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(chēng)為鋼鐵，為了保證其韌性和塑性，含碳量一般不超過(guò)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度，我們通常希望刀具級別的鋼材擁有0.6%以上的碳，也稱(chēng)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%以上的認為是不銹鋼。盡管這么叫，如果保養不當，所有鋼材都會(huì )生銹。
錳（Manganese） 重要的元素，有助于生成紋理結構，增加堅固性，和強度、及耐磨損性。在熱處理和卷壓過(guò)程中使鋼材內部脫氧，出現在大多數的刀剪用鋼材中，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)保持鋼材的強度，出現在很多鋼材中，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） 保持強度、抗腐蝕性、和韌性。出現在L-6\AUS-6和AUS-8中。
硅（Silicon） 有助于增強強度。和錳一樣，硅在鋼的生產(chǎn)過(guò)程中用于保持鋼材的強度。
鎢（Tungsten） 增強抗磨損性。將鎢和適當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B(niǎo)G-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，出現冷脆性，能使鋼的強度顯著(zhù)提高，同時(shí)提高大氣腐蝕穩定性，含量應該限制在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。根據成分不同，又可分為碳素鋼和合金鋼。根據性能和用途不同，又可分為結構鋼、工具鋼和特殊性能鋼。
鋼的定義 中華人民共和國國家標準GB/T13304－91《鋼分類(lèi)》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?！逼渲械囊话闶侵赋t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。其他國際標準如ISO4948或EN10020中對鋼的定義也與此類(lèi)似。
鋼的應用歷史 在人類(lèi)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)、機械性能，所以很快就得到大量的應用。但是由于技術(shù)條件的限制，人們對鋼的應用一直受到鋼的產(chǎn)量的限制，直到十八世紀工業(yè)革命之后，鋼的應用才得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。
鋼的商業(yè)應用 鋼可以鑄成不銹鋼去味皂來(lái)出售。不銹鋼去味皂是一種用不銹鋼打造的特殊鋼塊，永遠不會(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(lái)自于德國，它不能去污，但能除臭，沾滿(mǎn)腥味的手，用不銹鋼去味皂洗過(guò)30至40秒，能使腥味消失。
鋼的分類(lèi)
按品質(zhì)分類(lèi)
(1)普通鋼（P≤0.045%，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%）
按化學(xué)成份分類(lèi)
(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：鋼中的鐵與氧結合生成四氧化三鐵，且含炭少于鐵。
按成形方法分類(lèi)：
(1)鍛鋼；(2)鑄鋼；(3)熱軋鋼；(4)冷拉鋼。
按金相組織分類(lèi)
(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(guò)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(wú)相變或部分發(fā)生相變的
按用途分類(lèi) (1)建筑及工程用鋼：a.普通碳素結構鋼；b.低合金結構鋼；c.鋼筋鋼?！ ?2)結構鋼a.機械制造用鋼：(a)調質(zhì)結構鋼；(b)表面硬化結構鋼：包括滲碳鋼、氨鋼、表面淬火用鋼；(c)易切結構鋼；(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(zhuān)業(yè)用鋼——如橋梁用鋼、船舶用鋼、鍋爐用鋼、壓力容器用鋼、農機用鋼等。
綜合分類(lèi)
(1)普通鋼
a.碳素結構鋼：(a)Q195；(b)Q215(A、B)；(c)Q235(A、B、C)；(d)Q255(A、B)；(e)Q275。
b.低合金結構鋼c.特定用途的普通結構鋼
(2)優(yōu)質(zhì)鋼（包括高級優(yōu)質(zhì)鋼）
a.結構鋼：(a)優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼；(b)合金結構鋼；(c)彈簧鋼；(d)易切鋼；(e)軸承鋼； (f)特定用途優(yōu)質(zhì)結構鋼。
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(lèi) (1)按爐種分a.平爐鋼:(a)酸性平爐鋼；(b)堿性平爐鋼?！ .轉爐鋼:(a)酸性轉爐鋼;(b)堿性轉爐鋼?；?a)底吹轉爐鋼;(b)側吹轉爐鋼；(c)頂吹轉爐鋼?！ .電爐鋼:(a)電弧爐鋼；(b)電渣爐鋼；(c)感應爐鋼；(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.半鎮靜鋼；鎮靜鋼；d.特殊鎮靜鋼。
鋼的熱處理及機械性能指標
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構,使達到所需的物理要求。韌性,硬度和耐磨性是通過(guò)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(chēng)淬火,回火,退火又稱(chēng)朡化和表面淬硬等操作。
淬硬(Hardening,又稱(chēng)淬火)-是將金屬均勻地加熱至適當溫度,然后迅速浸入水或油中急冷,或在空氣中或冷凍區中冷卻,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力,可使鋼件受到輕擊而斷裂。要消除脆性,可用回火處理法?；鼗鹁褪菍摷匦录訜嶂吝m當的溫度或顏色,然后予以急冷?；鼗痣m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在應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,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,由其表面所呈現的擦痕深淺以判定其硬度的高低。這種方法稱(chēng)為銼試法這種方法不太科學(xué)。用硬度試驗器來(lái)試驗極為準確,是現代試驗硬度常用的方法。最常用的試驗法有洛氏硬度試驗洛氏硬度試驗機利用鉆石沖入金屬的深度來(lái)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字,該數字稱(chēng)為洛氏硬度數。
鍛造(Forging)-是用錘擊使金屬成為一定形狀成型的方法,當鋼件加熱達到鍛造溫度時(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(chēng)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線(xiàn)。
彈性(Flexibility)-是金屬受外力變形,當外力消除之后又恢復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(chēng)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)，當應力超過(guò)彈性極限，即使應力不再增加，而鋼材或試樣仍繼續發(fā)生明顯的塑性變形，稱(chēng)此現象為屈服，而產(chǎn)生屈服現象時(shí)的最小應力值即為屈服點(diǎn)?！ ≡OPs為屈服點(diǎn)s處的外力，Fo為試樣斷面積，則屈服點(diǎn)σs=Ps/Fo(MPa)，MPa稱(chēng)為兆帕等于N（牛頓）/mm2，（MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/mm2）
2.屈服強度（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，規定產(chǎn)生永久殘余塑性變形等于一定值（一般為原長(cháng)度的0.2%）時(shí)的應力，稱(chēng)為條件屈服強度或簡(jiǎn)稱(chēng)屈服強度σ0.2。
3.抗拉強度（σb） 材料在拉伸過(guò)程中，從開(kāi)始到發(fā)生斷裂時(shí)所達到的最大應力值。它表示鋼材抵抗斷裂的能力大小。與抗拉強度相應的還有抗壓強度、抗彎強度等?！ ≡OPb為材料被拉斷前達到的最大拉力，Fo為試樣截面面積，則抗拉強度σb=Pb/Fo（MPa）。
4.伸長(cháng)率（δs） 材料在拉斷后，其塑性伸長(cháng)的長(cháng)度與原試樣長(cháng)度的百分比叫伸長(cháng)率或延伸率。
5.屈強比（σs/σb） 鋼材的屈服點(diǎn)（屈服強度）與抗拉強度的比值，稱(chēng)為屈強比。屈強比越大，結構零件的可靠性越高，一般碳素鋼屈強比為0.6-0.65，低合金結構鋼為0.65-0.75合金結構鋼為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之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指標有布氏硬度、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?。ㄖ睆揭话銥?0mm）的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時(shí)間，去載后，負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HB450或者試樣過(guò)小時(shí)，不能采用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。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。
根據試驗材料硬度的不同，分三種不同的標度來(lái)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?xún)鹊妮d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）。
國內鋼材型號
合金結構鋼 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(zhuān)業(yè)用鋼
氣輪機葉片用鋼 1Cr12、1Cr13、1Cr11MoV、0Cr17Ni14Cu4Nb等
內燃機汽閥鋼 5Cr21Mn9Ni4N、4Cr14NiW2Mo、4Cr9Si2、8Cr20Si2Ni等
高溫螺栓鋼 20Cr1Mo1VnbTiB等
模具鋼 Cr12、Cr12MoV1、Cr12MoV、4Cr5MoSiV1等
