第四章碳素钢

1、金属学与热处理第四章第四章 碳素钢碳素钢碳素钢：简称碳钢，是含碳量小于2.11并含有少量硅、锰、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。第一节第一节 常存杂质元素对钢性能的影响常存杂质元素对钢性能的影响一、锰（一、锰（Mn）的影响）的影响锰在钢中是有益元素，在碳钢中含锰量通常在0.25-0.80范围内，最高可达1.20。锰作为炼钢时的脱氧剂加入钢中，可以提高硅和铝的脱氧效果。特别是锰和硫结合形成MnS，可减轻硫在钢中的有害作用。锰大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体，并使铁素体强化，从而提高钢的强度。当锰含量不多，在钢中仅作为少量残存元素时，对钢的性能影响不显著。二、硅（二、硅（Si）的影响）的影响 硅在钢

2、中也是一种有益元素。在镇静钢中含硅量通常在0.10-0.40之间，沸腾钢中只含有0.03-0.07。硅作为脱氧剂以硅铁合金形式加入钢中，其脱氧能力比锰强。硅能与钢液中的氧化合形成二氧化硅，再与其它氧化物（FeO、MnO、Al2O3）结合形成硅酸盐，由此降低钢中含氧量。 硅和锰一样，能溶于铁素体中，使铁素体强化，从而提高钢的强度、硬度、弹性极限，而降低塑性和韧性。当硅含量不多，在碳钢中仅作为少量残存元素时，对钢的性能影响不显著。三、硫（三、硫（S）的影响）的影响 硫在钢中时有害元素，当钢加热到1100-1200进行热压力加工时，晶界上的共晶体（熔点只有985）已熔化，晶粒间结合被破坏，使钢在加工

3、过程中沿晶界开裂，使钢变得极脆，这种现象称为热脆。在钢中增加锰含量，可消除硫的有害作用。锰与硫优先形成高熔点（1620）的MnS，并呈粒状分布在晶内，而且MnS在高温下具有一定的塑性，从而可避免热脆现象。鉴于硫对钢性能的不良影响，通常情况下，在炼钢时尽量降低钢液中硫的含量，但是含硫较多的钢可形成较多的MnS，在切削加工中MnS对断屑有利，可改善钢的切削加工性能。四、磷（四、磷（P）的影响）的影响 磷在钢中是有害元素。一般情况下，钢中磷能全部固溶于铁素体中（高温时溶于奥氏体），它使铁素体的强度、硬度显著提高，但却使钢的塑性、韧性急剧降低。当钢中含磷量增加时，磷还能使钢脆性转变温度升高，致使钢在室

4、温或低温时变脆，这种现象称为冷脆。冷脆对在寒冷地区或其它低温条件下工作的钢结构如桥梁、车辆等继友严重的危害性。此外，磷的偏析还会使钢材在热轧后出现带状组织，故磷的含量要严格控制。钢中含适量的磷，能提高钢在大气中的抗腐蚀性能，特别是钢中含有铜时，它的作用就更显著。此外，含磷量较多时，由于脆性较大，对制造炮弹用钢以及改善钢的切削加工性方面时有利的。第二节第二节 碳钢的分类、编号、性能和用途碳钢的分类、编号、性能和用途一、碳钢的分类一、碳钢的分类（一） 按钢的含碳量分类1.低碳钢：含碳量0.60。（二）按钢的质量（主要是杂质S、P含量）分为：1.普通碳素钢：S0.050，P0.045；2.优质碳素钢

5、 ：S0.040，P0.040；3.高级优质碳素钢：S0.030，P0.035（三）按钢的用途 1.碳素结构钢：用于制造各种机械零件和工程结构件的碳钢。含碳量一般都小于0.7。 2.碳素工具钢：用于制造各种刀具、模具和量具的碳钢。这类钢一般属于高碳钢。（四）按冶炼方法分类 工业用钢可以分为平炉钢、转炉钢和电炉钢。 按冶炼时钢的脱氧程度不同，又分为沸腾钢（脱氧不完全的钢）、镇静钢（脱氧较完全的钢）和半镇静钢（脱氧程度介于上述两类之间）。 还有按专门用途分类，如船用钢（牌号用C表示），桥梁用钢（牌号用q表示），锅炉用钢（牌号用g表示）、还有汽车大梁用钢（用L表示）、焊条用钢（用H表示）和易切削钢（

6、用Y表示）。二、碳钢的编号、性能和用途二、碳钢的编号、性能和用途（一）碳素结构钢碳素结构钢的平均含碳量在0.06-0.38范围内，钢中含有害杂质P、S和非金属夹杂物较多，应用较广。通常轧制成钢板或各种型钢供应。牌号表示方法：代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法等（F、b、Z、TZ）四部分组成。如Q235-AF。质量等级符号反映了碳素结构钢中有害杂（P、S）含量的多少，C、D级的碳素结构钢中P、S含量最低，质量好。Q195钢含碳量很低，塑性好，常用制作铁钉、铁丝及各种薄板，如镀锌薄钢板、镀锡薄钢板，也可用来替代优质碳素结构钢08或10钢，制造冲压、焊接结构件。

7、Q275属于中碳钢，强度较高，用于制造较重要的某些零件，替代30钢、40钢。Q215、 Q235、 Q255三个牌号中的A级钢用于制作机器中受力不大的铆钉、螺钉、螺母等普通零件和工程结构件。B级常用制造重要的及其零件和船板用钢（二）优质碳素结构钢优质碳素结构钢必须同时保证钢的化学成分和力学性能。这类钢所含P、S均限制在0.035以下，非金属夹杂物也较少，表面质量好，力学性能比较均匀。牌号用两位数字表示，数字表示钢中平均含碳量的万分之几。例如：45号钢表示平均含碳量为0.45的优质碳素结构钢；08号钢表示平均含碳量为0.08的优质碳素结构钢。较高含锰量在钢号后面加上元素Mn或汉字锰，如50Mn或

8、50锰。10F表示含碳量为0.10的沸腾钢。05F-25号钢：低碳钢，强度、硬度较低，塑性、韧性及焊接性好！用于制作小轴，法兰盘、螺钉、螺帽、垫圈等。3050号钢，具有比较高的强度。硬度，其塑性随钢号增大而逐步降低，切削性能好！制作连杆、齿轮、机床主轴。60号以上钢具有较高强度、硬度和弹性，但焊接、切削性差，冷变形素性低。用于制作较高强度、耐磨性和弹性的零件，如弹簧垫圈和各种耐磨零件等。（三）碳素工具钢 碳素工具钢按P、S含量的不同，可分为优质碳素工具钢与高级优质碳素工具钢两类。牌号用字母T或汉字碳后面加上数字，表示钢中平均含碳量的千分之几。若在其后加上“高”或A”表示高级优质钢。T7钢表示钢中含碳量为0.70的优质碳素工具钢。若在其后甲A，如T10A，则表示平均含碳量在1.0的高级优质碳素工具钢。 T7/T8用于承受冲击的工具，如榔头。凿子等。T9-T11用于承受中等冲击的工具，如手工据条、丝锥、板牙等。T12/T13用于不受冲击和高耐磨性工具，如锉刀、钻头等。1、什么叫碳素钢？下列名称是根据什么分类来命名的：高碳钢、沸腾钢、优质钢、工具钢。2、说明硅和锰在碳钢中的含量和作用。3、什么叫热脆？分析热脆产生的原因和防止热脆的方法。4、指出下列钢号的类别。（1）Q235-A.F(2)45钢（3）65Mn(4)T12A人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。