第六章 碳素钢

1、第六章 碳素钢,定义,工业用钢 按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。 碳素钢是指含碳量低于2.11%的铁碳合金。 合金钢是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。,第一节 常存杂质元素对钢性能的影响,杂质元素是指熔炼时被炉料带入而非特意加入的元素 这些杂质元素有些是有益的，能使钢的性能得到改善； 有些则是有害的，能降低钢在某些方面的性能。 钢中常存的五种杂质元素是指碳、硅、锰、硫、磷。,一、硅的影响 硅是在炼钢时作为脱氧剂带入钢中的。 硅能溶入铁素体晶格中，使铁素体产生固溶强化，提高钢的强度、硬度，但使钢的塑性和韧性有所降低，故硅是一种有益元素。,二、锰的影响

2、锰也是作为脱氧剂带入钢中的。 锰对钢的作用有两点， 一是锰能够溶入铁素体中而使钢产生固溶强化； 二是锰能与硫化合生成硫化锰，从而减低硫的含量，改善钢的质量。所以，锰也是一种有益元素。,三、硫的影响 硫是在熔炼时由矿石和燃料（焦炭）带入钢中的。 硫在钢中主要与铁形成硫化亚铁（FeS），FeS与Fe形成低熔点(985)的共晶体，分布在奥氏体的晶界上。 当钢加热到1200以上进行锻压加工时，奥氏体晶界上低熔点共晶体早已熔化、晶粒间的结合受到破坏，使钢在压力加工时沿晶界开裂，这种现象称为“热脆”，故硫是一种有害元素。,四、 磷的影响 磷是由矿石带入钢中的。 磷能溶入铁素体中而使钢的强度、硬度升高，但塑

3、性、韧性显著下降，这种脆化现象在低温时更为严重，故称为冷脆。 冷脆对高寒地带和其他低温条件下工作的构件具有严重的危害性，故磷也是一种有害元素。 综上所述，硫能使钢产生“热脆”，磷能使钢产生“冷脆”，故硫、磷都是有害元素。,第二节 碳素钢的分类及编号方法,一、钢的分类 （一）我国的习惯分类方法 1、按化学成分分 （1） 低碳钢：碳的质量分数wc0.25。 （2） 中碳钢：碳的质量分数wc0.250.60。 （3） 高碳钢：碳的质量分数wc0.60。,2、按质量分 钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。 分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。 根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：,3

4、、按用途分 （1）结构钢： 用于制造各种钢结构或机器零件的钢。 （2）工具钢： 用于制造各种切削刀具、量具和模具的钢。,热轧钢板,二、碳素钢的编号 我国钢材的牌号是采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法。 采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母。,1、碳素结构钢 Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号 Q表示“屈服强度”； 屈服强度值单位是MPa； 质量等级符号为A、B、C、D、E。 由A到E，其P、S含量依次下降，质量提高。 脱氧方法符号： 沸腾钢F； 镇静钢Z； 半镇静钢b； 特殊镇静钢TZ。

5、如碳素结构钢牌号表示为 Q235AF、Q235BZ。,2、优质碳素结构钢 优质碳素结构钢：牌号为两位数字 这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几， 如45其平均含碳量为万分之四十五（即0.45%C）,优质碳素结构钢含Mn量为0.71.2%时，在含碳量数字后加元素符号“Mn”，如40Mn。 对于优质碳素结构钢的沸腾钢和半镇静钢，在钢号后分别加字母F和b，如08F、10b。 高级优质钢在钢号后加字母A，如20A、T8A。,、碳素工具钢： 牌号为T+数字 “T”表示“碳素工具钢” 数字表示钢平均含碳量的千分之几 如T8其平均含碳量为千分之八（0.8%C） 碳素工具钢都是优质以上质量的,第三节 常用碳素

6、钢,一、结构钢 结构钢分两大类，即工程结构用结构钢和机器零件用结构钢。 工程结构用钢一般是指桥梁、船舶、塔架、锅炉等所用的钢。 机器零件用结构钢是指用来加工齿轮、凸轮、连杆、轴类及螺栓螺母等机器零件用钢。 从质量上讲，工程结构用钢一般属于普通质量钢，机器零件用钢一般属于优质钢或高级优质钢。,1. 碳素结构钢 碳素结构钢常用于建筑或钢结构， 属于工程结构用钢。 从碳质量分数上讲属于中、低碳钢，从质量上讲它属于普通质量钢。 这种钢杂质和非金属夹杂物较多，但冶炼工艺简单、成本较低，满足一般工程结构与普通机械结构零件性能要求，使用量较大。强度不高，工艺性（焊接性，冷成形性）好。 通常以各种规格型材(圆

7、 钢、方钢、工字钢、钢筋等)供应市场。供货状态是热轧空冷，一般不进行热处理。,Q195为低碳钢，塑性好，强度低，一般由于制造铁钉、铁丝、黑铁皮、白铁皮等。,热轧钢板,Q235使用比较广泛，常见的槽钢、角钢、工字钢等型材多为此钢。具有一定的强度和塑性，一般用于不需锻造和热处理的工程结构件。 Q275属中碳钢，强度较高，可代替优质钢中的30、40号钢以降低成本，用于制造较重要的零件。,3. 优质碳素结构钢 优质碳素结构钢属于机器零件用钢，其中杂质及非金属夹杂物较少，特别是硫、磷含量比普通碳素结构钢要低，出厂时既保证化学成分，又保证力学性能。 根据含碳量的高低，此类钢又可分为： 低碳钢-含碳量一般小

8、于0.25%，如10、20钢等； 中碳钢-含碳量一般在0.250.60%之间，如35、45钢等； 高碳钢-含碳量一般大于0.60%。此类钢一般不用于制造钢管。,15、20、25钢，属于渗碳钢。强度、硬度较低，塑性、韧性较高，焊接性能良好。 这类钢经“淬火+低温回火”后，表面具有很高的硬度和耐磨性，而心部保持良好的强度、塑性和韧性，常用于制造表面受摩擦、又有冲击载荷作用下的零件，如齿轮、活塞销等。,30、35、40、45、50、55钢，属于调质钢。 这类钢经“淬火+高温回火”后，可获得良好的综合力学性能，主要制造在复杂载荷下工作的零件，如齿轮、轴类等。 60、65钢，属于弹簧钢。 这类钢经“淬火

9、+中温回火”后，可获得较高的弹性极限、疲劳强度和韧性。主要用于制造尺寸较小的弹性元件，如小型拉簧、压簧、弹簧片等。,3. 易切削钢 易切削钢是在优质碳素结构钢基础上通过调整某些元素含量以改善钢的切削加工性而得到的钢。 这些钢属于中、低碳钢，调整成分以前切削加工性不好，加工时易“粘刀”，在自动化或大批量生产时会严重影响加工效率。 为此，在熔炼时适当提高硫的含量（WS0.180.30），同时将锰的含量也适当提高，使钢内形成大量的MnS夹杂物，这些夹杂物在切削过程中起断屑作用，从而解决了“粘刀“问题。同时对刀具的磨损程度也大大减轻，零件的表面粗糙度也比较容易保证。,目前，易切削钢主要用于制造受力较小

10、、不太重要且大批生产的标准件，如螺钉、螺母、键、销等。此外，还用于制造炮弹的弹头、炸弹壳等，使之在爆炸时碎裂成更多的弹片以提高其杀伤力。,4.铸造碳钢 工程实际中有许多大型、复杂、受力较大的结构零件，如轧钢机机架、水压机横梁、大型齿轮、锻锤砧座等，用锻造方法无法满足结构要求，用焊接件、铸铁来制作又不能满足力学要求。 铸造碳钢从成分上它属于中、低碳钢，从使用上它属于结构钢，其碳质量分数一般为0.200.60范围内。碳质量分数过高，钢的塑性会降低，铸造时易开裂。,二、碳素工具钢 碳素工具钢，是指没有添加任何合金元素、用来制作简单切削工具的碳钢，其碳质量分数一般为0.651.35范围内。 从含碳量上

11、讲，它是高碳钢；从质量上讲，它是优质钢或高级优质钢。,碳素工具钢这类钢经“淬火+低温回火”后，可获得很高的硬度及耐磨性，但会使钢的脆性增大，淬透性下降且淬火开裂倾向增加。所以对杂质元素，特别是硫、磷等有害元素控制得很严格。 在优质碳素工具钢中WS0.03，WP0.035；而在高级优质碳素工具钢中WS0.020，WP0.030,工具钢淬火后的硬度很接近，均在60HRc以上，但耐磨性和韧性却不同。随钢号（碳质量分数）的增加，组织中未熔渗碳体量增多，钢的耐磨性增大而韧性下降。,工具钢毛坯加工前需进行球化退火，目的是为了降低硬度，改善切削加工性能，并为后面的淬火作组织准备； 当零件（或刀具、模具）加工成型后，必须进行“淬火+低温回火”，其目的是为了使