钢分级系统考虑化学成分，处理和机械性能，使制造商能够为其应用选择适当的产品。除了材料中的碳和其他合金的实际百分比，微观结构也对钢的力学性能产生了显着影响。

重要的是要理解微观结构的定义 - 可以使用冷热成型和制造后操纵钢的微观结构的方式。这些技术可用于开发具有特定机械性能的产品。然而，操纵组合物和微观结构将导致不同性质之间的折衷。例如，较硬的钢可以最终降低强度。

微观结构

材料的微观结构是分子与这些分子之间的工作中的力一起连接的方式。加热和冷却过程用于将微观结构从一种形式改变为另一个形式，从而改变了材料的性质。

微观结构不可观察到肉眼，但可以在显微镜下进行研究。钢可以采用几种不同的微观结构 - 铁素体，珠光体，马氏体，渗碳石和奥氏体。

铁素体

铁氧体是用于在室温下用于纯铁的分子结构的术语。碳含量非常低的钢也将采用相同的微观结构。铁氧体的特征形状是正体的立方（BCC）晶体结构。在视觉上，想象一家在每个角落处的一个分子的立方体和在立方体中心的分子。在BCC中比在每个立方体内含有更多分子的其他微结构更松散地填充。然而，在不改变铁氧体微结构的情况下可以添加的碳的量在室温下仅低0.006％。

奥氏体

奥氏体是当基于铁基合金以高于1500°F但低于1800°F时形成的微观结构。如果在钢等钢中存在正确的合金，则材料即使在冷却时也会保持这种微观结构。奥氏体的特征形状是面为中心的立方（FCC）晶体结构。在视觉上，想象一个在每个角落的一个分子的立方体和立方体每侧的中心的分子。奥氏体构造中的分子比铁氧体更密集地填充。奥氏体可含有高达2％的碳，是一种常见的微观结构不锈钢。

渗透石

当碳钢被加热到奥氏体范围，然后在没有任何合金存在的情况下冷却以保持奥氏体形状时，组织恢复为铁素体形式。然而，如果碳含量大于0.006%，多余的碳原子与铁结合形成一种称为铁碳化物(Fe3C)的化合物，也称为渗碳体。渗碳体不会单独出现，因为一些材料将保持铁素体的形式。

珠光体

珠光体是由替代铁素体和渗碳石形成的层叠结构。当钢缓慢冷却时，会发生钢，形成共晶混合物。共晶混合物是其中两个熔融材料同时结晶的混合物。在这些条件下，铁氧体和渗碳铝均同时形成，导致微结构内的交替层。

马氏体

马氏体具有以体为中心的四方结晶结构。通过快速冷却钢通过这种微晶形式，使碳原子陷入铁晶格内。净结果是一种非常坚硬，针状的铁和碳结构。具有马氏体微晶结构的钢通常是含有约12％铬的低碳钢合金。

对于钢材制造商和消费者来说，了解钢的微观结构以及它如何影响材料的机械性能是重要的。碳含量，合金浓度和整理方法都对微观结构产生影响，因此可用于操纵成品的性质。根据所用的精加工方法和热处理，可以具有相同合金含量的两个样品具有不同的微观结构。

冷热成型

一旦钢水是投，必须形成其最终形状，然后完成以防止腐蚀。钢通常被铸成机器就绪形式：盛开，方坯和板坯。然后通过轧制形成铸造形状。根据材料和目标应用，可以进行热，温暖或冷却。在轧制过程中，通过使用两个工作辊来完成压缩变形。辊速快速旋转以同时拉动并挤压它们之间的钢。

冷成型

冷成型是轧制在其重结晶温度以下的轧制过程。钢上施加在钢上施加的压力导致材料的微观结构中的脱位，从而产生材料中的颗粒。随着这些脱位积聚，钢更难以进一步变形。冷轧也使钢变得脆，可以通过热处理来克服。

轧制完成后，使用二次加工技术完成钢块以防止腐蚀并改善机械性能：

• 涂层
• 表面处理
• 热处理

热处理

热处理的影响

通过控制加热和冷却可以改变钢的显微组织。这导致了各种热处理方法的发展，以修改微观组织，并获得所需的力学性能变化。

钢微观结构在特定温度下的相变化变化。热处理是基于理解和操纵某些转化点：

• 归一化温度
  奥氏体是形成其他结构的阶段。大多数热处理首先加热钢到1500-1800°F的均匀奥氏体相。
• 上临界温度
  上临界温度是渗碳体或铁素体开始形成的温度。这种情况发生在钢从正火温度冷却时。根据碳含量的不同，这个点位于1333-1670华氏度之间。
• 临界温度较低
  临界温度降低是奥氏体对珠光体转化的点。奥氏体不能低于1333°F的临界温度。

从正火温度到上临界温度和下临界温度的冷却速率将决定钢材在室温下的组织。

热处理包括一系列的工艺，包括退火、淬火和回火。钢的延性与强度呈反比关系。热处理可以以牺牲强度来增加延性，或者反过来。

热处理类型

球化

球化发生碳素钢加热至约1290华氏度30小时。珠光体组织中的渗碳体层转变为椭球体，使钢形成最柔软、最具韧性的形态。

全退火

通过首先将碳钢略微高于上临界温度保持的温度，以每小时约36°F的速率略高于上临界温度的温度保持温度的温度。该过程产生粗珠氏结构，该结构是没有内部应力的延性。

加工退火

过程退火可缓解冷加工，低碳钢（> 0.3％C）的应力。将钢加热至1025-1292°F一小时。通过在冷却之前通过晶体的重整而修复微观结构的脱位。

等温退火

高碳钢首先在上部临界温度以上加热。然后保持，冷却到临界温度下，再次保持。然后逐渐冷却至室温。该过程确保材料在下一个冷却步骤之前达到均匀的温度和微观结构。

正常化

将碳钢加热至标准化温度1小时。此时，钢完全进入奥氏体相。然后钢是空气冷却。标准化产生具有高强度和硬度的精细珠光体微观结构。

淬火

将培养基或高碳钢加热至归一化温度，然后淬火（通过水中的浸没在水，盐水或油中快速冷却）到上临界温度。淬火过程产生马氏体结构 - 非常坚硬，但脆。

热处理淬火钢

最常见的热处理，因为其结果可以准确预测。淬火钢再加热到低于低临界点的温度，然后冷却。温度根据预期结果而变化——298-401°F范围是最常见的。这一过程使脆淬火钢形成一些球状体，从而使其恢复一些韧性。

机械性能

机械性能按照国际标准进行测量ASTM(美国测试和材料协会)或SAE.(汽车工程师学会)。

钢的关键机械性能

硬度

硬度是材料承受磨损的能力。提高硬度可以通过提高碳含量和淬火产生马氏体来实现。

强度

金属强度是使材料变形所必需的力。正火可以通过在整个材料中形成一致的组织来提高钢的强度。

延性

延展性是金属在拉伸应力下变形的能力。由于微结构中的脱位，冷成型钢具有低延展性。过程退火将通过使晶体改革来改善这一点，从而消除了一些脱位。

韧性

韧性是承受压力而不断裂的能力。淬火后的钢可以通过回火使其组织硬化。

切削加工性能

可加工性是指通过切削、研磨或钻孔使钢成型的容易程度。可加工性主要受硬度的影响。材料越硬，越难加工。

可焊性

可焊接性是钢焊接的能力而没有缺陷。它主要依赖于化学成分和热处理。熔点，以及电和导热率，都对材料的可焊性产生影响。

有关钢的机械性能和测试的更多信息，请参阅铸钢件的性能及生产。

质量描述符

质量描述符应用于广泛类别的钢铁产品，如商人，工业，结构质量。这些标签标记为适用于特定应用和制造过程的某些钢，允许更快的市场导航和决策制定。基于几种不同的因素，钢置于特定类别：

• 内部合理性
• 化学成分和均匀性
• 表面缺陷程度
• 制造过程中的测试程度
• 夹杂物的数量，大小和分布
• 淬透性

钢分级系统

ASTM、AISI(美国钢铁协会)和SAE等机构发布的规范，为工程师、制造商和消费者提供了一种标准语言，以沟通钢的性能。分级通常是非常具体的——包括从化学成分、物理性能、热处理、制造过程和形式等各个方面。

ASTM

ASTM系统使用描述性字母后跟序列号。例如，'a'表示铁金属，'53'是分配给镀锌碳钢的数量。

ASTM A53具有以下特性:

• 化学成分，最大值
  • 碳：0.25（A级），0.30（b级）
  • 锰：0.95（A级），1.20（b级）
  • 磷:0.05
  • 硫:0.045
• 机械性能
  • 拉伸强度，UTS：330MPa或48,000 psi（A级），414 MPa或60,000 psi（b级）
  • 拉伸强度，产率：207MPa或30,000 psi（A级），241 MPa或35,000 psi（b级）
• 形式和治疗
  • 管道NPS 1/8 - NPS 26
  • 镀锌钢
  • 黑色和热浸
  • 锌涂层
  • 焊接和无缝

SAE.

AISI/SAE编号系统使用4位数字进行分类。前两个数字表示钢材类型和合金元素浓度，后两个数字表示碳浓度。

例如，SAE 5130描述了一种含1%铬和0.30%碳的钢。字母前缀用作商家质量的质量描述符。