第二节 力学性能和应用

这里针对不同分类的钢种进行分别的概述,要了解更详细的信息请翻阅您的参考书《钢铁材料手册》。

  • 碳素结构钢是产量最大的一种。其强度不高但是塑性好、焊接性能高,主要用途为工程用结构件,用于制造冲压和焊接结构件。其中,Q235是最常用的工程结构钢,性能等级分A、B、C、D,综合性能依次递增。
  • 低合金高强度钢是品种最多、用途最广泛的一种。其强度较高,焊接和加工性能较好,主要用途也为工程结构件,也有一些品种用于压力容器、汽车大梁、桥梁、船舶、铁道、农机、输油管道等非常广泛的产品类型中。具体的钢号和对用的主要用途请查阅《钢铁材料手册》。
  • 优质碳素结构钢中不同的品种强度跨度很大,但是普遍有较好的塑性和韧性。主要应用于不同强度要求的机械零部件或传动件中。其中45钢应用最广,其强度较高,属中碳调制钢,综合性能较好但淬透性差。如需焊接,焊前要预热,焊后需热处理。表面淬火硬度一般在40-50之间。用于制造强度要求较高的运动部件及传动部件,经过高频或火焰表面淬火可用于齿轮、链轮等耐磨件。
  • 合金结构钢普遍综合性能好、强度高,多用于重要部件、重要传动、小尺寸或重载荷零件,也用于耐磨等其他用途。其中40Cr和42CrMo较为常用,经调制和表面淬火可用于载荷和耐磨性要求都较高的零部件。具体的钢号和对应的主要用途请查阅《钢铁材料手册》。
  • 不锈钢中奥氏体型不锈钢是用量最多的一种,大约占总量的70%。不锈钢具有耐腐蚀性好,有良好的综合力学性能等特点,但强度和硬度中等,如需焊接要求工艺较复杂,焊接前必须预热。
  • 耐热钢,顾名思义,其特点是能经受高温和在高温下抗氧化,所以其主要应用也是经受高温和反复加热的部件,例如汽车的排气阀、高温锅炉部件、高温管道、汽轮机部件等场合。
  • 工具钢,也可顾名思义,其使用范围为工具类产品用钢,可以用不同品种的工具钢制造工具、量具、模具、刃具等。其种类非常得多,如果需要查阅《钢铁材料手册》了解详细的分类和用途。
  • 弹簧钢主要分为碳素和合金弹簧钢,根据不同的强度、弹性和韧性要求来选用。弹簧钢的主要特点是强度和弹性高,主要用途是弹簧、板簧和扭簧等弹性和减震部件的材料。根据需要可以使用耐腐蚀和抗高温等弹簧钢材料。
  • 轴承钢主要有高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢和不锈轴承钢。根据不同的轴承承载和工作环境需要选用相应的轴承钢。具体的钢号和对用的主要用途请查阅《钢铁材料手册》。

上述钢材的分类特点和用途概述您只要了解就好,几个重点的常用的钢材重点了解一下,做到用时心里有数。《钢铁材料手册》这本书是设计选材的非常有用的书籍,特别是对一位没有很多经验的工程师来说,它是必备的参考书。这本书提供了各种牌号钢材的强度列表,具体应用时可以参考查询。此书在本章首页提供了下载链接。此页底部的《按规定最小抗拉强度排列的各类结构钢牌号对比表》也是一个很有用参考表目,给我们一个非常直观的印象,什么钢号的抗拉强度大,哪些钢是相对抗拉强度小的,对一个没有经验的机械设计工程师是极其有价值的资料。《按规定最小抗拉强度排列的各类结构钢牌号对比表》pdf版下载

下表中的列出了最常用的钢材的性能和用途,可给大家一个最直观的概念。

1 碳素结构钢牌号及用途

牌号

等级
Qb/MPa
与旧
标准
用        途
Q195
——
315~390
A1
用于制造承载较小的零件、铁丝、铁圈、垫铁、开口销、拉杆、冲压件以及焊接件等。
Q215
A
335~410
A2
用于制造拉杆、套圈、垫圈、渗圈、渗碳零件以及焊接件等。
B
C2
Q235
A
375~460
A3
A、B级用于制造金属结构件、心部强度要求不高的渗碳件或碳氮共渗件、拉杆、连杆、吊钩、车钩、螺栓、螺母、套筒、轴以及接件;C、D级用于制造重要的焊接结构件。
B
B3
C
——
D
——
Q255
A
410~510
A4
用于制造转轴、心轴、吊钩、拉杆、摇杆、楔等强度要求不高的零件。此负焊接性尚可。
B
C4
Q275
——
490~610
C5
用于制造轴类、链轮、齿轮、吊钩等强度要求高的零件。

注:牌号中的 Q 代表屈服点,后面数字代表屈服点数值

2 常用的优质碳素结构钢牌号及用途

钢组
牌号
热处理类
硬度HBS
(≤)
用        途
普通锰含量钢 15 正火 148 塑性、韧性;焊接性能和冷压性能均极好,但强度较低,用于制造受力不大,韧性要求较高的零件、紧固件、冲压件以及不要求热处理的低负荷零件,例如螺栓、螺钉、拉条、法兰盘等。
正火
回火
99~143
普通锰含量钢 20 正火 156 用于制造不经受很大应力而要求很高韧性的机械零件,例如杠杆、轴套、螺钉、起重钩等。还可用于制造表面硬度高而主部有一定强度和韧性的渗碳零件。
正火
回火
103~156
45 正火 197~241 用于制造要求强度较高,韧性中等的零件,通常在调质、正火状态下使用,表现淬火硬度一般在40~50HRC,例如齿轮、齿条、链轮、轴、键、销、压缩机及泵的零件和轴辊等。可代替渗碳钢制造齿轮、轴、活塞销等,但要以过高频淬火或火焰表面淬火。
正火
回火
156~217
  217~255
普通锰含量钢 60   229~255 具有相当高的强度和弹性,但淬火时有产生裂倾向,仅小型零件才能施行淬火,大型零件多采用正火。用于制造轴、弹簧、垫圈、离合器、凸轮等。冷变形时塑性较低。
较高锰含量钢 2OMn 正火 197 此钢为高锰低碳渗碳钢。可用于制造凸轮轴、齿轮、联轴器、铰链、拖杆等。此钢焊接性能尚可。
6OMn 正火 229~269 此钢的强度较高,淬透性碳素弹簧钢好,脱碳倾向性小,但对过热敏感性,容易产生淬火裂纹,并有回火脆性,适于制造螺旋弹筑、板簧、各种扁圆弹簧、弹簧环和片以冷拔钢丝和发条等。

注:牌号中数字表示均碳的质量分数为万分之几。例如:45钢,表示平均碳的质量分数为0.5%,6OMn钢,表示不均碳的质量分数为0.6%,锰的质量分数为0.7%~1.0%

按规定最小抗拉强度排列的各类结构钢牌号对比表

序号
规定最小屈服点值,MPa
Q/BQB
GB
JIS
DIN
ASTM
BS
EN
1
270
SPHT1(Q/BQB 303-99)
SPHT1Z(BZJ 304-99)
BCP270(Q/BQB 390-99)
 
 
 
 
 
 
2
275
 
 
 
 
 
 
 
3
290
St33(厚度≥)
 
 
 
 
 
 
4
295
 
 
 
 
 
 
 
5
310
 
 
 
 
 
 
 
6
315
 
 
 
 
 
 
 
7
320
 
 
 
 
 
 
 
8
325
 
 
 
 
 
 
 
9
330
 
 
 
 
 
 
 
10
335
 
 
 
 
 
 
 
11
340
 
 
 
 
 
 
 
12
345
 
 
 
 
 
 
 
13
355
 
 
 
 
 
 
 
14
360
 
 
 
 
 
 
 
15
365
 
 
 
 
 
 
 
16
370
 
 
 
 
 
 
 
按规定最小抗拉强度排列的各类结构钢牌号对比表(续)
序号
规定最小抗拉强度值,MPa
Q/BQB
GB
JIS
DIN
ASTM
BS
EN
17
375
 
Q235(GB700-88)
06TiL,09MnREL
(GB3273-89)
 
 
 
 
 
18
380
B380CL(Q/BQB 310-99)
20F(GB711-88)
 
 
C(ASTM A283m-97)
G40(ASTM A570M-98)
 
 
19
390
 
Q295(GB1591-94)
08TiL(GB3272-89)
HP245(GB6653-94)
25(GB710-91)
 
StE285(DIN17102-83)
 
 
P275N、NH、NL1、NL2
(EN10028T3-92)
20
400
SS400,SM400A、B、C
(Q/BQB 303-99
SAPH400(Q/BQB310-99)
A、B、D、E(Q/BQB330-99)
BCP400(Q/BQB390-99)
A、B、D、E(GB712-88)
20g(厚度6~60mm)
(GB713-1997)
SS400(JIS G3101-95)
SM400A、B、C(JIS G3106-99)
SN400A、B、C(JIS G3136-94)
SAPH400(JIS G3113-90)
SG255(JIS G3116-90)
 
ASTM A36M-97
G36(ASTM A709M-97)
G58(ASTM A573M-93a)
A、B、D、E、DS、CS
(ASTM A131M-94
 
 
21
410
St44-2(厚度≥3mm),SPHT3
(Q/NQN303-99)
HⅡ,SB410(Q、BQB320-99)
SPHT3Z(BZJ304-99)
Q255(GB700-88)
20(GB711-88)
HP265(GB6653-94)
SPHT3(JIS G3132-90)
SB410(JIS G3103-87)
St44-2,St44-3
(厚度≥3mm)
(DIN17100-80)
HⅡ(DIN17155-80)
 
 
S275(厚度≥3mm)
(EN10025-94)
P265GH(EN10028T2-92)
P265NB(EN10120-97)
22
415
B,X42(Q、BQB370-99)
S240(B),S290(X42)
(GB14164-83)
 
 
A283M D,A529M G42
A570M G45,A572M G42
A656M G50,A715 G50
 
 
23
420
QstE340TM
B420L,B420CL
(Q/BQB310-99)
 
 
QstE340TM
(SEW092-82)
 
 
 
24
430
St44-2(厚度<3mm)
(Q/BQB303-99)
12Cr1MoVg(厚度>16~100mm)
(GB713-1997)
 
St44-2,St44-3, (厚度>3mm)
(DIN17100-80)
 
43A、B、C、D、EE
(BS 4360-90
S275(厚度<3mm)
(EN10025-94)
25
435
X46(Q/BQB370-99)
S315(X46)
(GB14164-93)
 
 
 
 
 
26
440
SAPH440,B440QZR
(Q/BQB310-99)
AH32(Q/BQB330-99)
B440HP(Q/BQB321-94)
BQK440(BZJ311-1999)
HP295(GB6653-94)
AH32,DH32,EH32
(GB712-88)
30(GB710-91)
12CrMoVg(厚6~16mm)
(GB713-1997)
SAPH440(JIS G3113-90)
SG295(JIS G3116-90)
StE315(DIN17102-83)
15Mo3(DIN17155-83
 
 
16Mo3(EN10028T2-92)
27
450
QstE380TM
(Q/BQB310-99)
25(GB711-88)
15CrMog(厚≤60mm)
(GB713-1997
SB450,SB450M
(JIS G3103-87)
QstE380TM
(STW092-82)
A570M G50,A572M G50
A573M G65,A709M G50
 
S355M、ML(EN10113T3-93)
13CrMo4-5(EN10025T2-92)
28
455
X52(Q/BQB370-99)
S360(X52)
(GB14164-93)
 
 
 
 
 
29
460
 
 
 
 
 
 
P310NB(EN10120-97)
P295GH(EN10028T2-92)
30
470
St50-2(厚度≥3mm)
(Q/BQB303-99)
Q345(GB1591-94)
16Mng(厚度>25~60mm)
(GB713-1997)
 
St50-2(厚度≥3mm)
(DIN 17100-80)
AH32,DH32,EH32
(ASTM A131M-94
 
E295(厚度≥3mm)
(EN10025-94)
S355N、NL(EN10113T2-93)
按规定最小抗拉强度排列的各类结构钢牌号对比表(续)
序号
规定最小抗拉强度值,MPa
Q/BQB
GB
JIS
DIN
ASTM
BS
EN
31
480
QstE420TM,B480QZR
(Q/BQB310-99)
35(GB710-88)
SB480,SB480M
(JIS G3103-87)
QstE420TM
(SEW092-82)
ASTM A242M-97
G55(ASTM A570M-98)
 
10CrMo9-10
(EN10028T2-92)
32
485
 
 
 
 
A529M G55、G55,A709M G50W
A715 G60,A573M G70
A656M G60
 
 
33
490
SS490,SM490A、B、C
SM490YA、YB,StE355
St50-2(厚度<3mm)
St52-3(厚度≥3mm)
(Q/BQB303-99)
AH36(Q/BQB330-99)
B490HP(Q/BQB321-94)
X56(Q/BQB370-99)
SM50BZ(BZJ304-99)
30(GB711-91)
Q275(GB700-88)
Q390(GB1591-94)
S385(X56)(GB14164-93)
AH36,DH36,EH36
(GB712-88)
HP325(GB6653-94)
16Mng(厚度>16~25mm)
(GB713-1997)
SS490(JIS G3101-95)
SM490A、B、C,SM490YA、YB
(JIS G3106-99)
SN490B、C(JIS G3136-94)
SG325(JIS G3116-90)
SPHT4(JIS G3132-90)
SPFH490(JIS G3134-90)
St50-2(厚度≥3mm)
St52-3(厚度<3mm)
(DIN17100-80)
StE355
(DIN17102-83)
 
50A、B、C、D
DD、EE、F
(BS 4360-90)
S355(厚度≥3mm),
E295(厚度<3mm)
(EN10025-94)
P355N、NG、NL1、NL2
(EN10028T3-92)
34
500
 
 
 
StE380(DIN17102-83)
 
 
S420M、ML
(EN10113T3-93)
35
510
St52-3(厚度<3mm)
(Q/BQB303-99)
B510L,B510DL
(Q/BQB310-99)
19Mn6(Q/BQB320-99)
10TiL,09SiVL,16MnL
16MnReL(GB3273-89)
16Mnq,16MnCuq
(YB(T)10-81)
HP345(GB6653-94)
16Mng(厚6~16mm),
19Mng(厚6~60mm)
(GB713-1997)
 
St52-3(厚度<3mm)
(DIN17100-80)
19Mn6(DIN17155-83)
AH40,DH40,EH40
(ASTM131M-94)
 
S355NB(EN10120-97)
S355(厚度<3mm)
(EN10025-94)
P355GH(EN10028T2-92)
36
515
X60(Q/BQB370-99)
X60RL(BZJ371-99)
S415(X60)
(GB14164-93)
22g(厚>25mm)(GB713-1997)
 
 
 
 
 
37
520
SM520B、C,B520JJ
(Q/BQB 303-99)
QstE460TM
(Q/BQB310-99)
J55(Q/BQB372-99)
Q420(GB1591-94)
SM520B、C
(JISG3106-99)
QstE460TM
(SEW092-82)
G60(ASTM A572M-97c)
 
S420N、NL
(EN 10113T2-93)
11CrMo9-10
(EN10028T2-92)
38
530
X65(Q/BQB370-99)
35(GB711-91)
S450(X65)
(GB14164-93)
15MnVq(YB(T)10-81)
 
StE420(DIN17102-83)
 
 
S460M、ML
(EN 10113T3-93)
39
540
SS540(Q/BQB303-99)
SM53BZ(BZJ304-99)
HP365(GB6653-94)
SS540(JIS G3101-95)
SPFH540,SPHFH540Y
(JIS G3134-90)
SG365(JIS G3116-90)
 
 
 
 
按规定最小抗拉强度排列的各类结构钢牌号对比表(完)
序号
规定最小抗拉强度值,MPa
Q/BQB
GB
JIS
DIN
ASTM
BS
EN
40
550
B550L,QstE500TM
(Q/BQB310-99)
Q460(GB1591-94)
 
QstE500TM
(SEW092-82)
G65(ASTM A572M-97c)
G70(ASTM A656M-97)
G70(ASTM A715-98)
55C、EE、F
(BS 4360-90)
S460N、NL
(EN10113T2-93)
41
560
 
 
 
StE460(DIN17102-83)
 
 
 
42
565
X70(Q/BQB370-99)
X70RL(BZJ371-99)
S480(X70)
(GB14164-93)
 
 
 
 
 
43
570
 
40(GB711-91)
15MnVNq(YB(T)10-81)
SM570(JIS G3106-99)
St60-2(厚度≥3mm)
(DIN 17100-80
 
 
E335(厚度≥3mm)
(EN 10025-94)
P460N、NH、NL1、NL2
(EN10028T3-92)
44
590
Welten60RE,B590GJA、B
(Q/BQB303-99)
 
SPFH590,SPFH590Y
(JISG 3134-90)
Welten60RE、H、CF(NSC)
St60-2(厚度<3mm)
(DIN17100-80)
 
 
E335(厚度<3mm)
(EN10025-94)
45
600
 
 
 
QstE550TM(STW092-82)
 
 
 
46
610
 
 
Welten62、62CF
(NSC)
StE500(DIN17102-83)
 
 
 
47
620
 
 
 
 
G70W(ASTM A709M-97)
G80(ASTM A656M-97)
G80(ASTM A715-98)
 
 
48
670
 
 
 
St70-2(厚度≥3mm)
(DIN17100-80)
 
 
E360(厚度≥3mm)
(EN10025-94)
49
685
 
 
Welten70、70RE、70C
(NSC)
 
 
 
 
50
690
 
 
 
St70-2(厚度<3mm)
(DIN17100-80)
 
 
E360(厚度<3mm)
(EN10025-94)
注:
  1. 本表所列的牌号虽均属结构钢,但不同牌号有不同的使用范围,包括一般结构钢、焊接结构钢、汽车结构钢、船体结构钢等等,对此请参阅《表列牌号所属标准一览表》中所列的适用范围。
  2. 本表是按标准中所规定的最小抗拉强度值进行排列的。因抗拉强度只是该钢牌号的技术指标之一,并不能凭此完整地认识该牌号的特性,需进一步了解其他技术指标请参阅本摘编表列内容及相关标准资料。
3.本表中所列某些牌号已因标准牌本的更新而被其他牌号所代替(例如DIN 17100中的St37已被EN 10025中的S235所代替),但考虑到牌号使用更迭中的过渡,仍将它们列入本表中。