黑色金属：钢及铸铁分类和特点

黑色金属主要包括钢及铸铁。

钢是指含碳量小于2.11%的铁碳合金，依照室温组织的不同，可将钢分为共析钢（含碳量为0.77%）、亚共析钢（含碳量小于0.77%）、过共析刚（含碳量大于0.77%）。根据GB/T 13303—1991《钢分类》国家标准将钢分为非合金钢、低合金钢、合金钢3大类，每类钢还可按照主要质量等级、主要性能和使用性能分成若干小类。

（1）碳素钢

碳素钢也就是非合金钢，简称碳钢。其含碳量在1.5%以下，除碳外，还有Si，Mn，S，P等杂质。碳对钢的组织和性能影响很大。以亚共析钢为例，随着含碳量的增加，珠光体增多，铁素体减少，因此钢的强度、硬度上升，而塑性、韧性降低。含碳量超过共析成分时，会出现网状二次渗碳体，随着含碳量的增加，尽管硬度上升，但脆性增加，强度反而下降。

钢中杂质含量对其性能也有一定的影响，其中S和P是钢中的有害元素。P可使钢的韧性、塑性下降，脆性增加，特别是低温脆性急剧增加，这种现象称为冷脆。S在钢的晶界处可形成低熔点晶体，致使S含量较高，高温下进行热加工时易产生裂纹，这种现象称为热脆。因此必须严格控制S，P的含量，同时以S，P含量的高低作为衡量钢的品质的重要依据。

碳钢通常分为碳素结构钢和优质碳素结构钢。碳素结构钢的含碳量wC＜0.38%，而以wC＜0.25%的碳钢最为常用，即以低碳钢为主。这类钢使用中一般不进行热处理，尽管S，P含量较高，但性能仍能满足一般工程结构及一些机件的要求，且价格低廉，因此在国民经济各个部门中得到广泛应用，其产量占钢总产量的70%～80%。

优质碳素结构钢是指S，P含量较低（0.036%），它既能保证化学成分，又能保证力学性能，主要用于机器零件。

（2）低合金钢

合金钢是指为了改善钢的某些性能，在碳素钢的基础上加入某些合金元素所炼成的钢。如果钢中的含Si量大于0.5%，或者含Mn量大于1.0%，也属于合金钢。

低合金钢是指合金总含量较低（小于3%）、含碳量也较低的合金结构钢。这类钢通常在退火或正火状态下使用，成型后不再进行淬火、调质等热处理。与含碳量相同的碳素钢相比，它具有较高的强度、塑性、韧性和耐蚀性，并且大多具有良好的焊接性，广泛应用于制造桥梁、汽车、铁道、船舶、锅炉、高压容器、油缸、输油管、钢筋、矿用设备等。依照GB/T 13304—1991，低合金钢可分类如下：

1）可焊接低合金高碳钢

它简称低合金高强钢，包括一般用途低合金结构钢：锅炉和压力容器用低合金钢、造船用低合金钢、汽车用低合金钢、桥梁用低合金钢、自行车用低合金钢、舰船和兵器用低合金钢、核能用低合金钢等。

2）低合金耐候钢

3）低合金钢筋钢(www.xing528.com)

4）矿用低合金钢

5）铁道用低合金钢

（3）合金钢

当钢中合金元素超过低合金钢的限度时，即为合金钢。合金钢不仅合金元素含量高，且严格控制S，P等有害杂质的含量，属于优质钢或高级优质钢。

1）合金结构钢

它是指常用于制造机器零件的合金钢。常采用的合金元素为Mn，Cr，Si，Ni，W，V，Ti，B等，这些元素可增加钢的淬透性，并使晶粒细化，这样可使大截面零件经调质处理后，在整个界面上获得强、韧结合的力学性能，同时淬透性的提高，可采用冷却烈度较小的油类来淬火，从而减少淬火时的裂纹和变形倾向。

低碳合金钢用于渗碳件，中碳合金钢用于调质件和渗氮件，高碳合金结构钢用于制造较大的弹簧。

2）合金工具钢

该钢主要用于制造刀具、量具、模具等，含碳量甚高。其合金元素的主要作用是提高钢的淬透性、耐磨性和热硬性。加入合金元素Si，Cr，Mn等可提高钢的淬透性；加入W，Mo，V可形成特殊碳化物，提高钢的热硬性和耐磨性。

合金工具钢分为量具、刃具用钢、耐冲击工具用钢、冷作模具钢、热作模具钢等。

3）特殊性能钢

这类钢包括不锈钢、耐磨钢及具有软磁、永磁、无磁等特殊物理、化学性能的钢，其中不锈钢在石油、化工、食品、医药等工业及日用品、装饰材料中得到广泛应用。