

钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。铜(Cu)：

武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点

是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接

性无影响。铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击

韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显

著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性

能和切削加工性能。

硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。

氮(N):氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。