一、定义
主要指碳的质量分数小于2.11%而不含有特意加入的
合金元素的钢。有时也称为普碳钢或
碳素钢。
碳钢也叫碳素钢,指含碳量Wc小于2.11%的
铁碳合金。
碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。
二、分类
(1)按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素
工具钢和易切削结构钢三类,碳素结构钢又分为工程构建钢和
机器制造结构钢两种;
(2)按冶炼方法可分为
平炉钢、转炉钢;
(3)按脱氧方法可分为沸腾钢(F)、
镇静钢(Z)、
半镇静钢(b)和
特殊镇静钢(TZ);
(4)按含碳量可以把碳钢分为
低碳钢(WC ≤ 0.25%),
中碳钢(WC0.25%—0.6%)和高碳钢(WC>0.6%);
(5)按钢的质量可以把碳素钢分为普通碳素钢(含磷、硫较高)、优质碳素钢(含磷、硫较低)和高级优质钢(含磷、硫更低)和特级优质钢。
说明:一般碳钢中含碳量较高则
硬度越大,强度也越高,但
塑性较低。
三、常见的碳钢
1.碳素结构钢
牌号:例Q235-A·F,表示σs≥235MPa
牌号注解:Q是屈服强度 A质量等级(有ABCD四级),F沸腾钢
特点:价格低廉,工艺性能(如焊接性和冷成形性)优良。
应用:一般工程结构和普通机械零件。如Q235可制作螺栓、螺母、销子、吊钩和不太重要的机械零件以及建筑结构中的螺纹钢、型钢、钢筋等
2.优质碳素结构钢
牌号:例45、65Mn、08F
牌号注解:直接表示金属含碳量的万分数
应用:制造重要机械零件的非合金钢,一般都要经过热处理之后使用。
常用钢号及用途:
08F,碳的质量分数低,塑性好,强度低,用于冲压件如汽车和仪表外壳;
20,塑性和焊接性好,用于强度要求不高的零件及渗碳零件,例如机罩、焊接容器,小轴、螺母、垫圈及渗碳齿轮等;
45,40Mn,经调质后综合力学性能良好,用于受力较大的机械零件,如齿轮、连杆、机床主轴等;
60、65Mn钢具有较高的强度;用于制造各种弹簧、机车轮缘、低速车轮。
3.碳素工具钢
牌号:例如T12钢表示Wc=1.2%的碳素工具钢。
牌号注解:T加金属含碳量的千分数
特点:属共析钢和过共析钢,强度、硬度较高,耐磨性好适用于制造各种低速切削刀具。
常用钢号及用途:
T7、T8:制作承受一定冲击而要求韧性的零件。如大锤、冲头、凿子、木工工具、剪刀
T9、T10、T11:制造冲击较小的要求高硬度高耐磨性的工具。如丝锥、小钻头、冲模、手锯条
T12、T13:制作不受冲击的工具。如锉刀、刮刀、剃刀、量具
4.铸钢
牌号:例如ZG200-400,表示σs≥200MPa,σb≥400MPa的铸钢。
性能:铸造性能比铸铁差,但力学性能比铸铁好;
应用:主要用于制造形状复杂,力学性能要求高,而在工艺上又很难用锻压等方法成形的比较重要的机械零件,例如汽车的变速箱壳,机车车辆的车钩和联轴器等。
四、杂质元素对碳钢性能的影响
1、锰
约为0.25%~0.80%。固溶强化;清除FeO,降低钢的脆性;与硫化合成MnS,可以减轻硫的有害作用。有益。
2、硅
约为0.10%~0.40%,固溶强化;除FeO对钢质量的不良影响,有益。
3、硫
FeS与Fe形成低熔点共晶体(熔点为985℃),在1000~1250℃热加工时导致钢变脆而开裂,
“热脆”。有害。
4、磷
强度、硬度提高,但使塑性和韧性降低,
“冷脆”。有害。