技工院校金屬材料課程中鋼材牌號的教學(xué)研究

王玉冰

【摘要】金屬材料種類眾多，機(jī)械專業(yè)的學(xué)生必須掌握其表示方法及含義，為了給以后從事機(jī)械領(lǐng)域?qū)W習(xí)工作打好基礎(chǔ)，筆者對鋼鐵材料的牌號進(jìn)行歸納總結(jié)，對比區(qū)分各種牌號的含義和內(nèi)涵，通過比較，學(xué)生可以更清楚的掌握各種鋼材的性能及牌號，為以后的學(xué)習(xí)工作打好基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】牌號 ?碳素鋼 ?合金鋼

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）17-0253-02

牌號是用來識別產(chǎn)品的符號和代碼的組合，通過牌號，我們可以區(qū)分各類材料性能屬性，從而為生產(chǎn)生活各個(gè)領(lǐng)域帶來極大便利。因此，在課程教學(xué)中，金屬牌號尤其是鋼材牌號的區(qū)分和掌握是一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容。掌握金屬牌號的含義及內(nèi)涵，對技工學(xué)校機(jī)械專業(yè)學(xué)生來說尤為重要，可以說是其以后工作生產(chǎn)的基礎(chǔ)。

在常用的《金屬材料與熱處理》教材中，鋼材牌號在碳素鋼和合金鋼兩個(gè)章節(jié)中分別介紹。由于鋼材種類繁多，而每一種鋼材都有各自的牌號。且因中國鋼材牌號的標(biāo)準(zhǔn)的一些缺陷，某些符號在不同的牌號中含義不同，對于初次接觸專業(yè)知識的技校學(xué)生來說，極易造成混淆。因此，筆者在教學(xué)中嘗試將兩章中涉及鋼材牌號的內(nèi)容合起來統(tǒng)一匯總，對比區(qū)分各種牌號的含義和內(nèi)涵，取得了較好的效果。通過比較，學(xué)生可以更清楚的掌握各種鋼材的性能及牌號，為以后的學(xué)習(xí)工作打好基礎(chǔ)。

我國現(xiàn)行的鋼材牌號有兩種類型：一是根據(jù)材料的力學(xué)性能和質(zhì)量等級進(jìn)行編號，另一種是采用碳含量、合金元素的種類及含量、質(zhì)量級別來編號。

首先我們來分析下第一種分類情況，采用力學(xué)性能和質(zhì)量等級進(jìn)行牌號編號的鋼材類別較少，但在工程中的應(yīng)用最為廣泛，主要包括（普通）碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼兩大類。

（普通）碳素結(jié)構(gòu)鋼屬于碳素鋼，低合金結(jié)構(gòu)鋼屬于合金鋼，兩者種類不同，但是其牌號表示方法相同，由前綴符號+三位數(shù)字+質(zhì)量等級、脫氧方法、產(chǎn)品用途等符號組成。其中最常用的前綴符號是字母“Q”，表示鋼材的屈服強(qiáng)度，后面的數(shù)字表示屈服強(qiáng)度數(shù)值大小，單位是MPa。必要時(shí)數(shù)字后面還需要標(biāo)注質(zhì)量等級（A、B、C、D）、脫氧方法（F—沸騰鋼、Z—鎮(zhèn)靜鋼、TZ—特殊鎮(zhèn)靜鋼）和產(chǎn)品用途等符號。例如：Q235AF表示屈服強(qiáng)度為235MP的A級沸騰鋼。在碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號組成中，表示鎮(zhèn)靜鋼的符號“Z”和表示特殊鎮(zhèn)靜鋼的符號“TZ”可以省略;低合金結(jié)構(gòu)鋼的脫氧方法分為鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼，因此在牌號的組成中表示脫氧方法的符號均予以省略。

在國家標(biāo)準(zhǔn)中，此類牌號常見的有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275、Q295、Q345、Q395、Q420和Q460等。根據(jù)牌號的命名原則可知，其中的數(shù)字代表該鋼材的屈服強(qiáng)度值，隨著數(shù)字的增大，其力學(xué)性能也不斷的增加。其中屈服強(qiáng)度小于等于275MP的為（普通）碳素結(jié)構(gòu)鋼，即Q195～Q275。如要求更高的力學(xué)性能，普通的碳素鋼很難滿足要求，這就需要在鋼材中添加適量的合金元素，成為合金鋼。故屈服強(qiáng)度大于等于295MP的鋼材為低合金結(jié)構(gòu)鋼，如Q295、Q460等。

第二種牌號表述了鋼材的各元素種類及含量，簡單明了，比較實(shí)用。但由于采用此類牌號編號方法的鋼材種類較多，其含義和分類易于混淆，需仔細(xì)分辨，在教學(xué)中也要特別注意歸納總結(jié)。筆者將此類牌號進(jìn)行梳理歸納，分為如下幾大類別進(jìn)行對照講解。

一、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼

兩種鋼材同為結(jié)構(gòu)鋼，其中優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用兩位數(shù)字組成，合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號采用“兩位數(shù)字+元素符號+數(shù)字”表示。鋼號排頭的這兩位數(shù)字都表述的是鋼材含碳量的萬分?jǐn)?shù)。例如40鋼表示平均含碳量為0.40%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼;20CrMnTi表示平均含碳量為0.20%的合金結(jié)構(gòu)鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼中主要合金元素一般以百分?jǐn)?shù)表示。當(dāng)平均合金含量低于1.5%時(shí)，鋼號中一般只標(biāo)出元素符號，而不標(biāo)明含量。當(dāng)合金元素平均含量為1.5%～2.5%、2.5%～3.5%……時(shí)，在元素符號后面應(yīng)標(biāo)明含量，可相應(yīng)表示為2、3……等。

根據(jù)含碳量和熱處理方法的不同，這兩種鋼材均可分為三類。含碳量小于等于0.25%的碳素鋼（08～25鋼）為低碳鋼，對應(yīng)的合金結(jié)構(gòu)鋼有20Cr、20CrMnTi等，其典型熱處理工藝為滲碳+淬火+低溫回火，因此稱為合金滲碳鋼;含碳量在0.25%到0.60%之間的碳素鋼（30～55鋼）為中碳鋼，其合金鋼的典型熱處理工藝為調(diào)質(zhì)，如40Cr，是合金調(diào)質(zhì)鋼;含碳量在大于等于0.60%的碳素鋼（60鋼以上的牌號）屬高碳鋼，相應(yīng)的合金結(jié)構(gòu)鋼通過熱處理后具有較好的彈性，如65Mn，多用于制造彈簧，是合金彈簧鋼。

由此可見，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼在牌號在碳含量的表述方法上是一致的，只是合金鋼的牌號在后面增加了合金元素。教學(xué)中可一起歸納比較。

二、碳素工具鋼和合金工具鋼

這兩類鋼材都名為工具鋼，但其牌號的共同點(diǎn)并不多，只在表示含碳量的數(shù)字上這兩者意義相同，均為其含碳量的千分?jǐn)?shù)。

碳素工具鋼的牌號很簡單好記，是漢字“碳”的拼音T加表示含碳量的數(shù)字，例如T9鋼表示平均含碳量為0.9%的碳素工具鋼。而合金工具鋼的種類及牌號就比較復(fù)雜了，總體來說，合金工具鋼的牌號規(guī)則同合金結(jié)構(gòu)鋼類似，也采用“數(shù)字+元素符號+數(shù)字”表示，所不同是排頭表示含碳量的數(shù)字通常只有一位，表述其含碳量的千分?jǐn)?shù)。當(dāng)含碳量超過1.0%時(shí)，一位數(shù)字無法表示，則直接不標(biāo)。例如9SiCr表示此合金含碳量0.9%，主要合金元素硅鉻，含量均小于1.5%;Cr12MoV表示平均含碳量大于1%，主要合金元素鉻含量12%，鉬釩含量均小于1.5%。

合金工具鋼種類較多，按用途分為合金刃具鋼、合金模具鋼和合金量具鋼。合金刃具鋼包括低合金刃具鋼和高速鋼。低合金刃具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素的鋼，其特點(diǎn)是含碳量較高，合金含量低。高速鋼又稱鋒鋼，其中除了含有較高的碳外，還加入了大量的鎢鉻釩鉬等合金元素。書寫牌號時(shí)其含碳量一般不標(biāo)出，鎢鉻等元素含量很高，其W、Cr等元素后數(shù)字較大。合金模具鋼即用來制作模具的鋼，因工作條件不同又分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼。其中冷作模具鋼一般為Cr12、Cr12MoV等高碳高鉻鋼;熱做模具鋼通常采用中碳合金鋼，如5CrMnMo、3Cr2W8V等;塑料模具鋼是新近加入的鋼種，目前納入國家標(biāo)準(zhǔn)的有兩種，即3Cr2Mo和3Cr2MnNiMo。合金量具鋼沒有專業(yè)鋼種，常用碳素工具鋼、合金工具鋼和滾動(dòng)軸承鋼。

三、特殊性能鋼

這部分主要包括不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼，其中應(yīng)用廣泛、為大家熟知的是不銹鋼。在GB/T 221-2008鋼鐵牌號表示方法中其與合金結(jié)構(gòu)鋼類似，也采用“數(shù)字+元素符號+數(shù)字”表示，排頭用兩位或三位數(shù)字用表示含碳量的最佳控制值（萬分?jǐn)?shù)或十萬分?jǐn)?shù)）。

在我國的國家標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)不銹鋼的金相結(jié)構(gòu)不同將其分為奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼等。

奧氏體不銹鋼是應(yīng)用最廣泛的不銹鋼，其特點(diǎn)是含碳量極低，含鉻量18%，含鎳量9%，習(xí)慣上被稱為18-8型不銹鋼，屬 ? 于鉻鎳不銹鋼。例如12Cr18Ni9、06Cr19Ni9N等。馬氏體不銹鋼是鉻不銹鋼，其主要合金成分為Cr。馬氏體不銹鋼主要為鉻含量在12%～18%范圍內(nèi)的低碳或高碳鋼。各國廣泛應(yīng)用的馬氏體不銹鋼鋼種有如下3類：低碳及中碳13%Cr鋼;高碳的18%Cr鋼;低碳含鎳（約2%）的17%Cr鋼。例如12Cr13、30Cr13、95Cr18、14Cr17Ni2等。鐵素體不銹鋼也為鉻不銹鋼，一般含碳量很低，小于0.12%，含鉻量為11.5%～30%，常見的有10Cr17、022Cr30Mo2?？傮w來說，無論哪類不銹鋼其耐腐蝕性主要來自于鉻，因此它的含鉻量都較高。

在日常生活中，不銹鋼的種類常用三位數(shù)字表示，如常見的304、321、405等。但這種標(biāo)號方法并不是我國的標(biāo)準(zhǔn)，而是采用的美國AISI標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。它將不銹鋼根據(jù)其合金組成分為200、300、400這等幾個(gè)系列，其中200系列是鉻-鎳-錳奧氏體不銹鋼，由于加入錳元素代替成本較高的鎳，其耐蝕性能較差，與其他種類不銹鋼相比較易生銹。300系列是鉻-鎳奧氏體不銹鋼，我國標(biāo)準(zhǔn)中的奧氏體不銹鋼大部分都屬于此類，如304鋼即18-8型不銹鋼，GB牌號為06Cr18Ni9。400系列是鉻不銹鋼，馬氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼均為此系列。

耐熱鋼是在高溫下能具有良好的穩(wěn)定性和強(qiáng)度的特殊性能鋼，通過在鋼中加入鉻鋁硅等元素形成致密氧化膜提高抗氧化能力，如40Cr9Si2;加入鈦鎢釩鈮鉬等元素提高鋼材在高溫下的強(qiáng)度，如40Cr14Ni14W2Mo。

耐磨鋼專指在巨大壓力或沖擊下能發(fā)生硬化的高錳鋼，典型牌號為ZGMn13，由于其成分高碳高錳，性能極易發(fā)生加工硬化，故耐磨鋼零件多采用鑄造。

四、特殊專用鋼

除了以上的常見鋼材外，還有一些專用的鋼材，在鋼的牌號前面標(biāo)注漢語拼音字頭，表示鋼的用途。其元素含量的標(biāo)注也與其他鋼材有所區(qū)別。例如滾動(dòng)軸承鋼GCr15，G表示“滾”字的拼音字頭，Cr15表示含鉻量1.5%的滾動(dòng)軸承鋼。易切鋼Y15，Y表示“易”字的拼音字頭，15表示含碳量0.15%。

通過對以上常用的碳素鋼和合金鋼的牌號進(jìn)行歸納整理后，可以從中找出它們的異同點(diǎn)，對于含碳量數(shù)字的表示上結(jié)構(gòu)鋼多為2位數(shù)字，表示萬分?jǐn)?shù)，工具鋼含碳量多表示千分?jǐn)?shù)，合金元素多為百分?jǐn)?shù)。除了（普通）碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼及一些特殊專用鋼外，其他鋼材的牌號的表示方法都有相同的地方。如牌號開頭多表示含碳量，合金元素后的數(shù)字表示該合金含量等等。

在實(shí)際教學(xué)之中，將碳素鋼和合金鋼的牌號都講授完成之后，再將所有的常用牌號歸納匯總，用一次課的時(shí)間統(tǒng)一歸納總結(jié)，形成一個(gè)圖表體系，讓學(xué)生能夠方便快捷的找出其性能特點(diǎn)及分類，加深印象，便于理解記憶，達(dá)到事半功倍的效果。

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