第一节 结构钢的种类、规格、用途
结构钢是指符合特定强度和可成形性等级的钢。可成形性以抗拉试验中断后伸长率表示。结构钢一般用于承载等用途，在这些用途中钢的强度是一个重要设计标准。结构钢包括碳素结构钢、合金结构钢、低合金结构钢、耐热结构钢等。 一、碳素结构钢
碳素结构钢是碳素钢的一种。含碳量约0.05％～0.70％，个别可高达0.90％。
碳素钢是指碳含量低于2%，并有少量硅、锰以及磷、硫等杂质的铁碳合金。工业上常指含碳量小于1.35％，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的钢。 碳素钢的性能主要取决于含碳量。含碳量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性和可焊性降低。与其它钢类相比，碳素钢使用最早，成本低，性能范围宽，用量最大。 （一）分类
1．按含碳量分为：
（1）低碳钢(碳含量为0.04％～0.25％) (含碳量小于0.04%时称为工业纯铁。
（2）中碳钢（碳含量为0.25％～0.6％）
（3）高碳钢（ 碳含量为0.6％～1.35％）
2．按质量分为：
（1)普通碳素钢，其有害杂质磷 、硫含量均小于0.05％。包括：
甲类钢：A类钢，保证力学性能
乙类钢：B类钢，保证化学成分
特类钢：C类钢，保证力学性能和化学成分）
如：Q235A,Q235B，Q235C，Q235D，SS400等。
(SS400:第一个S表示钢(Steel)，第二个S表示“结构”（Structure），400为下限抗拉强度400MPa，整体表示抗拉强度为400 MPa的普通结构钢)。
（2)优质碳素钢，有害杂质磷、硫含量均小于0.04％；高级优质碳素钢，有害杂质磷、硫含量小于0.03％－－如：45，S50C，S45c，P20等等。
3．按用途分为
（1）碳素结构钢
主要用于制造各种结构件和机器零件，一般属低碳钢和中碳钢；
（2）碳素工具钢
用于制造刀具、量具、模具等，一般属高碳钢。
（二）普通碳素结构钢
简称普通碳素钢，这种钢含有害杂质（P、S等）和非金属夹杂物较多，但价格便宜，用途很多，用量很大，主要用于铁道、桥梁、各类建筑工程，制造承受静载荷的各种金属构件及不重要不需要热处理的机械零件和一般焊接件。它的含碳量多数在0.30％以下，含锰量不超过0.80％，强度较低，但塑性、韧性、冷变形性能好。除少数情况外，一般不作热处
理，直接使用。多制成条钢、异型钢材、钢板等。
1．牌号
这类钢主要保证力学性能，故其牌号体现其力学性能。碳素结构钢的牌号，由代表屈服点的汉语拼音字母“Q”、屈服点数值、质量等级符号和脱氧方法四个部分按顺序组成。质量等级符号用A、B、C、D表示，质量等级不同，含S、P的量依次降低，钢材质量依次提高。其中A级的硫、磷含量最高，D级的硫、磷含量最低，脱氧方法符号用F、b、Z、TZ表示， F是沸腾钢， b是半镇静钢，Z是镇静钢，TZ是特殊镇静钢。Z与TZ符号在钢号组成表示方法中予以省略。
例如Q235-A·F表示屈服点为235Mpa的A级沸腾钢，Q235-C表示屈服点为235Mpa的C级镇静钢
碳素结构钢按照钢材屈服强度分为5个
Q195、
Q215A、Q215B
Q235A、Q235B、 Q235C、 Q235D
Q255A、Q255B
Q275
每个牌号由于质量不同分为A、B、C、D等级，最多的有四种，有的只有一种。
2．用途：
碳素结构钢一般情况下都不经热处理，而在供应状态下直接使用。通常Q195、Q215、Q235钢碳的含量低，焊接性能好，塑性、韧性好，有一定强度，常轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等结构和制造普通螺钉、螺母等零件。Q255和Q275钢碳的质量分数稍高，强度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接，通常轧制成型钢、条钢和钢板作结构件以及制造简单机械的连杆、齿轮、联轴节、销等零件。
（三）优质碳素结构钢。
这种钢含有害杂质（P、S等）和非金属夹杂物较少，机械性能比较均匀和优良，力学性能
好，可经热处理后使用。
1．牌号
用两位数字表示，这两位数字表示该钢的平均含碳量万分数。例如：45表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢；08表示平均含碳量为0.08%的优质碳素结构钢；
根据含锰量分为普通含锰量(小于0.80％)和较高含锰量(0.80％～1.20％)两组。较高含锰量钢在牌号后面标出元素符号“Mn”。例如50Mn。
若为沸腾钢或专用钢，则在牌号后面标出规定的符号。如：10F系平均含碳量为0.10%的优质碳素结构钢，沸腾钢；20g系平均含碳量为0.20%的优质碳素结构钢，锅炉用钢。
2．用途
含碳量在0.25％以下，多不经热处理直接使用，或经渗碳、碳氮共渗等处理，制造中小齿轮、轴类、活塞销等；含碳量在0.25％～0.60％，典型钢号有40，45，40Mn，45Mn等，多经调质处理，制造各种机械零件及紧固件等；含碳量超过0.60％，如65，70，85，65Mn，70Mn等，多作为弹簧钢使用。
08～25属于低碳钢，这类钢的强度、硬度、塑性、韧性及焊接性良好，主要用于易于接受各种加工如锻造，焊接和切削。常用于制造链条，铆钉，螺栓，轴等。大多不经热处理用于工程结构件，有的经参碳和其他热处理用于要求耐磨的机械零件。其冷成形性良好，可采用卷边、折弯、冲压等方法进行加工。
30～55属于中碳钢，具有较高的强度、硬度，热加工及切削性能良好，经调质处理后，可获得良好的综合机械性能。焊接性能较差。塑性和韧性随着含碳量的增加而降低。可不经热处理，直接使用热轧材、冷拉材，亦可经热处理后使用。
60钢以上的牌号属高碳钢，具有较高的强度、硬度和弹性，焊接性不好，切削性差，冷变形塑性差，主要用于制造弹簧及耐磨件。
二、合金结构钢
随着科学技术的不断发展，对钢提出了越来越高的要求。如：良好的综合机械性能，及高强度、高韧性、耐磨，耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。所以碳钢已不能满足上述要求，必须采用各种合金钢。
为了改善钢的某些性能或使之获得某些特殊性能，而在炼钢时有意加入的元素，称为合金元素。含有合金元素的钢，叫合金钢。
根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。
合金钢的主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜、硼、稀土等。
（一）合金钢
1．合金元素在钢中的主要作用
（1）强化铁素体
（2）形成合金碳化物
（3）细化晶粒
（4）提高钢的淬透性
（5）提高钢的回火稳定性
2．分类
（1）按合金元素含量多少分为
低合金钢（含量＜5％）
中合金钢（含量5％～10％）
高合金钢（含量＞10％）
(2）按质量分为
优质合金钢、特质合金钢；
(3）按特性和用途分为
合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、永磁钢、无磁钢）等。
3.合金钢牌号
我国合金钢牌号采用碳含量、合金元素的种类及含量、质量级别来编写。合金结构钢的牌号采用两位数字（碳含量）+元素符号（或汉字）+数字表示。前面两位数字表示钢的平均含碳量的万分数；元素符号（或汉字）表明钢中含有的主要合金元素，后面的数字表示该元素的含量。
表 示 方 法 说 明
(1)合金元素含量小于1.5%时不标，平均含量为1.5%～2.5%，2.5%～3.5%……时，则相应地标出2，3……例如：
40Gr钢为合金结构钢，平均含碳量为0.40%，主要合金元素为铬，其含量在1.5%以下。
60Si2Mn钢为合金结构钢，平均含碳量为0.60%，主要合金元素锰含量小于1.5%，平均含硅量为2%。
(2)合金工具钢的牌号和合金结构钢的区别仅在于碳含量的表示方法，它用一位数字表示平均含碳量的千分数，当含碳量大于等于1.0%时，则不予标出。例如：
9SiGr钢为合金工具钢，平均含碳量为0.90%，主要合金元素为硅、铬，含量均小于1.5%。
Gr12MnV钢为合金工具钢，平均含碳量大于等于1.0%，主要合金元素铬的平均含量为12%，钼和钒的含量均小于1.5%。
(3)高速钢平均含碳量小于1.0%时，其含碳量也不予标出。例如：
W18Gr4V 钢的平均含碳量为0.7%～0.8%。
(4)特殊性能钢的牌号和合金工具钢的表示方法相同。例如：
不锈钢2Gr13表示含碳量为0.20%，平均含铬量为13%。
当含碳量为0.03%～0.10%时，含碳量用0表示，含碳量小于等于0.03%时，用00表示，例如：
0Gr18Ni9钢的平均含碳量为0.03%～0.10%；00Gr30Mo2钢的平均含碳量为0.03%。
(5)特殊专用钢，为表示钢的用途，在钢的牌号前面冠以汉语拼音字母字头，而不标含碳量，合金元素含量的标注也和上述有所不同。滚动轴承钢前面标“G”（“滚’”字的汉语拼音字母字头）例如：
GGr15表示 铬元素后面的数字是表示含铬量千分数，其他元素仍按百分数表示。
GGr15SiMn表示含铬量为1.5%，硅、锰含量均小于1.5%的滚动轴承钢。
（二）合金结构钢
1.合金结构钢用途
用于制造重要工程结构和机器零件的钢称为合金结构钢。
合金结构钢要求具有较高的屈服强度、抗拉强度和疲劳强度，还有足够的塑性和韧性。
一般采用电弧炉和氧气顶吹转炉冶炼，要求高的采用炉外精炼、电渣重熔或真空处理、真空感应炉冶炼或双真空冶炼、合适的热处理。
这类钢的合金元素含量都相当高，主要有耐蚀钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢以及具有其他特殊物理和化学性能的特殊钢。
合金结构钢广泛用于船舶、车辆、飞机、导弹、兵器、铁路、桥梁、压力容器、机床等结构上。
合金结构钢比碳素钢有更好的力学性能，特别是热处理性能优良。
合金结构钢按用处可分为工程用钢和机械制造用钢两类。
2.工程用钢，又称低合金结构钢
这类钢是含少量合金元素的低碳结构钢，故又名普通低合金结构钢。
主要用于各种工程结构，如建筑钢架、桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。
(1）性能要求
1) 高强度：一般屈服强度在300MPa以上。
2) 高韧性：要求延伸率为15%～20%， 对于大型焊接构件，还要求有较高的断裂韧性。
3) 良好的焊接性能和冷成型性能。
4) 低的冷脆转变温度。
5) 良好的耐蚀性。
(2）成分特点
1) 低碳：由于韧性、焊接性和冷成形性能的要求高，其碳含量不超过0.20%。
2) 加入以锰为主的合金元素。
3) 加入铌、钛或钒等辅加元素：少量的铌、钛或钒在钢中形成细碳化物或碳氮化物，有利于获得细小的铁素体晶粒和提高钢的强度和韧性。
