技工院校金属材料课程中钢材牌号的教学研究

王玉冰

【摘要】金属材料种类众多，机械专业的学生必须掌握其表示方法及含义，为了给以后从事机械领域学习工作打好基础，笔者对钢铁材料的牌号进行归纳总结，对比区分各种牌号的含义和内涵，通过比较，学生可以更清楚的掌握各种钢材的性能及牌号，为以后的学习工作打好基础。

【关键词】牌号  碳素钢  合金钢

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2020）17-0253-02

牌号是用来识别产品的符号和代码的组合，通过牌号，我们可以区分各类材料性能属性，从而为生产生活各个领域带来极大便利。因此，在课程教学中，金属牌号尤其是钢材牌号的区分和掌握是一项非常重要的内容。掌握金属牌号的含义及内涵，对技工学校机械专业学生来说尤为重要，可以说是其以后工作生产的基础。

在常用的《金属材料与热处理》教材中，钢材牌号在碳素钢和合金钢两个章节中分别介绍。由于钢材种类繁多，而每一种钢材都有各自的牌号。且因中国钢材牌号的标准的一些缺陷，某些符号在不同的牌号中含义不同，对于初次接触专业知识的技校学生来说，极易造成混淆。因此，笔者在教学中尝试将两章中涉及钢材牌号的内容合起来统一汇总，对比区分各种牌号的含义和内涵，取得了较好的效果。通过比较，学生可以更清楚的掌握各种钢材的性能及牌号，为以后的学习工作打好基础。

我国现行的钢材牌号有两种类型：一是根据材料的力学性能和质量等级进行编号，另一种是采用碳含量、合金元素的种类及含量、质量级别来编号。

首先我们来分析下第一种分类情况，采用力学性能和质量等级进行牌号编号的钢材类别较少，但在工程中的应用最为广泛，主要包括（普通）碳素结构钢和低合金结构钢两大类。

（普通）碳素结构钢属于碳素钢，低合金结构钢属于合金钢，两者种类不同，但是其牌号表示方法相同，由前缀符号+三位数字+质量等级、脱氧方法、产品用途等符号组成。其中最常用的前缀符号是字母“Q”，表示钢材的屈服强度，后面的数字表示屈服强度数值大小，单位是MPa。必要时数字后面还需要标注质量等级（A、B、C、D）、脱氧方法（F—沸腾钢、Z—镇静钢、TZ—特殊镇静钢）和产品用途等符号。例如：Q235AF表示屈服强度为235MP的A级沸腾钢。在碳素结构钢的牌号组成中，表示镇静钢的符号“Z”和表示特殊镇静钢的符号“TZ”可以省略;低合金结构钢的脱氧方法分为镇静钢和特殊镇静钢，因此在牌号的组成中表示脱氧方法的符号均予以省略。

在国家标准中，此类牌号常见的有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275、Q295、Q345、Q395、Q420和Q460等。根据牌号的命名原则可知，其中的数字代表该钢材的屈服强度值，随着数字的增大，其力学性能也不断的增加。其中屈服强度小于等于275MP的为（普通）碳素结构钢，即Q195～Q275。如要求更高的力学性能，普通的碳素钢很难满足要求，这就需要在钢材中添加适量的合金元素，成为合金钢。故屈服强度大于等于295MP的钢材为低合金结构钢，如Q295、Q460等。

第二种牌号表述了钢材的各元素种类及含量，简单明了，比较实用。但由于采用此类牌号编号方法的钢材种类较多，其含义和分类易于混淆，需仔细分辨，在教学中也要特别注意归纳总结。笔者将此类牌号进行梳理归纳，分为如下几大类别进行对照讲解。

一、优质碳素结构钢和合金结构钢

两种钢材同为结构钢，其中优质碳素结构钢的牌号用两位数字组成，合金结构钢的牌号采用“两位数字+元素符号+数字”表示。钢号排头的这两位数字都表述的是钢材含碳量的万分数。例如40钢表示平均含碳量为0.40%的优质碳素结构钢;20CrMnTi表示平均含碳量为0.20%的合金结构钢。合金结构钢中主要合金元素一般以百分数表示。当平均合金含量低于1.5%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量。当合金元素平均含量为1.5%～2.5%、2.5%～3.5%……时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3……等。

根据含碳量和热处理方法的不同，这两种钢材均可分为三类。含碳量小于等于0.25%的碳素钢（08～25钢）为低碳钢，对应的合金结构钢有20Cr、20CrMnTi等，其典型热处理工艺为渗碳+淬火+低温回火，因此称为合金渗碳钢;含碳量在0.25%到0.60%之间的碳素钢（30～55钢）为中碳钢，其合金钢的典型热处理工艺为调质，如40Cr，是合金调质钢;含碳量在大于等于0.60%的碳素钢（60钢以上的牌号）属高碳钢，相应的合金结构钢通过热处理后具有较好的弹性，如65Mn，多用于制造弹簧，是合金弹簧钢。

由此可见，优质碳素结构钢和合金结构钢在牌号在碳含量的表述方法上是一致的，只是合金钢的牌号在后面增加了合金元素。教学中可一起归纳比较。

二、碳素工具钢和合金工具钢

这两类钢材都名为工具钢，但其牌号的共同点并不多，只在表示含碳量的数字上这两者意义相同，均为其含碳量的千分数。

碳素工具钢的牌号很简单好记，是汉字“碳”的拼音T加表示含碳量的数字，例如T9钢表示平均含碳量为0.9%的碳素工具钢。而合金工具钢的种类及牌号就比较复杂了，总体来说，合金工具钢的牌号规则同合金结构钢类似，也采用“数字+元素符号+数字”表示，所不同是排头表示含碳量的数字通常只有一位，表述其含碳量的千分数。当含碳量超过1.0%时，一位数字无法表示，则直接不标。例如9SiCr表示此合金含碳量0.9%，主要合金元素硅铬，含量均小于1.5%;Cr12MoV表示平均含碳量大于1%，主要合金元素铬含量12%，钼钒含量均小于1.5%。

合金工具鋼种类较多，按用途分为合金刃具钢、合金模具钢和合金量具钢。合金刃具钢包括低合金刃具钢和高速钢。低合金刃具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素的钢，其特点是含碳量较高，合金含量低。高速钢又称锋钢，其中除了含有较高的碳外，还加入了大量的钨铬钒钼等合金元素。书写牌号时其含碳量一般不标出，钨铬等元素含量很高，其W、Cr等元素后数字较大。合金模具钢即用来制作模具的钢，因工作条件不同又分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢。其中冷作模具钢一般为Cr12、Cr12MoV等高碳高铬钢;热做模具钢通常采用中碳合金钢，如5CrMnMo、3Cr2W8V等;塑料模具钢是新近加入的钢种，目前纳入国家标准的有两种，即3Cr2Mo和3Cr2MnNiMo。合金量具钢没有专业钢种，常用碳素工具钢、合金工具钢和滚动轴承钢。

三、特殊性能钢

这部分主要包括不锈钢、耐热钢和耐磨钢，其中应用广泛、为大家熟知的是不锈钢。在GB/T 221-2008钢铁牌号表示方法中其与合金结构钢类似，也采用“数字+元素符号+数字”表示，排头用两位或三位数字用表示含碳量的最佳控制值（万分数或十万分数）。

在我国的国家标准中，根据不锈钢的金相结构不同将其分为奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和铁素体不锈钢等。

奥氏体不锈钢是应用最广泛的不锈钢，其特点是含碳量极低，含铬量18%，含镍量9%，习惯上被称为18-8型不锈钢，属   于铬镍不锈钢。例如12Cr18Ni9、06Cr19Ni9N等。马氏体不锈钢是铬不锈钢，其主要合金成分为Cr。马氏体不锈钢主要为铬含量在12%～18%范围内的低碳或高碳钢。各国广泛应用的马氏体不锈钢钢种有如下3类：低碳及中碳13%Cr钢;高碳的18%Cr钢;低碳含鎳（约2%）的17%Cr钢。例如12Cr13、30Cr13、95Cr18、14Cr17Ni2等。铁素体不锈钢也为铬不锈钢，一般含碳量很低，小于0.12%，含铬量为11.5%～30%，常见的有10Cr17、022Cr30Mo2。总体来说，无论哪类不锈钢其耐腐蚀性主要来自于铬，因此它的含铬量都较高。

在日常生活中，不锈钢的种类常用三位数字表示，如常见的304、321、405等。但这种标号方法并不是我国的标准，而是采用的美国AISI标准的规定。它将不锈钢根据其合金组成分为200、300、400这等几个系列，其中200系列是铬-镍-锰奥氏体不锈钢，由于加入锰元素代替成本较高的镍，其耐蚀性能较差，与其他种类不锈钢相比较易生锈。300系列是铬-镍奥氏体不锈钢，我国标准中的奥氏体不锈钢大部分都属于此类，如304钢即18-8型不锈钢，GB牌号为06Cr18Ni9。400系列是铬不锈钢，马氏体不锈钢和铁素体不锈钢均为此系列。

耐热钢是在高温下能具有良好的稳定性和强度的特殊性能钢，通过在钢中加入铬铝硅等元素形成致密氧化膜提高抗氧化能力，如40Cr9Si2;加入钛钨钒铌钼等元素提高钢材在高温下的强度，如40Cr14Ni14W2Mo。

耐磨钢专指在巨大压力或冲击下能发生硬化的高锰钢，典型牌号为ZGMn13，由于其成分高碳高锰，性能极易发生加工硬化，故耐磨钢零件多采用铸造。

四、特殊专用钢

除了以上的常见钢材外，还有一些专用的钢材，在钢的牌号前面标注汉语拼音字头，表示钢的用途。其元素含量的标注也与其他钢材有所区别。例如滚动轴承钢GCr15，G表示“滚”字的拼音字头，Cr15表示含铬量1.5%的滚动轴承钢。易切钢Y15，Y表示“易”字的拼音字头，15表示含碳量0.15%。

通过对以上常用的碳素钢和合金钢的牌号进行归纳整理后，可以从中找出它们的异同点，对于含碳量数字的表示上结构钢多为2位数字，表示万分数，工具钢含碳量多表示千分数，合金元素多为百分数。除了（普通）碳素结构钢、低合金结构钢和碳素工具钢及一些特殊专用钢外，其他钢材的牌号的表示方法都有相同的地方。如牌号开头多表示含碳量，合金元素后的数字表示该合金含量等等。

在实际教学之中，将碳素钢和合金钢的牌号都讲授完成之后，再将所有的常用牌号归纳汇总，用一次课的时间统一归纳总结，形成一个图表体系，让学生能够方便快捷的找出其性能特点及分类，加深印象，便于理解记忆，达到事半功倍的效果。

参考文献：

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