簡(jiǎn)介

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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(guó)家，在努力增加低合金高強(qiáng)度鋼和

合金鋼產(chǎn)量的同時(shí)，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(guó)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(chē)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(kāi)發(fā)等方面，也得到大量使

用。

基本參數(shù)

含碳量小于2.11%，除鐵、碳和限量以?xún)?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(lèi)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(chēng)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(hào)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(lèi)工程。通常熱軋后空冷供貨，用戶(hù)一般不需進(jìn)行熱處理而直接使用。這類(lèi)鋼按其屈服強(qiáng)

度等級(jí)共分五個(gè)等級(jí)。

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

等級(jí)符號(hào)：A、B、C、D（D級(jí)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(guò)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T699-1999的規(guī)定，分為優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼A和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼E三個(gè)質(zhì)

量等級(jí)。

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

常用牌號(hào)：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(jí)和高級(jí)優(yōu)

質(zhì)級(jí)兩大類(lèi)。

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

高級(jí)優(yōu)質(zhì)級(jí)在鋼號(hào)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(hào)ZG+最低σS值—最低σb值 如：ZG340-640 [1] 

表示方法

編號(hào)：Q+數(shù)字+質(zhì)量等級(jí)符號(hào)·脫氧方法符號(hào)

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(jí)為A級(jí)，F(xiàn)表示沸騰鋼。

Q235A·F―表示屈服強(qiáng)度為235N/mm2；，A等級(jí)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(jiàn)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(duì)碳素鋼的性能也有影響。

這些影響有時(shí)互相加強(qiáng)，有時(shí)互相抵銷(xiāo)。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(xiāo)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(jiàn)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(shí)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(guò)多。由爐料中

帶入的殘余元素如鎳、鉻、鉬、銅等，含量高時(shí)可提高鋼的淬透性，但對(duì)要求具有高塑性的專(zhuān)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(guò)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(duì)鋼的性能影響，主要是通過(guò)鋼的

純凈度而起作用的。人們通過(guò)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(guò)熱加工，鋼錠中的小氣泡、疏松等缺陷被焊合起

來(lái)，使鋼的組織致密。同時(shí)，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(shì)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(guò)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(shí)，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。

碳素鋼的應(yīng)用

含碳量在0.1%-1.2%的碳素鋼、碳素工具鋼、彈簧鋼及其各種下腳料，都可以用作冶金鋼時(shí)配碳和增碳

用鋼料。選用碳素鋼返回料時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

1. 鋼錠冒口、熱軋鍛切頭料等，其中磷、硫含量較高。冶煉低磷、硫合金鋼時(shí)應(yīng)控制用量。

2. 
   

2.車(chē)屑、廢絲帶材、廢次鋼材等成分不準(zhǔn)確，選用時(shí)應(yīng)慎重，最好重熔（洗爐）后使用。

　　3.使用碳素鋼廢舊鋼材時(shí)應(yīng)進(jìn)行火花鑒定，分類(lèi)使用。

用途

Q195 用于制造承載較小的零件、鐵絲、鐵圈、墊鐵、開(kāi)口銷(xiāo)、拉桿、沖壓件以及焊接件等。

Q215 A 用于制造拉桿、套圈、墊圈、滲圈、滲碳零件以及焊接件等。

Q235 A A、B級(jí)用于制造金屬結(jié)構(gòu)件、心部強(qiáng)度要求不高的滲碳件或碳氮共滲件、拉桿、連桿、吊鉤、

車(chē)鉤、螺栓、螺母、套筒、軸以及接件；C、D級(jí)用于制造重要的焊接結(jié)構(gòu)件。

Q255 A 用于制造轉(zhuǎn)軸、心軸、吊鉤、拉桿、搖桿、楔等強(qiáng)度要求不高的零件。此負(fù)焊接性尚可。

Q275 用于制造軸類(lèi)、鏈輪、齒輪、吊鉤等強(qiáng)度要求高的零件。

結(jié)構(gòu)分類(lèi)

規(guī)格質(zhì)量

碳素鋼的品種主要有圓鋼、扁鋼、方鋼等。經(jīng)冷、熱加工后鋼材的表面不得有裂縫、結(jié)疤、夾雜、折疊

和發(fā)紋等缺陷。尺寸和允許公差必須符合相應(yīng)品種國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

具體分類(lèi)

按化學(xué)成分分類(lèi)

碳素鋼按化學(xué)成分（即以含碳量）可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。

(1) 低碳鋼

又稱(chēng)軟鋼，含碳量從0.10%至0.25%低碳鋼易于接受各種加工如鍛造，焊接和切削，常用于制造鏈條，鉚釘，螺栓，軸等。

(2) 中碳鋼

碳量0.25%～0.60%的碳素鋼。有鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼等多種產(chǎn)品。除碳外還可含有少量錳

（0.70%～1.20%）。按產(chǎn)品質(zhì)量分為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。熱加工及切削性能良好，焊接

性能較差。強(qiáng)度、硬度比低碳鋼高，而塑性和韌性低于低碳鋼。可不經(jīng)熱處理，直接使用熱軋材、冷拉

材，亦可經(jīng)熱處理后使用。淬火、回火后的中碳鋼具有良好的綜合力學(xué)性能。能夠達(dá)到的最高硬度約為 

HRC55(HB538），σb為600～1100MPa。所以在中等強(qiáng)度水平的各種用途中，中碳鋼得到最廣泛的應(yīng)用，

除作為建筑材料外，還大量用于制造各種機(jī)械零件。

（3）高碳鋼

常稱(chēng)工具鋼，含碳量從0.60%至1.70%，可以淬硬和回火。錘，撬棍等由含碳量0.75%的鋼制造； 切削工

具如鉆頭，絲攻，鉸刀等由含碳量0.90% 至1.00% 的鋼制造。

按鋼的品質(zhì)分類(lèi)

按鋼的品質(zhì)可分為普通碳素鋼和優(yōu)質(zhì)碳素鋼。

（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼又稱(chēng)普通碳素鋼，對(duì)含碳量、性能范圍以及磷、硫和其他殘余元素含量的限制較寬。在中國(guó)和某些國(guó)家根據(jù)交貨的保證條件又分為三類(lèi)：甲類(lèi)鋼（A類(lèi)鋼）是保證力學(xué)性能的鋼。乙類(lèi)

鋼（B類(lèi)鋼）是保證化學(xué)成分的鋼。特類(lèi)鋼(C類(lèi)鋼）是既保證力學(xué)性能又保證化學(xué)成分的鋼，常用于制

造較重要的結(jié)構(gòu)件。中國(guó)目前生產(chǎn)和使用最多的是含碳量在0.20%左右的A3鋼（甲類(lèi)3號(hào)鋼），主要用于

工程結(jié)構(gòu)。

有的碳素結(jié)構(gòu)鋼還添加微量的鋁或鈮（或其他碳化物形成元素）形成氮化物或碳化物微粒，以限制晶粒

長(zhǎng)大，使鋼強(qiáng)化，節(jié)約鋼材。在中國(guó)和某些國(guó)家，為適應(yīng)專(zhuān)業(yè)用鋼的特殊要求，對(duì)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的化

學(xué)成分和性能進(jìn)行調(diào)整，從而發(fā)展了一系列普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的專(zhuān)業(yè)用鋼（如橋梁、建筑、鋼筋、壓力容

器用鋼等）。

（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，硫、磷及其他非金屬夾雜物的含量較低。根據(jù)含碳量和

用途的不同，這類(lèi)鋼大致又分為三類(lèi)：①小于0.25%C為低碳鋼，其中尤以含碳低于0.10%的08F,08Al

等，由于具有很好的深沖性和焊接性而被廣泛地用作深沖件如汽車(chē)、制罐……等。20G則是制造普通鍋

爐的主要材料。此外，低碳鋼也廣泛地作為滲碳鋼，用于機(jī)械制造業(yè)。②0.25～0.60%C為中碳鋼，多在

調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，制作機(jī)械制造工業(yè)的零件。③大于0.6%C為高碳鋼，多用于制造彈簧、齒輪、軋輥

等。根據(jù)含錳量的不同，又可分為普通含錳量（0.25～0.8%）和較高含錳量（0.7～1.0%和0.9～1.2%）

兩鋼組。錳能改善鋼的淬透性，強(qiáng)化鐵素體，提高鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和耐磨性。通常在含錳高的

鋼的牌號(hào)后附加標(biāo)記“Mn”，如15Mn、20Mn以區(qū)別于正常含錳量的碳素鋼。