碳钢、碳锰钢-2p28及

主要内容1、碳钢的基础知识2、碳钢分类3、常用碳钢（相应标准）及其焊接、非合金结构钢、调质碳钢及碳锰钢、碳钢及碳锰4、材料检验证明1

碳钢的基础知识碳钢主要是指碳的质量分数小于2.06%而不含有特意加入的合金元素的铁碳合金，也称非合金钢。有时也称为普碳钢或碳素钢。碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。国标中，锰的质量分数通常小于1%，个别碳钢中达1.2%。欧洲标准中，碳钢中锰的含量极限值为1.65%。锰单独存在时可达1.8%。碳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。焊接性和冷弯性变差。1.1

化学成分碳（C）提高硬度抗拉强度降低韧性延伸率屈服强度深冲性淬透性耐磨性机加工性焊接性锰（Mn）钢的高温脆断和锰与硫反应生成MnS，可热裂纹锰与氧化合，起到脱氧作用锰能提高钢的强度，如1%的含量可提高强度

100N/mm²硅（Si）硅是脱氧的一个重要元素，它比锰的作用还强。它

CO的产生，从而导致了

钢的产生，Si还可某些元素的偏析。磷（S）偏析较强（FeS与Fe形成低降低了可焊性强度提高，变形能力下降增强了易老化性改善了“软”钢的可加工性改善了抗腐蚀性（耐候钢）985℃共晶体）磷（P）偏析较强降低了可焊性强度提高，变形能力下降增强了易老化性改善了“软”钢的可加工性改善了抗腐蚀性（耐候钢）1.2

供货状态碳钢及碳锰钢一般是在热轧、正火或调质状态下供货，通过非热处理轧制或热处理状态供货，可以使钢在化学成分不改变的情况下得到不同的室温组织，达到改善钢的力学性能的目的。如碳钢（Wc=0.45%）在热轧状态下得到是粗大的珠光体+铁素体组织，在正火状态下得到的是均匀细小的珠光体+铁素体组织，在调质状态下得到

的是马氏体或索氏体或托氏体，从而钢的强度、硬度及韧性会大不一样。按冶炼方法分为：平炉钢转炉钢电炉钢；按脱氧方法分为：沸腾钢（F）钢（b）0.15%Si和少量的Mn、Al特殊

钢（

Z

）0.2%Si及0.02%的Mn、Al2

碳钢的分类按含碳量分为：低碳钢（WC

≤0.25%）,中碳钢（WC0.25%-0.6%）高碳钢（WC>0.6%）按钢的质量分为：普通碳素钢（含磷、硫较高）优质碳素钢（含磷、硫较低）高级优质钢（含磷、硫更低）特级优质钢3

常用的碳钢（相应标准）3.1非合金结构钢技术供货条件（EN10025-2:

2004）—欧洲标准EN10025-2包含了对热轧的普通碳钢及优质碳钢的要求，说明了八种钢材组别S185、S235、S275、S355、S450、E295、E335和E360。其在机械性能上有所不同。—不同的等级在其所要求的冲击功上不同。钢材组别为S235和S275的质量等级是JR、J0和J2。钢材组别为

S355的质量等级是JR、J0、J2和K2。钢材组别为S450的质量等级是J0。3.1.1标记主要分为两部分：主要符号部分+附加符号部分主要符号部分：-标准号（EN

10025-2）；-标记S（结构钢）或者E（机器制造用钢）；-厚度≤16mm的最低屈服强度的标识，用M

Pa表示1)；附加符号部分-如果适用，关于冲击功数值的等级标记；-如果适用，表示特殊要求的附加标记C（见表6）-标明“＋N或者＋AR”示例（EN10025-2标准）一种适于冷弯边（C）的结构钢（S）,其在室温条件下的最低屈服强度为355MPa1)，在0℃（J0）条件下的最低冲击功数值为27J，供货状态为正火轧制（或者轧制状态）钢材EN

10025-2

S355J0C＋N（或者＋AR）或者钢材EN10025-2

1.0554+N(或者＋AR)示例：EN10025

S235

J0

C主要符号 附加符号标准号

结构用钢屈服强度235Mpa0℃下，冲击功27J具有较好的冷成型性组别JRJ0J2G3J2G4K2G3K2G4热处理状态无规定无规定N无规定N无规定冲击温度+20℃0℃-20℃-20℃-20℃-20℃冲击功27J27J27J27J40J40J3.1.2

化学成分和机械性能---通过熔样分析（盛钢桶炉前熔炼分析）所得到的化学成分值应符合表1中给出的规定范围。---产品分析使用的上限数值见表2。订货时

特殊要求应进行产品分析。例如：铜含量值要求在熔样分析中介于0.25%和0.40%之间，产品分析中介于0.20%和0.45%之间对于所有的S235、S275和S355的等级时应该在订货时达成协议，在这种情况碳当量的最大值应该增加0.02%。3.1.3

碳钢及碳锰钢的焊接焊接性焊接性是材料本身固有的性能，与自身的化学成分以及组织形态相关。化学成分

淬硬倾向、脆断倾向、时效倾向、偏析性能。接头组织焊后处理{体现力学性能接头的可靠性钢在一定含碳量的条件下，达到临界冷却速度冷却产生大量马氏体（淬硬组织），这样的组织具有淬硬倾向。焊缝具有淬硬倾向的条件就是产生马氏体的条件：☞

温度：达到A1线以上☞

C含量：碳含量在0.22%以上，这样C完全溶解在A奥氏体内。☞

临界冷却速度：冷却速度快产生马氏体（C曲线相图）合金元素对产生马氏体有一定影响，如Mn、Cr、Mo能够扩大奥氏体区，促进马氏体的倾向，使材料具有淬硬倾向，因此评定材料焊接性过程使用K(碳当量）概念淬硬倾向含碳量不大于0.22%的结构钢是可焊接钢种，并且可在不预热的情况下施焊碳当量与焊接性的关系：K(%)<0.40

焊接性良好K(%)=0.40-0.60

在一定条件下焊接K(%)>0.60

焊接较差按照EN1011(ISO17671)标准，根据碳当量，板厚，热输入量等进行计算预热温度示例电弧离开，温

度迅速降低，冷却速度较快时产生马氏体，有了淬硬组织，具有淬硬倾向。MnK

=C+

6

+o+V5+Ni+Cu

15=0.22+1.25/6+(0.20+0.20)/5=0.508根据判据：0.4<K=0.508<0.6在一定条件下焊接概念：通常将断裂前材料没有明显的形状改变的断裂称为脆断。钢材一般具有较大的变形能力。例如在拉伸试验中显示出较高的延伸率和断面收缩率，但是钢材在下述情况下可能失去变形能力：由于低温由于冲击载荷由于多轴拉应力（空间应力状态）–由于三轴向的拉力–由于存在缺口和尖角–由于焊接内应力（例如厚板上的交叉焊缝是特别的）脆断概念：随着时间的流逝材料的某种性能（如缺口冲击功）出现改变的现象称为时效。钢能够在冷作变形以后及在室温下出现自然时效，也能够在冷作变形以后紧接着加热的情况下出现人工时效。产生原因：在钢中存在氮。由于在晶界上或滑移面上析出自然氮和或铁氮化合物，从而降低了钢的变形能力。焊接时，时效脆断的判据是：冷作变形(约5-10%)重新成型区域或邻界区域的加热(200-400℃)特殊的载荷,例如较高的载荷速度、冲击,撞击含氮量≥0.01%时效P、S的影响，在碳钢和低合金钢种，伴生元素P、S形成低

化合物，随着温度的降低，钢液凝固形成柱状晶，这些化合物依然呈液态，柱状晶收缩，在柱状晶交界处由于收缩力就在液态薄膜处裂开，形成热裂纹。因此，要预防热裂纹产生，就要在选材方面尽量降低S、P含量。液态薄膜钢液凝固后T＜1000℃铁-硫化合物呈液态已形成的晶粒收缩热裂纹偏析冷作变形可以通过弯曲,卷边,深冲,卷曲,矫形而获得。冷作变形时，材料被塑性变形。因而提高了钢的抗拉强度，屈服极限和硬度；而降低了延伸率，缺口冲击功和断面受缩率。为提高钢材的强度，在钢丝、钢板和钢材上有意造成冷作变形。此外，在冷作强化时能够改善表面状态，并能达到较小的公差。冷作变形JRISO2560-A

E42

A

AJ00RRJ22RBK24BISO14341-A

G46

0

C

3Si1G46

3

M

3Si1选则填充材料的原则：等强匹配（焊缝强度不低于母材强度）EN10025-2

S355填充材料示例：EN10025-2

S235JRISO2560-A

E38

0

RC

1

1E:焊条电弧焊

38：屈服强度380Mpa0：0℃下冲击功达到47JRC：

-纤维素药皮

1：交流+直流1：焊接位置（PA,PB,PC,PD,PE,PF,PG)示例：EN10025-2

S235JRISO14171-A

S

46

3

AB

S2S:结构用钢46：屈服强度460Mpa3：-30℃冲击功47焦耳AB:铝酸盐-碱性焊剂

S2：焊丝，见ISO14171表标记举例与国内标记对比：ISO2560-A E

38

0 Mn1Ni

RR

1

2GB/T5117-1995

E4303ISO14341-A

G46

3

M

3Si1GB/T8110-1995 ER55-D2ISO14171

S

46

3

AB

S2GB/T8110-1995

ER55-D2母材填充材料EN

标记GB

标记EN

标记GB

标记EN10025-2

S235JRGB800

Q235BEN499

E38

0

RC

1

1EN499

E42

0

RR

1

2EN440

3Si1EN756

S3E4303（J422）E4313（J421）ER50-6ASM

EM12EN10025-2

S235J2GB

800

Q235DEN499

E38

0

RC

1

1EN499

E42

0

RR

1

2EN499

E42

4

B

1

2EN440

3Si1

EN756

S3E4303（J422）E4313（J421）E5018（J506Fe）ER50-6ASM

EM12EN10025-2

S355J2GB1591

Q345DEN499

E42

0

RC

1

1EN499

E42

0

RR

1

2EN499

E42

4

B

1

2EN440

4Si1

EN756

S3E4303（J422）E4313（J421）E5018（J506Fe）ER50-6ASM

EM123.2

调质碳钢及碳锰钢利用调质、正火或其它附加方法使钢的表面处于硬化状态，这类钢多应用于曲轴、连杆、齿轮、销钉等机器零件。既有强度又有韧性，屈强比为0.7～0.95。钢材表面淬硬层的深度主要取决于合金元素的含量如o、Ni、V、Mn、B等。见图1～7欧洲标准与ISO

683-1:1987和各

比较见表调质钢一般适用闪光对焊，在一定的条件下才适用于熔化焊。当碳含量0.35%的非合金钢和硼合金钢焊接时需要预热，预热温度150～250℃，填充材料按ISO2560和ISO14341选择，焊后缓冷，在250℃时退火减小扩散氢的含量。对碳含量在0.5%时的非合金钢和合金钢在相对的条件下可用熔化焊，焊前预热温度大约250～350℃，填充材料一般按ISO18275和ISO18276选择.对高质量的接头须焊过渡层，然后回火，再进行焊接。根据碳当量选择预热温度，预热温度与碳当量、板厚、焊条直径的关系焊接要点化学-机械（例如耐蚀钢）酸洗去除氧化皮焊接接头的焊后处理加热加热-机械退火淬火调质 回火锤击 低温碾压 应力松弛火

消除应力

消除正退应力火

回火综合处理机械锤击碾压（冷）振动表面加工整体退火

局部退火部分退火焊接接头焊后处理无特殊要求的碳钢焊接管（DIN1615）具有特殊要求的碳钢焊接管和无缝管（EN10217和EN10216）具有较高特殊要求的碳钢焊接管和无缝管（DIN1630和DIN1628可燃性液体和气体长途管道用

（EN10208

T2）普通结构钢的焊接管和无缝管（EN10210）结构钢冷制空心型材（EN10219）3.3碳钢及碳管线用钢标记举例：EN10208-1

L235GAEN102