金属材料之碳钢

一、金属材料分类：黑金属和有色金属两大类。

      黑色金属：铁和以铁为基的合金（钢、铸铁和铁合金）。

有色金属：除黑色金属以外的所有金属及其合金。

二、碳钢（比合金钢相比，碳钢冶炼简单，加工容易，价格便宜。）

      铁碳合金中，碳质量分数大于0.02%、小于2.11%的合金称为钢。常用的碳钢的质量分数一般都小于1.3%，其强度和韧性均较好。

碳钢中的五大元素：C、Mn、Si、P、S。

Mn、Si称为有益元素，也称为合金元素。对钢具有强化作用，Mn能减轻S的有害作用，与S形成高熔点（1620℃）的MnS。

P、S、H、O为钢中有害元素，直接影响钢的性能。

P、S常被称为钢铁中的杂质元素。S在钢中以FeS（塑性很差）形式存在，使钢具有热脆性；P使钢具有冷脆性，这都是有害的。

热脆性：S在钢中以FeS（塑性很差）形式存在，使钢变脆，尤其FeS与Fe形成低熔点（985℃）共晶体，当钢在1000~1200℃温度下进行轧制时，共晶体熔化，钢材变脆。

冷脆性：P在钢中全部溶于铁素体，导致钢在室温时的塑性、韧性急剧降低。

H（含量甚微）：溶入钢中后引起“氢脆”，使钢的塑性下降，脆性增大，且钢的强度越高，氢脆也越敏感。引起大量的微裂纹，使钢的延伸率显著下降，尤其是端面收缩率和冲击韧性降低更多。

O：以氧化物杂质形式存在，使钢的性能下降。

三、碳钢分类：

       碳钢一般有以下四种分类方法：

1）按碳质量分数分类：

（1）低碳钢：Wc≤0.25%；

（2）中碳钢：0.25%<Wc≤0.6%；

（3）高碳钢：Wc>0.6%。

2）按钢的质量分类：

（1）普通碳素钢：Ws≤0.055%；Wp≤0.045%；

（2）优质碳素钢：Ws≤0.040%；Wp≤0.040%；

（3）高级优质碳素钢：Ws≤0.030%；Wp≤0.035%；

3）按钢的用途分类：

（1）碳素结构钢：用于制造各种工程构件如桥梁、船舶、建筑构件，以及机器零件如齿轮、轴、连杆等；

（2）碳素工具钢：用于制造各种工具如刃具、量具、模具等；

4）按钢的冶炼方法分类：

分为平炉钢、转炉钢和电炉钢等。

四、碳钢牌号

1、普通碳素结构钢：含碳量为0.06%~0.38%。通常以热轧钢板、钢管、型钢、棒钢、盘圆等形式供应，一般不进行热处理而直接供应状态下使用。

GB/T700-1988对普通碳素结构钢的牌号表示方法及符号做了规定：钢的牌号由代表屈服点（屈服强度）的字母，屈服点数值（MPa）、质量等级符号和脱氧方法符号等四个部分组成。

例如：Q235-A*F（表示屈服点西格玛s≥235MPa的A级沸腾钢）：

Q-为钢材屈服点“屈”字汉语拼音首字母；

235-屈服点数值MPa；

A-质量等级，分A、B、C、D四个等级，并逐级升高；

F-脱氧方法：F为沸腾钢、b为半镇静钢、Z-镇静钢、TZ为特殊镇静钢；

沸腾钢为脱氧不完全的钢；

镇静钢为完全脱氧的钢；

半镇静钢为脱氧较完全的钢；

注：牌号组成方法中“Z”和“TZ”符号，按规定予以省略。Q235A、B级沸腾钢含锰量上限为W_Mn≤0.60%。

普通碳素结构钢按屈服点数值（MPa）可分为5种牌号：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275。

Q195、Q215含碳量低，强度较低，但塑性高，焊接性能及可冲压性良好。主要用于制造强度要求不高的普通的铆钉、螺钉、螺母、垫圈等。

Q235强度和塑性居中，主要用于桥梁、建筑等钢结构，也可制造强度要求一般的普通零件，如螺钉、螺母、螺栓等标准件及销轴、拉杆等。C、D级钢可制造较为重要的焊接件。

Q255、Q275含碳量较高，强度也较高，可用于制造强度要求高一些的普通零件，如农业机械零件中的转轴、挂钩、摇杆等，还常轧制成各种型钢和异型钢。

这类钢主要保证的是力学性能。

2、优质碳素结构钢：钢号用平均碳质量分数的万分数的数字表示。

例如钢号“45”表示碳质量分数为0.45%（万分之四十五）的优质碳素结构钢。若钢中锰质量分数较高，则在这类钢号后附加符号Mn，例如：15Mn、45Mn等。

这类钢必须同时保证钢的化学成分和力学性能，主要牌号有：08F、10F、08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65。

由于所含S、P量较少（不大于0.040%），纯洁度、均匀性及表面质量都比较好，故优质碳素结构钢的塑性和韧性都较高。

        优质碳素结构钢主要用于制造机械零件，故又称为机械零件用钢。

应用举例：

08F塑性好，可制造冷冲压零件，如仪表外壳、汽车和拖拉机驾驶室的蒙皮等；

10、20钢冷冲压性于焊接性良好，可用做冲压件及焊接件，经热处理（如渗碳）也可以制造轴、销等零件；

30、40、45、50钢经热处理（调质等）后，可获得良好的力学性能，用来制造齿轮、连杆、轴类、套筒等零件；

60、65钢属于高碳钢，其强度和硬度高，经热处理后可具有较高的弹性和一定的韧性，主要用来制造弹簧、车轮、钢轨等。

优质碳素结构钢使用前一般都进行热处理。

3、碳素工具钢：这类钢的编号原则是在“碳”或“T”字的后面附以数字来表示，数字是以千分数表示的碳质量分数。

      例如：钢号T8、T12，分别表示平均碳质量分数为0.80%和1.20%的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则在钢号末端附以“高”或“A”字，如T12A等。

       碳素工具钢用于制造各种刃具、模具、量具等。

       应用举例：

      T7、T7A用做受振动、冲击，要求硬度较高、韧性较好的工具，如模垫、铆钉模、顶尖、剪刀、铁锤、小尺寸冷冲模等；

       T8、T8A、T8Mn、T8MnA用于需要足够韧性和较高硬度的工具，如木工工具、锉刀、冲头、锯条、剪刀、钻凿工具等；

       T9、T9A用于略具韧性但要求高硬度的工具，如各种冷冲模、冲头、木工工具等；

        T10、T10A用于制造不受突然冲击的锋利工具、刀具，如锉刀、刮刀、要求不高的丝锥等。T11、T11A除与T10相同外，还可做刻锉刀纹的凿子、钻岩石的钻头等；

       T12、T12A、T13、T13A用做高硬度、耐磨的工具，如刮刀、低速切削的丝锥、钟表工具、剃刀、低精度量具、外科医疗工具等。