簡介

碳素鋼

碳素鋼是近代工業(yè)中使用最早、用量最大的基本材料。世界各工業(yè)國家，在努力增加低合金高強(qiáng)度鋼和合金鋼產(chǎn)量的同時，也非常注意改進(jìn)碳素鋼質(zhì)量，擴(kuò)大品種和使用范圍。

目前碳素鋼的產(chǎn)量在各國鋼總產(chǎn)量中的比重，約保持在80%左右，它不僅廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、鐵道、車輛、船舶和各種機(jī)械制造工業(yè)，而且在近代的石油化學(xué)工業(yè)、海洋開發(fā)等方面，也得到大量使用。

基本參數(shù)

簡要介紹

含碳量小于2.11%，除鐵、碳和限量以內(nèi)的硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)外，不含其他合金元素的鐵碳合金。工業(yè)用碳鋼的含碳量一般為0.05%~1.35%。碳素鋼的性能主要取決于含碳量。含碳量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性和可焊性降低。與其他鋼類相比，碳素鋼使用最早，成本低，性能范圍寬 ，用量最大。適用于公稱壓力PN≤32.0MPa，溫度為-30-425℃的水、蒸汽、空氣、氫、氨、氮及石油制品等介質(zhì)。常用牌號有WC1、WCB、ZG25及優(yōu)質(zhì)鋼20、25、30及低合金結(jié)構(gòu)鋼16Mn

命名方法

1、碳素結(jié)構(gòu)鋼

主要用途：各類工程。通常熱軋后空冷供貨，用戶一般不需進(jìn)行熱處理而直接使用。這類鋼按其屈服強(qiáng)度等級共分五個等級。

命名：標(biāo)志符號Q+最小σS值—等級符號+脫氧程度符號 如：Q235AF

等級符號：A、B、C、D（D級達(dá)到了優(yōu)質(zhì)鋼水平）

2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

主要用途：重要機(jī)件。可以通過熱處理調(diào)整零件的力學(xué)性能。出廠狀態(tài)可以是熱軋后空冷，也可以是退火、正火等狀態(tài)。按國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T699-1999的規(guī)定，分為優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼A和特級優(yōu)質(zhì)鋼E三個質(zhì)量等級。

命名：用兩位數(shù)字表示，兩位數(shù)字表示鋼中含碳量的萬分之幾。 如：45鋼 WC=0.45%

常用牌號：08F、15、45、60等。

3、碳素工具鋼（WC=0.65%~1.35% 屬高碳鋼）

主要用途：制作各種小型工具?？蛇M(jìn)行淬火、低溫回火處理獲得高硬度高耐磨性。分為優(yōu)質(zhì)級和高級優(yōu)質(zhì)級兩大類。

命名：標(biāo)志符號T+含碳量的1000倍。 如：T10 WC=1.0%

高級優(yōu)質(zhì)級在鋼號尾部加A，如T10A

4、一般工程用鑄造碳素鋼件（鑄鋼）

主要用途：難用鍛壓等方法成型的復(fù)雜零件且力學(xué)性能要求較高；

命名：標(biāo)志符號ZG+最低σS值—最低σb值 如：ZG340-640 [1] 

表示方法

編號：Q+數(shù)字+質(zhì)量等級符號·脫氧方法符號

例如：Q235A·F

其中Q表示屈服強(qiáng)度，235表示屈服強(qiáng)度的數(shù)值，A表示質(zhì)量等級為A級，F(xiàn)表示沸騰鋼。

Q235A·F―表示屈服強(qiáng)度為235N/mm2；，A等級質(zhì)量沸騰鋼。

化學(xué)影響

碳素鋼的性能主要取決于鋼的含碳量和顯微組織。在退火或熱軋狀態(tài)下，隨含碳量的增加，鋼的強(qiáng)度和硬度升高，而塑性和沖擊韌性下降（見圖）。焊接性和冷彎性變差。所以工程結(jié)構(gòu)用鋼，常限制含碳量?！√妓劁撝械臍堄嘣睾碗s質(zhì)元素如錳、硅、鎳、磷、硫、氧、氮等，對碳素鋼的性能也有影響。這些影響有時互相加強(qiáng)，有時互相抵銷。例如：①硫、氧、氮都能增加鋼的熱脆性，而適量的錳可減少或部分抵銷其熱脆性。②殘余元素除錳、鎳外都降低鋼的沖擊韌性，增加冷脆性。③除硫和氧降低強(qiáng)度外，其他雜質(zhì)元素均在不同程度上提高鋼的強(qiáng)度。④幾乎所有的雜質(zhì)元素都能降低鋼的塑性和焊接性。

氫在鋼中能造成很多嚴(yán)重缺陷，如產(chǎn)生白點(diǎn)、點(diǎn)狀偏析、氫脆、表面鼓泡和焊縫熱影響區(qū)內(nèi)的裂縫等。為保證鋼的質(zhì)量，必須盡可能降低鋼中氫的含量（見應(yīng)力腐蝕斷裂和氫脆）。脫氧帶入的殘余元素如鋁，可減小低碳鋼的時效傾向，還可以細(xì)化晶粒，提高鋼在低溫下的韌性，但余量不宜過多。由爐料中帶入的殘余元素如鎳、鉻、鉬、銅等，含量高時可提高鋼的淬透性，但對要求具有高塑性的專用鋼，如深沖用鋼板，則是不利的。

加工性能

碳素鋼大都采用氧氣轉(zhuǎn)爐和平爐冶煉，優(yōu)質(zhì)碳素鋼也采用電弧爐生產(chǎn)。根據(jù)煉鋼過程脫氧程度的不同，碳素鋼可分為鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼和介于兩者之間的半鎮(zhèn)靜鋼。冶煉方法對鋼的性能影響，主要是通過鋼的純凈度而起作用的。人們通過真空處理、爐外精煉和噴吹技術(shù)等，都可獲得更高純凈度的鋼，從而顯著改善了碳素鋼的品質(zhì)。

碳素鋼的塑性加工工藝通常分熱加工和冷加工。經(jīng)過熱加工，鋼錠中的小氣泡、疏松等缺陷被焊合起來，使鋼的組織致密。同時，熱加工可破壞鑄態(tài)組織、細(xì)化晶粒。使鍛軋的鋼材比鑄態(tài)具有更好的力學(xué)性能。經(jīng)冷加工的鋼，隨著冷塑性變形程度增大，強(qiáng)度和硬度增加，塑性和韌性降低。為提高成材率，廣泛應(yīng)用連續(xù)鑄鋼工藝。

用途應(yīng)用

制造工藝

碳素鋼的冶煉通常在轉(zhuǎn)爐、平爐中進(jìn)行。轉(zhuǎn)爐一般冶煉普通碳素鋼，而 平爐可以冶煉各種優(yōu)質(zhì)鋼。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)發(fā)展很快，有趨勢可代替平爐煉鋼。將煉好的鋼液注入鋼錠模，就得到各種鋼錠。鋼錠經(jīng)過鍛壓或軋制后便加工成鋼板、鋼帶、鋼條和各種斷面形狀的型鋼。碳鋼一般在熱軋狀態(tài)下直接使用。當(dāng)用于制造工具和各種機(jī)器零件時，則需要根據(jù)使用要求進(jìn)行熱處理；至于鑄鋼件，絕大多數(shù)都要進(jìn)行熱處理。