對(duì)特殊鋼尚無(wú)統(tǒng)一的定義和概念，一般認(rèn)為特殊鋼是指具有特殊的化學(xué)成分（合金化）、采用特殊的工藝生產(chǎn)、具備特殊的組織和性能、能夠滿(mǎn)足特殊需要的鋼類(lèi)。常見(jiàn)的特殊鋼有碳素鋼、優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼、合金鋼等。
概念
世界各國(guó)對(duì)特殊鋼尚無(wú)統(tǒng)一的概念和定義，要在特殊鋼和普通鋼間劃分明確的界線(xiàn)更難。一般認(rèn)為特殊鋼是具有特殊成分、特殊生產(chǎn)工藝、具有特殊的組織和性能，能夠滿(mǎn)足特殊需要的鋼類(lèi)，即除了普通鋼以外所有鋼類(lèi)都屬于特殊鋼。與普通鋼比較，特殊鋼具有更好的強(qiáng)韌性、物理性能、化學(xué)性能、生物相容性和工藝性能。
日本的特殊鋼概念包括合金鋼、中高碳鋼和抗拉強(qiáng)度大于590MPa高強(qiáng)度鋼，德、法與日本相似。美國(guó)的特殊鋼包括不銹鋼加合金鋼（含碳工鋼、中空鋼和高強(qiáng)度低合金鋼），但合金鋼中的碳錳系除外。英國(guó)特殊鋼的含義就是合金鋼。蘇聯(lián)對(duì)特殊鋼的范疇沒(méi)有明確的劃分。中國(guó)特殊鋼包括優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、碳素和合金工具鋼、彈簧鋼、軸承鋼、高速工具鋼、耐熱鋼和不銹鋼、高溫合金和精密合金。
種類(lèi)
碳鋼
碳鋼也叫碳素鋼，是含碳量Wc小于2%的鐵碳合金。碳鋼除含碳外一般還含有少量的硅、錳、硫、磷。
按用途可以把碳鋼分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼和易切削結(jié)構(gòu)鋼三類(lèi)。碳素結(jié)構(gòu)鋼又可分為建筑結(jié)構(gòu)鋼和機(jī)器制造結(jié)構(gòu)鋼兩種。
按含碳量可以把碳鋼分為低碳鋼（Wc≤0.25%），中碳鋼（Wc?0.25%一0.6%）和高碳鋼（Wc>0.6%）按磷、硫含量可以把碳素鋼分為普通碳素鋼（含磷、硫較高）、優(yōu)質(zhì)碳素鋼（含磷、硫較低）和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（含磷、硫更低）。
一般碳鋼中含碳量越高則硬度越高，強(qiáng)度也越高，但塑性降低。
（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼
這類(lèi)鋼主要保證力學(xué)性能，故其牌號(hào)體現(xiàn)其力學(xué)性能，用Q+數(shù)字表示，其中“Q”為屈服點(diǎn)“屈”字的漢語(yǔ)拼音字首，數(shù)字表示屈服點(diǎn)數(shù)值，例如Q275表示屈服點(diǎn)為275MPa。若牌號(hào)后面標(biāo)注字母A、B、C、D，則表示鋼材質(zhì)量等級(jí)不同，含S、P的量依次降低，鋼材質(zhì)量依次提高。若在牌號(hào)后面標(biāo)注字母“F”則為沸騰鋼，標(biāo)注“b”為半鎮(zhèn)靜鋼，不標(biāo)注“F，’或“b”者為鎮(zhèn)靜鋼。例如Q235-A·F表示屈服點(diǎn)為235MPa的A級(jí)沸騰鋼，Q235-c表示屈服點(diǎn)為235MPa的c級(jí)鎮(zhèn)靜鋼。
碳素結(jié)構(gòu)鋼一般情況下都不經(jīng)熱處理，而在供應(yīng)狀態(tài)下直接使用。通常Q195、Q215、Q235鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，焊接性能好，塑性、韌性好，有一定強(qiáng)度，常軋制成薄板、鋼筋、焊接鋼管等，用于橋梁、建筑等結(jié)構(gòu)和制造普通鉚釘、螺釘、螺母等零件。Q255和Q275鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稍高，強(qiáng)度較高，塑性、韌性較好，可進(jìn)行焊接，通常軋制成型鋼、條鋼和鋼板作結(jié)構(gòu)件以及制造簡(jiǎn)單機(jī)械的連桿、齒輪、聯(lián)軸節(jié)、銷(xiāo)等零件。
（2）碳素工具鋼
碳素工具鋼是基本上不含合金元素的高碳鋼，含碳量在0.65%～1.35%范圍內(nèi)，其生產(chǎn)成本低，原料來(lái)源易取得，切削加工性良好，處理后可以得到高硬度和高耐磨性，所以是被廣泛采用的鋼種，用來(lái)制造各種刃具、模具、量具。
但這類(lèi)鋼的紅硬性差，即當(dāng)工作溫度大于250℃時(shí)，鋼的硬度和耐磨性就會(huì)急劇下降而失去工作能力。另外，碳素工具鋼如制成較大的零件則不易硬，而且容易產(chǎn)生變形和裂紋。
優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼
這類(lèi)鋼必須同時(shí)保證化學(xué)成分和力學(xué)性能。其牌號(hào)是采用兩位數(shù)字表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)分?jǐn)?shù)。例如45鋼表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.45%；08鋼表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.08%。
優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于制造機(jī)器零件。一般都要經(jīng)過(guò)熱處理以提高力學(xué)性能。根據(jù)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，有不同的用途。08、08F、10、10F鋼，塑性、韌性高，具有優(yōu)良的冷成形性能和焊接性能，常冷軋成薄板，用于制作儀表外殼、汽車(chē)和拖拉機(jī)上的冷沖壓件，如汽車(chē)身、拖拉機(jī)駕駛室等；15、20、25鋼用于制作尺寸較小、負(fù)荷較輕、表面要求耐磨、心部強(qiáng)度要求不高的滲碳零件，如活塞銷(xiāo)、樣板等；30、35、40、45、50鋼經(jīng)熱處理（淬火+高溫回火）后具有良好的綜合力學(xué)性能，即具有較高的強(qiáng)度和較高的塑性、韌性，用于制作軸類(lèi)零件，例如40、45鋼常用于制造汽車(chē)、拖拉機(jī)的曲軸、連桿、一般機(jī)床主軸、機(jī)床齒輪和其他受力不大的軸類(lèi)零件；55、60、65鋼熱處理（淬火+中溫回火）后具有高的彈性極限，常用于制作負(fù)荷不大、尺寸較小（截面尺寸小于12～15mm）的彈簧，如調(diào)壓和調(diào)速?gòu)椈伞⒅麖椈伞⒗渚韽椈傻取?/p>
易切削結(jié)構(gòu)鋼
易切削結(jié)構(gòu)鋼是在鋼中加入一些使鋼變脆的元素，使鋼切削時(shí)切屑易脆斷成碎屑，從而有利于提高切削速度和延長(zhǎng)刀具壽命。使鋼變脆的元素主要是硫，在普通低合金易切削結(jié)構(gòu)鋼中使用了鉛、、鉍等元素。
這種鋼的含硫量Ws在0.08%一0.30%范圍內(nèi)，含錳量WMn在0.60%-1.55%范圍內(nèi)。鋼中的硫和錳以硫化錳形態(tài)存在，硫化錳很脆并有潤(rùn)滑效能，從而使切屑容易碎斷，并有利于提高加工表面的質(zhì)量。
（1）高速工具鋼
高速工具鋼是高碳高合金工具鋼，鋼中含碳量Wc為0.7%-1.4%，鋼中含有能形成高硬度碳化物的合金元素，如鎢、、鉻、釩。
高速工具鋼具有高的紅硬性，在高速切削的條件下，溫度高達(dá)500-600℃硬度也不降低，從而保證良好的切削性能。
（2）彈簧鋼
彈簧在沖擊、振動(dòng)或長(zhǎng)期交變應(yīng)力下使用，所以要求彈簧鋼有高的抗拉強(qiáng)度、彈性極限、高的疲勞強(qiáng)度。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質(zhì)量好等。
碳素彈簧鋼即含碳量Wc在0.6%～0.9%范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（包括正常和較高含錳量的）。合金彈簧鋼主要是硅錳系鋼種，它們的含碳量稍低，主要靠增加硅含量WSi（1.3%～2.8%）提高性能；另外還有鉻、鎢、釩的合金彈簧鋼。結(jié)合我國(guó)資源，并根據(jù)汽車(chē)、拖拉機(jī)設(shè)計(jì)新技術(shù)的要求，研制出在硅錳鋼基礎(chǔ)上加入硼、、鉬等元素的新鋼種，延長(zhǎng)了彈簧的使用壽命，提高了彈簧質(zhì)量。
（3）軸承鋼
軸承鋼是用來(lái)制造滾珠、滾柱和軸承套圈的鋼。軸承在工作時(shí)承受著極大的壓力和摩擦力，所以要求軸承鋼有高而均勻的硬度和耐磨性，以及高的彈性極限。對(duì)軸承鋼的化學(xué)成分的均勻性、非金屬夾雜物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分嚴(yán)格。
軸承鋼又稱(chēng)高碳鉻鋼，含碳Wc為1%左右，含鉻量Wcr為0.5%-1.65%。軸承鋼又分為高碳鉻軸承鋼、無(wú)鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、不銹軸承鋼、中高溫軸承鋼及防磁軸承鋼六大類(lèi)。
（3）電工硅鋼
電器工業(yè)用硅鋼主要用來(lái)制造電器工業(yè)用硅鋼片。硅鋼片是電機(jī)和變壓器制造中用量很大的鋼材。
交通道路用鋼
（1）鋼軌鋼
鋼軌主要承受機(jī)車(chē)車(chē)輛的壓力及沖擊載荷，因此，要求有足夠的強(qiáng)度和硬度及一定的韌性。通常采用的鋼軌鋼是平爐和轉(zhuǎn)爐冶煉的碳素鎮(zhèn)靜鋼，這種鋼含碳Wc0.6%-0.8%，屬于中碳鋼和高碳鋼，但鋼中含錳量WMn較高，在0.6%一1.1%的范圍內(nèi)。
已廣泛采用普通低合金鋼鋼軌，如高硅軌、中錳軌、含銅軌、含鈦軌等。普通低合金鋼軌比碳素鋼軌耐磨、耐腐蝕，使用壽命有很大提高。
（2）造船用鋼
造船用鋼是指用于制造海船和大型內(nèi)河船體結(jié)構(gòu)的鋼。由于船體結(jié)構(gòu)一般采用焊接方法制造，所以要求造船鋼有較好的焊接性能。此外，還要求有一定的強(qiáng)度、韌性和一定的耐低溫及腐蝕性能。過(guò)去主要采用低碳鋼作為造船用鋼。已大量采用普通低合金鋼，已有的鋼種如12錳船、16錳船、15錳釩船等鋼種。這些鋼種有強(qiáng)度高、韌性好、容易加工和焊接、耐海水腐蝕等綜合特性，可成功地用來(lái)制造萬(wàn)噸遠(yuǎn)洋巨輪。
（3）橋梁鋼
鐵路或公路橋梁承受車(chē)輛的沖擊載荷，橋梁鋼要求有一定的強(qiáng)度、韌性和良好的抗疲勞性能，并且對(duì)鋼材的表面質(zhì)量要求較高。橋梁鋼常采用堿性平爐鎮(zhèn)靜鋼，成功地采用了普通低合金鋼如16錳、15錳釩氮等。
日常生活用鋼
（1）鍋爐鋼
鍋爐鋼主要指用來(lái)制造過(guò)熱器、主蒸氣管和鍋爐火室受熱面用的材料。對(duì)鍋爐鋼的性能要求主要是有良好的焊接性能、一定的高溫強(qiáng)度和耐堿性腐蝕、耐氧化等。常用的鍋爐鋼有平爐冶煉的低碳鎮(zhèn)靜鋼或電爐冶煉的低碳鋼，含碳量Wc在0.16%～0.26%范圍內(nèi)。制造高壓鍋爐時(shí)則應(yīng)用珠光體耐熱鋼或奧氏體耐熱鋼。也采用普通低合金鋼建造鍋爐，如12錳、15錳釩、18錳鉬鈮等。
（2）焊條用鋼
這類(lèi)鋼是專(zhuān)門(mén)供制造電弧焊和氣焊焊條鋼絲用。鋼的成分隨所焊材質(zhì)不同而異。根據(jù)需要，大致分碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼三類(lèi)。這些鋼的硫、磷含量Ws、WP不大于0.03%，比一般鋼要求嚴(yán)些。這些鋼不要求力學(xué)性能，而只作化學(xué)成分的檢驗(yàn)。
（3）不銹鋼
不銹耐酸鋼簡(jiǎn)稱(chēng)不銹鋼，它是由不銹鋼和耐酸鋼兩大部分組成的。簡(jiǎn)言之，能抵抗大氣腐蝕的鋼叫不銹鋼，而能抵抗化學(xué)介質(zhì)（如酸類(lèi)）腐蝕的鋼叫耐酸鋼。一般說(shuō)來(lái)，含鉻量Wcr大于12%的鋼就具有了不銹鋼的特點(diǎn)。
不銹鋼按熱處理后的顯微組織又可分為五大類(lèi)：即鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體一鐵素體不銹鋼及沉淀硬化不銹鋼。
（4）耐熱鋼
在高溫條件下，具有抗氧化性和足夠的高溫強(qiáng)度以及良好的耐熱性能的鋼稱(chēng)作耐熱鋼。耐熱鋼包括抗氧化鋼和熱強(qiáng)鋼兩類(lèi)。抗氧化鋼又稱(chēng)不起皮鋼。熱強(qiáng)鋼是指在高溫下具有良好的抗氧化性能并具有較高的高溫強(qiáng)度的鋼。耐熱鋼主要用于在高溫下長(zhǎng)期使用的零件。
合金鋼
在鋼中除含有鐵、碳和少量不可避免的硅、錳、磷、硫元素以外，還含有一定量的合金元素，鋼中的合金元素有硅、錳、鉬、、鉻、釩、鈦、鈮、硼、鉛、稀土等其中的一種或幾種，這種鋼叫合金鋼。
各國(guó)的合金鋼系統(tǒng)，隨各自的資源情況、生產(chǎn)和使用條件不同而不同，國(guó)外以往曾發(fā)展鎳、鉻鋼系統(tǒng)，我國(guó)則發(fā)現(xiàn)以硅、錳、釩、鈦、鈮、硼、稀土為主的合金鋼系統(tǒng)。
合金鋼在鋼的總產(chǎn)量中約占百分之十幾，一般是在電爐中冶煉的。
按用途可以把合金鋼分為8大類(lèi)，它們是：合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼、耐熱不起皮鋼，電工用硅鋼。
（1）普通低合金鋼
普通低合金鋼是一種含有少量合金元素（多數(shù)情況下其總量W總不超過(guò)3%）的普通合金鋼。這種鋼的強(qiáng)度比較高，綜合性能比較好，并具有耐腐蝕、耐磨、耐低溫以及較好的切削性能、焊接性能等。
在大量節(jié)約稀缺合金元素（如鎳、鉻）條件下，通常lt普通低合金鋼可頂1.2—1.3t碳素鋼使用，其使用壽命和使用范圍更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)碳素鋼。普通低合金鋼可以用一般冶煉方法在平爐、轉(zhuǎn)爐中冶煉，成本也和碳素鋼接近。
（2）工程結(jié)構(gòu)用合金鋼
這是指工程和建筑結(jié)構(gòu)用的合金鋼，包括可焊接的高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼、合金鋼筋鋼、鐵道用合金鋼、地質(zhì)石油鉆探用合金鋼壓力容器用合金鋼、高錳耐磨鋼等。這類(lèi)鋼用作工程和建筑結(jié)構(gòu)件，在合金鋼中，這類(lèi)鋼合金含量總量較低，但生產(chǎn)、使用量較大
這類(lèi)鋼是指適用于制造機(jī)器和機(jī)械零件的合金鋼。它是在優(yōu)質(zhì)碳素鋼的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)丶尤胍环N或數(shù)種合金元素，用來(lái)提高鋼的強(qiáng)度、韌性和淬透性。這類(lèi)鋼通常要經(jīng)過(guò)熱處理（如調(diào)質(zhì)處理、表面硬化處理）后使用。主要包括常用的合金結(jié)構(gòu)鋼和合金彈簧鋼兩大類(lèi)，其中包括調(diào)質(zhì)處理的合金鋼、表面硬化處理的合金鋼（滲碳鋼、氮化鋼、表面高頻淬火鋼等）、冷塑性成型用合金鋼（冷頂鍛用鋼、冷擠壓用鋼等）。按化學(xué)成分基本組成系列可分為Mn系鋼、SiMn系鋼、Cr系鋼、CrMo系鋼、CrNiMo系鋼、Nj系鋼、B系鋼等。
（4）高溫合金
高溫合金是指在高溫下具有足夠的持久強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度、熱疲勞強(qiáng)度、高溫韌性及足夠的化學(xué)穩(wěn)定性的一種熱強(qiáng)材料，用于1000℃左右高溫條件下工作的熱動(dòng)力部件。
按其基本化學(xué)成分的不同，又可分為鎳基高溫合金、鐵鎳基高溫合金及鈷基高溫合金。
（5）精密合金
精密合金是指具有特殊物理性能的合金。它是電氣工業(yè)、電子工業(yè)、精密儀表工業(yè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中不可缺少的材料
精密合金按其不同的物理性能又分為七類(lèi)，即：軟磁合金、變形永磁合金、彈性合金、膨脹合金、熱雙金屬、電阻合金、熱電偶合金。絕大多數(shù)精密合金是以黑色金屬為基的，只有少數(shù)是以有色金屬為基的。
注：Wc、Ws、Wmn、Wp分別表示C、S、Mn、P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
牌號(hào)
世界上有近2000個(gè)特殊鋼牌號(hào)、約50000個(gè)品種規(guī)格。特殊鋼除了種類(lèi)繁多之外，在規(guī)格上也表現(xiàn)出與普通鋼不同的特點(diǎn)。除了板、管、絲、帶、棒和異型材之外，還有復(fù)合材、表面合金化材、表面處理材、精鍛材、精密鑄件、粉末冶金制品等。
鋼的牌號(hào)簡(jiǎn)稱(chēng)鋼號(hào)，是對(duì)每一種具體鋼產(chǎn)品所取的名稱(chēng)，是人們了解鋼的一種共同語(yǔ)言。我國(guó)的鋼號(hào)表示方法，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法》（GB221-79）中規(guī)定，采用漢語(yǔ)拼音字母、化學(xué)元素符號(hào)和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法表示。即：①鋼號(hào)中化學(xué)元素采用國(guó)際化學(xué)符號(hào)表示，例如Si,Mn,Cr……等。混合稀土元素用“RE”（或“Xt”）表示。②產(chǎn)品名稱(chēng)、用途、冶煉和澆注方法等，一般采用漢語(yǔ)拼音的縮寫(xiě)字母表示。③鋼中主要化學(xué)元素含量（%）采用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。
特點(diǎn)
與普通鋼相比，特殊鋼具有更高的強(qiáng)度和韌性、物理性能、化學(xué)性能、生物相容性和工藝性能。
與普通鋼相比，特殊鋼具有高純度、高均勻性、超細(xì)組織和高精度等特點(diǎn)：
（1）高純度。有針對(duì)性降低鋼中氣體、夾雜物（含低熔點(diǎn)金屬夾雜物）的含量。鋼的純度提高到一定限度，不但可以大幅度提高鋼的原有性能，還可以賦予鋼以新的性能。例如軸承鋼中的氧含量從30×10降低到5×10，則軸承壽命提高30倍。通用奧氏體不銹鋼中的磷降低到3×10則對(duì)應(yīng)力腐蝕免疫。20世紀(jì)末大生產(chǎn)所能達(dá)到的鋼的純度水平（10）為：氫≤1，氧≤5、碳≤10、硫≤10、氮≤15、磷≤25。
（2）高均勻性。鋼的成分偏析導(dǎo)致鋼組織、性能的不均勻，這是鋼制零部件提前失效以及鋼性能潛力難以充分發(fā)揮的重要原因之一。現(xiàn)代生產(chǎn)工藝應(yīng)使鋼的均勻性達(dá)到：轎車(chē)齒輪鋼淬透性帶波動(dòng)為±3HRC；對(duì)合金元素精確控制水平為碳、鎳、鉬含量≤±0.01%，錳和鉻含量≤±0.02%；軸承鋼淬火后的晶粒度為球形且尺寸波動(dòng)0.8±0.2μm；抗層狀撕裂鋼（z向鋼）的縱向、橫向和厚度方向的力學(xué)性能，特別是塑、韌性要求大體上相當(dāng)。
（3）超細(xì)組織。超細(xì)組織強(qiáng)化是惟一增加鋼強(qiáng)度而不降低韌性或使韌性略有增加的強(qiáng)化機(jī)制。例如高強(qiáng)度不銹鋼AFC77的晶粒從60μm細(xì)化到2.3μm，則斷裂韌性KIC從100增加到220MPa·m。核反應(yīng)堆壓力容器鋼板為粗晶時(shí)，其輻照脆化溫度范圍為150～250℃而細(xì)晶鋼降到50～70℃。軸承鋼中的碳化物尺寸細(xì)到≤0.5μm，則軸承壽命大幅度提高。
（4）高精度。特殊鋼材要有良好的表面質(zhì)量和窄的尺寸公差。熱軋鋼棒的精度已達(dá)±0.1mm、熱軋板卷的厚度公差達(dá)±0.015～0.05mm，而冷軋板卷的厚度公差已達(dá)±0.003mm。
參考資料 >