1.3 钣金加工常用材料

钣金生产加工的材料种类较多，规格多以板料、型材为主。常用的非金属材料主要有纸板、胶木板、橡胶板、塑料板、复合板等。橡胶板具有良好的弹性、耐磨性、耐低温性和绝缘性，可用作弹性材料、密封材料和减振材料等。

由于工程塑料板具有较高的强度、良好的塑性、韧性和耐磨性，可代替金属制作钣金件，尤其是比强度（抗拉强度与密度的比值）很高，如玻璃纤维增强塑料可大大超过金属的比强度，广泛用于制作减轻自重的钣金结构件。

此外，大多数工程塑料对酸、碱、盐等介质具有良好的耐腐蚀能力，其中聚四氟乙烯和硬质聚氯乙烯还具有优良的耐强酸、强碱腐蚀性，故可用于制作化工耐蚀零件和耐蚀衬里、热交换器零件、化工管道及弯头等。

表1-1给出了常见的非金属材料板的名称、牌号、性质及应用。

尽管非金属材料在钣金结构中得到较普遍的运用，但钣金生产加工中应用最多的还是金属材料，金属材料分钢铁材料和非铁金属材料两种。

1.3.1 钢铁材料

钢铁材料是以铁元素为基体的铁碳合金。一般情况下，碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金称为铸铁，碳的质量分数小于2.11%的铁碳合金称为钢。钢铁材料主要包括碳素钢、合金钢、铸铁和铸钢。

钢的分类方法很多，既可按钢的冶炼方法、钢材品质、化学成分进行分类，也可依照金相组织和用途的不同进行分类，综合考虑上述因素，一般可按图1-5所示进行钢的分类。

在钣金制品中应用最多的是低碳结构钢、低合金结构钢和特殊性能结构钢三大类，各类钢的成分、性能、规格和应用范围等介绍如下。

1．低碳结构钢

低碳结构钢可简称为低碳钢，按其中含硫、磷有害杂质的质量分数不同，可分为普通低碳钢、优质低碳钢、高级优质低碳钢；按其轧制状态可分为热轧板和冷轧板；按其轧制后的处理状态又可分为普通低碳钢和镀膜低碳钢。低碳钢通常按成分及质量编号。

普通低碳钢S的质量分数≤0.055%、P的质量分数≤0.045%，其牌号可反映出力学性能；优质低碳钢S、P的质量分数均≤0.040%；而高级优质低碳钢S的质量分数≤0.030%、P的质量分数≤0.035%，其牌号可反映出碳的质量分数，并用两位数字表示碳的平均质量分数。低碳结构钢的分类及编号方法见表1-2。

（1）普通低碳结构钢 普通低碳结构钢通常经过热轧后，在退火或正火状态下使用，一般不进行热处理，大多数是在热轧状态下或热轧后正火状态下使用，如有特殊需要时，也可以进行一些相应的退火、正火或淬火等热处理。常用普通低碳结构钢的主要成分、性能特性与应用见表1-3。

（2）优质低碳结构钢 优质低碳结构钢供货时，既保证化学成分，又保证力学性能，而且比普通碳素结构钢规定更严格，其S、P的质量分数均应控制在0.35%以下，非金属夹杂物也较少，质量级别较高，一般在热处理后使用（容器专用钢除外，如20R）。

优质碳素结构钢用两位阿拉伯数字以平均万分数表示碳的质量分数，沸腾钢后加F，镇静钢不加注字母。如“45”表示优质碳素结构钢，碳的质量分数为0.45%，镇静钢。常用优质低碳结构钢的性能指标、主要特性与应用见表1-4。

（3）镀膜低碳结构钢 镀膜低碳钢薄板俗称白铁皮，是在冷轧或热轧薄钢板上镀覆一层锌、锡、铅、铝等非铁金属材料而成，因此按镀膜不同可分为薄锌板、薄锡板、薄铅板和薄铝板等。

薄锌板通常也称为白锌板，表面呈亮白色，分为光面和波纹面两种，均具有耐蚀性强及表面美观等特征。这种板适合作防腐蚀容器、顶棚及房屋水管道等。

薄锡板表面光亮、美观，适用于做食品容器及罐头盒等。

薄铅板也称为白铅板，也具有耐蚀性强等特点，适用于做耐酸容器，但因铅有毒性，不能用作食品容器。

2．低合金结构钢

低合金结构钢通常简称为低合金钢，是在普通低碳钢的基础上加入了不超过质量分数为2%或3%的合金元素，以提高其强度，主要用于各类工程结构件，用途最广且用量最大，通常经过热轧后在退火或正火状态下使用，不再进行热处理。

低合金钢按用途可分为普通低合金钢、容器用（含高温）低合金钢、低温用低合金钢等。其编号方法除普通低合金钢外，一般采用“数字+元素符号+数字”表示，前边的数字表示钢中碳的平均质量分数的万分数，元素符号表示合金元素，符号后数字表示该元素在钢中平均质量分数。

合金元素的含量标在该元素符号之后，是以百分数表示该元素的质量分数，但要将小数化为整数。如果合金元素的平均质量分数小于1.5%，则不标出其含量；若平均质量分数等于或大于1.5%、2.5%、3.5%…，则相应地以2、3、4…表示。如“12Cr2Ni4”表示合金钢主要成分的质量分数C为0.12%、Cr为1.5%、Ni为3.5%。

若是容器用钢，牌号后加上“R”表示，若是低温下用钢则用“DR”表示，如16MnDR表示钢中碳的质量分数为0.16%、Mn的质量分数小于1.5%，并含少量V、Ti、Nb等合金元素的低温容器用钢。

（1）普通低合金钢 普通低合金钢中碳的质量分数为0.10%～0.25%，合金Mn、Si、V、Ti、Nb、Cu、P和RE等元素的质量分数一般小于3%。其中Mn、Si元素对铁素体起固溶强化作用并增加强度，V、Ti、Nb元素可细化晶粒并提高韧性，Cu、P元素可提高耐蚀性，稀土元素RE则有利于脱氧、脱硫和净化钢中有害杂质，可以改善钢的性能。

普通低合金钢的编号方法同普通低碳钢，仍由代表屈服强度的汉语拼音字母（Q）、屈服强度数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）三个部分按顺序组成，如Q345C。

普通低合金钢的屈服强度比低碳钢高25%～50%以上，特别是屈强比（σs/σb）明显提高，同时还具有良好的塑性、韧性、焊接性以及较好的耐磨性与耐蚀性。表1-5给出了部分低合金结构钢的力学性能及应用。

（2）容器用低合金钢 容器用低合金钢属于低合金高强度钢，是在20钢的基础上加入Mn-Si强化成C-Mn钢以及在16Mn钢的基础上加入V、N、Nb、Mo等，使钢的强度很高。

钢制压力容器推荐使用的钢板主要有：16MnR、15MnVR、18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、07MnCrMoVR等，钢管为16Mn、15MnV等。

16MnR具有良好的综合力学性能、焊接性、工艺性能及低温冲击韧度，但焊接时比低碳钢易产生裂纹，主要用于制造-20～400℃的中低压压力容器壳体及承压构件、液化石油气瓶及中小型球罐。

15MnVR、15MnVNR和18MnMoNbR具有较高强度，但塑性、韧性都较C-Mn钢低，具有较高缺口敏感性和时效敏感性，焊接性差，工艺要求严格。主要用于制造承受温度≤470℃和较高压力的大型贮罐、高压容器承压壳体、氨合成塔和尿素合成塔等。

07MnCrMoVR具有高强度、高韧性和优良的焊接性，板厚t≤50mm，可以不预热或稍加预热进行焊接，不产生焊接冷裂纹。主要用于制造高参数球形容器，如1000～2000mm3氧气、氮气、氢气、液化石油气、乙烯等常温及低温球罐。

（3）低温用低合金钢 一般用于0℃以下温度的材料称为低温材料。低温金属材料普遍使用低合金钢、镍钢、铬镍奥氏体钢、钛合金及铝合金等。常用的低温低合金锰钢是以锰作为主加元素，用以改善钢的低温韧性。碳锰镍钢是以锰、镍为主加元素，更进一步提高其低温韧性。

碳锰镍钢低温韧性优于低碳钢，9Ni钢为高镍奥氏体钢，其强度高，耐低温性能好，在低温下有良好塑性、韧性及工艺性。表1-6给出了常用低温钢力学性能及应用。

3．特殊性能结构钢

具有特殊物理、化学性能的钢称为特殊性能钢，钣金件用特殊性能钢常用的有不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。

（1）不锈钢和耐热钢 GB/T20878—2007《不锈钢和耐热钢 牌号及化学成分》将不锈钢和耐热钢的牌号按冶金学分类列表，分为了奥氏体型、奥氏体-铁素体型、铁素体型、马氏体型和沉淀硬化型。

常用的12Cr13、20Cr13和30Cr13等马氏体型不锈钢，主要制作医疗器械。

常用的06Cr19Ni9、12Cr18Ni9等奥氏体型不锈钢，主要制作强腐蚀介质中工作的设备，如吸收塔、贮槽、管道及容器等。

常用的40Cr10Si2Mo、45Cr14Ni14W2Mo等耐热钢，在高温下具有高的抗氧化性能和较高的强度，其中45Cr14Ni14W2Mo奥氏体型耐热钢可以制造600℃以下工作的零件，如汽轮机叶片、大型发动机排气阀等。

（2）耐磨钢 耐磨钢主要用于制造承受严重磨损和强烈冲击的零件，如车辆履带、破碎机颚板、球磨机衬板、挖掘机铲斗和铁轨分道岔等。耐磨钢具有良好的韧性和耐磨性。高锰钢是目前最重要的耐磨钢，碳的质量分数为0.9%～1.4%，锰的质量分数为11%～14%。这种钢机械加工比较困难，基本上都是铸造成形。常用的高锰钢有ZGMn13-1、ZGMn13-2、ZGMn13-3和ZGMn13-4等牌号。

1.3.2 非铁金属材料

除钢铁之外的铝、镁、铜、铅等金属及其合金统称为非铁金属材料。在金属材料中，非铁金属材料占有重要地位，其中铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金等具有密度小、比强度高、耐热、耐蚀和导电等特性，且明显优于普通钢，甚至超过某些高强度钢，所以成为钣金中不可缺少的金属材料。

1．铝及铝合金

纯铝具有导电、导热性好，塑性高等特点，常用于制造导电体、电容器等，但由于其强度低，故不适宜用作结构材料。为了提高其强度，常在纯铝中加入合金元素（如硅、铜、镁、锰等），形成铝合金。这些铝合金一般仍具有密度小（约为2.5～2.88g/cm3）、耐蚀、导热性好等特殊性能。

（1）铝及铝合金牌号表示方法 铝及铝合金采用四位数字体系牌号和四位字符体系牌号两种牌号表示。铝及铝合金的组别与牌号系列见表1-7。

（2）变形铝及铝合金新旧牌号对照 由于历史的原因，变形铝及铝合金的牌号在生产中还常常沿用旧牌号。铝及其合金的产品旧牌号是以代号字头或元素符号后的成分数字，或者顺序号结合产品类别或组别名称表示，其中：

1）产品代号用汉语拼音字母、化学元素符号及阿拉伯数字相结合的方法表示，如铝用L表示，硬铝用LY表示，防锈铝用LF表示。

2）产品的状态、加工方法和特性的代号用汉语拼音字母表示，如热加工用R表示，退火状态用M表示，特硬用T表示，硬用Y表示，其中3/4硬用Y1表示，1/2硬用Y2表示，1/3硬用Y3表示，1/4硬用Y4表示。

我国工业纯铝牌号依据杂质限量进行编制，如L1、L2、L3等，L是“铝”字汉语拼音字首，其后附数字顺序越大，纯度越低。而高纯铝牌号L01～L04，铝的质量分数在99.93%以上，其后附数字顺序越大，纯度则越高，如L04铝的质量分数不小于99.996%。

铝合金按其成分和工艺特点可分为变形铝合金与铸造铝合金两大类。我国生产的变形铝合金，按其主要性能特点分为硬铝、防锈铝、超硬铝及锻铝等。

表1-8给出了变形铝及铝合金新旧牌号的对照。

（3）常用的铝及铝合金的力学性能、主要特性与应用 表1-9给出了常用的铝及铝合金的力学性能、主要特性与应用。

2．铜及铜合金

纯铜可分为冶炼产品和加工产品两大类，冶炼产品按其杂质质量分数的大小可分为一号铜、二号铜、三号铜，加工产品按其中氧的质量分数和生产方式的不同，又分为纯铜、无氧铜和磷脱氧铜。

纯铜编号方法为以“铜”字的汉语拼音字头“T”为起首，分别加1、2、3表示，即T1、T2、T3。无氧铜和磷脱氧铜的编号方法分别为“T”+U（“无”字汉语拼音字头）+序号、“T”+P+序号。

纯铜为贵重金属，其突出的优点是具有优良的导电性、导热性及良好的耐蚀性，但强度不高，硬度很低，塑性很好，主要用作各种导电材料、导热材料等。为了利用纯铜性能上的优点，并改善其力学性能，可在纯铜中加入合金元素制成铜合金。这些铜合金一般仍具有较好的导电、导热、耐蚀、抗磁等特殊性能及足够高的力学性能。

（1）铜合金牌号表示方法 铜合金按生产工艺可分为加工铜合金和铸造铜合金；按化学成分又可分为三类，即以Zn为主加元素的黄铜，以Sn、Al、Be、Si、Ce、Cr为主加元素的青铜，以Ni为主加元素的白铜。白铜是铜镍合金，它主要用来制作精密机械、仪表中耐蚀零件及电阻器、热电偶等。在钣金构件中，应用较广的是黄铜和青铜。

1）黄铜（铜锌合金）。黄铜牌号表示方法如下：

①普通黄铜的牌号以“H”开头（H是“黄”字汉语拼音第一个字母），后面加铜的含量数值（以百分之几计），如H96表示铜的质量分数为96%左右的普通黄铜。

②特殊黄铜的牌号仍以“H”开头，后面加主添加元素的符号，再加铜元素的含量数值（以百分之几计），如HNi65-5表示镍黄铜，铜的质量分数为65%左右，镍的质量分数为5%左右。

2）白铜（铜镍合金）。白铜牌号表示方法如下：

①普通白铜的牌号以“B”开头（B是“白”字汉语拼音第一个字母），后面加镍的含量数值（以百分之几计），如B5表示镍的质量分数为5%左右的普通白铜。

②特殊白铜的牌号仍以“B”开头，后面加主添加元素的符号，再加镍元素的含量数值（以百分之几计），如BFe10-1-1表示铁白铜，镍的质量分数为10%左右。

3）青铜。除黄铜和白铜以外，其他铜合金均称为青铜，为了便于区别，在青铜前面附上元素名称，如锡青铜、铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜等。青铜牌号表示方法如下：以“Q”开头（Q是“青”字汉语拼音第一个字母），后面加主添加元素符号，再加主添加元素的含量数值（质量分数），如QSn1.5-2表示锡青铜，锡的质量分数为1.5%左右。

（2）常用铜及铜合金的力学性能、主要特性与应用 表1-10给出了常用铜及铜合金的力学性能、主要特性与应用。

3．钛及钛合金

钛材根据其成分质量分数不同可分为化学纯钛（碘法钛）、工业纯钛和钛合金。化学纯钛是高纯钛，用TAD表示，其纯度最高可达99.95%，杂质质量分数较小；工业纯钛的杂质质量分数稍大，根据其杂质含量不同可分为九个等级，牌号分别用TA1、TA2、TA3等表示，其纯度随序号增大依次降低。

工业纯钛在常温下的屈服强度与抗拉强度接近，屈强比较大，弹性模量较低，但随着温度的升高强度降低，约为常温下的一半。反之，随温度降低强度升高，但塑性却严重降低。对于纯度高的工业纯钛，无低温转变脆性，在低温下冲击韧度反而增高。因此，TA1和TAD可在-196℃下安全使用。

为了提高纯钛的某些性能，往往在纯钛中加入合金元素进行强化，制备成钛合金，加入的合金元素主要有Al、Sn、V、Cr、Mo、Fe、Si等。合金元素的加入可在一定程度上提高钛合金的强度、耐热性、耐蚀性。

钛合金按成材方式分为变形（加工）钛合金和铸造钛合金，按使用特点可分为结构钛合金（工作温度在400℃以下）、热强钛合金（工作温度在400℃以上）和耐蚀钛合金。

（1）钛及钛合金牌号表示方法 钛及钛合金的牌号是由字母“T”+表示金属或合金元素组织类型的字母（A、B、C）及顺序号组成，“ELI”表示超低间隙。其中，A表示α型钛及α型钛合金，B表示β型钛合金，C表示α+β型钛合金。不同组织状态的各种钛及钛合金具有不同的特性。

（2）常用钛及钛合金的力学性能、主要特性与应用 表1-11给出了常用钛及钛合金的力学性能、主要特性与应用