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简介

碳素钢

碳素钢是近代工业中使用最早、用量最大的基本材料。世界各工业国家，在努力增加低合金高强度钢和合金钢产量的同时，也非常注意改进碳素钢质量，扩大品种和使用范围。

目前碳素钢的产量在各国钢总产量中的比重，约保持在80%左右，它不仅广泛应用于建筑、桥梁、铁道、车辆、船舶和各种机械制造工业，而且在近代的石油化学工业、海洋开发等方面，也得到大量使用。

基本参数

简要介绍

含碳量小于2.11%，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的铁碳合金。工业用碳钢的含碳量一般为0.05%~1.35%。碳素钢的性能主要取决于含碳量。含碳量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性和可焊性降低。与其他钢类相比，碳素钢使用最早，成本低，性能范围宽 ，用量最大。适用于公称压力PN≤32.0MPa，温度为-30-425℃的水、蒸汽、空气、氢、氨、氮及石油制品等介质。常用牌号有WC1、WCB、ZG25及优质钢20、25、30及低合金结构钢16Mn

命名方法

1、碳素结构钢

主要用途：各类工程。通常热轧后空冷供货，用户一般不需进行热处理而直接使用。这类钢按其屈服强度等级共分五个等级。

命名：标志符号Q+最小σS值—等级符号+脱氧程度符号 如：Q235AF

等级符号：A、B、C、D（D级达到了优质钢水平）

2、优质碳素结构钢

主要用途：重要机件。可以通过热处理调整零件的力学性能。出厂状态可以是热轧后空冷，也可以是退火、正火等状态。按国家标准（GB/T699-1999的规定，分为优质钢、高级优质钢A和特级优质钢E三个质量等级。

命名：用两位数字表示，两位数字表示钢中含碳量的万分之几。 如：45钢 WC=0.45%

常用牌号：08F、15、45、60等。

3、碳素工具钢（WC=0.65%~1.35% 属高碳钢）

主要用途：制作各种小型工具。可进行淬火、低温回火处理获得高硬度高耐磨性。分为优质级和高级优质级两大类。

命名：标志符号T+含碳量的1000倍。 如：T10 WC=1.0%

高级优质级在钢号尾部加A，如T10A

4、一般工程用铸造碳素钢件（铸钢）

主要用途：难用锻压等方法成型的复杂零件且力学性能要求较高；

命名：标志符号ZG+最低σS值—最低σb值 如：ZG340-640 [1] 

表示方法

编号：Q+数字+质量等级符号·脱氧方法符号

例如：Q235A·F

其中Q表示屈服强度，235表示屈服强度的数值，A表示质量等级为A级，F表示沸腾钢。

Q235A·F―表示屈服强度为235N/mm2；，A等级质量沸腾钢。

化学影响

碳素钢的性能主要取决于钢的含碳量和显微组织。在退火或热轧状态下，随含碳量的增加，钢的强度和硬度升高，而塑性和冲击韧性下降（见图）。焊接性和冷弯性变差。所以工程结构用钢，常限制含碳量。　碳素钢中的残余元素和杂质元素如锰、硅、镍、磷、硫、氧、氮等，对碳素钢的性能也有影响。这些影响有时互相加强，有时互相抵销。例如：①硫、氧、氮都能增加钢的热脆性，而适量的锰可减少或部分抵销其热脆性。②残余元素除锰、镍外都降低钢的冲击韧性，增加冷脆性。③除硫和氧降低强度外，其他杂质元素均在不同程度上提高钢的强度。④几乎所有的杂质元素都能降低钢的塑性和焊接性。

氢在钢中能造成很多严重缺陷，如产生白点、点状偏析、氢脆、表面鼓泡和焊缝热影响区内的裂缝等。为保证钢的质量，必须尽可能降低钢中氢的含量（见应力腐蚀断裂和氢脆）。脱氧带入的残余元素如铝，可减小低碳钢的时效倾向，还可以细化晶粒，提高钢在低温下的韧性，但余量不宜过多。由炉料中带入的残余元素如镍、铬、钼、铜等，含量高时可提高钢的淬透性，但对要求具有高塑性的专用钢，如深冲用钢板，则是不利的。

加工性能

碳素钢大都采用氧气转炉和平炉冶炼，优质碳素钢也采用电弧炉生产。根据炼钢过程脱氧程度的不同，碳素钢可分为镇静钢、沸腾钢和介于两者之间的半镇静钢。冶炼方法对钢的性能影响，主要是通过钢的纯净度而起作用的。人们通过真空处理、炉外精炼和喷吹技术等，都可获得更高纯净度的钢，从而显著改善了碳素钢的品质。

碳素钢的塑性加工工艺通常分热加工和冷加工。经过热加工，钢锭中的小气泡、疏松等缺陷被焊合起来，使钢的组织致密。同时，热加工可破坏铸态组织、细化晶粒。使锻轧的钢材比铸态具有更好的力学性能。经冷加工的钢，随着冷塑性变形程度增大，强度和硬度增加，塑性和韧性降低。为提高成材率，广泛应用连续铸钢工艺。

用途应用

制造工艺

碳素钢的冶炼通常在转炉、平炉中进行。转炉一般冶炼普通碳素钢，而 平炉可以冶炼各种优质钢。氧气顶吹转炉炼钢技术发展很快，有趋势可代替平炉炼钢。将炼好的钢液注入钢锭模，就得到各种钢锭。钢锭经过锻压或轧制后便加工成钢板、钢带、钢条和各种断面形状的型钢。碳钢一般在热轧状态下直接使用。当用于制造工具和各种机器零件时，则需要根据使用要求进行热处理；至于铸钢件，绝大多数都要进行热处理。