第一節(jié) 鋼的分類與牌號
一．鋼的分類
1．鋼分類
在國家標準GB/T 13304—91《鋼分類》中，按照化學成分、主要質量等級和主要性能及使用特性，將鋼分為非合金鋼、低合金鋼、合金鋼三大類。以下主要介紹低合金鋼和合金鋼。
(1) 低合金鋼
低合金鋼是指合金元素的種類和含量低于國標規(guī)定范圍的鋼。按質量等級（即按低合金鋼中有害雜質S、P的含量）又可將低合金鋼分為普通質量低合金鋼（如一般低合金高強度結構鋼、低合金鋼筋鋼等）；優(yōu)質低合金鋼（如通用低合金高強度結構鋼、鍋爐和壓力容器用低合金鋼、造船用低合金鋼等）；特殊質量低合金鋼（如核能用低合金鋼、低溫壓力容器用鋼等）。
(2) 合金鋼
合金鋼是指合金元素的種類和含量高于國標規(guī)定范圍的鋼。按質量等級，合金鋼可分為優(yōu)質合金鋼（如一般工程結構用合金鋼、耐磨鋼、硅錳彈簧鋼等）；特殊質量合金鋼（如合金結構鋼、軸承鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼、耐熱鋼等）。
習慣上按合金元素總量將合金鋼分為：低合金鋼（wMe＜5%）、中合金鋼（wMe=5%～10%）和高合金鋼（wMe＞10%）。按合金元素種類將合金鋼分為：鉻鋼、錳鋼、硅錳鋼、鉻鎳鋼等。按用途將鋼分為：結構鋼、工具鋼、不銹鋼及耐熱鋼等。
二．合金鋼牌號表示方法
合金鋼的牌號是由含碳量數字、合金元素符號及合金元素含量數字順序及漢語拼音字母組成的。如60Si2Mn、1Gr13、GCr15等。
1．含碳量數字
當含碳量數字為兩位數時，表示鋼中平均含碳量的萬分數；當含碳量數字為一位數時，表示鋼中平均含碳量的千分數。例如60Si2Mn鋼平均wC為萬分之六十即0.6%，1Gr13鋼平均wC為千分之一即0.1%。
2．合金元素含量數字
表示該合金元素平均含量的百分數。當合金元素平均含量小于1.5%時不標數字。例如60Si2Mn鋼平均wSi =2%、wMn＜1.5%。
3．符號
當采用漢語拼音字母表示產品名稱、用途、特性和工藝方法時，一般從代表產品名稱的漢語拼音中選取第一個字母，加在牌號首或尾部。如GCr15（G表示滾動軸承）、SM3Cr3Mo（SM表示塑料模具）。
第二節(jié) 合金元素對鋼的影響
一. 合金元素對鋼力學性能的影響
1． 溶解于鐵起固溶強化作用
幾乎所有合金元素均能不同程度地溶于鐵素體、奧氏體中形成固溶體，使鋼的強度、硬度提高，但塑性韌性有所下降。使鋼具有強韌性的良好配合。
2． 形成碳化物，起第二相強化、硬化作用
按照與碳之間的相互作用不同，常用的合金元素分為非碳化物形成元素和碳化物形成元素兩大類。碳化物形成元素包括Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn等，它們在鋼中能與碳結合形成碳化物，如TiC、VC、WC等，這些碳化物一般都具有高的硬度、高的熔點和穩(wěn)定性，如果它們顆粒細小并在鋼中均勻分布時，則顯著提高鋼的強度、硬度和耐磨性。
3． 使結構鋼中珠光體增加，起強化的作用
合金元素的加入，使Fe-Fe3C相圖中的共析點左移，因而，與相同含碳量的碳鋼相比，亞共析成分的結構鋼（一般結構鋼為亞共析鋼）含碳量更接近于共析成分，組織中珠光體的數量，使合金鋼的強度提高。
二. 合金元素對鋼工藝性能的影響
1．對熱處理的影響
?。?）對加熱過程奧氏體化的影響
合金鋼熱處理可適當提高加熱溫度和延長保溫時間，合金鋼中的合金滲碳體、合金碳化物穩(wěn)定性高，不易溶入奧氏體；合金元素溶入奧氏體后擴散很緩慢，因此合金鋼的奧氏體化速度比碳鋼慢，為加速奧氏體化，要求將合金鋼（錳鋼除外）加熱到較高的溫度和保溫較長的時間。除Mn外的所有合金元素都有阻礙奧氏體晶粒長大的作用，尤其是Ti、V等強碳化物形成的合金碳化物穩(wěn)定性高，殘存在奧氏體晶界上，顯著地阻礙奧氏體晶粒長大。因此奧氏體化的晶粒一般比碳鋼細。
?。?）對過冷奧氏體轉變的影響
合金鋼淬透性更好，可減小淬火冷速，減小淬火變形。但殘余奧氏體增多，除Co外，所有溶于奧氏體中的合金元素，都使過冷奧氏體的穩(wěn)定性增大，使C曲線右移，馬氏體臨界冷卻速度減小，淬透性提高。這使得合金鋼利用較小的冷卻速度即能淬成馬氏體組織，可減小淬火變形。因此大尺寸、形狀復雜或要求精度高的重要零件需要用合金鋼制作。 除Co、Al外，大多數合金元素都使Ms點降低，使合金鋼淬火后的殘余奧氏體量比碳鋼多，這將對零件的淬火質量會產生不利影響。
（3）對回火轉變的影響
合金鋼耐回火性好，回火后強韌性配合更好，有些鋼可產生“二次硬化” ，合金鋼回火時馬氏體不易分解，抗軟化能力強，即提高了鋼的耐回火性，回火后能有更好的強韌性配合。 合金元素能提高馬氏體分解溫度，對于含有較多Cr、Mo、W、V等強碳化物形成元素的鋼，當加熱至500～600℃回火時，直接由馬氏體中析出合金碳化物，這些碳化物顆粒細小，分布彌散，使鋼的硬度不僅不降低，反而升高這種現象稱為“二次硬化”。但有些合金鋼應避免“回火脆性”的產生。
2．對焊接性能的影響
淬透性良好的合金鋼在焊接時，容易在接頭處出現淬硬組織，使該處脆性增大，容易出現焊接裂紋；焊接時合金元素容易被氧化形成氧化物夾雜，使焊接質量下降，例如，在焊接不銹鋼時，形成Cr2O3夾雜，使焊縫質量受到影響，同時由于鉻的損失，不銹鋼的耐腐蝕性下降，所以高合金鋼最好采用保護作用好的氬弧焊。
3．對鍛造性能的影響
由于合金元素溶入奧氏體后使變形抗力增加，使塑性變形困難，合金鋼鍛造需要施加更大的壓力噸位；同時合金元素使鋼的導熱性降低、脆性加大，增大了合金鋼鍛造時和鍛后冷卻中出現變形、開裂的傾向，因此合金鋼鍛后一般應控制終鍛溫度和冷卻速度。
第三節(jié) 低合金鋼
一. 低合金高強度結構鋼
1．化學成分
這類鋼的成分特點是：低碳、低合金，其wC＜0.20%，常加入的合金元素有Mn、Si、Ti、Nb、V等。含碳量低是為了獲得高的塑性、良好的焊接性和冷變形能力。合金元素Si和Mn主要溶于鐵素體中，起固溶強化作用。Ti、Nb、V等在鋼中形成細小碳化物，起細化晶粒和彌散強化作用，從而提高了鋼的強韌性。
2．牌號、性能及用途
牌號表示方法與碳素結構鋼相同，有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460，其中Q345應用最廣泛。低合金高強度結構鋼是一類可焊接的低碳低合金工程結構用鋼，具有較高的強度，良好的塑性、韌性，良好的焊接性、耐蝕性和冷成形性，低的韌脆轉變溫度，適于冷彎和焊接，廣泛用于橋梁、車輛、船舶、鍋爐、高壓容器和輸油管等。在某些場合用低合金高強度結構鋼代替碳素結構鋼可減輕構件的質量。
——本文摘自《鋼鐵百科》
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