铁碳合金相图详解

1、第三章铁碳合金相图非合金钢（GB/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：Fe,C、Fe：C、FeC等。FqC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 是民一良。相图，相图的两个组元是与和FeC.3. 1 be-F&C系合金的组元与基本相3. I. I组元纯铁 民是过渡族元

2、素，1个大气压下的熔点为153820时的密度为 7.87xlO"g/3 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:d-Fe （体心）（而心）算然。-良（体心）工业纯铁的力学性能大致如下：抗拉强度氏=180230 M4,屈服强度2=100 170 MPa,伸长率6 = 3050%,硬度为5080 H3S 0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。民 与夕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。表示。民。具有很高的硬度但很脆，硬度约为9501050 HV,抗拉强度 （jh =30 M

3、Pa ,伸长率 6 = 0 °3.1.2基本相人-民工相图中除了高温时存在的液相L，和化合物相Fe3C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6-与的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号6表示，铁素体 碳溶于与的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号a或尸表示。尸中碳 的固溶度极小,室温时约为0.0008%, 600C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O5）奥氏体 碳溶于了-与的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号y或A表示。奥氏体 中碳的固溶度较大，在1148时最大

4、达2.11%.奥氏体强度较低，硬度不高，易于塑性变 形。3. 23c 相图3. 2.1民-民。相图中各点的温度、含碳量及含义民-民夕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。c. % （重量）-图3.1 FlFjC相图表3.1相图中各点的温度、含碳量及含义符号温度CC）含碳贵先（质址）含义A15380纯铁的塔点B11950. 53包品转变时液态合金的成分C111S1. 30共品点D12276. 69Fe£的熔点E111S2. 11碳在丫-Fe中的最大溶解度Fms6. 69Fe3c的成分G9120a -Fe- Y-F

5、e同点异构转变点H11950. 09碳在6-Fe中的最大溶解度J11950. 17包品点K7276. 69Fe£的成分N13940y-Fe-6-Fe同素异构转变点P7270.021S碳在a-Fe中的最大溶解度S7270. 77共析点Q6000.0057600c （或室温）时碳在a-Fe中的最大溶解度（室温）<0.OOOS)3. 2. 2与-民。相图中重要的点和线3. 2. 2.1三个重要的特性点/点为包品点 合金在平衡结晶过程中冷却到1495C时。8点成分的心与点成分 的6发生包晶反应，生成J点成分g勺A。包晶反应在恒温下当行，反应过程中L、旌 A 三相共存，反应式为：L +慈

6、益*工4 或 乙脑+不附者差三人”。（2）。点为共晶点 合金在平衡结晶过程中冷却到1148'。时.。点成分的L发生共晶反 应，生成E点成分的A和反了.共晶反应在恒温下进行，反应过程中L、A、FqC三相 共存，反应式为：4 y ' ' 4 + FjC或小""' 4u + FjC -共晶反应的产物是A与&Q的共晶混合物，称莱氏体，用符号Le表示，所以共晶反应 式也可表达为：Li3隼七f Leiy o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时转变为珠光体）分布在渗碳体基体上。（3）S点为共析点 合金在

7、平衡结晶过程中冷却到727时S点成分的A发生共析反应， 生成P点成分的尸和FjC。共析反应在恒温下进行，反应过程中A、F、民夕三相共 存，反应式为：-727 t - Fp + Fe.C 或EqC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。表示，因而共 析反应可简单表示为：A1,?, -727 t - PovP中的渗碳体称为共析渗碳体，在显微镜下。的形态呈层片状,在放大倍数很高时， 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（% ）770MPa 延伸率（J ）2035%冲击韧性

8、（勺）3040J/a2硬度（HB） 180kf/mm23. 2. 2. 2相图中的特性线相图中的ABC。为液相线；加反尸为固相线。水平线分为包晶反应线，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。水平线反厂为共晶反应线。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0.02186.69%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。GS 线是合金冷却时自A中开始析出厂的临界温度线，通常称4线。（5） £5线是碳在A中的固 溶线，通常称线。由于在1148C时A中溶碳量最

9、大可达2.11%,而在727时仅为 0.77%,因此碳含量大于0.77%的铁碳合金自1148冷至727C的过程中，将从A中析出 鼠3。°析出的渗碳体称为二次渗碳体（&C）° 线亦是从A中开始析出&C,的临 界温度线。（6）尸。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0.0008%的铁碳合金自727冷至室温的过程中，将 从F中析出与夕。析出的渗碳体称为三次渗碳体（FeG）,尸。线亦为从产中开始析出 民0,的临界温度线。FeCj数量极少，往往可以忽略。下而分析铁碳合金平衡结晶过程时，均忽略这

10、一析 出过程。工3典型铁碳合金的平衡结晶过程工业纠i铁（C4 0. 0218%）(1)根据Fe-FeC相图，铁碳含金可分为三类:'亚共析钢（0. 0218%（C<0. 77%）钢（0. 0218%<C < 2, 11%X 共析钢（C = 0. 77%）过:七脸0.77<C2. 11）'亚共晶白口铸铁（2.1KC（4.3%）白口铸铁（2.1提“6.69*共晶白口铸铁（C = 4. 3%）过共晶白口铸铁（4. 3%<C<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（

11、如图3.2）和平衡结晶过程如下。合金在1点以上为液相冷却至稍低于1点时，开始从L中结晶出6,至2点合金部结晶为6.从3点起，5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中析出尸在A晶界处生核并长大，至6点时A全部转变为在6-7点间F冷却不变。在7-8点间，从尸晶界析出因此合金的室温平衡组织为F +屋。,“，尸呈白色块状：林夕川量极少，呈小白片状分布于F晶界处。若忽略FeC”,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。

12、至3点时，A发生共析反应生成从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尸，尸呈层片状。共析钢的室温组织组成物也全部是P,而组成相为和民，它们的相对质量为：-%=6, 69-0"-1。% = 88% ;& C% = 1-尸 % = 12%6.693Q时间一图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6,至2点时，L成分变为0.53% C, 6变为 0.09%C,发生包晶反应生成4，反应结束后尚有多余的2,点以下，自L中不断结 晶出A,至3点合

13、金全部转变为在3-4点间A冷却不变。从4点起，冷却时由A中析 出厂，F在A晶界处优先生核并长大，而A和b的成分分别沿GS和GP线变化。至5点 42/13时，A的成分变为0.77%C,小的成分变为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 + Pa F呈白色块状；。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，室温平衡组织中的尸常呈白色网状，包闱在。周围。0.4ZCPAPF+Fe£643-4A -PF + P-P5'-6L+(5L+6-AL+A_6_时间一 图3.4亚共析钢结晶

14、过程示意图含0.4% C的亚共析钢的组织组成物（尸和。）的相对质量为：0.4-0. 02尸% =x 100% = 51%;尸 = 1 51% = 49%0. 77-0. 02组成相（/和Fe:C ）的相对质量为：6 69-0 4F% = - x 100% = 94%; Fe.C% = 1 - 94% = 6%6. 691-2zl+A 2-3AGPF+Fe3cP*Fe3Cfl4 * 55时间一图3.5过共析钢结晶过程示意图L1以上PL2ZCA3-4由于室温下F的含碳量极微，若将厂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

15、含碳 量为：C% = P%xO.77%,由于P和厂的密度相近，钢中P和厂的含量（质量百分数） 可以近似用对应的而积百分数来估算。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&(，呈网状分布在A晶界上0至4点时A的碳含量 降为0.77%, 4-4'发生共析反应转变为尸，而Fe。”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在显微镜下，肩(“呈网状分布在层片状产 周围。含L 2%。的过共析钢的组成相为

16、和FeC；组织组成物为和尸，它们的相对 1 2 _ 0 77质量为：Fe.Cu% = 一一 . x 100% = 7%;P% = 1 -7% = 93%6. 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共晶白口锌铁结晶过程示意图45/13合金在1点发生共晶反应，由L转变为(高温)莱氏体R (A + RC) 0在1, -2点 间，R中的A不断析出尸民口与共晶Fe无界线相连，在显微镜下无法分辨， 但此时的莱氏体由A+尸4。 +好0 组成。由于的析出，至2点时A的碳含量降为 0.77%,并发生共析反应转变为P；高温莱氏体口转变成低温莱氏体 L

17、ef (0+&>< +民<)。从2,至3点组织不变化.所以室温平衡组织仍为L/ ,由黑 色条状或粒状P和白色FeC基体组成(见图3. 12)。共晶白口铸铁的组织组成物全为Le',而组成相还是尸和EeC，它们的相对重量可 用杠杆定律求出。3. 3. 6亚共晶白口铸铁以碳含量为3%的铁碳合金为例，其冷却曲线和平衡结晶讨程如图3.7所示.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及，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

18、出反夕，同时R中的A也析出良。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；高温莱氏体口也转变为低 温莱氏体小'o在3,以下到4点，冷却不引起转变。因此室温平衡组织为 P + Fe£, + LeJ 网状F/C分布在粗大块状月的周围，Le f则由条状或粒状。和FqC 基体组成。亚共晶白口铸铁的组成相为F和组织组成物为P、Fe£,、和,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点温度时初生儿“和4的相对质量：4 3 3A,“% = ：x100% = 59%;L4X% = 1-59% = 41%4.3-2. 11L4 a通过共

19、晶反应全部转变为小，并随后转变为低温莱氏体及'，所以Le %二 Le% =凡 = 41%.再求3点温度时（共析转变前）由初生A3析出的良£“及共析成分的人”的相对质 量：FexCH% = 2 n" x59% = 13%;4” = 8 的-2. 11 乂59% = 46% .） 6.69-0.77/6. 69-0.77由于发生共析反应转变为P，所以。的相对质量就是46% o3. 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（F9 而不是A,而且因为没有先析出A ,进而其室温组织中除小'中 的。以外

20、再没有P，即室温下组织为+ FesC,组成相也同样为F和Fe，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-FqC相图由此-FeC相图，可知铁碳合金室温平衡组织都由厂和镇夕两相组成，随含碳量增 高，产含量下降，由100%按直线关系变至0 （含6.69%。时）：尸白。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：F（+ Fe&

21、#163;” ） -F + P-Pf P+Fe.C.- P+Fe3Clt + Ler - Le r _ Le，+ FeiCl。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 部为少：等于0.77%时全部为尸；等 于4.3%时全部为心'：等于6.69%时全部为F-C：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、Fg、Lef . Feg）的数量关系。C, % 硬度（HB）主要决定于组织中组图3

22、.8标注组织分区的Fe-FeC合金相图49/13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，由于硬度高的尸监。增多，硬度 低的?减少，所以合金的硬度呈直线关系增大，由全部为厂的 硬度约80 48增大到全部为良。时的约800 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。增多而F减少。户的强度比较高，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FqC沿晶界析出，合金强度的增 高变慢：到约0.9%时，与"沿晶界形成完整的

23、网，强度迅 速降低：随着碳含量的增加，强度不断下降，到2.n%后，合 金中出现时，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FeC，强度变化不大且值很低，趋近于的强度（约2030 MPa ） o图3. 9含碳量与组织的关系铁碳含金中反c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 全部由少提供，所以随碳含量的增大，厂量 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. IO-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 ）也 80xP% + 1

24、80xP%或（HB） 80x F% + 800x：强度（）七230 x F% + 770 x P%（MPa）；延伸率（6） 50xF% + 20xP% o式中的数字相应为尸、 P或反夕的近似硬度、强度和延伸率：符号相应表示组织中/、户或反3c的含量3. 5Fg。相图的应用和局限性3. 5.1 反-尸“3。相图的应用Fe-EeC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反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

25、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、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、冷轧辑、货车轮、犁锌、球磨 机的磨球等。3. 5.1.2在铸造工艺方面的应用根据民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50 lOOCo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

26、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，

27、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尸SK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11501250C,终锻温度为750850。3. 5.1.4在热处理工艺方面的应用用一尸4。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用-FeC相图确定的。这将在下一章中详细阐述。3. 5. 2 /e-Fe3c相图的局限性民-尸相图的应用很广，为了正确掌握它的应用，必须了解其下列局限性。及-EeC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

28、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。凡-E弓。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。&-玲。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

29、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Si、 S、P以及微量的气体元素。、N等非特意加入的杂质元素。Si和M是炼钢时作为 脱氧剂（钵铁、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钵和硅的影响Si、M加入钢中，可将钢液中的&O还原成Fe ,并形成SiQ和M还与钢 液中的S形成而大大减轻S的有害作用。这些反应产物大部分进入炉渣，

30、小部分残留 钢中成为非金属夹杂.钢中含M量约为0.250.80%。钢中含Si量约为0.030.40%.脱氧剂中的8与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。在含量不高（VI%）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、M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1190c的FeS，FeS又与 7-分形成熔点更低的（985）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

31、度一般在11501250C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&O,还会形成（Fe + FeO + FeS）三相共晶体， 熔点更低（940-0 ,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。产的影响 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，尤其是较高的含夕量，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

32、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。如 果要求更好的质量，则含量限制更严格。在一定条件下5、尸也被用于提高钢的切削加工性能。炮弹钢中加入较多的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C”共存可以提高钢的抗大气腐蚀 能力。（3）0、H、N的影响 。在钢中溶解度很小，几乎全部以氧化物夹杂形式存在，如 FeO、Alp. . SiO：、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、疲劳强鹿等危害很大。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

33、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，造成了许多焊接工程结构和容器 突然断裂事故。3.6.2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：彳氐碳钢一CW0. 25%按钢的碳含量分 中碳钢-0. 25% v C 4 0. 6% 高碳钢

34、-C>0. 6%普通碳素钢-S 4 0.055%;P M 0. 045%按钢的质量分 优质碳素钢- S S 0.040%;P0. 040%高级优质碳素钢- S 4 0. 030% ;P 4 0. 035% .f碳素结构钢-用于制造各种工程构件（如桥梁、船舶、按用途分建筑构件等）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）按钢的冶炼方法分，,碱性转炉钢-冶炼时造碱性渣 转炉钢（用转炉冶炼乂酸性转炉钢-冶炼时造陵性渣 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

35、。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、B级 钢）、碳素钢筋钢（如GB 13031规定的。235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 而质量或增加工艺控制等），以达

36、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 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

37、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、碳素工具钢和中空钢、电磁纯 铁、原料纯铁等。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。北合金易切削钢。北合金工具钢

38、。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。3.6.3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GB 700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。（D甲类钢（或A类钢） 按机械性能供应。钢号为Al、A2A7等七种°数字越 大，则屈服强度（？）和抗拉强度（见）越大，延伸率（6）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：Al, 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

39、、建筑物等构件，也可用作普通螺钉、螺帽、例钉等。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，以提高其使用性能。乙类钢（或8类钢） 按化学成分供应。钢号为31, B267等七种，数字越 大，碳含量越高，见GB 700o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。2、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“。，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 （R7 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，可分为沸腌钢和镇静钢。脱氧不完全的钢称沸腾 钢，在钢号后标注“尸”：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碳素结构钢的钢号用平均碳含量的万分数表示。例如钢号“20”，即