平炉炼钢和转炉炼钢(金属材料基本知识)

Posted 2023-05-25

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平炉炼钢和转炉炼钢(金属材料基本知识)

黑色金属材料

（1）生铁

生铁是指含碳量大于2%的铁碳合金。工业生铁一般含碳量不超过4.5%。按其成分、性能及用途的不同，生铁分为三类。

1）炼钢生铁—— 一般硅含量较低（不大于1.75%），含硫量则较高（不大于0.07%），它是平炉、转炉炼钢的主要原料，在生铁产量中占80%~90%。炼钢生铁硬而脆，断口为白色，所以称为白口铁。

2）铸造生铁—— 一般含硅量较高，（达3.75%），含硫稍低（不大于0.06%），由于熔点低、流动性好，用来铸造各种生铁铸件，也叫铸铁。它在生铁产量中约占10%。铸造生铁中的碳以石墨形式存在，断口为灰色，所以也叫灰口铁。

3）合金生铁——用含有共生金属如铜、钒、镍等的铁矿石炼成的生铁就是合金生铁，如含钒生铁。合金生铁不同于有意识地加入一些合金元素配制成的合金铸铁。加进合金铸铁中的镍、铬、钒、钛等元素，是为了便于热处理时改善组织从而改进强度、耐磨性能等力学性能。

（2）可锻铸铁

可锻铸铁是由炼钢生铁在900~1000℃的高温下经过2~9天的长时间退火而形成的一种铸铁。可锻铸铁又根据金相组织的不同，分为黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁和白心可锻铸铁。

（3）工业纯铁

工业纯铁是含碳量低于0.04%的铁碳合金，含铁约99.9%，而杂质总含量纸为0.1％。工业纯铁可在电炉、平炉或氧气转炉中冶炼。它主要用于磁性材料。

（4）铁合金

铁合金是铁与一定量其他金属元素的合金。铁合金是炼钢的原料之一。在炼钢时作钢的脱氧剂和合金元素添加剂，用以改善钢的性能。

由于生产铁合金比生产纯金属工艺过程简单、经济，如在金属铬中每吨铬的价格要比碳素铬铁中每吨铬的价格高五倍，而铁元素对炼钢无害。铁合金又往往比纯金属有熔点低和密度大（指密度小的金属如钛、硼等）易于加入钢中等优点，因此钢中的合金元素多以铁合金状态加入。

按所含元素的不同，铁合金又分为以下几种，它们的用量最大。

硅铁：按含量不同分为工业硅，含硅95%、75%、45%等硅铁，还有含硅12%的贫硅铁、硅铝合金、硅钙合金等硅质合金。

锰铁：按含碳量分为碳素锰铁（含C为7%），中碳锰铁（含C为1.5%~1.0%），低碳锰铁（含C为0.5%），金属锰、硅锰合金。

铬铁：按含碳量分为碳素铬铁（含C8%~4%），中碳铬铁（含C4%~0.5%），低碳铬铁（含C0.5%~0.15%），微碳铬铁（含C0.06%），超微碳铬铁（C<0.03%），金属铬、硅铬合金。

（5）沸腾钢

它是脱氧不完全的钢，一般用锰铁和铝脱氧。脱氧后钢水中还剩有相当量的氧（FeO），FeO和C起作用放出一氧化碳气体，因此钢水在钢锭模内呈沸腾现象，称为沸腾钢。这种钢表面质量好，加工性能良好，因此常用来轧制各种不同厚度的钢板。另外没有缩孔，用的脱氧剂少，所以成本低。它的缺点是：化学成分不均匀，抗腐蚀性和机械强度较差。

（6）镇静钢

它是脱氧完全的钢，先用锰铁、后用硅铁、最后用铝进行脱氧。由于钢中的氧已很少，因此当钢水浇铸在钢锭模内时呈静止状态，即没有C和FeO作用而产生一氧化碳的沸腾现象，所以称镇静钢。镇静钢的优点是化学成分均匀，因此，各部位的力学性能也均匀，具有较好的焊接性和塑性及较强的抗腐蚀性能。但缺点是表面质量较差，有缩孔，且成本高。

（7）半镇静钢

它的性能介于镇静钢和沸腾钢之间，中等程度脱氧。由于生产过程较难控制，它在钢的生产中占的比重不大。

（8）碳钢

碳钢也叫碳素钢。是含碳量小于2%的铁碳合金。碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。

按用途可的碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切结构钢三类。碳素结构金刚又可以分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种。

按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（含C≤0.25%），中碳钢（含C0.25%~0.6）和高碳钢（含C>0.6%）。

按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高），优质碳素钢（含磷、硫较低）和高级优质钢（含磷、硫更低）。

一般碳钢中含碳量越高则硬度越高，强度也越高，但塑性降低。

（9）碳素结构钢

碳素结构钢也叫优质碳素结构钢，含碳量小于0.8%。除几个含碳很低的牌号可以熔炼沸腾钢外，其余都是镇静钢。

碳素结构钢按量不同可以分为正常含锰量（0.25%~0.8%）和较高含锰量（0.70%~ 1.20%）两组，后者具有较好的力学性能和加工性能。

按碳含量可以把碳素结构分为三类：

低碳钢：主要用于冷加工和焊接结构，在制造受磨损零件时可以进行表面渗碳；

中碳钢：主要用于强度要求较高的构件，根据要求的强度不同进行淬火和回火处理；

高碳钢：主要用来弹簧和受磨损构件。

碳素结构钢广泛用于建造厂房、桥梁、锅炉、船舶等。

（10）碳素工具钢

碳素工具钢是基本上不含合金元素的高碳钢，含碳量在0.65%~ 1.35%范围内，碳素工具钢的生产成本低，原料来源易取得，加工性良好，热处理后，可以得到高硬度和高耐磨性，所以是被广泛采用的钢种，用来制造各种刃具、模具、量具。

但这类钢的红硬性差，即当工作温度大于250℃时，钢的硬度和耐磨性就会急下降而失去工作能力。另外，碳素工具钢如制成较大零件则不易淬硬，而且容易产生变形和裂纹。

（11） 合金钢

在钢中除含有铁、碳和少量不可避免的硅、锰、磷、硫元素以外，还含有一定量的合金元素，钢中的合金元素有硅、锰、钼、镍、铬、钒、钛、铌、硼、铝、稀土等其中的一种或几种，这种钢叫合金钢。

各国的合金钢系统，随各自的次源情况、生产和使用条件不同而不同，国外以往曾发展镍、铬钢系统，我国则发展以硅、锰、矾、钛、铌、硼、稀土为主的合金钢系统。

合金钢在钢的总产量中约占百分之十几，一般是在电炉中冶炼的。

按用途可以把合金钢分为8大类，它们是：合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈耐酸钢、耐热不起皮钢、电工用硅钢。

（12）普通低合金钢

普通低合金钢是一种含有少量合金元素（多数情况下总量不超过3%）的普通合金钢。这种钢的强度比较高，综合性能比较好，并具有耐腐蚀、耐磨、耐低温以及较好的加工性能、焊接性能等。

在大量节约稀缺合金元素（如镍、铬）条件下，通常1t普通低合金钢可顶1.2~1.3t碳素钢使用，使用寿命和使用范围更是远远超过碳素钢。普通低合金钢可以用一般冶炼方法在平炉、转炉中，成本也和碳素钢接近。

（13）合金结构钢

合金结构钢含碳量比碳素结构钢低一些，一般在0.15%~0.50%的范围内。除含碳外，还有一种或几种合金元素，如硅、锰、钒、钛、硼及镍、铬、钼等。

合金结构钢易于淬硬和不易变形或开裂，便于通过热处理改善钢的性能。

合金结构钢广泛用于制造汽车、拖拉机、船舶、汽轮机。重型机床和各种传动和紧固件。低碳合金结构钢一般进行渗碳处理，中碳合金钢一般进行调质处理。

（14）合金工具钢

合金工具钢是含有多种合金元素，如硅、铬、钨、钼、钒等的中、高碳钢。

合金工具钢容易淬硬，不易产生变形和裂纹，适于用来制造尺寸大、形状复杂的刃具、模具和量具。

用途不同，合金工具钢的含碳量也不同。大多数合金工具钢的含碳量为0.5%~1.50%。热变形模具用钢

含碳较低，在0.3%~0.6%范围内；切削刀具用钢一般含碳1%左右；冷加工模具用钢则含碳量较高，如石墨模具钢含碳量达1.5%，高碳高铬型冷加工模具用钢含碳量高达2%以上。

（15）高速工具钢

高速工具钢是高碳高合金工具钢，钢中含碳量为0.7%~1.4%，钢中含有能形成高硬度碳化物的合金元素，如钨、钼、铬、钒。

高速工具钢具有高的红硬性，在高速切削的条件下，温度高达500~600℃硬度也不降低，从而保证良好的切削性能。

（16）弹簧钢

弹簧在冲击、振动或长期交变应力下使用，所以要求弹簧钢有高的拉抗强度、弹性极限、高的疲劳强度。

在工艺上要求弹簧钢有一定的淬透性、不易脱碳、表面质量好等。

碳素弹簧钢即含碳量在0.6%~0.9%范围内的优质碳素结构钢（包括正常和较高的含锰量的）。合金弹簧钢主要是硅锰系钢种，它们的含碳量稍低，主要靠增加硅含量（1.3%~2.8%）提高性能；另外还有铬、钨、钒的合金弹簧钢种。近年来，结合我国资源，并根据汽车、拖拉机设计新技术的要求，研制出在硅锰钢基础上加入硼、铌、钼等元素的新钢种，延长了弹簧的使用寿命，提高了弹簧质量。

（17）易切削钢

易切结构钢是在钢中加入一些使钢变的脆的元素，使钢切削时切屑易脆断成碎屑，从而利于提高切削速度和延长刀具寿命。使钢变脆的元素主要是硫，在普通低合金易切结构钢中使用了铅、碲、铋等元素。

这种钢含硫量在0.08%~0.30%范围内，含锰在0.60%~1.55%范围内。钢中的硫和锰以硫化锰形态存在，硫化锰很脆并有润滑效能，从而使切屑容易碎断，并有利于提高加工表面的质量。

（18）电工硅钢

电器工业用硅钢主要用来制造电器工业用硅钢片。硅钢片是电机和变压器制造中用量很大的钢材。

按化学成分硅钢可以分为低硅钢可高硅钢。低硅钢含硅量1.0%~2.5%，主要用制造电机；高硅钢含硅量3.0％~4.5%，一般用来制造变压器。它们的含碳量≤0.06%~0.08%。

（19）轴承钢

轴承钢是用来制造滚珠、滚柱和轴承套圈的钢。轴承在工作时承受着极大的压力和摩擦力，

所以要求轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性，以及高的弹性极限。

对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求十分严格。

轴承钢又称高碳铬钢，含碳为1%左右，含铬量为0.5%1.65%。

轴承钢又分为高碳铬轴承钢、无铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承钢、中高温轴承钢及防磁轴承钢6大类。

（20）钢轨钢

钢轨主要承受机车车辆的压力及冲击载荷，因此要求有足够的强度和硬度及一定的韧性。通常采用的钢轨钢是来炉和转炉冶炼的碳素镇静钢，这种钢含碳0.6%~0.8%，属于中碳钢和高碳钢，但钢中含锰量较高，在0.6%~1.1%的范围办。

近年来，已广泛采用普通低合金钢钢轨，如高硅轨、中锰轨、含铜轨、含钛轨等。普通低合金钢轨比碳素钢轨耐磨、耐腐蚀，使用寿命有很大提高。

（21）桥梁钢

铁路或公路桥梁承受车辆的冲击载荷，桥梁钢要求有一定的强度，韧性和良好的抗疲劳性能，并且对钢材的表面质量要求较高。桥梁钢常采用碱性平炉镇静钢，近来成功地采用了普通低合金钢如16锰、15锰钒氮等。

（22）锅炉钢

锅炉用钢主要指用来制造过热器、主蒸汽管和锅炉火室受热面用的材料。对锅炉钢的性能要

求主要是有良好的焊接性能、一定的高温强度和耐碱性腐蚀、耐氧化等。常用的锅炉钢有来炉冶炼的低碳钢，含碳量在0.16%~0.26%范围内。制造高压锅炉时则应用珠光体耐热钢或奥氏体耐热钢。近年来也采用普通低合金钢建造锅炉，如12锰、15锰钒、18锰钼铌等。

（23）造船用钢

指用于制造海船和大型内河船体结构的钢。由于船体结构一般采用焊方法制造，所以要求造船钢有较好的焊接性能。此外还要求有一定和程度、韧性和一定的耐低温及耐腐蚀性能。过去主要采用低碳钢作为造船用钢。近来，已大量采用普通低合金钢，已有的钢种如12锰船、16锰船、15锰钒船等钢种。这些钢种有强度高、韧性好、容易加工和焊接、耐海水腐蚀等综合特性，可成功地用来制造万吨远洋巨轮。

（24）不锈钢

不锈耐酸钢（简称不锈钢），它是由不锈钢和耐酸钢两大部分组成的。简言之，能抵抗大气腐蚀的钢叫不锈钢，而能抵抗化学介质（如酸类）腐蚀的钢叫做耐酸钢。一般来说，含铬量大于12%的钢就具有了不锈钢的特点。

不锈钢按热处理后的显微组织又可分为5大类：即铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢及沉淀硬化不锈钢。

（25）耐热钢

在高温条件下，具有抗氧化性和足够的高温强度以及良好的耐热性能的钢称作耐热钢。耐热钢包括抗氧化钢和热强钢两类。抗氧化钢又称不起皮钢。热强钢是指在高温下具有良好的抗氧化性能并具有较高的高温强度的钢主要用于在高温下长期使用的零件。

（26）高温合金

高温合金是指在高温下具有足够的持久强度、蠕变强度、热疲劳强度、高温韧性及足够的化学稳定性的一种热强性材料，用于1000℃左右高温条件下工作的热动力部件。

按其基本化学成分的不同，又可分为镍基温合金、铁镍基高温合金及钴基高温合金。

（27）精密合金

精密合金是指具有特殊物理性能的合金。它是电气工业、电子工业、精密仪表工业和自动控制系统中不可缺少的材料。

精密合金按其不同的物性能又分为7类，即：软磁合金、变形永磁合金、弹性合金、膨胀合金、热双金属、电阻合金、热电偶合金。

绝大多数精密合金是以黑色金属为基的，只有少数是以有色金属为基的。

（28）钢板

钢板按厚度分为薄板（4mm以下，包括钢带）和厚板（4~60mm，包括60mm以上的特厚板）。

薄钢板——用热轧或冷轧方法生产的厚度在0.2~4mm之间的钢板。薄钢板的宽度在500~1400mm之间。根据不同的用途，薄钢板有不同材质：普通碳素钢，优质碳素结构钢，合金结构钢，碳素工俱钢，不锈钢，弹簧钢，电工用硅钢等。它们主要用于汽车工业、航空工业、搪瓷工业、电气工业、机械工业等部门。薄钢板有轧后直接义货的，还有经过酸洗的（酸洗薄钢板）、镀锌或底锡的。

钢带实际上是很长的薄板，成卷供应，也叫带钢。钢带可以在多机架连续式轧机上生产，切成定尺长度后就是钢板，因此生产率比单张轧制时高。

厚钢板——厚度在4mm以上的钢板统称厚钢板。根据厚板轧机所能轧制的最大厚度，厚板的界限常在60mm以内，60mm以上的则需在专门的特厚板轧机上轧制，因此叫特厚板。厚钢板的宽度从0.6m到3.0m。厚板按用途分造船钢板、桥梁钢板、锅炉钢板、高压容器钢板、花纹钢板、汔车钢板、装甲钢板、复合钢板等。

（29）钢管

管按断面有无接缝分成两大类，即焊接钢管（有缝的）和无缝钢管。

无缝钢管——由整块金属制成的、断面上没有接缝的钢管。根据生产方法的不同，无缝管分热轧管、冷轧管、冷拨管、挤压管、顶管等。按照断面形状，无缝管分圆形和异形两种，异形管有方形、椭圆形、三角形、六角形、瓜子形、星形、带翅管等多种复杂形状，最大直径达650mm（扩径管），最小直径为0.3mm（毛细管）。根据用途不同，有厚壁（枪）管和薄壁（壁厚0.05mm）管。无缝钢管主要用做石油地质钻控管、石油化工用裂化管、锅炉管及其他换热器管、轴承管以及汽车、拖拉机、航空用高精度结构钢管。

焊接钢管——用带钢焊成的、断面有接缝的钢管。根据焊接方法不同，焊接钢管分电弧焊管、高频或为氏频电阻焊管、气焊管、炉焊缝分，有直缝焊管和螺旋缝焊管（大直径的）。焊接钢管常用作水、煤气、油等低压输送管道用管和一般结构钢管（如自行车钢管）。同无缝钢管相比较，焊接钢管生产率高、成本低；因此，焊接钢管在钢管总产量中的比重不断增加。近年来异形钢管用途更加广泛。

（30）型钢

型钢是钢材4大品种（板、管、型、丝）之一、根据断面形状，型钢分简单断面型钢和复杂断面型钢（异型钢）。前者指方钢、圆钢、扁钢、角钢、六角钢等，后者指工安钢、槽钢、钢轨、窗框钢、弯曲型钢等。

方钢——方形断面的钢材，分热轧和冷拉两种；热轧方钢边长5~250mm,冷拉方钢边长3~100mm。

圆钢——圆形断面的钢材，分热轧、锻制和冷拉3种。热轧圆钢的直径5~250mm，其中5~9mm的常用做拉拔钢丝的原料，叫做线材；由于成盘从就在，也叫热轧盘条。锻制圆钢直径较粗，用做轴坯。冷拉圆钢直径3~100mm，尺寸精度较高。

扁钢——宽12~300mm、厚4~60mm、截面为长方形的钢材。扁钢可以是成品钢材，也可以做焊管的坯料和叠轧薄板用的薄板坯。

角钢——分等边角钢和不等边角钢两种。角钢的规格用边长的尺寸表示。目前生产的角钢规格是2~25mm号，即边长的厘米数。如5号等边角钢即指边长为5cm的角钢。同一号角钢常有2~7种不同的边厚。

工字钢——工字形断面的钢材，也叫钢梁。分普通工字钢、轻工了钢和宽腿（也叫宽缘、宽边）工字钢。前两种工字钢目前生产的规格从10号到60或70号，即相应的高度为10~70cm。在相同主度下，轻型的比普通的腿窄、腰薄、重量轻。宽腿工字钢的断面特点是两腿平行，腿的内侧没有斜度。它属于经济断面型钢，是在四辊万能型钢轧机上轧制的，所以也叫万能工字钢。

钢轨——分铁路钢轨（也叫重轨）、轻轨、起重机钢轨和其他专用钢轨。重轨用于铁路运输，轻轨用于矿山运输和工业结构。钢轨的规格按每米长度的千克重量标志。

槽钢——槽形断面的钢材。槽钢用于建筑结构的车辆制造，分热轧槽钢和弯曲槽钢。热轧槽钢又分普通型和轻型两种。目前生产的槽钢规格从5号到40号，即相应的高度为5~40cm。在相同的高度下，轻型槽钢比普通槽钢的腿窄、腰薄、重量轻。

变曲型钢——同热轧型钢的变形特点不同，弯曲型钢是让带钢从一组辊子之间通过，弯曲成各种复杂断面形状的钢材。弯曲型钢大多数用冷弯成形法生产，也有热弯的；因此叫冷弯型钢或热弯型钢。

钢丝是钢材4大品种（板、管型、丝）之一。钢丝通常指的是用热轧线材（盘条）为原料，以过冷态拉拔加工的产品。由于应用广泛，钢丝的分类比较复杂：

按断面形状分——有圆的、椭圆的、方的、三角形和各种异型的；

按尺寸分——有特细的（<0.1mm）、较细的（0.1<0.5mm）、细的（0.5<1.5mm）、中等的（1.5<3.0mm）、粗的（>3.0~6.0mm）、较粗的（>6.0~8.0mm）和特粗的（>8.0mm）；

按化学成分分——有低碳（0.25%C）、中碳（>0.25%~0.6%）、高碳（>0.60%）钢，低合金钢（除碳外的合金元素总含量<3%，下同）、中合金钢（2.5%~10.0%）和高合金钢（>10%）钢丝；

按交货时的热处理状态分——有不经热处理的，有回火的、退火的、铅淬火的；

按以抗拉强度为标志的力学性能分——有低的（<40）、较低的（40~80）、普通的（>80~125）、较高的（>125~200）、高的（>200~320）特高的（>320）；

按表面状态分——有抛光的、磨光的、光面的、酸洗的、氧化处理的、粗制的、镀层的。

钢丝按用途分类如下：

普能质量钢丝——包括焊条钢丝、制钉钢丝、印刷业用钢丝、一般镀锌低碳钢丝（俗称铁丝）等；

冷顶锻用钢丝——指供机械加工（冷镦）成铆钉螺钉等用的钢丝；

电工用钢丝——指架空能线、钢芯铝绞线等电工方面用的钢丝；

纺织工业用钢丝——包括粗梳子、针布、针用钢丝等；

钢丝绳用钢丝——指专供生产钢丝绳和辐条用的钢丝；

弹簧钢丝——包括弹簧、弹簧垫圈用的钢丝以及琴用钢丝和轮胎钢丝；

结构钢丝——指钟表工业用、滚珠用、自动切削加工用的钢丝；

不锈及电阻合金丝；

工具钢丝；钢筋钢丝；制鞋用钢丝。

1.2 有色金属材料

（1）有色金属

金属种类繁多。通常把金属分为黑色金属和有色金属两大类、黑色多种包括铁、锰、铬及

它们的合金。除铁、锰、铬以外的83种金属都叫做有色金属。

有色金属的分类，各个国家并不完全统一。大按其密度、价格、在地壳中的及分布情况，被人们发现和使用的早晚等分为5大类：①轻有色金属；②重有色金属；③稀有金属；④贵金属；⑤半金属。

（2）轻有色金属

轻有色金属一般指密度在4.5以下的有色金属：包括铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡。这类金属的共同特点是：密度小（0.53~4.5），化学活性大，与氧、硫、碳和卤素的化合物都相当稳定。

轻金属铝在自然界中占地壳重量的8%（铁为5%）。随着近代炼铝技术的发展及铝在国民经济各部门的广泛应用，目前铝已成为有色生产量最大的金属，其产量已超过有色金属总产量的1/3。

（3）重有色金属

重有以金属一般指密度在4.5以上的有色金属，其中铜、镍、铅、锌、钴、锡、锑、汞、镉、铋。

每种重有色金属根据其特性，在国民经济各部门中都具有其特殊的应用范围和用途。例如铜是军工及电气设备的基本材料；铅在化工方面制耐到管道、蓄电池等有着广泛应用；镀锌的钢材广泛应用于工业的生活方面；而镍、钴则是制造高温合金与不锈钢的重要战略物资。

（4）贵金属

这类金属包括金、银和铂族元素（铂、铱、锇、钌、钯、铑）。由于它们对氧和其他试剂的稳定性，而且在地壳中含量少，开采和提取比较因难，故价格比一般金属贵，因而得名贵金属。

这类金属除金、银、铂有单独矿物，朋矿石中生产一部分外，大部分要从铜、铅、锌、镍等冶炼厂的副产品（阳极泥）中回收。

它们的特点是密度大（10.4~22.4），其中铂、铱、锇是金属元素中最重的几种金属；熔点高（916~3000℃）；化学性质稳定，能抵抗酸、碱，难于腐蚀（除银和钯外）。另外，金和银具有高度的可锻性和可塑性，钯、铂也有良好的可塑性，其分均为脆性金属。金银有良好的导电性和导热性，铂族元素却很低。

贵金属在工业上则广泛地应用于电气、电子工业、宇宙航空工业，以及高温仪表和接触剂等。

（5）半金属

半金属一般是指硅、硒、碲、砷、硼。其物理化学性质介于金属与非金属之间，如砷是非金属，但又能传热导电。

此类金属根据各自特性，具有不同用途。硅是半导体主要材料之一；高纯碲、硒、砷是制造化合物半导本原料；硼是合金的添加元素等。

（6）稀有金属

稀有金属通常是指那些在自然界中含量很少、分布稀散或难从原料中提取的金属。下面一些金属一般被认为是稀有金属：锂、铷、钩、铍、钨、钼、钽、铌、钛、锆、铪、钒、铼、镓、铟、铊、锗、钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钋、镭、锕、钍、镤和铀以及人造超铀元素等。为了便于研究起见，根据各种稀有金属的某些共同点（如金属的物理化学性质、原料的共生关系、生产流程等）划分为以下5类：①稀有轻金属；②稀有高熔点金属；③稀有分散金属；④稀土金属；⑤稀有放射性金属。稀有金属在冶金工业中常用来制造特种钢、超硬合金和耐高温合金等。稀有金属的名称也具有一定的相对性，稀有金属并不全都稀少，许多稀有金属在地壳中的含量比常用金属大得多，如锆、钒、锂、铍的含量比铅、锌、汞、锡的含量均大。随着科技技术的发展，它们与普能界限正在逐步消失。

（7）稀有轻金属

稀有轻金属包括下面5种金属：锂、铍、铷、铯、钛。它们的共同特点是密度小（锂为0.53；铍为1.85；铷为1.55；铯为1.87；钛为4.5），化学活性很强。这类金属的氧化物都具有很高的化学稳定性，很难还原。

（8）稀有高熔点金属

稀有高熔点金属包括以下8种金属：钨、钼、钽、铌、锆、铪、钒和铼。它们的共同特点是熔点高，自1830℃（锆）至3400℃（钨），硬度高，抗腐蚀性强以及可与一些非金属生成非常硬和非常难熔的稳定化合物，如碳化物、氮化物、硅化物和硼化物。这些化合物是生产硬质合金的重要材料。

（9）稀土金属

稀土金属包括镧系元素以及和镧系元素性质很相近的钪和钇，工17种：钪（Sc）、钇（Y）、镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）和镥（Lu）。从镧到铕又称为轻稀土；从钆到镥包括钪和钇称为重稀土。18世纪时，只能获得外观似碱土（如氧化钙）的稀土氧化物，故起名“稀土”，并沿用至今。这些金属的原子结构相同，因而其物理化学性质很近似。在矿石中它们总是伴生在一起的，在提取过程中，需经繁杂作业才能逐个分离出来。

（10）稀有放射性金属

属于这一类的是各种天然放射性元素：钋（Po）、镭（Ra）、锕（Ac）、钍（Th）、镤（Pa）和铀（U）及各种人造超铀元素：钫（Fr）、锝（Tc）、镎（Np）、钚（Pu）、镅（Am）、锔（Cm）、锫（Bk）、锎（Cf）、锿（Es）、镄（Fm）、钔（Md）、锘（No）、和铹（Lw）。天然放谢性元素在矿石中往往是共同存在的。它们常常与稀土金属矿伴生。这类金属在原子能工业方面起着极其重要的作用。

（11）有色金属合金

由种有色金属作为基本，加入另一种（或几种）金属非金属组分所组成的既具有基本金属通性又具有某些特定性能的物质称为有色金属合金。

有色金属合金分类方法很多。按基体金属可分为铜合金、铝合金、钛合金、镍合金等；按其生产方法，又可分为铸造合金与变形合金；根据组成合金的元素数目，可分为二元合金、三元合金、四元合金和多元合金。一般，合金组分的总含量小于2.5%者，为低合金；含量为2.5%~10%者为中合金；含量大于10%者为高合金。

合金有不小优于纯金属的性质。例如，纯铝的强度很低，不适于作结构材料，而硬铝（铝—铜—镁系的铝合金）经热处理后强度比纯铝大约高6倍，广泛地用于航空和机械工业。

（12）铝合金

以铝为基础，加入一种或几种其他元素（如铜、镁、硅、锰等）构成的合金，称为铝合金。同于纯铝强度低，它的用途受到了限制；在工业上多采用铝合金。根据生产工艺可分变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金以各种压力加工半成品材料供应；铸造铝合金以合金锭供应。

铝全金密度小，有足够高的强度，塑性及耐腐蚀性也很好。大部分铝合金可以经过热处理得到强化。因此，在航空、航天、汽车、拖拉机制造业及其他工业部门均得到广泛应用。

（13）变形铝合金

以压力加工方法生产管、棒、线、型、板、带、条等半成品材料的铝合金，称为变形铝使金。根据性能和用途，又分为硬铝、防锈铝合金、超硬铝、锻铝和特殊铝5类。

（14）造铝合金（ZL）

用来直接浇铸各种形状的机械零件（简称铸件）的铝合金，都称为铸造铝合金。铸造铝合金中合金元素含量一般比变形铝合金的高些。铸造铝合金的流动性好，但塑性差。可以通过变质处理（起细化晶粒的作用）和热处理提高其力学性能。铸造铝合金的表示方法以“ZL”加顺序号表示。如ZL101、ZL105、ZL201等。

（15）防锈铝合金（LF）

防锈铝合金是铝锰系或铝镁系组成的变形侣合金，特点是耐腐蚀性能好，抛光性好，能长时间保持光亮的表面，具有高的塑性和比纯铝高的强度。多用来制造与液体接触的零件、管道、日用品、铆钉和装饰品等。以“LF”加顺序号表示，如LF2，……，LF11，LF21，LF43等。

（16）硬铝（LY）

硬铝又称杜拉铝，是含有铜、镁、锰等元素的变形铝合金。其特点是具有高强度和硬度（如LY12）合金的强度为460Mpa），可以热处理（淬火和时效）强化。该合金耐磨蚀性较差，因此在生产硬铝半成品时，常在外面包一层纯铝（包铝层）。此种合金以“LY”加顺序号表示，如LY1，LY2，LY3等。用于制造铆钉以及各种受力的结构零件。

（17）锻铝（LD）

锻铝是变形铝合金中的一种。用来制造各种锻件或冲压件（如内燃机活塞、增压器叶轮等），一般在热状态下具有高的塑性，同时强度高。其表示方法以“LD”加顺序号表示，如LD2，……，LD10，LD31等。

（18）超硬铝（LC）

含有锌的硬铝，其硬度、强度均比硬铝高，如LC4超硬铝强度可达588Mpa，布氏硬度为150，故称超硬铝。其包铝层采用含少量锌的Al-Zn合金。此种合金以“LC”加顺序号表示，如LC4，LC9等。该合金可制各种结构零件。制造高载荷零件时，LC4与LY12均为航空工业重要材料之一。

（19）特殊铝（LT）

特殊铝是供应在特定条件下使用的变形铝合金。由于制品种类不同和使用条件不同，合金的品种也很繁多。这类合金的表示方法以“LT”加顺序号，如LT1，LT13，LT41，LT62等。LT1为Al-Si系合金，含Si4.5%~6.0%，其压力加工性能良好，耐腐蚀性能亦好，用以制造焊棒和焊条，在焊接铝合金时用它作填料。其他特殊铝均各有其用途。

（20）镁合金

以镁为基体的合金常称为超轻质合金。镁合金目前在工业（如航空、纺织、无线电、仪表及冶金等工业）上的应用越来越多。镁合金之所以获得广泛的应用，是因为它具有下列优点：①密度很小，比铝轻1/3，其比强度（抗拉强度与比重之比值）较铝合金高；②疲劳极限高；③能比铝合金在受较大的冲击载荷；④在煤油、汽油、矿物油和碱类中的耐蚀性较高；⑤有良好的切削加工性。

（21）无氧铜

氧是纯铜中的杂质元素之一。氧在铜中的溶解度很小，大部分形成化合物（Cu₂O）。因而铜中的氧降低塑性和韧性，变坏其加工性能。另外，含氧的铜冷加工后在还原性气氛中加热时，常出现裂纹的现象，称之为“氢”病。氢气病产生的原因是还原性气氛中的氢气渗入铜中，使氧化铜还原生成水汽（H₂O），当水汽压力超过铜的强度时，使铜产生裂纹，以致铜的制件成为废品。

无氧铜制品主要用于电子工业中。常制成无氧铜板、无氧铜带、无氧铜线等铜材。

（22）铜合金

以铜为基体的合金均称为铜合金。铜合金的品种很多（如各种黄铜、青铜及白铜），用途很广。但是，由于铜的储藏量有限，使用方面受到一定的限制。在某些工业部门过去用铜合金制造的零件，现已改用其他材料（如铝合金、塑料或其他）制造。

（23）黄铜

黄铜是以锌为主要加入元素的铜合金。黄铜分普通黄铜（简单黄铜）和特殊黄铜（复杂黄铜）两种。黄铜用汉语拼音字母“H”表示。各种黄铜又在“H”后面加铜含量或除锌外主要加入元素符号及含量表示。如HPb59-1，表示含59%铜，1%铅，其余为锌的铅黄铜。

铜锌二元合金称普通黄铜，如H62，含铜62%，含锌38%；H68，含铜68%，含锌32%。这两种黄铜又可称为62黄铜和68黄铜。

在铜锌合金中加入其他元素（如锡、镍、锰、铅、硅、铝、铁等）称特殊黄铜。如铅黄铜HPb59-1，锡黄铜HSn70-1，铝黄铜HAl77-2，锰黄铜HMn58-2等。

黄铜具有良好的力学性能和压力加工性能，现代工业各个部门都广泛采用。

黄铜也可以铸造成零件使用。

（24）青铜

铜合金的一种。最初仅把铜锡合金叫青铜，这是一种古老的合金。我国早在殷周时代就已应用。现在除以锌（黄铜）和镍（白铜）作主要加入元素的铜合金外，其他铜合金均称青铜。为他便于分别，在青铜前面附上加入元素的名称，例如锡青铜、铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜、镉青铜、铝锰青铜、硅锰青铜等。青铜广泛地用作各种压力加工制品和异形铸件。

（25）白铜

铜合金的一种。是以镍为主要加入元素的铜合金。在加工生产中，普通白铜（即二元白铜）的表示方法是用汉语拼音字母“B”加镍的含量表示。而三元以上的白铜（如锰白铜、铁白铜、锌白铜、铝白铜等）再加第二个主要加入元素符号及除铜含量以外的成分数字组表示，如B19白铜，即含19%镍，其余为铜BZn15-20锌白铜，即含入15%镍，20%锌，其余为铜。白铜有良好的力学性能和耐腐蚀性能，广泛地应用在精密机械、化工机械、船舶制造及电工、医疗卫生工程等方面。

（26）轴承合金

轴承有滚动轴承和滑动轴承两种，滚动轴承是钢制的。轴承合金一般指滑动轴承所用之轴瓦合金。轴承合金按基体分类，有锡基、铅基、镉基、锌基、铜基、铝基和银基轴承合金。

对轴承合金的要求是既能支承轴的正常运转，又不磨损轴。因此，轴承合金应具下列性质：适当的强度和硬度，良好的塑性（磨合性），低的摩擦系数，高的耐磨性和抗腐蚀性，以及良好的导热性、粘附性等。

（27）印刷合金

印刷合金是应用比较久的种合金，即所谓铅字合金（Pb-Sb-Sn合金），它能很好地满足印刷工作条件的某些特殊要求，如低熔点，高流动性，凝固时收缩小，具有一定的机械强度，能耐印刷油和清洗物的侵蚀等。根据不同的印刷生产用途，印刷合金可分为三类：活字铸字合金、排字机合金及铅板印刷合金等。所有这些合金都属铅锑锡系合金，只是各个元素的含量有别罢了。这类合金，有时为了提高硬度和防止偏析，另加入少量铜（1%左右）。

（28）高纯合金

高纯金属指的是提纯度高于一般工业生产用金属纯度的金属。例如，一号工业高纯铝（L-01）的纯度为99.90%，再高于此纯度者称为高纯铝。高纯金属主要用于研究和其他特殊用途。不同金属的高纯度成分标准是不同的。随着现代技术的迅速发展，对高纯金属的要求愈来愈高。因为杂质元素对金属的性质影响极大，如一般认为铬是脆性金属，实践证明，高纯铬是可以塑性变形的。因此，研究金属元素的物理化学性质需要高纯金属。对于制造半导体化合物的原材料如镓、锗、铟、砷、硅等要求纯度物高，常在99.999%以上，以称超高纯金属。少量杂质对锆的性质影响极大，因此用于原子反应堆的锆，其纯度要求很高。

（29）硬质合金

硬质合金是一种具有高硬度、良好的耐磨性、红硬性（即在较高的温度下能保持高硬度的性能，此时材料呈暗红色）以及一定的抗弯强度的硬质材料。它是用难熔硬质金属化合物（通常为碳化物，如碳化钨、碳化钛等）作基体，以钴、铁、镍等作粘结剂制成的。

我国生产的硬质合金大体上可分为三类：

1） YG合金：系碳化钨为基体、钴为粘结剂的合金。这类合金的牌号主要有YG3，YG6，YG8，YG11，YG15等，主要用于切削铸铁和作矿山用的钻头。

2） YG合金：这类合金是由碳化钨、碳化钛和钴组成。其主要牌号有YT5，YT14，YT15，YT30等，主要用于钢材的切削加工。

3） YW合金：系碳化钨、碳化钛、碳化钨、碳化铌和钴所组成的合金。这类合金具有较高的高温性能和耐磨性，因此用于加工合金钢、铬镍不锈钢等。

（30）复合材料

主要是指用压务加工方法或其他方法，将两种以上金属（或合金）压合在一起的复合金属材料，也称双金属。还有一种复合材料称复合强化材料，例如：纤维强化金属复合材料和纤维强化陶瓷复合材料。

双金属的种类甚多，其用途也较广泛，例如铝-铜复合材料或铝－铜－铝复合材料作导体可节约铜，用于高频装置、无线电装置、导线、线圈及电缆等。铝－镍双金属用于电真空技术。铜－银用于电触头材料。铜－锡用于蓄电池等。

钢和有色金属复合的材料用于电工技术及高压热交换器以及其他工业技术方面。如钢－铜双金属用于电工技术及高压热交换器。钢－黄铜复合金属用于很多工业部门；复铝铁和复镍铁用于电子工业等。

钢与铂复合，镍与铂复合，硬铝与铝复合作耐蚀材料或耐磨材料，用于化工设备及仪表零件，以及其他结构材料。

还有一种热双金属，是由高线胀系数的主动层（如黄铜、铍青铜、镍铬铜、铁镍铬合金等）及低线胀系数的被动层组成的，用于自动轮装置及温度控制仪表等。

复合强化材料是纤维呈规则几何排列并与金属（合金）或陶瓷材料（作为基底）很好地结合，可达到很高的强度。如钨纤维强化钨基合金材料，用于制造火箭喷嘴。硅纤维强化硅复合材料，用于宇宙飞船的结构材料等。