1.3 鈑金加工常用材料

鈑金生產加工的材料種類較多，規格多以板料、型材為主。常用的非金屬材料主要有紙板、膠木板、橡膠板、塑料板、復合板等。橡膠板具有良好的彈性、耐磨性、耐低溫性和絕緣性，可用作彈性材料、密封材料和減振材料等。

由于工程塑料板具有較高的強度、良好的塑性、韌性和耐磨性，可代替金屬制作鈑金件，尤其是比強度（抗拉強度與密度的比值）很高，如玻璃纖維增強塑料可大大超過金屬的比強度，廣泛用于制作減輕自重的鈑金結構件。

此外，大多數工程塑料對酸、堿、鹽等介質具有良好的耐腐蝕能力，其中聚四氟乙烯和硬質聚氯乙烯還具有優良的耐強酸、強堿腐蝕性，故可用于制作化工耐蝕零件和耐蝕襯里、熱交換器零件、化工管道及彎頭等。

表1-1給出了常見的非金屬材料板的名稱、牌號、性質及應用。

盡管非金屬材料在鈑金結構中得到較普遍的運用，但鈑金生產加工中應用最多的還是金屬材料，金屬材料分鋼鐵材料和非鐵金屬材料兩種。

1.3.1 鋼鐵材料

鋼鐵材料是以鐵元素為基體的鐵碳合金。一般情況下，碳的質量分數大于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵，碳的質量分數小于2.11%的鐵碳合金稱為鋼。鋼鐵材料主要包括碳素鋼、合金鋼、鑄鐵和鑄鋼。

鋼的分類方法很多，既可按鋼的冶煉方法、鋼材品質、化學成分進行分類，也可依照金相組織和用途的不同進行分類，綜合考慮上述因素，一般可按圖1-5所示進行鋼的分類。

在鈑金制品中應用最多的是低碳結構鋼、低合金結構鋼和特殊性能結構鋼三大類，各類鋼的成分、性能、規格和應用范圍等介紹如下。

1．低碳結構鋼

低碳結構鋼可簡稱為低碳鋼，按其中含硫、磷有害雜質的質量分數不同，可分為普通低碳鋼、優質低碳鋼、高級優質低碳鋼；按其軋制狀態可分為熱軋板和冷軋板；按其軋制后的處理狀態又可分為普通低碳鋼和鍍膜低碳鋼。低碳鋼通常按成分及質量編號。

普通低碳鋼S的質量分數≤0.055%、P的質量分數≤0.045%，其牌號可反映出力學性能；優質低碳鋼S、P的質量分數均≤0.040%；而高級優質低碳鋼S的質量分數≤0.030%、P的質量分數≤0.035%，其牌號可反映出碳的質量分數，并用兩位數字表示碳的平均質量分數。低碳結構鋼的分類及編號方法見表1-2。

（1）普通低碳結構鋼 普通低碳結構鋼通常經過熱軋后，在退火或正火狀態下使用，一般不進行熱處理，大多數是在熱軋狀態下或熱軋后正火狀態下使用，如有特殊需要時，也可以進行一些相應的退火、正火或淬火等熱處理。常用普通低碳結構鋼的主要成分、性能特性與應用見表1-3。

（2）優質低碳結構鋼 優質低碳結構鋼供貨時，既保證化學成分，又保證力學性能，而且比普通碳素結構鋼規定更嚴格，其S、P的質量分數均應控制在0.35%以下，非金屬夾雜物也較少，質量級別較高，一般在熱處理后使用（容器專用鋼除外，如20R）。

優質碳素結構鋼用兩位阿拉伯數字以平均萬分數表示碳的質量分數，沸騰鋼后加F，鎮靜鋼不加注字母。如“45”表示優質碳素結構鋼，碳的質量分數為0.45%，鎮靜鋼。常用優質低碳結構鋼的性能指標、主要特性與應用見表1-4。

（3）鍍膜低碳結構鋼 鍍膜低碳鋼薄板俗稱白鐵皮，是在冷軋或熱軋薄鋼板上鍍覆一層鋅、錫、鉛、鋁等非鐵金屬材料而成，因此按鍍膜不同可分為薄鋅板、薄錫板、薄鉛板和薄鋁板等。

薄鋅板通常也稱為白鋅板，表面呈亮白色，分為光面和波紋面兩種，均具有耐蝕性強及表面美觀等特征。這種板適合作防腐蝕容器、頂棚及房屋水管道等。

薄錫板表面光亮、美觀，適用于做食品容器及罐頭盒等。

薄鉛板也稱為白鉛板，也具有耐蝕性強等特點，適用于做耐酸容器，但因鉛有毒性，不能用作食品容器。

2．低合金結構鋼

低合金結構鋼通常簡稱為低合金鋼，是在普通低碳鋼的基礎上加入了不超過質量分數為2%或3%的合金元素，以提高其強度，主要用于各類工程結構件，用途最廣且用量最大，通常經過熱軋后在退火或正火狀態下使用，不再進行熱處理。

低合金鋼按用途可分為普通低合金鋼、容器用（含高溫）低合金鋼、低溫用低合金鋼等。其編號方法除普通低合金鋼外，一般采用“數字+元素符號+數字”表示，前邊的數字表示鋼中碳的平均質量分數的萬分數，元素符號表示合金元素，符號后數字表示該元素在鋼中平均質量分數。

合金元素的含量標在該元素符號之后，是以百分數表示該元素的質量分數，但要將小數化為整數。如果合金元素的平均質量分數小于1.5%，則不標出其含量；若平均質量分數等于或大于1.5%、2.5%、3.5%…，則相應地以2、3、4…表示。如“12Cr2Ni4”表示合金鋼主要成分的質量分數C為0.12%、Cr為1.5%、Ni為3.5%。

若是容器用鋼，牌號后加上“R”表示，若是低溫下用鋼則用“DR”表示，如16MnDR表示鋼中碳的質量分數為0.16%、Mn的質量分數小于1.5%，并含少量V、Ti、Nb等合金元素的低溫容器用鋼。

（1）普通低合金鋼 普通低合金鋼中碳的質量分數為0.10%～0.25%，合金Mn、Si、V、Ti、Nb、Cu、P和RE等元素的質量分數一般小于3%。其中Mn、Si元素對鐵素體起固溶強化作用并增加強度，V、Ti、Nb元素可細化晶粒并提高韌性，Cu、P元素可提高耐蝕性，稀土元素RE則有利于脫氧、脫硫和凈化鋼中有害雜質，可以改善鋼的性能。

普通低合金鋼的編號方法同普通低碳鋼，仍由代表屈服強度的漢語拼音字母（Q）、屈服強度數值、質量等級符號（A、B、C、D、E）三個部分按順序組成，如Q345C。

普通低合金鋼的屈服強度比低碳鋼高25%～50%以上，特別是屈強比（σs/σb）明顯提高，同時還具有良好的塑性、韌性、焊接性以及較好的耐磨性與耐蝕性。表1-5給出了部分低合金結構鋼的力學性能及應用。

（2）容器用低合金鋼 容器用低合金鋼屬于低合金高強度鋼，是在20鋼的基礎上加入Mn-Si強化成C-Mn鋼以及在16Mn鋼的基礎上加入V、N、Nb、Mo等，使鋼的強度很高。

鋼制壓力容器推薦使用的鋼板主要有：16MnR、15MnVR、18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、07MnCrMoVR等，鋼管為16Mn、15MnV等。

16MnR具有良好的綜合力學性能、焊接性、工藝性能及低溫沖擊韌度，但焊接時比低碳鋼易產生裂紋，主要用于制造-20～400℃的中低壓壓力容器殼體及承壓構件、液化石油氣瓶及中小型球罐。

15MnVR、15MnVNR和18MnMoNbR具有較高強度，但塑性、韌性都較C-Mn鋼低，具有較高缺口敏感性和時效敏感性，焊接性差，工藝要求嚴格。主要用于制造承受溫度≤470℃和較高壓力的大型貯罐、高壓容器承壓殼體、氨合成塔和尿素合成塔等。

07MnCrMoVR具有高強度、高韌性和優良的焊接性，板厚t≤50mm，可以不預熱或稍加預熱進行焊接，不產生焊接冷裂紋。主要用于制造高參數球形容器，如1000～2000mm3氧氣、氮氣、氫氣、液化石油氣、乙烯等常溫及低溫球罐。

（3）低溫用低合金鋼 一般用于0℃以下溫度的材料稱為低溫材料。低溫金屬材料普遍使用低合金鋼、鎳鋼、鉻鎳奧氏體鋼、鈦合金及鋁合金等。常用的低溫低合金錳鋼是以錳作為主加元素，用以改善鋼的低溫韌性。碳錳鎳鋼是以錳、鎳為主加元素，更進一步提高其低溫韌性。

碳錳鎳鋼低溫韌性優于低碳鋼，9Ni鋼為高鎳奧氏體鋼，其強度高，耐低溫性能好，在低溫下有良好塑性、韌性及工藝性。表1-6給出了常用低溫鋼力學性能及應用。

3．特殊性能結構鋼

具有特殊物理、化學性能的鋼稱為特殊性能鋼，鈑金件用特殊性能鋼常用的有不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼等。

（1）不銹鋼和耐熱鋼 GB/T20878—2007《不銹鋼和耐熱鋼 牌號及化學成分》將不銹鋼和耐熱鋼的牌號按冶金學分類列表，分為了奧氏體型、奧氏體-鐵素體型、鐵素體型、馬氏體型和沉淀硬化型。

常用的12Cr13、20Cr13和30Cr13等馬氏體型不銹鋼，主要制作醫療器械。

常用的06Cr19Ni9、12Cr18Ni9等奧氏體型不銹鋼，主要制作強腐蝕介質中工作的設備，如吸收塔、貯槽、管道及容器等。

常用的40Cr10Si2Mo、45Cr14Ni14W2Mo等耐熱鋼，在高溫下具有高的抗氧化性能和較高的強度，其中45Cr14Ni14W2Mo奧氏體型耐熱鋼可以制造600℃以下工作的零件，如汽輪機葉片、大型發動機排氣閥等。

（2）耐磨鋼 耐磨鋼主要用于制造承受嚴重磨損和強烈沖擊的零件，如車輛履帶、破碎機顎板、球磨機襯板、挖掘機鏟斗和鐵軌分道岔等。耐磨鋼具有良好的韌性和耐磨性。高錳鋼是目前最重要的耐磨鋼，碳的質量分數為0.9%～1.4%，錳的質量分數為11%～14%。這種鋼機械加工比較困難，基本上都是鑄造成形。常用的高錳鋼有ZGMn13-1、ZGMn13-2、ZGMn13-3和ZGMn13-4等牌號。

1.3.2 非鐵金屬材料

除鋼鐵之外的鋁、鎂、銅、鉛等金屬及其合金統稱為非鐵金屬材料。在金屬材料中，非鐵金屬材料占有重要地位，其中鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金等具有密度小、比強度高、耐熱、耐蝕和導電等特性，且明顯優于普通鋼，甚至超過某些高強度鋼，所以成為鈑金中不可缺少的金屬材料。

1．鋁及鋁合金

純鋁具有導電、導熱性好，塑性高等特點，常用于制造導電體、電容器等，但由于其強度低，故不適宜用作結構材料。為了提高其強度，常在純鋁中加入合金元素（如硅、銅、鎂、錳等），形成鋁合金。這些鋁合金一般仍具有密度小（約為2.5～2.88g/cm3）、耐蝕、導熱性好等特殊性能。

（1）鋁及鋁合金牌號表示方法 鋁及鋁合金采用四位數字體系牌號和四位字符體系牌號兩種牌號表示。鋁及鋁合金的組別與牌號系列見表1-7。

（2）變形鋁及鋁合金新舊牌號對照 由于歷史的原因，變形鋁及鋁合金的牌號在生產中還常常沿用舊牌號。鋁及其合金的產品舊牌號是以代號字頭或元素符號后的成分數字，或者順序號結合產品類別或組別名稱表示，其中：

1）產品代號用漢語拼音字母、化學元素符號及阿拉伯數字相結合的方法表示，如鋁用L表示，硬鋁用LY表示，防銹鋁用LF表示。

2）產品的狀態、加工方法和特性的代號用漢語拼音字母表示，如熱加工用R表示，退火狀態用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。

我國工業純鋁牌號依據雜質限量進行編制，如L1、L2、L3等，L是“鋁”字漢語拼音字首，其后附數字順序越大，純度越低。而高純鋁牌號L01～L04，鋁的質量分數在99.93%以上，其后附數字順序越大，純度則越高，如L04鋁的質量分數不小于99.996%。

鋁合金按其成分和工藝特點可分為變形鋁合金與鑄造鋁合金兩大類。我國生產的變形鋁合金，按其主要性能特點分為硬鋁、防銹鋁、超硬鋁及鍛鋁等。

表1-8給出了變形鋁及鋁合金新舊牌號的對照。

（3）常用的鋁及鋁合金的力學性能、主要特性與應用 表1-9給出了常用的鋁及鋁合金的力學性能、主要特性與應用。

2．銅及銅合金

純銅可分為冶煉產品和加工產品兩大類，冶煉產品按其雜質質量分數的大小可分為一號銅、二號銅、三號銅，加工產品按其中氧的質量分數和生產方式的不同，又分為純銅、無氧銅和磷脫氧銅。

純銅編號方法為以“銅”字的漢語拼音字頭“T”為起首，分別加1、2、3表示，即T1、T2、T3。無氧銅和磷脫氧銅的編號方法分別為“T”+U（“無”字漢語拼音字頭）+序號、“T”+P+序號。

純銅為貴重金屬，其突出的優點是具有優良的導電性、導熱性及良好的耐蝕性，但強度不高，硬度很低，塑性很好，主要用作各種導電材料、導熱材料等。為了利用純銅性能上的優點，并改善其力學性能，可在純銅中加入合金元素制成銅合金。這些銅合金一般仍具有較好的導電、導熱、耐蝕、抗磁等特殊性能及足夠高的力學性能。

（1）銅合金牌號表示方法 銅合金按生產工藝可分為加工銅合金和鑄造銅合金；按化學成分又可分為三類，即以Zn為主加元素的黃銅，以Sn、Al、Be、Si、Ce、Cr為主加元素的青銅，以Ni為主加元素的白銅。白銅是銅鎳合金，它主要用來制作精密機械、儀表中耐蝕零件及電阻器、熱電偶等。在鈑金構件中，應用較廣的是黃銅和青銅。

1）黃銅（銅鋅合金）。黃銅牌號表示方法如下：

①普通黃銅的牌號以“H”開頭（H是“黃”字漢語拼音第一個字母），后面加銅的含量數值（以百分之幾計），如H96表示銅的質量分數為96%左右的普通黃銅。

②特殊黃銅的牌號仍以“H”開頭，后面加主添加元素的符號，再加銅元素的含量數值（以百分之幾計），如HNi65-5表示鎳黃銅，銅的質量分數為65%左右，鎳的質量分數為5%左右。

2）白銅（銅鎳合金）。白銅牌號表示方法如下：

①普通白銅的牌號以“B”開頭（B是“白”字漢語拼音第一個字母），后面加鎳的含量數值（以百分之幾計），如B5表示鎳的質量分數為5%左右的普通白銅。

②特殊白銅的牌號仍以“B”開頭，后面加主添加元素的符號，再加鎳元素的含量數值（以百分之幾計），如BFe10-1-1表示鐵白銅，鎳的質量分數為10%左右。

3）青銅。除黃銅和白銅以外，其他銅合金均稱為青銅，為了便于區別，在青銅前面附上元素名稱，如錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、錳青銅、硅青銅等。青銅牌號表示方法如下：以“Q”開頭（Q是“青”字漢語拼音第一個字母），后面加主添加元素符號，再加主添加元素的含量數值（質量分數），如QSn1.5-2表示錫青銅，錫的質量分數為1.5%左右。

（2）常用銅及銅合金的力學性能、主要特性與應用 表1-10給出了常用銅及銅合金的力學性能、主要特性與應用。

3．鈦及鈦合金

鈦材根據其成分質量分數不同可分為化學純鈦（碘法鈦）、工業純鈦和鈦合金。化學純鈦是高純鈦，用TAD表示，其純度最高可達99.95%，雜質質量分數較小；工業純鈦的雜質質量分數稍大，根據其雜質含量不同可分為九個等級，牌號分別用TA1、TA2、TA3等表示，其純度隨序號增大依次降低。

工業純鈦在常溫下的屈服強度與抗拉強度接近，屈強比較大，彈性模量較低，但隨著溫度的升高強度降低，約為常溫下的一半。反之，隨溫度降低強度升高，但塑性卻嚴重降低。對于純度高的工業純鈦，無低溫轉變脆性，在低溫下沖擊韌度反而增高。因此，TA1和TAD可在-196℃下安全使用。

為了提高純鈦的某些性能，往往在純鈦中加入合金元素進行強化，制備成鈦合金，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鈦合金的強度、耐熱性、耐蝕性。

鈦合金按成材方式分為變形（加工）鈦合金和鑄造鈦合金，按使用特點可分為結構鈦合金（工作溫度在400℃以下）、熱強鈦合金（工作溫度在400℃以上）和耐蝕鈦合金。

（1）鈦及鈦合金牌號表示方法 鈦及鈦合金的牌號是由字母“T”+表示金屬或合金元素組織類型的字母（A、B、C）及順序號組成，“ELI”表示超低間隙。其中，A表示α型鈦及α型鈦合金，B表示β型鈦合金，C表示α+β型鈦合金。不同組織狀態的各種鈦及鈦合金具有不同的特性。

（2）常用鈦及鈦合金的力學性能、主要特性與應用 表1-11給出了常用鈦及鈦合金的力學性能、主要特性與應用