五金知识培训教材

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1-1常用的材料编号

一般材料的化学成份与机械性质是息息相关的，因此常用的材料编号大多是以化学成份命名为主，再辅以机械性质(如第七章部分材料的规格叙述)。由于材料范围很广，因此本章内容，主要以钢铁材料的编号为主，另外辅以部分非铁金属及非金属材料来做说明。
在工业上，钢铁材料(包括碳钢在内)必依其化学成份，使用一定的编号以利于选用，这是基本的认识。目前，在我国较常用的规格有三种：中国国家标准(CNS)、日本工业标准(JIS)、美国钢铁学会－美国汽车工程师学会(AISI-SAE)。另外德国工业标准(DIN)和美国统一标准编号(UNS)相关业界有时也会采用。而其它还有常见的各国规格名称。
1．中国国家标准(CNS)
（1）钢铁的规格
中国国家标准CNS是Chinese National Standard的简写，CNS对钢铁材料的编号主要依据CNS 109 G1001(公布：民国36年3月，修订：民国85年3月)原则上由下列三部分组成：
第一部分为材质，钢铁材料大部分以S(Steel钢)或F(Ferrum铁)
表示。
第二部分有两种不同的表示法；
a．表示标准名称或是制品用途。常用的有－P：Plate(薄板) 、 T：Tube(管) 、 U：Use(特殊用途)
W：Wire(线材) F：Forging(锻造) C：Casting(铸造)
例：S P CC：Plate，钢板(冷轧)。
S UP：Use Spring，弹簧用钢
b．用于结构的钢料(包括结构用碳钢及合金钢)，代表主要合金元素或含碳量(结构用碳钢时)，表示含碳量时，通常以含碳量之100倍数值表示，
例：SCM420：铬钼钢，第420种
S25C：碳钢，含碳量0.25％。
第三部分为该材料之种类号码，或是最低抗拉强度、降伏强度。若是表示最小抗拉强度或最小降伏强度，通常以三位数字表示。
例：SCM 420 表示铬钼钢中编号420的材料
STB 340 表示锅炉及热交换器用钢，抗拉强度不
低于340 N/mm2。
以与合金量之表示法有所区别。常用于建筑结构用等不须规定含碳量钢料的场合。

注：机械结构用钢料的符号

机械结构用钢料使用很广，因此CNS 2608 G2018特别在附录2中说明适用范围及其符号所代表的意义：
适用范围：机械结构用碳钢钢料及结构用合金钢钢料种类符号之组成。
a．符号顺序为钢之主要合金元素、主要合金元素含量或代表值、附加符号。其中除钢之代表符号S、碳之符号C之外。
附加符号由第一群及第二群组成，
第一群—为钢料为改善其性质(例如切削性)所添加的特殊元素
（例）改善切削性之添加元素

基本钢 附加符号
铅添加钢 L
硫添加钢 S
钙添加钢 U

第二群—为钢料除化学成份之外的保证特性
（例）保证特殊特性之添加符号

特性 附加符号
硬化能保证钢 H
表面硬化用钢 K

（例）
S 30 C：碳钢，含碳量0.30﹪
S 20 C 4：碳钢，含碳量0.20﹪第四种构造用碳钢
S(55)C：一般构造用碳钢，最小抗拉强度55kg/mm2
S85WMo(HS)：含碳量0.85﹪的钨钼高速钢
OS90C(T)：以平炉炼钢法提炼，含碳量0.9﹪的工具钢
b．碳含量的代表值。
（2）铝及铝合金的规格
铝及铝合金之种类及符号系依CNS 2068 H3021之规定，适用范围为锻铝、锻铝合金(以下简称锻铝合金)及铸铝、铸铝合金(以下简称铸铝合金)之合金种类及炼度符号。
锻铝合金之编号依其合金成分，共分1xxx~8xxx系，另有9xxx系为备用，，铸铝合金之规格亦分1xxx~9xxx九系，其中6xxx系为备用，这些已如第九章所述。
而所谓”炼度”系指”制造过程中，依加工、热处理等条件之差异所获得机械性质之区分”。炼度符号又分为基本符号与细分符号。基本符号为一字英文字母(大写)，细分符号为一位数字或多位数字组合并附在基本符号之后。
a．基本符号
铝合金的炼度基本符号分为四种。
b．细分符号
铝合金炼度之基本符号H及T之细分符号，依下列规定。
锻铝合金的编号及化学成分。
2．日本工业标准(JIS)
JIS是Japanese Industral Standard 的简称，JIS对于钢铁材料的的编号大致可分两大类：
（1）一般机械构造用碳钢：
其材料编号方法和CNS的第一种表示法相同。
（例）S30C表示含碳量0.30﹪的机械构造用碳钢
（2）其它用途的碳钢及合金钢：
这一类钢的材料编号表示法，大致可分三部分：
第一部分为材质，钢以S、铁以F表示，其它非铁类如表11- 。
第二部分表示钢制品的规格或用途，例如：K代表工具钢、TB代
表锅炉用钢管、PC2代表冷轧钢板。
第三部分为为钢料的种别，以1,2,3来表示。
此外如果需要，可将材料的加工方法、热处理方式等附注于后，加工方法例如:D(Drawing)抽制、G(Grinding)研磨、T(Turning)车削、Ex(Extruded)挤制。热处理方法大多记于金属符号之后，并在二者之间加入"-"
（例）SK2：第二种碳素工具钢
SKS11：第十一种切削用工具钢
SUH301：第301种耐热钢
SUS301-1/2H：第301种不锈钢，1/2硬质材料
3．常用的美国材料编号及规格

（1）美国钢铁学会－美国汽车工程师学会(AISI-SAE)
AISI和SAE在1941年共同订定钢铁材料的分类，以四个(或五个)数目字为记号来分类。其中
第一位数，表示钢料的种类，如：镍钢为2、钨钢为7。
第二位数，为主要合金元素的百分值；0表示无其它合金元素。
第三、四位数(或第三、四、伍位数字)代表含碳量。
（例）
SAE1045：含碳量0.45的碳钢，与CNS中S45C钢料相当。
SAE4140：含碳量0.40的铬钼钢，与JIS中SCM4钢料相当。

钢 种 编 号 钢 种 编 号
碳钢 1××× 耐热钢 30×××
普通碳钢 10×× 钼钢 4×××
易削钢(加硫) 11×× Cr(0.7﹪) 41××
锰 钢 13×× Ni-Cr 43××
镍钢 2××× Ni(1.75﹪) 46××
0.50﹪Ni 20×× 铬钢 5×××
1.50﹪Ni 21×× Cr(1.0﹪) 51××
3.50﹪Ni 23×× Cr(1.5﹪) 52××
镍铬钢 3××× 铬钒钢 6×××
1.25﹪Ni0.6﹪Cr 31×× 钨钢 7×××
1.75﹪Ni1.0﹪Cr 32×× 镍铬钼 8×××
3.50﹪Ni1.5﹪Cr 33×× 硅锰钢 9×××

（2）美国材料协会及美国机械工程师协会 ASTM(ASME)
ASTM是非常广泛被采用的材料规范，它的特色主要是针对产品的特性及表现而定。ASTM表示法是以以字母+代号表示，再辅以年代之混合标示，ASME则采用了相当多的ASTM规范，并以前置S表示。
ASTM表示法:

首位字母 表 示 意 义
A 钢铁类
B 非铁金属类
C 一般测试法

例如: ASTM A36-77a 其中A 36 - 77 a
分别表示 (钢铁)(结构用)(1977年)(第一次修订)
又如: ASTM E8 代表拉伸试验规范
ASME的表示法：
例如: ASME SA213 = ASTM A213
而同一编号又可依化学成分(Grade)加工方式(Type)成品型态(Class)来区分。Grade主要叙述其化学性质，Type指脱氧的情况，
Class:指一些其它性质。如：强度、表面光度等。
（3）美国统一编号系统 UNS
UNS是Unified Numbering System 的简称，在1974年为ASTM及SAE 联合制定，UNS 本身只是一种编号，而非规格，它将金属分为17个系列编号并与原有的体系配合，例如： UNS G10XX0 = SAE 10XX，而有索引、整合、参考的意义，因此而称统一编号系统。
4．德国工业标准(DIN)
DIN并不是英文，而是德文Deutsch Industriell Norm的缩写，德国工业标准中钢铁材料的规格是在DIN 17006，补充说明在DIN 17007，1974年改为 ISO制，以 EURONORM 27-74替代。以英文字母和数字来叙述其特征，字母规定钢铁种类、冶炼方法、合金材料、处理情况等、数字则规定钢铁材料的、含碳量、抗拉强度、主合金之成分倍数等。
（1）碳钢
一般以碳元素标记及其含碳量表示，如 C60 表示含0.6％C的碳钢。另外也有抗拉强度及其它表示法，例如:St50 表示抗拉强度50kg/mm2之构造用碳钢，CK40表示含磷、硫量甚低之碳钢，抗拉强度为40kg/mm2。
（2）高级钢料及低合金钢
以其主要合金元素和含量为标记，但在其中第三部分含量，为避免小数点出现，表示值都己经乘上固定倍数，而以整数型态呈现，所以由编号求取实际含量时必须再除以倍数。
第一部分:含碳量
第二部分:合金元素种类
第三部分:合金元素含量
合金元素 倍数
Cr、Co、Mn、Ni、Si、W 4
Al、Be、Pb、Cu、Mo、Nb、Ta、Ti、V 10
P、S、N、Ce、C 100
B 1000

例如:含碳量0.34％含铬量1％的钢材，表示为34Cr4
依此 13CrV53 即表示含碳量0.13％，含铬量5/4=1.25
％，含钒量3/10=0.3％
（3）高合金钢
在标记前加上"x"，此外由于合金元素含量己高，因此不乘以倍数而直接表示。(如前述，高合金钢通常是指合金总含量在8％以上的钢料)
例如:含碳量0.12％的不锈钢，含铬量18％含镍量8％，表示为
X12CrNi18 8
同理 X10CrNi1810 即表示含碳量0.10％的高合金钢，含铬量18
％ 含镍量10。

如果要进一步标示其特性，可以在其记号前后加上英文字母表示
例如: M A St42 6 N
(1)(2) (3) (4)(5)
其中除(3)为主标记外，(1)(2)(4)(5)分别表示:熔炼方式、产品特性、保证性能类别、热处理情况等。
（4）铸铁、铸钢
以前置标记G代表一般铸件，另外加上其它字母来表示种类，随后之标示与钢的编号相同，如表1所示。
例如:GS-C30为铸钢，含碳量0.30％
G-X120Mn12表示含碳量1.20％的铸铁，含锰量12％。

表1 德国工业标准DIN 之铸铁分类
GS = 铸钢
GG = 一般灰铸铁
GGL = 片状石墨铸铁
GGG = 球状石墨铸铁
GT = 一般展性铸铁
GTS = 展性灰铸铁
GTW = 展性白铸铁
1-2材料的选用
1-2-1 肥粒体系不锈钢
由于铁中添加Cr会使沃斯田相区缩小，并且当Cr含量超过13%时，各种温度下将只有肥粒铁相存在。但是因为钢中还有碳的存在，碳会与Cr形成碳化铬，而消耗一部分铬，大致上1%C必须要1%Cr结合，所以如果纯为肥粒铁结构，实际含铬量必须增加。大体而言，当含Cr在16%以上且C含量在0.12%以下时，此类低碳高铬不锈钢，又称为肥粒体系不锈钢。
肥粒铁系不锈钢的含碳量极低，约在0.12%以下，含Cr约16%～18％，耐蚀性优良而且质软易于加工，但机械性质较弱，可以作为汽车内装、厨房设备、建筑等，是一类具有磁性的不锈钢。此类不锈钢属于400系列，以430不锈钢为代表，其它如：405不锈钢、446不锈钢等都是，在JIS编号为SUS 430、SUS 405等。

1-2-2 麻田散体系不锈钢

上述低碳高铬的不锈钢，当含碳量增加或是含铬量较低时，则其高温固相时沃斯田铁区就会存在，此时将此类高碳高铬钢加热到沃斯田铁区(γ区)，再淬火下来，就可以得到麻田散铁的组织，这样的不锈钢虽因Cr量减少而耐蚀性稍差，但是具有优秀的机械性质，称为麻田散体系不锈钢。
麻田散铁系不锈钢的含碳量约为0.1%～0.4%，含Cr约12%～14%，如果要与肥粒体系不锈钢细分，也可以用另一种方式来判断：
>13 .…..肥粒体系
<13 …...麻田散体系
麻田散体系不锈钢的淬火温度为950~1000℃，在合金含量较多的情况下，甚至以气冷就可以达到淬火的目的，淬火之后再行回火，回火的实施通常采用100~180℃的低温回火。
麻田散体系不锈钢价格便宜，硬度、强度佳，但耐蚀性略差，可以作为刀具、轴承、阀门零件、外科手术刀等，是一类具有磁性的不锈钢。此类不锈钢也属于400系列，以403、410不锈钢为代表，其它如：431不锈钢、440A不锈钢、440B不锈钢、440C不锈钢等都是，在JIS编号为SUS 431、SUS 440C等。

1-3-3 沃斯田体系不锈钢
前两类的不锈钢虽各有其优点及应用范围，但是都是属于铬系不锈钢，铬系不锈钢的缺点就是在酸性环境下(尤其是硫酸、盐酸等)，耐蚀性不良，因此必须添加Ni，以抵抗酸性环境的侵蚀。当添加Ni量约8%以上时，常温下也是沃斯田铁组织，这样的不锈钢称为沃斯田体系不锈钢，是不具磁性的系列。
沃斯田体系不锈钢防蚀能力甚佳、质软加工性良好，但无法以淬火及回火来增加硬度及强度，通常施以冷加工来增加硬度及强度。含Cr 18~20%、Ni 8~10%而含C量少于0.2%的Cr-Ni系不锈钢是沃斯田体系不锈钢中最具代表性的钢料，通常称为18-8钢。
18-8不锈钢的缺点是在500~900℃高温时，晶界附近的铬会与碳形成碳化铬析出，使得晶界附近产生缺铬的现象(称为贫铬区)，因此易发生粒间腐蚀(intergranular corrosion)的现象，这样的现象在焊接工作或热处理等场合时常发生，因此必须注意。
有效改良的方法是：
(1)处理时尽快通过此温度。
(2)添加其它合金元素以抑制Cr的消耗。例如：Ti、Nb、Ta等，均可以和碳结合成安定的碳化物，而不会再影响铬。
(3)降低含碳量。含碳量小于0.03%时，碳就只固溶于沃斯田铁而不会与铬形成碳化物，例如焊接时，使用低含碳量的304L不锈钢焊条，就可以避免粒间腐蚀的现象发生。
沃斯田铁系不锈钢的用途很广，不但对各种环境的耐蚀性优良，而且具有极高的低温韧性，可以作为化工仪器零件、热交换器、核子处理设备、液态氦的容器等，有时也应用于较优良的不锈钢餐具，是一类不具磁性的不锈钢。此类不锈钢属于300系及200系，以304不锈钢为代表，其它如：301不锈钢、310不锈钢、316不锈钢、347不锈钢、202不锈钢等都是，在JIS编号为SUS 301等。

1-2-4 析出硬化系不锈钢

这类型的不锈钢是由沃斯田体系不锈钢改良而来，它的成份与18-8钢相似，只是Cr及Ni量稍减，另外添加了Al、Cu、Mo、Nb、Ti等。
析出硬化是一种热处理上强化材料的方法，它的方法通常是，添加有助于生成析出物的元素，经过淬火热处理后，得到麻田散铁组织，然后再利用一种称为时效(aging)处理的方式，使硬的金属间化合物析出于材料基地，以得到极高的机械性质。
一般析出硬化系不锈钢在固溶后淬火于常温时，仍是全为沃斯田铁组织，因此柔软易于加工，在加工完成后，必须再实施一次中间热处理(intermediate heat treatment)，此时Ms点约在0℃~15℃之间，藉深冷处理(subzero treatment)以得到麻田散铁，回火后经两次时效处理，就可以得到高强度。因此添加Al、Nb等元素的目的，即是在于促使生成析出物。综合此类不锈钢的强化的方式，可以知道其为固溶强化、加工强化、麻田散强化及析出硬化的组合。
析出硬化系不锈钢具耐蚀性，即使含碳量很少也可以有很强的机械性质，一般用于飞机零件、高级弹簧、模具等。此类不锈钢属于600系列，以631不锈钢为代表，630不锈钢也属之，在SAE 编号中还有633不锈钢(AM 350)、634不锈钢(AM 362)等。此系列不锈钢如果再添加Co元素，则可以提高Ms温度至常温以上并提高析出量。