碳钢及合金钢应用与区别[专业知识]
9-碳钢、合金钢、铸铁解析
门用钢。 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2：高热硬性，用于刀具等。
（表达特殊） wC<1.0% ww=18% wCr=4% wV<1.5%
（三）特殊性能钢
1、不锈钢（主要合金元素为Cr和Ni）
牌号：
数字 + 元素符号 + 数字 表示所含合 金的名称 元素平均 百分含量
表示碳的平均千分含 量，<0.08%时用0表示
2、优质碳素结构钢 牌号：
由两位数字组成
当wMn=0.7∼1.2%时， 在数字后加Mn
表示碳的平均万分含 量（常用：08∼85）
如45（表示wC≤0.45%的优质碳素结构钢）
如65 Mn（表示wc=0.65% ,wMn=0.7∼1.2%的优质碳钢）。
成份： wc=0.08∼0.85%, S、P含量较低，通常经热处理后 使用，以发挥其性能潜力。 特点与应用：
成份： wC=0.3∼1.7%, 加入了Cr、Mn、Si、Mn、W、V 等合金元素，热处理后使用。
特点与应用：
9CrSi、9Cr2：量具刃具钢（丝锥、钻头、铣刀、手 术刀、量规、冷冲模等）；
Cr12MoV、CrWMn：冷模具钢； 5CrNiMo、4Cr5W2VSi：热模具钢;
*高速工具钢（锋钢）是合金工具钢中的一类专
表示普碳 结构钢
共分195、215、235、 255、275五种。
共有A,B,C,D四个 级别，A级最差。
如：Q235A；Q215B；
成份： wc=0.06∼0.38%，S、P含量较高，不需热处理。 特点与应用：
Q195、Q215钢：塑性和韧度好，制造薄板、冲压 件和焊接件；
Q235钢：强度较高，制造钢板、钢筋、农业机 械用钢和不重要的机械零件，拉杆、连杆和转轴。 Q255、Q275钢：强度高，质量好制作建筑、桥 梁工程上质量要求较高的焊接件。
常用钢材的分类和用途
常用钢材的分类和用途钢材是一种广泛应用于建筑、制造、交通、能源和农业等多个领域的金属材料。
根据其化学成分、加工工艺和耐用性等特性，钢材可以分为碳钢、合金钢和不锈钢三大类。
1.碳钢：碳钢是最常见的钢材种类，具有良好的可塑性和可焊性。
由于含碳量较低，碳钢的强度和硬度相对较低，但韧性较高。
根据含碳量的不同，碳钢可以进一步分为低碳钢、中碳钢和高碳钢等。
-低碳钢：含碳量在0.04%至0.29%之间，适用于制造冷轧板、冷拔钢丝和焊接零件等。
-中碳钢：含碳量在0.30%至0.59%之间，具有适中的硬度和韧性，常用于汽车零部件、机械结构等。
-高碳钢：含碳量在0.60%至1.00%之间，具有较高的硬度和耐磨性，广泛用于刀具、弹簧和轴承等。
2.合金钢：合金钢是通过添加其他元素来改善钢材的特性而形成的。
常见的合金元素包括铬、镍、钼、钒和锰等。
合金钢具有更高的强度、抗腐蚀性和耐高温性能。
-铬钢：由于添加了铬元素，具有良好的耐腐蚀性，常用于制造不锈钢、锅炉管和汽车零件等。
-镍钢：添加了镍元素，具有更高的强度和韧性，广泛应用于航空航天、石油化工和核能工业等领域。
-钼钢：加入钼元素，可以提高钢材的强度和耐磨性，适用于制造切削工具、轴承和锻造模具等。
-钒钢：添加钒元素，可以提高钢材的强度和耐磨性，常用于生产高速切削工具和汽车零部件等。
-锰钢：锰元素的加入可以增强钢材的韧性和可塑性，适用于制造铁路车轮、矿山工具和道路桥梁等。
3.不锈钢：不锈钢是一种含有至少12%铬元素的钢材，具有良好的耐腐蚀性和耐高温性能。
不锈钢可以进一步分为奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和铁素体不锈钢等。
-奥氏体不锈钢：含有高铬、镍和钼等元素，具有良好的耐腐蚀性和可塑性，广泛用于制造管道、压力容器和厨具等。
-马氏体不锈钢：由于经过深冷处理，具有良好的强度和耐磨性，常用于制造刀具和弹簧等。
-铁素体不锈钢：含有低碳和高铁元素，具有良好的耐磨性和耐热性能，适用于制造耐磨件和高温设备等。
碳钢及合金钢应用与区别
04
碳钢与合金钢的区别
化学成分差异
碳钢
主要由铁和碳组成，通常含有少量的 硅、锰、磷、硫等元素。
合金钢
在碳钢的基础上添加了其他合金元素， 如铬、镍、钨、钒等，以提高钢材的 特定性能。
其他应用领域
石油和化工
碳钢可用于制造石油和化工行业 的管道、储罐和反应器等设备。
电力和能源
碳钢可用于制造发电厂的锅炉、汽 轮机和核反应堆等设备。
铁路和船舶
碳钢在铁路和船舶制造中也有广泛 应用，如铁路轨道、船舶船体和机 械部件等。
03
合金钢的应用
航空航天
航空航天领域对材料性能要求极高，合金钢因其高强度、耐 高温和良好的抗疲劳性能而被广泛应用于飞机和航天器的制 造。例如，机身结构、起落架、发动机部件等都离不开合金 钢。
VS
未来碳钢和合金钢的发展趋势将更加 注重高性能、轻量化、环保化和智能 化，以满足不断变化的市场需求和产 业升级的需要。
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碳钢及合金钢应用与 区别
• 碳钢与合金钢简介 • 碳钢的应用 • 合金钢的应用 • 碳钢与合金钢的区别 • 总结
目录
01
碳钢与合金钢简介
碳钢的定义与分类
定义
碳钢是一种主要由铁和碳元素组 成的合金，其中碳含量通常在2% 以下。
分类
根据碳含量、质量等级、用途等 ，碳钢可分为多种类型，如普通 碳素结构钢、优质碳素结构钢和 特殊质量非合金钢等。
工具和刀具
碳钢制成的工具和刀具具有高硬度和 耐磨性，适用于各种切削和加工任务。
非合金钢、碳钢、合金钢、铸铁、焊接工艺解析
非合金钢，碳钢，合金钢，铸铁，焊接工艺解析Fe-Fe3C相图第一章：非合金钢（碳钢）铁碳合金：是以铁和碳为基本组元组成的合金，是钢和铸铁的统称一、非合金钢:含碳量小于2.11%，并含有少量的锰、硅、磷、硫、等杂志元素的铁碳合金。
碳钢的分类：1、按含碳量分类：2、1）、低碳钢（W c<0.25%）2）、中碳钢（W c =0.25~0.60%）3）、高碳钢（W c >0.60%）2、按质量分类1）普通质量碳钢（W s≥0.045%、W p≥0.045%）2）优质碳钢3）特殊质量碳钢（W s≤0.020%、W p≤0.020%）3、按用途分类1）碳素结构钢2）优质碳素结构钢3）碳素工具钢4）碳素碳钢按脱氧方式不同：●沸腾钢（F）脱氧不完全的钢●镇静钢（Z）完全脱氧的钢●半镇静钢（b）●特殊镇静钢（TZ）通常Z和TZ可省略，如：Q235-A·F表示≥235MPa，质量等级为A级。
脱氧方法为沸腾钢的碳素结构钢。
3普通碳素结构钢的牌号、主要成分、力学性能(摘自GB/T700-1988)●如45钢，表示其平均含碳量（万分数）为0.45%。
●优质碳素结构钢分为普通含锰量（W Mn≤0.7%）和较高含锰=0.7%~1.2%）两类。
含锰量较高的优质碳素结构钢量（WMn在两数字后面加Mn字，脱氧方法表示法同碳素结构钢。
碳素工具钢碳素工具钢含碳量比较高（W C =0.65%~1.35%）,硫、磷杂志含量较少，一般经淬火，低温回火后硬度比较高，耐磨性好，但塑性较低。
主要用于要求不很高的刃具，量具和模具。
碳素工具钢的牌号用<碳>的汉语拼音首字母<T>后加数字组成。
数字表示钢中的平均含碳量的千分数，如T9钢，表示钢种平均含碳量为0.9%的优质碳素工具钢，查表可知，随着钢号的增大，含碳量的增大，钢的硬度和耐磨性也增加，但韧性却降低。
碳素铸钢铸钢的含碳量一般在0.15%~0.6%范围。
碳钢及合金钢应用与区别
滚动轴承钢
成分特点 :
➢高碳：0.95~1.10%C ➢主加元素——Cr，提高淬透性、耐磨性和耐蚀性 ➢辅加元素——Mn、Si，提高淬透性
热处理特点：
➢球化退火 + 淬火 + 低温回火
➢冷处理(-60 ~ -80℃) ，时效（120～140℃,10～20h）
减少A’、稳定尺寸、去应力
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A1；B1 A2；C2 A3；C3 A4；C4
C5
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7
优质碳素结构钢
牌号： 08、10、15、20、 …… 、75、80、85（F） 成分特点： Wc：0.08% ～ 0.85%C， S、P ≯0.04% 性能特点：冶金质量较好、塑性韧性高、淬透性及回火稳定性差 使用状态：使用前一般都要经过热处理（渗碳、淬火、回火等） 用途：比较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等
——用于制造轴承套和滚动体的专用钢种
工作条件
➢ 承受高接触应力(达3000~3500MPa) ➢ 周期性交变载荷(频率达数万次/分)和摩擦
性能要求
➢ 高而均匀的硬度和耐磨性 ➢ 高的b和接触疲劳强度 ➢ 足够的韧性、淬透性和耐蚀性 ➢ 高的纯净度
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圆柱滚 子轴承
滚针 轴承
向心 球轴承
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12
调质钢加Biblioteka 工艺路线：下料 → 锻造 → 预备热处理 → 粗加工 → 调质 → 精加工 → 表面强化
→ 装配 正火或退火
淬火+高温回火 淬火+低温回火
调质目的：
①为表面淬火作组织准备； ②获得最终心部组织
组织：主体：S回 表层：M回
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回火索氏体
各类钢铁的性能与适用范围
各类钢铁的性能与适用范围钢铁是人类工业发展历史上不可缺少的材料之一，其性能与适用范围与制造工艺密切相关。
钢铁品种繁多，不同种类的钢铁具有不同的物理和化学性质，适用于不同的领域和工艺。
一、低碳钢低碳钢一般含碳量在0.04%以下，具有良好的可焊性、可塑性、可锻性和可切削性。
广泛应用于制造汽车、电器、农用机械等常规工业产品。
低碳钢的缺点是强度和耐蚀性较低，不适用于抗弯曲或耐高温腐蚀环境。
二、中碳钢中碳钢含碳量在0.25%~0.6%之间，具有较高的强度和硬度，适用于制造高强度的机械部件和车轮、机床等。
中碳钢不适用于制造焊接和锻造的产品，也不适合在容易腐蚀的环境中使用。
三、高碳钢高碳钢含碳量在0.6%~1.5%之间，具有非常高的硬度和耐磨性，适用于制造刀具、弹簧、轴承等高强度和高密度的零件。
但由于高碳钢比较脆性，不适用于锻造和冷锻加工，需要热处理来改善其韧性和塑性。
四、合金钢合金钢是加入了其他元素的钢铁材料，以改善钢铁的性能。
添加铬、钴、钼等合金元素可以提高钢铁的耐腐蚀性、抗击穿性和抗氧化性；添加镍、锰、硅、钒等元素可以提高钢铁的强度和硬度；添加铜、铝、锡等轻金属元素可以提高钢铁的可焊性和可塑性。
五、不锈钢不锈钢是一种具有良好耐腐蚀性和抗氧化性的合金钢材料，主要成分是铬、镍和钢。
不锈钢可以分为奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和铁素体不锈钢等几种不同材质。
不锈钢广泛应用于制造高档厨具、建筑材料、化工设备、汽车零件等领域。
综上所述，不同种类的钢铁具有不同的性能和适用范围。
在选择钢铁材料时，需要考虑其使用环境、承载能力、制造工艺等多个因素。
制造业的发展对钢铁材料提出了更高的要求，需要不断研发新材料和开发新工艺，以满足市场需求和创新发展的需要。
低碳钢和低碳合金钢
低碳钢和低碳合金钢低碳钢和低碳合金钢是两种常见的金属材料，它们在工业生产和日常生活中都有广泛的应用。
虽然它们都属于低碳材料，但在性质和用途上有一些区别。
本文将介绍低碳钢和低碳合金钢的特点以及它们在不同领域中的应用。
低碳钢是一种含碳量较低的钢材，通常含碳量在0.05%至0.25%之间。
由于碳元素含量较低，低碳钢具有优良的可焊性、可塑性和韧性。
它的强度相对较低，但具有良好的冷加工性能。
低碳钢具有良好的可塑性和可焊性，适用于一些需要强度相对较低但具有良好可塑性的领域，如制造轻型汽车、制造家电产品等。
此外，低碳钢还具有良好的可加工性，可以通过冷加工来获得所需形状和尺寸，广泛应用于制造业。
低碳合金钢是在低碳钢的基础上添加了其他合金元素的一种材料。
通常，低碳合金钢的碳含量在0.05%至0.25%之间，同时还添加了其他合金元素，如锰、铬、镍、钼等。
这些合金元素的添加使得低碳合金钢具有更高的强度和耐腐蚀性能。
此外，低碳合金钢还具有优异的耐磨性和耐高温性能，适用于一些对材料强度和耐腐蚀性能要求较高的领域，如航空航天、汽车工业等。
低碳钢和低碳合金钢在实际应用中有许多相似之处，但也存在一些差异。
首先，低碳钢的强度相对较低，适用于一些要求可塑性和可焊性较高的领域，而低碳合金钢的强度较高，适用于一些要求强度和耐腐蚀性能较高的领域。
其次，低碳钢的成本相对较低，适用于一些对成本要求较高的领域，而低碳合金钢的成本相对较高，适用于一些对材料性能要求较高的领域。
低碳钢和低碳合金钢是两种常见的金属材料，它们在工业生产和日常生活中有广泛的应用。
低碳钢适用于一些要求可塑性和可焊性较高的领域，如制造轻型汽车和家电产品等；低碳合金钢适用于一些对材料强度和耐腐蚀性能要求较高的领域，如航空航天和汽车工业等。
了解这两种材料的特点和应用领域有助于我们在实际应用中选择合适的材料，提高生产效率和产品质量。
合金钢的分类及应用
合金钢的分类及应用合金钢是一种由铁和其他元素（如碳、铬、钼等）组成的合金材料。
根据合金元素的不同，合金钢可以分为多种不同的类型，每种类型都具有特定的物理和化学性质，因此在不同的应用领域有着广泛的应用。
第一类合金钢是碳钢。
碳钢是由铁和碳组成的合金，碳的含量在0.02%至 2.11%之间。
碳钢具有良好的韧性和可塑性，适用于制造机械零件、工具和建筑材料等。
其中，低碳钢具有良好的可焊性和可锻性，适用于制造汽车零件和管道等；中碳钢具有较高的强度和耐磨性，适用于制造齿轮和轴等；高碳钢具有较高的硬度和强度，适用于制造刀具和弹簧等。
第二类合金钢是不锈钢。
不锈钢是一种具有耐腐蚀性的合金钢，主要由铁、铬和少量的镍、钼等元素组成。
不锈钢具有良好的耐腐蚀性、耐高温性和抗氧化性，广泛应用于制造化工设备、厨房用具、建筑材料等。
根据不同的成分和结构，不锈钢可以分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和马氏体不锈钢等不同的类型，每种类型都具有不同的性能和应用领域。
第三类合金钢是工具钢。
工具钢是一种用于制造切削工具、冲压工具和模具等的合金钢，具有良好的硬度、耐磨性和耐热性。
根据其合金元素的不同，工具钢可以分为碳工具钢、合金工具钢和高速工具钢等。
碳工具钢具有较高的硬度和耐磨性，适用于制造冷冲模和切削刀具等；合金工具钢通过添加合金元素如钼、钛等，提高了其硬度和耐热性，适用于制造热冲模和高速切削刀具等；高速工具钢具有极高的硬度和耐热性，适用于制造高速切削刀具和钻头等。
第四类合金钢是结构钢。
结构钢是一种用于建筑、桥梁、船舶等结构工程的合金钢，具有良好的强度和韧性。
根据其合金元素的不同，结构钢可以分为碳素结构钢、低合金结构钢和高合金结构钢等。
碳素结构钢具有良好的可塑性和焊接性，适用于一般结构工程；低合金结构钢通过添加少量的合金元素如钼、铬等，提高了其强度和耐腐蚀性，适用于复杂结构工程；高合金结构钢通过添加较高比例的合金元素如镍、钼等，提高了其强度和耐腐蚀性，适用于海洋工程和化工设备等。
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① 提高 F 的强度(Mn、Si)
② 细化晶粒(V、Ti、Nb) 提高σs、σb、ak ③ 增加P，并使之细化(Mn)
④ 弥散强化(V、Ti、Nb)
⑤ 提高耐蚀性(Cu、P)
⑥ 脱硫、去气，使钢材净化，改善韧性和工艺性能(Re)
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低合金结构钢
性能特点：
① σ(σs)高、σs/σb高 减重20%～30% ② 具有良好的塑性和足够的韧性 ③ 具有较高的冷加工成形性 ④ 具有良好的可焊性、耐蚀性 ⑤ 低的韧脆转变温度
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调质钢
加工工艺路线：
下料 → 锻造 → 预备热处理 → 粗加工 → 调质 → 精加工 → 表面强化 → 装配
正火或退火
淬火+高温回火 淬火+低温回火
调质目的：
①为表面淬火作组织准备； ②获得最终心部组织
组织：主体：S回 表层：M回
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回火索氏体
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调质钢
分类及用途：
汽轮机主轴
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4
(普通)碳素结构钢
牌号： Q195 Q215
Q235
Q255 Q275
A、B
A、B、C、D
A、B
成分特点：低C，高S、P，高非金属夹杂
性能特点：冶炼容易 、冶金质量差、机械性能低
可焊性、塑性好、工艺性好
使用状态：热轧空冷 S＋F
用途：工程结构件（钢板、钢筋、型钢等）
普通机械零件（少）
柴油机连杆
螺杆
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破碎机1主4 轴
弹簧钢
——用于制造利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件
成分特点
① 中高碳：碳素弹簧钢为0.6~0.9%C 合金弹簧钢为0.45~0.7%C
② 低S、P及非金属夹杂：保证表面质量高
疲劳强度高
③ 主加元素：Si、Mn、Cr、V
提高屈强比、淬透性、回火稳定性、细化晶粒
14MnMoV 18MnMoNb
主 要 化 学 成 分，%
C
Mn Si，
0.16
0.80 ~1.50
0.55
0.18 1.00 ~0.20 ~1.600 ~1.60
0.55
0.20
1.00 ~1.70
0.55
0.20
1.00 ~1.70
0.55
机械性能
s ，MPa b ，MPa
使用状态：热轧或正火，S＋F 用途：强度较高的工程结构件
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常用低合金结构钢牌号、成分、性能
（厚度(直径)16mm，AKV ≥34J）
钢号
旧钢号
Q295 Q345 Q390 Q420 Q460
09MnNb 12Mn
16Mn 16MnRe
16MnNb 15MnTi
14MnVTiRe 15MnVN
➢ 低淬透性(D0油<30 ～ 40mm ，45、40Cr、40MnB) 较小尺寸重要零件，如齿轮、轴、螺栓
➢ 中淬透性(D0油≈40～60mm，40CrNi 、35CrMo) 大中型零件，如曲轴、连杆
➢ 高淬透性(D0油>60mm, 40CrNiMo、40CrMnMo、38CrMoAlA) 大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮
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8
低合金结构钢
牌号： Q295 A、B
Q345 A～E
Q390 A～E
Q420 Q460 A～E C、D、E
或： 16Mn、09MnV、 09MnNb、 15MnTi、 14MnVTiRe
成分特点：
低C(Wc < 0.2% ) 低合金(WMe < 3% )
保证钢的韧性、焊接性和冷成形性能 Mn、V、Ti、Nb、Cu、P、Si、Re
合金钢的特点
➢ 冶炼加工困难 ➢ 成本高 ➢ 回火稳定性高 ➢ 淬透性高 ➢ 基本相强度高,韧性好 ➢ 能满足特殊性能要求
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3
§3 结构钢
结构钢
工程用钢：建筑、桥梁、船舶、车辆
机器用钢
渗碳钢 调质钢 弹簧钢 滚动轴承钢 耐磨钢
➢使用性能： 以强韧性为主 ➢工艺性能： 以可焊性、淬透性为主 ➢常用钢种：碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢等
钢铁材料的特征
品种繁多、性能丰富 矿藏丰富，冶炼加工相对容易，价格较低 应用广泛，是最重要的工程材料
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1
碳钢及合金钢的应用与区别
结构钢 工具钢 不锈钢
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2
碳钢与合金钢的比较
碳钢的特点
➢ 冶炼加工容易 ➢ 成本低,应用广 ➢ 可热处理强化 ➢ 回火稳定性差 ➢ 淬透性差 ➢ 基本相强度低,韧性差 ➢ 不能满足特殊性能要求
淬火+中温回火→冷成型→去应力→喷丸
大型热卷弹簧
使用状态组织：T回
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冷卷螺旋压缩弹簧
16
弹簧钢
用途
➢65Mn、60Si2Mn：较大截面弹簧(汽车、拖拉机、机车板簧和螺旋弹簧) ➢50CrV：大截面、大载荷、耐热的弹簧
295
570
345
630
390
650
420
680
460
720
5 ，% 23
21~22 19~20 18~19
17
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11
调质钢
性能特点：调质处理后具有 S回 综合性能 加工性能
成分特点： ① 中碳 （0.25%～0.50%）
② 低合金（≤3.5 % ）
➢ 提高淬透性: Mn、Si、Cr、Ni、B ➢ 强化铁素体: Mn、Si、Cr、Ni ➢ 细化晶粒: Ti、V ➢ 防止第二类回火脆性: W、Mo
Wc 低时可用作焊接、铆接件等；
重要零件用Q235C、Q235D
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5
(普通)碳素结构钢
高等教育
6
碳素结构钢 新、老标准钢号对照
GB/T700-1988 标准
GB700-79 标准
A 类钢 —— 保证力学性能， 化学成分和力学性能均须保证 B 类钢 —— 保证化学成分，
C 类钢 —— 保证化学成分及力学性能。
Q195 Q215 Q235 Q255 Q275
A1；B1 A2；C2 A3；C3 A4；C4
C5
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7
优质碳素结构钢
牌号： 08、10、15、20、 …… 、75、80、85（F） 成分特点： Wc：0.08% ～ 0.85%C， S、P ≯0.04% 性能特点：冶金质量较好、塑性韧性高、淬透性及回火稳定性差 使用状态：使用前一般都要经过热处理（渗碳、淬火、回火等） 用途：比较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等
性能特点 ：
① 高的σs，σs/σb；高的σ-1； ② 足够的韧性，耐震动、抗冲击 ③ 高的淬透性
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15
弹簧钢
弹簧的表面质量
➢防止表面脱碳； ➢避免表面缺陷； ➢进行喷丸处理，使表面产生压应力
热处理特点：
➢热轧弹簧(>φ10mm大截面弹簧)：
热成型→淬火+中温回火→喷丸
➢冷轧弹簧(<φ10mm弹簧）：