碳素钢的定义及分类
钢的分类及用途
钢的分类及用途碳钢也叫碳素钢，是含碳量（wc）小于2%的铁碳合金。
碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。
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。
碳素结构钢又可分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种。
按含碳量可以把碳钢分为低碳钢(wc≤0.25%)，中碳钢(wc 0.25%~0.6%)和高碳钢(wc >0.6%)。
按磷、硫含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)。
一般碳钢中含碳量越高则硬度越高，强度也越高，但塑性降低。
碳素结构钢这类钢主要保证力学性能，故其牌号体现其力学性能，用Q+数字表示，其中“Q”为屈服点“屈”字的汉语拼音字首，数字表示屈服点数值，例如Q275表示屈服点为275MPa。
若牌号后面标注字母A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同，含S、P的量依次降低，钢材质量依次提高。
若在牌号后面标注字母“F”则为沸腾钢，标注“b”为半镇静钢，不标注“F"或“b”者为镇静钢。
例如Q235-A·F表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢，Q235-c表示屈服点为235MPa的c级镇静钢。
碳素结构钢一般情况下都不经热处理，而在供应状态下直接使用。
通常Q195、Q215、Q235钢碳的质量分数低，焊接性能好，塑性、韧性好，有一定强度，常轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等结构和制造普通铆钉、螺钉、螺母等零件。
Q255和Q275钢碳的质量分数稍高，强度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接，通常轧制成型钢、条钢和钢板作结构件以及制造简单机械的连杆、齿轮、联轴节、销等零件。
优质结构钢这类钢必须同时保证化学成分和力学性能。
其牌号是采用两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分数(wс×10000)。
例如45钢表示钢中平均碳的质量分数为0.45%；08钢表示钢中平均碳的质量分数为0.08%，优质碳素结构钢主要用于制造机器零件。
碳素结构钢的定义与分类
W
< 0.10
< 0.10
< 0.10
V
< 0.04
< 0.10
< 0.10
Zr
< 0.05
< 0.05
< 0.05
La系（每一种元素）
< 0.02
< 0.05
< 0.05
其他规定元素（S、P、C、 N除外）
< 0.05
< 0.05
< 0.05
（四） 美国标准 ASTMA749
当对铝、铬、钴、铌、钼、镍、钛、钨、钒、锆，或为了获得所期望的合金化效果而加入的任一元素不规定或不要求最小含量时，当对铜规定的最小质量分数不超过0.40%时，或对下列任一元素规定最大含量不超过所注明的质量分数（锰1.65%、硅0.60%、铜0.60%）时，该类钢称为碳素钢。
（2） 不规定热处理（退火、正火、消除应力及软化处理不作为热处理）；
（3） 如产品标准或技术条件中有规定，其特性值应符合下列条件：
碳的质量分数最高值 ≥ 0.10%；
硫或磷的质量分数最高值 ≥ 0.045%；
氮的质量分数最高值 ≥ 0.007%；
抗拉强度最低值 ≤ 690MPa；
屈服点或屈服强度最低值 ≤ 360MPa；
根据国际标准ISO 4948-2：1981《钢分类—第2部分：非合金钢和合金钢按主要质量级别和主要性能及使用特性的分类》的规定，按主要质量级别非合金钢分为普通钢（base steel）、非合金优质钢（unalloyedquality steel）和非合金特殊钢（unalloyed special steel）。普通钢是指不规定在生产中需特别控制质量要求的钢，并应同时满足下列4个条件：
碳素钢的定义及分类
和重要结构件。
高级碳素钢
03
质量要求极高，具有优良的力学性能和加工性能，常用于制造
高精度和高强度机械和结构件。
03 碳素钢的特性
力学性能
强度
碳素钢具有较高的强度，能够承受较大的外力。
韧性
碳素钢具有一定的韧性，不易脆断。
硬度
碳素钢的硬度取决于其含碳量，含碳量越高，硬度越大。
物理性能
导热性
碳素钢的导热性较好，能够有效地传递热量。
碳素钢的定义及分类
目录
• 引言 • 碳素钢的分类 • 碳素钢的特性 • 碳素钢的应用 • 结论
01 引言
目的和背景
碳素钢是钢铁材料中的重要组成部分，广泛应用于建筑、机械、汽车、船舶等领域。随着工业化的快 速发展，碳素钢的需求量不断增加，了解其定义和分类对于合理选用和生产具有重要意义。
碳素钢的定义：碳素钢是指以铁为主要元素，含碳量一般在2.0%以下，并含有少量硅、锰、磷、硫等 元素的铁碳合金。
碳素钢的分类
01
按含碳量分类
根据含碳量的不同，碳素钢可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。低碳钢的
含碳量在0.25%以下，中碳钢的含碳量在0.25%～0.6%之间，高碳钢的
含碳量在0.6%～1.7%之间。
02
按质量分类
根据磷、硫等杂质元素含量的高低，碳素钢可分为普通质量钢、优质钢
和高级优质钢。普通质量钢的杂质元素含量较高，优质钢的杂质元素含
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含碳量小于0.2%的碳素钢，强度较低， 但具有良好的塑性和焊接性能，常用 于制造建筑结构和轻质零件。
中碳钢
含碳量在0.2%至0.6%之间的碳素钢， 具有较好的韧性和塑性，广泛用于制 造结构件和机械零件。
碳素钢与合金钢
3. 典型合金弹簧钢
65 65 Mn 60 Si 2 Mn 50 Cr V A 50 Cr Mn A 55 Si Mn Mo V Nb
汽车板簧
热卷大弹簧
大型热卷弹簧
1. 不锈钢 ( stainless steel )
1.定义: 在腐蚀介质中具有很高的抗腐 蚀能力的钢。
2.概念:*在空气中的年腐蚀量为0.01mm 以内的钢, 称为在空气中使用的 不锈钢。 *在强酸、强碱介质中的年腐蚀 量为0.1mm以内的钢,称为在强 酸、强碱介质中使用的不锈钢。
1)马氏体型不锈钢 --- Cr13型钢 Martensitic stainless steel
含锰量WMn ≤ 1.5 % 含碳量WC 0.4 %
易切削钢
1.用途: 适用于高速切削和在自动加工机 床上加工的材料。
2.性能要求: 降低切削力和切削热,减少 刀具磨损,延长刀具寿命,改 排屑性能,提高切削速度。
3.化学成分特点: S:Ws = 0.08～0.3% Pb:WPb=0.15～0.25% Ca:微量
钢液在浇注仅前进行轻度假脱氧, Wo = 0.03%～0.07%,成分偏析较严重、 组织不致密。机械性能不均匀, 冲击韧 性差, 常用于要求不高的零件。
3.半镇静钢 ( balanced steel )
半镇静钢是脱氧过程介于镇静钢 和沸腾钢之间的钢,是用锰铁和硅铁进 行脱氧。其质量也介于二者之间,可代 替部分镇静钢,一般不适于做重要零件。
柴油机曲轴
2.典型合金调质钢
➢ 低淬透性调质钢
钢含合金元素总量＜3 %。
碳钢材质的细分
碳钢材质的细分定义：碳钢也叫碳素钢，指含碳量Wc小于2.11%的铁碳合金，有时也称为普碳钢或碳素钢。
碳钢材质的细分一、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；二、按冶炼方法可分为平炉钢、转炉钢；三、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）；四、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%）；五、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。
六、按化学成分分类碳素钢按化学成分（即以含碳量）可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
(1) 低碳钢又称软钢，含碳量从0.10%至0.30%低碳钢易于接受各种加工如锻造，焊接和切削，常用于制造链条，铆钉，螺栓，轴等。
(2) 中碳钢碳量0.25%～0.60%的碳素钢。
有镇静钢、半镇静钢、沸腾钢等多种产品。
除碳外还可含有少量锰（0.70%～1.20%）。
按产品质量分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。
热加工及切削性能良好，焊接性能较差。
强度、硬度比低碳钢高，而塑性和韧性低于低碳钢。
可不经热处理，直接使用热轧材、冷拉材，亦可经热处理后使用。
淬火、回火后的中碳钢具有良好的综合力学性能。
能够达到的最高硬度约为HRC55(HB538），σb为600～1100MPa。
所以在中等强度水平的各种用途中，中碳钢得到最广泛的应用，除作为建筑材料外，还大量用于制造各种机械零件。
（3）高碳钢常称工具钢，含碳量从0.60%至1.70%，可以淬硬和回火。
锤，撬棍等由含碳量0.75%的钢制造；切削工具如钻头，丝攻，铰刀等由含碳量0.90% 至1.00% 的钢制造。
七、按钢的品质分类按钢的品质可分为普通碳素钢和优质碳素钢。
（1）普通碳素结构钢又称普通碳素钢，对含碳量、性能范围以及磷、硫和其他残余元素含量的限制较宽。
碳素钢的分类
碳素钢的分类含碳量小于2.11％的铁碳合金称为碳素钢，又称碳钢。
碳素钢的分类方法很多，一般可按含碳量、品质、用途和工艺进行分类。
按钢的含碳量分类，可分为：低碳钢，其含碳量小于0.25％；中碳钢，其含碳量等于0.25％～0.60％；高碳钢，其含碳量大于0.60％。
按钢的品质分类，钢的品质是由钢中含有害杂质硫(S)、磷(P)的多少来区分的。
当钢中含硫量不超过0.050％，含磷量不超过0.045％时为普通碳素钢；当钢中的含硫量、含磷量均小于0.040％时为优质碳素钢；当钢中的含硫量小于0.030％，含磷量小于0.035％时为高级优质碳素钢。
按钢的用途分类，可分为碳素结构钢和碳素工具钢。
碳素结构钢主要用于制造各种机械零件和工程构件。
碳素工具钢主要用来制造刀具、量具和模具，这类钢一般属于高碳钢，其含碳量在0.65％～1.35％的范围内。
按工艺分类，可分为热轧钢、冷拔钢、锻造钢和铸造钢等。
(一)普通碳素结构钢普通碳素结构钢中含有害杂质(硫、磷)和非金属夹杂物较多，但其机械性能可以满足一般工程结构件及普通机械零件的要求，所以应用较广。
通常为轧制成的钢板或各种型材(圆钢、方钢、角钢等)。
1988年颁布的国家标准(GB700—88)中，普通碳素结构钢的牌号是由代表其屈服点(屈服极限)的字母(Q)、屈服点数值、质量等级符号(A、B、C、D)及脱氧方法符号(F、b、Z、TZ)等四部分组成。
其中质量等级符号表示钢中含有害杂质的多少，A级硫、磷含量分别不大于0.050％和0.045％；B级硫、磷含量均不大于0.045％；C级硫、磷含量均不大于0.040％；D级硫、磷含量均不大于0.035％。
脱氧方法符号“F”表示沸腾钢，“b”表示半镇静钢，“Z”表示镇静钢，“TZ”表示特殊镇静钢(仅用于D级钢)。
镇静钢和特殊镇静钢，其牌号中的脱氧方法符号可以省略。
普通碳素结构钢的牌号及力学性能详见表5—1。
Q195钢含碳量很低(0.06％～0.12％)，塑性好，常用来制造各种薄钢板，也可用来代替优质碳素钢中的08钢和10钢制造冲压、焊接结构件。
碳素结构钢的定义与分类
（一） 国际标准（ISO）的规定
根据国际标准ISO 4948-1：1982《钢分类-第1部分：根据化学成分钢分为非合金钢和合金钢》的规定，根据钢的化学成分分为非合金钢和合金钢。非合金钢与合金钢中元素含量界限值如表1-1-3所示。对于表中所列的所有元素，规定的钢中每个元素的质量分数比表中所列相应元素小时，这种钢为非合金钢。对表中列出元素的熔炼分析仅规定了最低值和范围时，应根据最低值进行分类。当锰的熔炼分析仅规定最大值时，应根据该最大值进行分类。除锰以外的其他元素，仅规定熔炼分析最大值时，取该值的0.7倍进行分类。
< 0.05
W
< 0.10
< 0.10
< 0.10
V
< 0.04
< 0.10
< 0.10
Zr
< 0.05
< 0.05
< 0.05
La系（每一种元素）
< 0.02
< 0.05
< 0.05
其他规定元素（S、P、C、 N除外）
< 0.05
< 0.05
< 0.05
（四） 美国标准 ASTMA749
当对铝、铬、钴、铌、钼、镍、钛、钨、钒、锆，或为了获得所期望的合金化效果而加入的任一元素不规定或不要求最小含量时，当对铜规定的最小质量分数不超过0.40%时，或对下列任一元素规定最大含量不超过所注明的质量分数（锰1.65%、硅0.60%、铜0.60%）时，该类钢称为碳素钢。
特殊质量非合金钢是指生产过程中需要特别严格控制质量的性能（例如控制淬透性和纯洁度）的非合金钢，应符合下列条件。
（1） 钢材要经热处理并至少具有下列一种特殊要求的非合金钢（包括易切钢和工具钢）：
碳素钢
20、
冷冲压件、 焊接件和 标准件、 渗碳件等 零件。
45、
调质件：机 床齿轮、机 床主轴、曲 轴、连杆等 重要零件。
65
弹性件和 耐磨件： 小尺寸弹 簧、低速 车轮等
用途
较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。
热处理：
渗碳、淬火、回火等。
汽车曲轴
08-25钢含碳量低，强度、硬度较低，塑性、韧性及 焊接性良好，主要用于制造冲压件，焊接结构件及 强度要求不高的机械零件
弹簧垫圈
小轴
30~55属于调质钢，经过调质处理后具有良好的综 合力学性能，主要用于制造受力较大的机械零件。
万向连轴器
曲轴
60钢以上的属于弹簧钢，经过热处理后可以获得较 高的弹性极限，主要用于制造弹性零件。
汽车板簧
螺旋弹簧
3．碳素工具钢 牌号 —— 如 T12A 钢，含C量为 12 / 1000 = 1.2 % ，
s ，MPa
≥ 175 205 245 315 335 355 375 400 420
(摘自GB/T699-1999)
65Mn ——Βιβλιοθήκη 表示Wc为0.65%、含 锰量较高（WMn=0.9~1.2%)的优质
碳素结构钢。
08F
质碳素结构钢，属沸腾钢。
———表示Wc为0.08%的优
应
用
08F、
冷冲压件， 如汽车和 仪表外壳、 容器、罩 子等。
0.045 0.045
0.045 0.045 0.040 0.035 0.045 0.045
F,b,Z F,b,Z
F,b,Z F,b,Z Z TZ Z Z
Q255 Q275
A/ B －
Q×××AF 屈服强 脱氧 半镇静钢b 度字母 方法 镇静钢Z 屈服强度值 特殊镇静钢TZ （MPa ） 质量等级：A、B、C、D
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碳素钢的定义及分类
钢类
碳素钢
Wp/% Ws/%
≤0.045 ≤0.050
说明
普通质量钢
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
碳素钢钢筋、铁道用于一般素钢
碳素钢的定义及分类
钢类
优质钢
碳素钢
说明
Wp/% 造船用碳素钢、重轨用碳素钢 Ws/% ≤0.035 ≤0.035
碳素钢的定义及分类
钢类
高级优质钢
≤0.025
碳素钢
说明
碳素钢的定义及分类
内容讲解
碳素钢有多种分类的方法，常用的有以下三种： 按含碳量（wc）来分类 碳素钢：
低碳钢 wc≤0.25％
中碳钢 0.25%＜wc≤0.60% 高碳钢 wc＞0.60％
碳素钢的定义及分类
按钢的质量分类 钢的质量是以磷、硫的含量来划分的，分为普通 钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。根据现 行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：
碳素钢的定义及分类
优质碳素结构钢
碳素钢的定义及分类
按钢的用途分类 碳素工具钢指含碳量wc＞0.70%，主要用于制造 各种刃具、模具、量具等工具用钢。按专业来分， 可以分为锅炉用钢、桥梁用钢、矿用钢等。
碳素钢的定义及分类
扩展
按脱氧方法不同分为 沸腾钢 镇静钢
半镇静钢
Wp/% 航空、兵器等专用高级优质钢 Ws/% ≤0.025
碳素钢的定义及分类
钢类
碳素钢
Wp/% Ws/% ≤0.015
说明
特级优质钢
≤0.025
特殊焊条用碳素钢
碳素钢的定义及分类
按钢的用途分类 碳素结构钢指含碳量wc＜0.70%，主要用于制造 齿轮、轴等各种机械零件和制作桥梁、建筑等工 程结构件用钢。 普通碳素结构钢。
碳素钢的定义及分类
碳素钢的定义及分类
观察下列物品，它们都是由什么物质构成？
碳素钢的定义及分类
从日常生活到工业生产到航空航天，最常用的材料就 是碳素钢
碳素钢的定义及分类
碳素钢
碳素钢也称非合合金钢或碳钢，是指以铁为主要元素、 含碳量小于2.11％并含有硅、锰、硫、磷等元素的铁 碳合金。