钢材百科（完整版）

一、钢材基础定义

钢：以铁(Fe)为基体，碳质量分数0.02%～2.11% 的铁碳合金，同时含有Si、Mn、S、P等残余元素；按需加入Cr、Ni、Mo、V、Ti、W等合金元素，即为合金钢。

区分边界：

• C＜0.02%：工业纯铁
• 0.02%＜C≤2.11%：钢
• C＞2.11%：生铁/铸铁（硬脆，不能直接锻轧）

核心元素作用
|元素|作用|有害/有益|
|---|---|---|
|碳C|决定硬度、强度；碳越高，硬度越高，塑性、韧性下降|主合金元素|
|锰Mn|脱氧、脱硫，提升强度、改善韧性|有益|
|硅Si|脱氧，提高强度、弹性|有益|
|硫S|形成硫化物，造成热脆，高温易开裂|有害杂质，严控|
|磷P|提升强度，但造成冷脆，低温韧性暴跌|有害杂质，严控|
|铬Cr|防锈、抗氧化、提升硬度、耐磨；≥10.5%获得不锈特性|合金元素|
|镍Ni|提升韧性、低温性能，奥氏体不锈钢必备|合金元素|
|钼Mo|提高淬透性、耐高温、抗蠕变|合金元素|
|钒V|细化晶粒，显著提升强度韧性|合金元素|

钢材是工业基础材料，可100%回收循环，是建筑、机械、汽车、船舶、能源、军工核心原材料，被称为“工业骨骼”。

二、钢材分类（多维度）

1. 按化学成分（国标主流分类）

① 非合金钢（碳素钢 / 碳钢）

不含刻意添加的合金元素，仅含常规残余Si、Mn、S、P。

• 低碳钢：C≤0.25%，塑性好、易冲压焊接；代表：Q235、10#、20#钢
• 中碳钢：0.25%＜C≤0.60%，可热处理调质，强度中等；代表：45#钢（最常用机械结构钢）
• 高碳钢：C＞0.60%，硬度高、耐磨，塑性差；代表T8、T10碳素工具钢、65Mn弹簧钢

② 低合金钢

合金元素总质量分数＜5%；在碳钢基础添加少量Mn、V、Nb、Ti。
特点：强度显著高于普通碳钢，焊接性能良好，成本低；建筑、桥梁、压力容器主力。
代表：Q355（旧Q345）、Q345q桥梁钢、Q245R/Q345R容器板。

③ 合金钢

合金元素总含量≥5%，细分：

• 中合金钢：5%～10%
• 高合金钢：＞10%（典型：304/316不锈钢）

2. 按冶金质量等级（S、P杂质上限由高到低）

1. 普通质量钢：S≤0.040%，P≤0.040%（Q235A等）
2. 优质钢：S≤0.035%，P≤0.035%（45#、20CrMnTi）
3. 高级优质钢：S≤0.030%，P≤0.030%，牌号末尾加A（T10A、GCr15A）
4. 特级优质钢：S、P更低，用于高端军工、航空零件

3. 按用途分类（工程最常用）

（1）结构钢（承受载荷，占钢材产量最大）

1）工程结构钢：建筑、桥梁、压力容器、管线、钢筋

Q系列碳素结构钢（Q195/Q215/Q235/Q275）；低合金高强钢Q355；HRB400/HRB500螺纹钢；容器板Q245R、Q345R；桥梁钢Q345q系列。
牌号规则：Q=屈服强度“屈”，数字=屈服强度MPa；A/B/C/D/E代表质量等级，S/P逐级降低，低温冲击性能提升。

2）机械制造结构钢：轴、齿轮、连杆、螺栓等机械零件

• 优质碳素结构钢：15#（渗碳件）、35#、45#（轴、齿轮）、65Mn（弹簧）
• 合金结构钢：20CrMnTi（汽车齿轮渗碳）、40Cr、4140、4340
• 弹簧钢：65Mn、60Si2Mn
• 滚动轴承钢：GCr15（最通用轴承钢）

（2）工具钢（刀具、模具、量具，追求高硬度耐磨）

1. 碳素工具钢：T7、T8、T10、T10A；低成本，红硬性差，温度＞200℃硬度快速下降
2. 合金工具钢：Cr12、Cr12MoV、4Cr5MoSiV1（H13热作模具钢）
3. 高速钢：W18Cr4V、M2；红硬性极好，600℃仍保持高硬度，高速切削刀具

（3）特殊性能钢（特殊工况）

1. 不锈钢（Cr≥10.5%）
   • 奥氏体不锈钢（304、316L）：无磁，耐蚀最好，塑性佳；食品、化工、管道；316含Mo，抗氯离子腐蚀（海水）
   • 铁素体不锈钢（430）：有磁性，耐大气腐蚀，成本低，厨具面板
   • 马氏体不锈钢（410、420）：可淬火变硬，刀具、泵轴
   • 双相不锈钢：奥氏体+铁素体，高强度+强耐蚀，化工海水设备
   • 沉淀硬化不锈钢：高强度，航空航天
2. 耐热钢：高温抗蠕变，锅炉、燃气轮机
3. 耐磨钢：ZGMn13高锰钢，冲击硬化，破碎机衬板、挖掘机斗齿

4. 按金相组织（退火/正火状态内部晶体组织）

亚共析钢、共析钢、过共析钢；珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢等，主要用于热处理材料设计。

5. 按成型加工方式

• 热轧钢：高温轧制，成本低，塑性好；型材、厚板、卷材、H型钢、工字钢
• 冷轧钢：常温轧制，尺寸精度高、表面光洁；薄板、精密冲压件
• 锻钢：锻打成型，组织致密，用于重载零件（轴、齿轮）
• 铸钢：钢水浇入模具，复杂大型铸件
• 冷拉（冷拔）钢：圆钢冷拔，尺寸精度极高，光轴、紧固件

三、钢材产品形态（市场现货分类）

1. 板材
   • 热轧厚板：6mm以上；中厚板、容器板、锅炉板
   • 热轧卷板：2.0~14mm，开平后做钢板
   • 冷轧薄板：0.3~3.0mm，表面光亮，家电、汽车外壳
   • 花纹板、不锈钢板、彩涂板、镀锌板（防腐镀层）
2. 型材
   • 简单截面：圆钢、方钢、扁钢、六角钢
   • 复杂截面：工字钢、H型钢、槽钢、角钢、C型钢、钢轨
3. 管材
   • 无缝钢管：热轧/冷拔，高压流体、锅炉、油气；16Mn、45#、304无缝管
   • 焊接钢管（焊管）：钢板卷焊，低压给排水、脚手架
4. 线材（盘条）：Φ5.5~16mm盘卷，拉丝制钉、钢丝、预应力钢丝
5. 钢筋：热轧带肋钢筋HRB400E、HRB500E（E代表抗震）；光圆HPB300
6. 特殊制品：钢丝绳、钢绞线、锻件、铸钢件

热轧 vs 冷轧对比

• 热轧：＞再结晶温度轧制；表面氧化皮，公差差，塑性好，价格低；厚板、型钢
• 冷轧：常温轧制；表面光滑、尺寸精度高、强度更高，塑性下降，价格贵；薄板精密件

四、完整生产工艺流程

长流程（高炉-转炉，国内主流，占大部分产量）

铁矿石→高炉炼铁（生铁，C2.5~4.5%）→氧气转炉炼钢（脱碳、脱磷、脱硫，加合金）→钢包精炼（LF/AOD微调成分，去除杂质）→连铸（钢水冷却凝固成钢坯：板坯/方坯/圆坯）→热轧→精整→成品钢材

短流程（电弧炉炼钢，废钢为主原料）

废钢+辅料投入电弧炉→熔化、初炼→钢包精炼→连铸→轧制；优势：基建投资低、碳排放更低，适合生产优质合金钢、特殊钢

后续精加工：酸洗、冷轧、退火、镀层（镀锌、镀铝锌）、剪切、探伤、打捆入库。

五、钢材核心热处理工艺（改变内部金相组织，调整力学性能）

1. 退火：加热保温，极慢冷却。降低硬度、消除轧制/加工内应力、细化晶粒，便于切削冲压。分完全退火、球化退火、去应力退火。
2. 正火：加热保温，空气中自然冷却。细化晶粒，强度略高于退火，改善切削性能。
3. 淬火：高温保温后快速水冷/油冷。大幅提升硬度、耐磨性；但脆性变大，产生内应力。45#、模具钢核心工艺。
4. 回火：淬火后重新低温加热保温，缓慢冷却。消除淬火应力，降低脆性，在保留足够硬度同时提升韧性。
   • 低温回火：高硬度耐磨（刀具、轴承）
   • 中温回火：高弹性（弹簧）
   • 高温回火：调质处理（淬火+高温回火，45#轴、齿轮首选，强韧平衡）

六、国标牌号解读（重点）

1. 碳素结构钢 Q235B

Q=屈服强度；235=屈服强度≥235MPa；B=B级，可做20℃冲击试验；A无冲击，C/D低温冲击更好。

1. 优质碳素钢 45#

两位数字=平均含碳量万分之0.45（C≈0.45%）；15#=C≈0.15%。

1. 合金结构钢 20CrMnTi

20=碳0.20%；Cr、Mn、Ti为合金元素；数字代表该元素大致百分含量，＜1.5%不标数字。

1. 轴承钢 GCr15

G代表轴承钢；Cr≈1.5%。

1. 碳素工具钢 T10A

T=碳；10=碳0.10%（千分）；A=高级优质。

1. 不锈钢 06Cr19Ni10（旧牌号304）

06：碳≈0.06%；Cr19≈19%铬；Ni10≈10%镍。

七、钢材力学性能指标（采购、设计必看）

1. 屈服强度 ReL：材料开始发生塑性变形的应力；结构设计核心指标（Q235即屈服≥235MPa）
2. 抗拉强度 Rm：材料断裂前最大承受拉力；反映极限承载能力
3. 断后伸长率A：拉伸断裂后伸长比例；代表塑性，数值越高越不容易脆断，焊接冲压性能越好
4. 冲击功 Akv：冲击试验吸收能量；衡量韧性，低温工况必须看冲击值（B/C/D/E等级）
5. 硬度：布氏HB、洛氏HRC；HRC多用于淬火模具钢、刀具；HB用于退火、热轧结构件

八、钢材常见缺陷与腐蚀

内部缺陷

偏析（成分不均）、气孔、夹渣、裂纹、白点（氢脆）、疏松；一般用超声波UT、磁粉MT、渗透PT探伤检测。

腐蚀

1. 大气锈蚀：普通碳钢，生成氧化铁红锈；对策：喷漆、镀锌、涂油
2. 点蚀：氯离子环境（海水），304在海水容易点蚀，改用316L/双相钢
3. 晶间腐蚀：不锈钢敏化处理后晶界腐蚀；低碳304L、316L可缓解
4. 应力腐蚀：拉应力+腐蚀介质共同作用，突发开裂（压力容器重点防控）

九、钢材选用基本原则

1. 静载建筑结构：优先Q235、Q355，成本低，焊接好
2. 轴、齿轮、螺栓：45#调质，重载用40Cr、20CrMnTi渗碳
3. 弹簧：65Mn、60Si2Mn
4. 轴承：GCr15
5. 食品/淡水防腐：304；海水氯离子环境：316L
6. 冷冲压薄板：冷轧低碳钢（DC01/DC03）
7. 热作模具：H13（4Cr5MoSiV1）；冷作模具Cr12MoV

十、钢材行业基础常识

1. 密度：7.85 g/cm³，重量简易公式：重量(kg)=体积(m³)×7850；钢板简易：厚度(mm)×宽度(m)×长度(m)×7.85
2. 焊接性：碳当量越高，焊接越差；低碳钢焊接最优；高碳钢、高合金钢焊接需要预热、焊后热处理
3. 可焊性排序：低碳钢＞低合金钢＞中碳钢＞高碳钢＞高合金不锈钢
4. 钢材的可回收性：钢铁是全球回收量最高金属，反复冶炼不损失基本性能

十一、国内外牌号对照简表

#【钢材牌号速查表】。

钢材牌号速查表（国标 ↔ 美标AISI/SAE，附用途、核心特性）

说明：GB为国标；旧牌号一并标注；成分、性能为工程常用简述，不作为正式设计依据。

一、碳素结构钢（工程建筑、支架、板材）

二、低合金高强度钢（高强工程结构）

三、优质碳素结构钢（机械零件，轴/螺栓）

四、合金结构钢（重载机械零件，齿轮/重载轴）

五、轴承钢

六、弹簧钢

七、工具钢（模具、刀具、量具）

八、不锈钢（耐腐蚀钢）

九、冷轧冲压薄板（汽车、家电）

十、钢筋（建筑混凝土用）

补充备注

1. 美标仅为近似等效，不能直接等同替换；正式工程必须做材料代换评审。
2. A/B/C/D/E代表质量等级，冲击温度逐级降低，低温环境优先高等级。
3. 后缀A：高级优质钢，S、P杂质更低。

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