碳鋼的分類

好的可以先生 2017-05-10

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碳鋼

一、碳鋼的概念：

碳鋼是含碳量小于2.11%的鐵碳合金，并含有少量的硅、錳、硫、磷等元素。

二、鋼和鐵的區(qū)別：

主要以含碳量來區(qū)分。含碳量大于2.11%的鐵碳合金稱為鐵，小于2.11%的鐵碳合金稱為鋼。成分的不同，決定了結(jié)構(gòu)不同，性能的不同。

日常生活中所說的生鐵就是課本上所說的鐵，日常生活中所說的熟鐵就是課本中所說的鋼。（性能不同）

三、鋼中常存元素對鋼性能的影響：

1.有益元素：

Si —有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用,能脫氧。

Mn —固溶強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度和硬度、脫氧、去硫。

2.有害元素:

P—有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用,低溫韌性差 ( 冷脆 )。

S — 能引起鋼在熱加工時或高溫工作下開裂 ( 熱裂或熱脆 )。（S和Fe生成低熔點的共晶體）

（一）錳的影響

脫氧劑。有益元素，碳鋼中不超過0.8%，

（1）固溶強(qiáng)化；

（2）形成MnS，消除硫的有害影響。

（二）硅的影響

脫氧劑，硅增大鋼液的流動性?？墒篃彳堜摰目估瓘?qiáng)度提高，屈服點提高，伸長率下降。鋼的面縮率和沖擊韌性下降不明顯。但是，當(dāng)硅含量超過0.8~1.0%時，則引起斷面縮率下降，特別是沖擊韌性顯著降低。

（三）硫的影響

一般來說，硫是有害元素，它主要來自生鐵原料、煉鋼時加入的礦石和燃料燃燒產(chǎn)物中的二氧化硫。

硫在鐵中的溶解度很小。室溫時，硫以硫化物夾雜的形式存在于固態(tài)鋼中。

硫的最大危害是引起鋼在熱加工時開裂，即產(chǎn)生所謂熱脆。

硫通過形成硫化物夾雜而對鋼的力學(xué)性能發(fā)生影響。增加鋼中的含硫量，使硫化物夾雜的含量增高，鋼的范性和韌性將降低，同時，鋼材力學(xué)性能的方向性增大，鋼的熱加工性能也變壞。硫?qū)︿摿W(xué)性能的影響，不僅和鋼的含硫量有關(guān)，而且還和所形成的硫化物夾雜的大小、形狀和分布，并與基體的組織有關(guān)。

硫能提高鋼材的切削加工性，這是硫的有益作用。在易削鋼中，含硫0.08~0.2%，同時含0.50~1.20%Mn。

在大多數(shù)情況下，由于硫的有害影響，同時也考慮到硫的偏析傾向很大，所以，一般對鋼的含硫量限制甚嚴(yán)。在普通質(zhì)量碳鋼中，硫含量不大于0.055%，在優(yōu)質(zhì)鋼中不大于0.045%，在高級優(yōu)質(zhì)鋼中不大于0.02%。

改變硫的存在方式：

加入適當(dāng)?shù)腗n，Mn與S的化學(xué)親和力大于Fe，優(yōu)先形成MnS，MnS的熔點1600℃，高于熱加工溫度，可避免熱脆的發(fā)生。

（四）磷的影響

一般來說，磷是有害雜質(zhì)元素。它來源于礦石和生鐵等煉鋼原料。鋼中殘余含磷量與冶煉方法有很大關(guān)系。

磷在純鐵中有相當(dāng)大的溶解度。磷能提高鋼的強(qiáng)度，但使范性、韌性降低，特別是使鋼的脆性轉(zhuǎn)折溫度急劇升高，即提高鋼的冷脆性。

（五）氮、氫、氧等微量氣體的影響

1、氮：煉鋼時氮通過爐氣進(jìn)入鋼中。鋼件快速冷卻時氮因來不及析出而過飽和固溶在鐵素體中。在隨后放置中逐漸以Fe4N形式析出，降低鋼的韌性。

——稱為藍(lán)脆(因300℃上下應(yīng)變時最易產(chǎn)生)

——藍(lán)脆是造成船舶、橋梁災(zāi)難性事故的原因之一。

2、氫：高溫下氫大量溶于鋼中。隨溫度下降，氫在鋼中的溶解度急劇降低，但氫來不及逸出表面，過飽和氫逐漸在晶界等缺陷處偏聚，并逐漸形成氫氣，體積膨脹引起大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致微裂紋，這種氫使鋼變脆的現(xiàn)象稱為氫脆——嚴(yán)重的缺陷。

消除方法：鍛后緩冷。尤大型鍛件。

發(fā)裂

白點

3、氧：

氧化物夾雜物，如FeO、A12O3、SiO2、MnO、CaO、MgO等，對鋼的塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度等影響很大。

有害元素的利用：

S、P在易切鋼中的應(yīng)用

P在炮彈鋼中的應(yīng)用。

第二節(jié)碳鋼的分類、編號及用途

一、碳鋼的分類

1.按用途分類；

2.按化學(xué)成分分類；

3.按質(zhì)量等級分類；

4.按冶煉方法分類；

5.按工藝方法（脫氧程度）分類；

1.按用途分類

（1）結(jié)構(gòu)鋼可分為工程構(gòu)件用鋼（如建筑工程用鋼、橋梁工程用鋼、船舶工程用鋼、車輛工程用鋼）和機(jī)器零件用鋼（如調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、彈簧鋼、軸承鋼等）。

（2）工具鋼根據(jù)用途不同可分為刃具鋼、模具鋼、量具鋼等。

（3）特殊性能鋼可分為不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等。

刃具

量具

模具

按化學(xué)成分分類

按化學(xué)成分分為非合金鋼、低合金鋼和合金鋼。

非合金鋼是指WC＜2.11% ，并含有少量Si 、Mn 、S 、P等雜質(zhì)元素的鐵碳合金，在施行新的鋼分類標(biāo)準(zhǔn)以前稱為碳素鋼(簡稱碳鋼)。按其含碳量又分為低碳鋼(0.0218%＜WC＜0.25%)、中碳鋼(0.25%≤WC ≤0.60%)和高碳鋼(WC ＞0.60%)。

低合金鋼與合金鋼是指在非合金鋼基礎(chǔ)上有目的的加入了某些元素所形成的鋼種,加入鋼中的元素稱為合金元素。

3.按質(zhì)量分類

主要按鋼中的有害雜質(zhì)磷、硫含量來分類?？煞譃?/p>

普通鋼(WS、 WP≥0.045%)；

優(yōu)質(zhì)鋼(WS、 WP≤0.035%)；

高級優(yōu)質(zhì)鋼(WS≤0.020%、

WP≤0.030%)；

特級優(yōu)質(zhì)鋼(WS≤0.015% 、

WP≤0.025%)等。

4.按冶煉方法分類

可按爐別分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼。

平爐鋼是靠燃料（煤氣或重油）的燃燒來熔化爐料和提高鋼水溫度，靠爐氣中的氧氣和加入鐵礦石進(jìn)行氧化反應(yīng)，由于平爐鋼消耗大量燃料在我國已被淘汰。

轉(zhuǎn)爐鋼是把空氣或氧氣吹入鐵水中，使鐵水中的C、Mn、Si、 P、S等迅速氧化、靠氧化時放出的熱量來升溫，而不靠燃料供熱的煉鋼方法。轉(zhuǎn)爐鋼由于節(jié)省燃料是目前主要煉鋼設(shè)備。

電爐鋼是利用電能作為熱源的煉鋼方法。電爐鋼主要生產(chǎn)高質(zhì)量和高合金鋼。

5.按工藝方法（脫氧程度）分類

按脫氧程度不同分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼。

沸騰鋼是指只用Mn鐵（價格低、脫氧效果差）脫氧，所以鋼中含氧較多，澆注時，鋼中氧與碳發(fā)生作用析出大量CO，因此鋼水在鋼模內(nèi)呈沸騰現(xiàn)象，稱沸騰鋼。沸騰鋼成材率高，成本低，但化學(xué)成份不均勻、偏析、雜質(zhì)多。沸騰鋼鋼號最后用“F”表示。

鎮(zhèn)靜鋼是指除用Mn鐵，還用Si鐵（有時用Al）脫氧，鋼中氧已很少，澆注時沒有沸騰現(xiàn)象。鎮(zhèn)靜鋼化學(xué)成分均勻，機(jī)械性能較好，但有縮孔，成本高。鎮(zhèn)靜鋼鋼號后加“Z”。

半鎮(zhèn)靜鋼的脫氧程度在鎮(zhèn)靜鋼與沸騰之間，性能也介于之間，鋼號后加“b”。半鎮(zhèn)靜鋼應(yīng)用較少。

6、按含碳量分類

按鋼的含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類

低碳鋼含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) ωc≤0.25%

中碳鋼含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) ωc=0.25-0.60%

高碳鋼含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) ωc≥0.6%

含碳量越高，其強(qiáng)硬度越高，塑韌性越低。

二、碳鋼的編號方法

（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼

（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

（3）碳素工具鋼

（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼

該類鋼牌號表示方法由代表屈服點“屈”字的漢語拼音字首（Q）、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號(A 、B 、C 、D 、E)及脫氧方法符號(F、b、Z 、TZ)等四個部分按順序組成。例如 Q235-AF，即表示屈服點為бS≥235MPa 、A等級質(zhì)量的沸騰鋼。

F 、b、Z 、TZ 依次表示沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼，一般情況下符號Z與TZ在牌號表示中可省略。

質(zhì)量等級符號反映碳素結(jié)構(gòu)鋼中磷、硫含量的多少，A、B、C、D質(zhì)量等級依次增加。

約占鋼總產(chǎn)量的 70～80％，大部分作工程結(jié)構(gòu)件。

牌號：Q+σS （一組數(shù)字） +質(zhì)量等級+脫氧方法

“Q”----表示屈服點的漢語拼音字首

σS----表示屈服強(qiáng)度，單位MPa

質(zhì)量等級為 A、B、C、D四個等級，從A到D依次升高。

脫氧方法： F（沸騰鋼）、b（半鎮(zhèn)靜鋼）、Z（鎮(zhèn)靜鋼）、TZ（特殊鎮(zhèn)靜鋼）；Z、TZ在牌號中不標(biāo)出。

例如 Q215-A·F表示σS≥215MPa，質(zhì)量為A級的沸騰鋼；Q235-B·b表示σS≥235MPa，質(zhì)量為B級的半鎮(zhèn)靜鋼。

Q195、Q215、Q235A、Q235B 塑性較好，有一定的強(qiáng)度，通常軋制成鋼筋、鋼板、鋼管等，可用于做橋梁、建筑物等構(gòu)件，也可用做普通螺釘、螺帽、鉚釘?shù)取?/p>

Q235C、Q235D　可用于重要的焊接件。

Q255、Q275 強(qiáng)度較高，可軋制成型鋼、鋼板作構(gòu)件用。

這類鋼常在熱軋狀態(tài)下使用，不再進(jìn)行熱處理。但對某些零件，也可以進(jìn)行正火、調(diào)質(zhì)、滲碳等處理，以提高其使用性能。

常用碳素結(jié)構(gòu)鋼

鋼板鋼筋　建筑構(gòu)件

螺釘鉚釘鋼橋梁

（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

其牌號用兩位數(shù)字表示，兩位數(shù)字表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬倍。例如 45鋼,表示平均WC＝0.45%；08鋼表示平均WC＝0.08%。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼按錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同,分為普通錳(WMn＝0.25%～0.80%)與較高錳(WMn＝0.70%～1.2%)兩組。較高錳的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號數(shù)字后加“Mn”,如 65Mn。

沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼以及專門用途的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，應(yīng)在牌號后特別標(biāo)出，如08F即指平均含碳量為0.08%的沸騰鋼；15g即指平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%的鍋爐鋼。

用平爐或電爐冶煉。其中 S＜0.035％、P＜0.035％，化學(xué)成分加以嚴(yán)格控制，塑性、韌性較高，多用于制造重要的零件。這類鋼 HBS、σS、σb高，經(jīng)熱處理后力學(xué)性能較好。

鋼的牌號用 2位數(shù)字表示

數(shù)字表示鋼的平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)。

45鋼表示平均含碳量為0.45％的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。

數(shù)字后加F的為沸騰鋼，如08F。

數(shù)字后加Mn的為含錳量較高的鋼,如45Mn。

牌號自08，10～80，中間為5進(jìn)制。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的用途

08、10鋼，含碳量很低，塑性很好，可用來作沖壓件。

15～30鋼，低碳鋼，σb不高，而塑性韌性較好，具有良好的沖壓性和可焊性，可用來制作沖壓件、螺釘、螺帽等。經(jīng)滲碳淬火后可獲得表面硬度高而心部韌性好的零部件，常用作滲碳用鋼，亦稱碳素滲碳鋼。

35～50鋼，中碳鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后使用，可獲得既有一定強(qiáng)度和硬度，又有一定塑性和韌性良好配合的綜合力學(xué)性能，亦稱碳素調(diào)質(zhì)鋼，可制作鍛件、熱沖壓件、冷鐓件、齒輪、軸類等零件。