(完整word版)铁碳合金相图

1、铁碳合金相图非合金钢（GBZ T 13304-91 ）,将钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类和铸铁是应用极其广泛的重要金属材料，都是以铁为基主要由铁和碳组成的铁碳合金。了解铁碳合金成分与组织、性能的关系，有助于我们更好地研究和使用钢铁材料。本章将着重讨论铁碳相图及其应用方面的一些问题。铁与碳可以形成一系列化合物：Fe3C、Fe2C、FeC等。Fe3C的含碳量为6.69 %，铁碳合金含碳量超过6.69 %，脆性很大，没有实用价值，所以本章讨论的铁碳相图，实际是Fe- FesC相图。相图的两个组元是 Fe和FesC。3.1 Fe - FesC系合金的组元与基本相3.1.1 组元纯铁Fe是过渡族

2、元 素，1个大气压下的熔 点为1538 C, 20 C时的密度为7.87103kg/m2。纯铁在不同的温度区间有不同的晶体结构（同素异构转变），即：1594 aC 斗、:- - Fe （体心） 、 f ；： - Fe （面心）-Fe （体心）工业纯铁的力学性能大致如下：抗拉强度碍=180230 MPa，屈服强度a0.2 = 100170 MPa，伸长率、.=3050%，硬度为5080HBS。可见，纯铁强度低，硬度低，塑性好，很少做结构材料，由于有高的磁导率，主要作为 电工材料用于各种铁芯。Fe3C Fe3C是铁和碳形成的间隙化合物，晶体结构十分复杂，通常称渗碳体，可用符号Cm表示。FesC具有

3、很高的硬度但很脆，硬度约为9501050 HV，抗拉强度Cb =30 MPa，伸长率：=0。3.1.2 基本相Fe- Fe3C相图中除了高温时存在的液相L，和化合物相FesC外，还有碳溶于铁形成的几种间隙固溶体相： 高温铁素体碳溶于、一 Fe的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号 .表示。 铁素体 碳溶于:-Fe的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号 :或F表示。F中碳 的固溶度极小，室温时约为 0.0008 % ,600 C时约为0.0057 % ,在727C时溶碳量最大，约为 0.0218 %,但也不大，在后续的计算中，如果无特殊要求可忽略不计。力学性能与工业纯铁相当。 奥氏体 碳溶于 -Fe的间

4、隙固溶体，面心立方晶格，用符号 或A表示。奥氏体 中碳的固溶度较大，在1148C时最大达2.11 %。奥氏体强度较低，硬度不高，易于塑性变形。3.2Fe- Fe3C 相图3.2.1 Fe- FesC相图中各点的温度、含碳量及含义50Fe- FesC相图及相图中各点的温度、含碳量等见图 3.1及表3.1所示。 图3.1及表3.1中代表符号属通用，一般不随意改变。1500500400300200L000Fc6 反讯C, % (重量)宀图 3.1 Fe- Fe3C相图表3.1相图中各点的温度、含碳量及含义符号温度C）含碳量% （质量）含义A1538:0纯铁的熔点B14950.53包晶转变时液态合金的

5、成分C11484.30共晶点D12276.69Fe3C的熔点E11482.11碳在丫 -Fe中的取大溶解度F11486.69Fe3C的成分G9120a -Fe t y -Fe同素异构转变点H14950.09碳在S -Fe中的取大溶解度J14950.17包晶点K7276.69Fe3C的成分N13940丫 -Fe t s -Fe同素异构转变点P7270.0218碳在a -Fe中的取大溶解度S7270.77共析点Q6000.0057600C （或室温）时碳在a -Fe中的最大溶（室温）(0.0008)解度322 Fe- FesC相图中重要的点和线3.2.2.1 三个重要的特性点J点为包晶点 合金在平

6、衡结晶过程中冷却到1495C时。B点成分的L与H点成分的：发生包晶反应，生成J点成分的A。包晶反应在恒温下进行， 反应过程中L、：、A三 相共存，反应式为： Lb +& 二博 J Aj或 L053 +&09恥'A0.17。C点为共晶点 合金在平衡结晶过程中冷却到 1148C时。C点成分的L发生共晶反 应，生成E点成分的A和Fe3C。共晶反应在恒温下进行，反应过程中 L、A、Fe3C三相共 存，反应式为：LC 严丫，AE+Fe3C或L4.3丄"日 丫，A2+ Fe3C。共晶反应的产物是 A与Fe3C的共晶混合物，称 莱氏体，用符号Le表示，所以共晶反应 式也可表

7、达为：L4.3上"日花* Le4.3。莱氏体组织中的渗碳体称为共晶渗碳体。在显微镜下莱氏体的形态是块状或粒状a（727 C时转变为珠光体）分布在渗碳体基体上。S点为共析点合金在平衡结晶过程中冷却到727C时S点成分的A发生共析反应，生成P点成分的F和Fe3C。共析反应在恒温下进行，反应过程中A、F、Fe3C三相共存，反应式为：As亠Fp+FesC 或 代,7亠J Foo218 +FesC共析反应的产物是铁素体与渗碳体的共析混合物，称珠光体，用符号P表示，因而共析反应可简单表示为：Ao,7 L' P0.77P中的渗碳体称为共析渗碳体。在显微镜下P的形态呈层片状。在放大倍数很高时

8、，可 清楚看到相间分布的渗碳体片（窄条）与铁素体片（宽条）。P的强度较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间，其机械性能如下：抗拉强度（；二）770 MPa延伸率（）2035%冲击韧性（ak） 30 40 J / cm2硬度（HB ） 180 kgf/mm23.2.2.2 相图中的特性线相图中的ABCD为液相线； AHJECF为固相线。 水平线HJB为包晶反应线。碳含量 0.090.53 %的铁碳含金在平衡结晶过程中均发 生包晶反应。 水平线ECF为共晶反应线。碳含量在2.116.69 %之间的铁碳合金， 在平衡结晶过 程中均发生共晶反应。 水平线PSK为共析反应线。碳含量 0.02186

9、.69 %之间的铁碳合金，在平衡结晶过 程中均发生共析反应。PSK线在热处理中亦称 A线。 线是合金冷却时自 A中开始析出F的临界温度线，通常称 A3线。ES线是碳在A中的固溶线，通常称 Am线。由于在1148C时A中溶碳量最大可达 2.11 %，而在727C时仅为0.77 %,因此碳含量大于0.77 %的铁碳合金自1148C冷至727C 的过程中，将从 A中析出Fe3C。析出的渗碳体称为 二次渗碳体（Fe3CQ。代m线亦是从A 中开始析出Fe3CH的临界温度线。PQ线是碳在F中的固溶线。在 727C时F中溶碳量最大可达 0.0218 %，室温时仅 为0.0008 %，因此碳含量大于 0.00

10、08 %的铁碳合金自727C冷至室温的过程中，将从 F中 析出Fe3C。析出的渗碳体称为 三次渗碳体（Fe3G“）。PQ线亦为从F中开始析出Fe3Cm的 临界温度线。Fe3Cm数量极少，往往可以忽略。下面分析铁碳合金平衡结晶过程时，均忽略这一析出 过程。3.3 典型铁碳合金的平衡结晶过程根据Fe- Fe3C相图，铁碳含金可分为三类：工业纯铁0.0218%'亚共析钢 p0218%Q；0.77% ） 钢（0.0218%C 兰2.11% ¥共析钢（C=0.77% X过共析钢（0.77 «C兰2.11 ）亚共晶白口铸铁（2.11%O；4.3%） 白口铸铁（2.11%

11、9;；6.69% ¥共晶白口铸铁（C = 4.3%）'过共晶白口铸铁（4.3%Q；6.69% ）下面分别对以上七种典型铁碳含金的结晶过程进行分析。3.3.1 工业纯铁以含碳0.01 %的铁碳合金为例，其冷却曲线（如图 3.2 ）和平衡结晶过程如下。合金在1点以上为液相L。冷却至稍低于1点时，开始从L中结晶出、：，至2点合金全 部结晶为o从3点起，.逐渐转变为A，至4点全部转变完了。 4-5点间A冷却不变。自5点始，从A中析出F o F在A晶界处生核并长大，至6点时A全部转变为F。在6-7点间F冷却不变。在7-8点间，从F晶界析出Fe35 °因此合金的室温平衡组织为F

12、 + Fe3Cm oF呈白色块状；FeQ“量极少，呈小白片状分布于 F晶界处。若忽略Fe3G“，则组织全为F °图3.2工业纯铁结晶过程示意图3.3.2 共析钢其冷却曲线和平衡结晶过程如图3.3所示。合金冷却时，于1点起从L中结晶出A，至2点全部结晶完了。 在2-3点间A冷却不变。至 3点时，A发生共析反应生成 P。从3'继续冷却至4点，P皆不发生转变。因此共析钢的 室温平衡组织全部为 P, P呈层片状。共析钢的室温组织组成物也全部是P，而组成相为F和Fe3C，它们的相对质量为：6.69 _0.77100%=88%；Fe3C% 亠F%2%A0.4ZCLL+fl图3.4亚共析钢

13、结晶过程示意图感上L_-_、A4C -时何2P4 _P 3-4LQ.77ZCF+Fe£吋慚一3.3共析钢结晶过程示意图3.3.3 亚共析钢以含碳0.4 %的铁碳含金为例，其冷却曲线和平衡结晶过程如图3.4所示。合金冷却时，从1点起自L中结晶出、；，至2点时，L成分变为0.53 % C，:变为0.09 %C,发生包晶反应生成 A。,？，反应结束后尚有多余的L。2'点以下，自L中不断结晶出 A ,至3点合金全部转变为 A。在3-4点间A冷却不变。从4点起，冷却时由A中析出F , F在 A晶界处优先生核并长大，而A和F的成分分别沿 GS和GP线变化。至5点时，A的成分变为0.77

14、% C , F的成分变为0.0218 % C。此时A发生共析反应，转变为 P , F不变化。 从5'继续冷却至6点，合金组织不发生变化，因此室温平衡组织为 F+P。 F呈白色块状；P呈层片状，放大倍数不高时呈黑色块状。碳含量大于0.6 %的亚共析钢，室温平衡组织中的F常呈白色网状，包围在 P周围。含0.4 % C的亚共析钢的组织组成物（ F和P ）的相对质量为：0.4 -0.02 P%100% =51% ; F% =1-51% =49%0.77 -0.02'组成相（F和Fe3C ）的相对质量为：6.69 -0.4 F%100% =94%；Fe3C% =1 -94% =6%6.6

15、93由于室温下F的含碳量极微，若将F中的含碳量忽略不计，则钢中的含碳量全部在 P中, 所以亚共析钢的含碳量可由其室温平衡组织来估算。即根据P的含量可求出钢的含碳量为：C% =P% 0.77%。由于P和F的密度相近，钢中 P和F的含量(质量百分数)可以近似 用对应的面积百分数来估算。1图3.5过共析钢结晶过程示意图3.3.4 过共析钢以碳含量为1.2 %的铁碳合金为例，其冷却曲线和平衡结晶过程如图3.5所示。合金冷却时，从1点起自L中结晶出A，至2点全部结晶完了。在2-3点间A冷却不变, 从3点起，由A中析出Fe3C“，Fes®呈网状分布在 A晶界上。至4点时A的碳含量降为 0.77

16、%, 4-4 '发生共析反应转变为P，而Fe3C不变化。在4' -5点间冷却时组织不发生转变。因此室温平衡组织为Fe3C + P。在显微镜下，Fe3C“呈网状分布在层片状 P周围。含1.2 % C的过共析钢的组成相为 F和Fe3C ;组织组成物为Fe3CH和P ,它们的相对质1 2 _0 77量为：Fe3CH %100% =7%; p% =1 _7% =93%36.69 -0.773.3.5 共晶白口铸铁共晶白口铸铁的冷却曲线和平衡结晶过程如图3.6所示。图3.6共晶白口铸铁结晶过程示意图合金在1点发生共晶反应，由L转变为(高温)莱氏体 Le ( A + Fe3C )。在T -

17、2点间, Le中的A不断析出Fe3C“。Fe3CH与共晶Fe3C无界线相连，在显微镜下无法分辨，但此时 的莱氏体由A+Fe3C“+Fe3C组成。由于Fe3C“的析出，至2点时A的碳含量降为0.77 %, 并发生共析反应转变为P ;高温莱氏体Le转变成低温莱氏体 Le '( P + Fe3CH + Fe3C )。从2'至3点组织不变化。所以室温平衡组织仍为Le '，由黑色条状或粒状 P和白色Fe3C基体组成（见图3.12 ）。共晶白口铸铁的组织组成物全为 杠杆定律求出。3.3.6 亚共晶白口铸铁以碳含量为3%的铁碳合金为例，Le '，而组成相还是F和Fe3C，它们

18、的相对重量可用3XCL24L叭A+FtexCA+Fe5Ci*Le ?-3 ；3.7所示。A P其冷却曲线和平衡结晶讨程如图L yAP3龟C. + Le1 时间一fL%5图3.7亚共晶白口铸铁结晶过程示意图合金自1点起，从L中结晶出初生 A，至2点时L的成分变为含4.3 % C （ A的成分变 为含2.11 %）,发生共晶反应转变为 Le，而A不参与反应。在 2' -3点间继续冷却时，初 生A不断在其外围或晶界上析出Fe3C“，同时Le中的A也析出Fe3CH。至3点温度时，所有A的成分均变为0.77 %，初生A发生共析反应转变为 P ;高温莱氏体Le也转变为低温莱 氏体Le '。

19、在3'以下到4点，冷却不引起转变。因此室温平衡组织为P + Fe3C“ + Le '。网状Fe3CH分布在粗大块状 P的周围，Le '则由条状或粒状 P和Fe3C基体组成。亚共晶白口铸铁的组成相为F和Fe3C。组织组成物为 P、Fe3CH、和Le '。它们的相对质量可以两次利用杠杆定律求出。先求合金钢冷却到 2点温度时初生 宀仆和L4.3的相对质量：A2.11 %4.3 -34.3 -2.11X100% =59%； L4.3% =159%=41%L4.3通过共晶反应全部转变为Le ,并随后转变为低温莱氏体Le '，所以Le ' % = Le %=

20、L4.3 % = 41 %。FesGi %2.11 0.776.69 -0.77再求3点温度时（共析转变前）由初生A2.11析出的Fe3C“及共析成分的A0.77的相对质量:<59% =13%； A0 77 %=6.69 _2.11 疋59%=46%。0 76.69 -0.77由于代.77发生共析反应转变为 P，所以P的相对质量就是46%。3.3.7 过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁的结晶过程与亚共晶白口铸铁大同小异，唯一的区别是：其先析出相是 一次渗碳体（Fe3CI）而不是A ,而且因为没有先析出 A ,进而其室温组织中除 Le '中的P 以外再没有P，即室温下组织为 Le 

21、9; + FeQ，组成相也同样为 F和Fe3C，它们的质量分 数的计算仍然用杠杆定律，方法同上。3.4 含碳量与铁碳合金平衡组织、机械性能的关系3.4.1 按组织划分的Fe-FesC相图由Fe- Fe3C相图，可知铁碳合金室温平衡组织都由F和Fe3C两相组成，随含碳量增高,F含量下降，由100%按直线关系变至 0 （含6.69 % C时）；FesC含量相应增加，由0按直线关系变至100 % （含6.69 % C时）。改变含碳量，不仅引起组成相的质量分数变化，而且 产生不同结晶过程， 从而导致组成相的形态、 分布变化，也即改变了铁碳合金的组织。由图3.8，可见随着含碳量增加，室温组织 变化如下：

22、F （+ Fe35 ） t F + P t P t P + FesGi t P + FesGi + Le ' tLe 't Le ' + Fe3CI °组成相的相对含量及组织形态的 变化，会对铁碳合金性能产生很大影 响。3.4.2碳钢的机械性能与碳含量的关系对图3.8进行分析，得知铁碳合金 的含碳量：小于0.0218 %时组织全部 为F ;等于0.77 %时全部为P ;等于 4.3 %时全部为Le '等于 6.69 %时 全部为Fe3C ;在它们之间的组织则为 相应组织的混合物。利用杠杆定律对 其质量分数计算可得如图3.9所示的含碳量与组织（F、P、F

23、e3CH、Le '、14951200IIOO7 + 0y + f*jCt0.770.021P P+FcjC140013941300IODO900一 a+ FeGSOU s 70015002.M430了+氏心也L727600400200100Fe3CI）的数量关系。C,%t硬度（HB ）主要决定于组织中组图3.8标注组织分区的Fe-Fe3C合金相图*图3.9含碳量与组织的关系成相或组织组成物的硬度和相对数量，而受它们的形态的影响 相对较小。随碳含量的增加，由于硬度高的Fe3C增多，硬度低的F减少，所以合金的硬度呈直线关系增大，由全部为F的硬度约80 HB增大到全部为Fe3C时的约800

24、HB。强度是一个对组织形态很敏感的性能。随碳含量的增加，亚共析钢中P增多而F减少。P的强度比较高，其大小与细密程 度有关。组织越细密，则强度值越高。F的强度较低。所以亚共析钢的强度随碳含量的增大而增大；但当碳含量超过共析成 分之后，由于强度很低的 Fe3C“沿晶界析出，合金强度的增高 变慢到约0.9 %时，Fe3C“沿晶界形成完整的网，强度迅速降 低；随着碳含量的增加，强度不断下降，到2.11 %后，合金中出现Le '时，强度已降到很低的值。再增加碳含量时，由于合 金基体都为脆性很高的 Fe3C，强度变化不大且值很低，趋近于 Fe3C的强度（约 2030 MPa ）。铁碳含金中Fe3C

25、是极脆的相，没有塑性， 不能为合金的塑性作出贡献，合金的塑性全部 由F提供，所以随碳含量的增大，F量不断减少时，合金的塑性连续下降。到合金成为白口 铸铁时，塑性就降到近于零值了。见图3.10。对于应用最广的结构材料亚共析钢，其硬度、强度和塑性可根据成分或组织作如下估算：图3.10性能随含碳量的变化硬度（HB ） 80 F% 180 P% 或（HB ） 80 F% 800 Fe 3 C% ；强度（；二） 230 F% 770 P%（MPa）;延伸率（50 F % 20 P%。式中的数字相应为 F、P 或Fe3C的近似硬度、强度和延伸率；符号相应表示组织中F、P或Fe3C的含量。3.5 Fe- F

26、e3C相图的应用和局限性3.5.1 Fe- FesC相图的应用Fe- Fe3C相图在生产中具有重大的实际意义，主要应用在钢铁材料的选用和加工工艺 的制订两个方面。3.5.1.1 在钢铁材料选用方面的应用Fe- Fe3C相图所表明的某些成分-组织-性能的规律，为钢铁材料选用提供了根据； 建筑结构和各种型钢需用塑性、韧性好的材料，因此选用碳含量较低的钢材；各种机械零件需要强度、塑性及韧性都较好的材料，应选用碳含量适中的中碳钢；各种工具要用硬度高和耐磨性好的材料，则选用含碳量高的钢种；纯铁的强度低，不宜用做结构材料，但 由于其导磁率高，矫顽力低，可作软磁材料使用，例如做电磁铁的铁芯等；白口铸铁硬度高

27、、脆性大，不能切削加工，也不能锻造，但其耐磨性好，铸造性能优良，适用于作要求耐 磨、不受冲击、形状复杂的铸件，例如拔丝模、冷轧辊、货车轮、犁铧、球磨机的磨球等。3.5.1.2 在铸造工艺方面的应用根据Fe- Fe3C相图可以确定合金的浇注温度。浇注温度一般在液相线以上50100 C。从相图上可看出，纯铁和共晶白口铸铁的铸造性能最好。它们的凝固温度区间最小，因而流动性好，分散缩孔少，可以获得致密的铸件，所以铸铁在生产上总是选在共晶成分附近。在铸钢生产中，碳含量规定在 0.150.6 %之间，因为这个范围内钢的结晶温度区间较小，铸 造性能较好。3.5.1.3 在热锻、热轧工艺方面的应用钢处于马氏体

28、状态时强度较低，塑性较好，因此锻造或轧制选在单相奥氏体区内进行。一般始锻、始轧温度控制在固相线以下100200C范围内。温度高时，钢的变形抗力小，节约能源，设备要求的吨位低，但温度不能过高，防止钢材严重烧损或发生晶界熔化（过烧）。终锻、终轧温度不能过低，以免钢材因塑性差而发生锻裂或轧裂。亚共析钢热加工终止 温度多控制在GS线以上一点，避免变形时出现大量铁素体，形成带状组织而使韧性降低。 过共析钢变形终止温度应控制在PSK线以上一点，以便把呈网状析出的二次渗碳体打碎。终止温度不能太高，否则再结晶后奥氏体晶粒粗大，使热加工后的组织也粗大。一般始锻温度为11501250 C,终锻温度为 750850

29、 C。3.5.1.4 在热处理工艺方面的应用Fe- Fe3C相图对于制订热处理工艺有着特别重要的意义。一些热处理工艺如退火、正 火、淬火的加热温度都是依据Fe- Fe3C相图确定的。这将在下一章中详细阐述。3.5.2 Fe- Fe3C相图的局限性Fe- Fe3C相图的应用很广，为了正确掌握它的应用，必须了解其下列局限性。Fe- Fe3C相图反映的是平衡相，而不是组织。相图能给出平衡条件下的相、相的成 分和各相的相对质量，但不能给出相的形状、大小和空间相互配置的关系。Fe- Fe3C相图只反映铁碳二元合金中相的平衡状态。实际生产中应用的钢和铸铁，除了铁和碳以外，往往含有或有意加入其它元素。被加入

30、元素的含量较高时，相图将发生重大变化。严格说，在这样的条件下铁碳相图已不适用。Fe FesC相图反映的是平衡条件下铁碳合金中相的状态。相的平衡只有在非常缓慢的冷却和加热，或者在给定温度长期保温的情况下才能达到。 就是说，相图没有反映时间的作用。所以钢铁在实际的生产和加工过程中，当冷却和加热速度较快时，常常不能用相图来分析问题。3.6 碳钢及其常存杂质碳钢被广泛使用在工农业生产中。它们不仅价格低廉、容易加工，而且在一般情况下能 满足使用性能的要求。为了掌握碳钢的正确选择和合理使用、必须熟悉它的牌号和用途。3.6.1 碳钢中杂质元素由于原料和冶炼工艺的原因，碳钢中除铁与碳两种元素外，还含有少量Mn

31、、Si、S、P以及微量的气体元素 0、H、N等非特意加入的杂质元素。Si和Mn是炼钢时作为脱氧剂（锰铁、硅铁）加入而残留在钢中的，其余的元素则是从原料或大气中带入钢中而冶炼时 不能清除尽的有害杂质。它们对钢的性能有一定影响。3.6.1.1 锰和硅的影响Si、Mn加入钢中，可将钢液中的FeO还原成Fe ,并形成SiO?和MnO。 Mn还与钢液中的S形成MnS而大大减轻S的有害作用。这些反应产物大部分进入炉渣，小部分残留钢 中成为非金属夹杂。钢中含 Mn量约为0.250.80 %。钢中含Si量约为0.030.40 %。脱氧剂中的Si与Mn总会有一部分溶于钢液，凝固后溶于铁素体，产生固溶强化作用。在

32、含量不高（v 1% ）时，可以提高钢的强度，而不降低钢的塑性和韧性，一般认为Si、Mn是钢中有益元素。3.6.1.2 其它杂质的影响S的影响S在固态铁中几乎不溶解，它与铁形成熔点为1190 C的FeS, FeS又与-Fe形成熔点更低的（985 C）共晶体。即使钢中含 S量不高，由于严重偏析，凝固快完 成时，钢中的S几乎全部残留在枝晶间的钢液中，最后形成低熔点的（Fe+ FeS）共晶。含有硫化物共晶的钢材进行热压力加工（加热温度一般在11501250 C之间），分布在晶界处的共晶体处于熔融状态，一经轧制或锻打，钢材就会沿晶界开裂。这种现象称为钢的热脆。如果钢水脱氧不良，含有较多的FeO，还会形成

33、（Fe+FeO + FeS）三相共晶体，熔点更低（940C）,危害性更大。对于铸钢件，含硫过高，易使铸件发生热裂；S也使焊件的焊缝处易发生热裂。P的影响 P在铁中固溶度较大， 钢中的P一般都固溶于铁中。P溶人铁素体后，有较之其他元素更强的固溶强化能力，尤其是较高的含 P量，使钢显著提高强度、硬度的同时，剧烈地降低钢的塑、韧性，并且还提高了钢的脆性转化温度，使得低温工作的零件冲击韧性很低，脆性很大，这种现象通常称为钢的冷脆。S、P在钢中是有害元素，在普通质量非合金钢中，其含量被限制在0.045 %以下。女口果要求更好的质量，则含量限制更严格。在一定条件下S、 P也被用于提高钢的切削加工性能。炮弹

34、钢中加入较多的P，可使炮弹爆炸时产生更多弹片， 使之有更大的杀伤力。P与Cu共存可以提高钢的抗大气腐蚀能力。O、H、N的影响 O在钢中溶解度很小，几乎全部以氧化物夹杂形式存在，如FeO、AJO3、Si。？、MnO等，这些非金属夹杂使钢的力学性能降低，尤其是对钢的塑性、韧性、 疲劳强度等危害很大。H在钢中含量尽管很少，但溶解于固态钢中时，剧烈地降低钢的塑、韧性，增大钢的脆 性，这种现象称为氢脆。少量N存在于钢中，会起强化作用。N的有害作用表现为造成低碳钢的时效现象，即含N的低碳钢自高温快速冷却或冷加工变形后，随时间的延长，钢的强度、硬度上升，塑、 韧性下降，脆性增大，同时脆性转变温度也提高了，造

35、成了许多焊接工程结构和容器突然断裂事故。362 非合金钢（碳钢）的分类根据GB/T 13304-91第一部分：钢按化学成分分为非合金钢、低合金钢和合金钢。其中 非合金钢即为原国标中的碳钢。下面将原碳钢分类方法及新国标非合金钢的分类分列如下：3.6.2.1 碳钢分类方法碳钢主要有下列几种分类方法：低碳钢C兰0.25%按钢的碳含量分 冲碳钢0.25% cCEO.6%高碳钢_ C>0.6%普通碳素钢 S兰0.055%;P0.045% 按钢的质量分丿优质碳素钢SW0.040%; PE0.040% 高级优质碳素钢 S兰0.030%; P乞0.035%碳素结构钢-用于制造各种工程构件（如桥梁、船舶、

36、按用途分丿建筑构件等）和机器零 件（如齿轮、轴、连杆 等）碳素工具钢-用于制造各种工具（如 刃具、量具、模具等）平炉钢（用平炉冶炼）'碱性转炉钢-冶炼时造碱性渣按钢的冶炼方法分彳转炉钢（用转炉冶炼）丿酸性转炉钢-冶炼时造酸性渣 丨i顶吹转炉钢-冶炼时吹氧电炉钢'3.6.2.2 非合金钢的分类方法非合金钢主要按主要质量等级和主要性能或使用特性分类。按主要质量等级分为： 普通质量非合金钢普通质量非合金钢是指不规定生产过程中需要特别控制质量要求的并应同时满足四种条件的所有钢种（条件见GB/T 13304-91 ）。普通质量非合金钢主要包括：一般用途碳素结构钢（如 GB 700规定的A

37、、B级钢）、 碳素钢筋钢（如 GB 13031规定的Q235钢）、铁道用一般碳素钢（如 GB 11264、GB 11265、 GB 2826规定的轻轨和垫板用碳素钢）及一般钢板桩型钢。 优质非合金钢优质非合金钢是指除普通质量非合金钢和特殊质量非合金钢以外的非合金钢，在生产过程中需要特别控制质量（例如控制晶粒度，降低硫、磷含量，改善表面 质量或增加工艺控制等），以达到比普通质量非合金钢特殊的质量要求（例如良好的抗脆断 性能，良好的冷成型性等），但这种钢的生产控制不如特殊质量非合金钢严格（如不控制淬 透性）。优质非合金钢（见 GB/T 13304-91 ）主要包括：机械结构用优质碳素钢、工程结构用

38、碳 素钢、冲压薄板的低碳结构钢、镀层板、带用的碳素钢、锅炉和压力容器用碳素钢、造船用 碳素钢、铁道用优质碳素钢、焊条用碳素钢、非合金易切削结构钢、电工用非合金钢板、带 及优质铸造碳素钢等。 特殊质量非合金钢特殊质量非合金钢是指在生产过程中需要特别严格控制质量和性能（例如，控制淬透性和纯洁度）的非合金钢，另外应符合GB/T 13304-91规定的条件的非合金钢（包括易切削钢和工具钢）。特殊质量非合金钢主要包括：保证淬透性非合金钢、保证厚度方向性能非合金钢、铁道 用特殊非合金钢、航空、兵器等专用非合金结构钢、核能用非合金钢、特殊焊条用非合金钢、碳素弹簧钢、特殊盘条钢及钢丝、特殊易切削钢、碳素工具钢

39、和中空钢、电磁纯铁、原料纯按主要性能及使用特性分类非合金钢按其基本性能及使用特性等主要特性分类如下： 以规定最高强度（或硬度）为主要特性的非合金钢，例如冷成型用薄钢板。以规定最低强度为主要特性的非合金钢， 例如造船、压力容器、管道等用的结构钢。 以限制碳 含量为主要特性的非合金钢（但下述、项包括的钢除外），例如线材、调质用钢等。 非合金易切削钢。非合金工具钢。具有专门规定磁性或电性能的非合金钢， 例如无硅磁 性薄板和带，电磁纯铁。 其他非合金钢，例如原料纯铁等。363碳钢的牌号及用途下面按用途及质量介绍碳钢的牌号及用途。3.6.3.1 普通碳素结构钢普通碳素结构钢简称 普碳钢。国家标准GB70

40、0将其分为甲类钢、乙类钢和特类钢三类。 其中以甲类钢为最常用。 甲类钢（或 A类钢）按机械性能供应。钢号为 A1、A2A7等七种。数字越大，则屈服强度（. s）和抗拉强度（：_-b）越大，延伸率（）越小。甲类钢的机械性能及 冷弯试验要求见 GB 700。甲类钢的用途： A1 , A2, A3钢塑性好，有一定的强度，通常轧制成钢板、钢筋、钢 管等，可用于桥梁、建筑物等构件，也可用作普通螺钉、螺帽、铆钉等。A4, A5强度较高，轧制成型钢、钢板作构件用。A6, A7强度更高，可用作工具、农机零件、轻轨等。甲类钢一般情况下在热轧状态使用，不再进行热处理。但对某些零件，也可进行正火、 调质、渗碳等处理

41、，以提高其使用性能。乙类钢（或B类钢）按化学成分供应。钢号为 B1 , B2B 7等七种，数字越大，碳含量越高，见 GB 700。乙类钢的用途与相同号数的甲类钢相同。由于其化学成分已知，可进行热加工，并可通 过适当的热处理提高其性能。 特类钢（或C类钢）按机械性能及化学成分供应。钢号为C2、C3, C4, C5等四种。特类钢使用较少，在性能要求较高的场合，通常选用优质碳素钢。普通碳素结构钢的编号中，常常标明钢种的冶炼方法。例如碱性转炉钢标“碱”或“ J”，酸性转炉钢标“酸”或“ S ”，顶吹转炉钢标“顶”或“D ”，平炉钢则不标。例如：甲4（ A4）表示平炉甲类 4号普碳钢；乙碱 3 （ BJ 3）表示碱性转炉乙类 3号普碳钢； 特酸3 （ CS3）表示酸性转炉特类 3号普碳钢。钢在冶炼时根据其脱氧程度不同，可分为沸腾钢和镇静钢。脱氧不完全的钢称沸腾钢，在钢号后标注“ F ”；脱氧较完全的钢称 镇静钢，钢号后不加标注。例如 A4F为沸腾钢。3.6.3.2 优质碳素结构钢优质