普通碳素钢
碳素钢的定义及分类
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。
第06章碳素钢
工程用钢主要用于建筑、桥梁、船舶和车辆等；机器零 件用钢包括渗碳钢、调质钢、轴承钢和弹簧钢等。这类 钢一般属于低碳钢和中碳钢。 • (2) 碳素工具钢: 用于制造各种工具的钢。包括刃具钢 、量具钢、模具钢。这类钢一般属于高碳钢。 • (3) 特殊性能钢: 具有某种特殊性能的钢。包括不锈钢 、耐热钢和耐磨钢等。
• 工程用铸钢牌号首位冠以“ZG”(“铸钢”二字汉语拼音 字首)。根据GB/T5613—1995规定, 在“ZG”后面有两 组数字, 第一组数字表示该牌号钢屈服点的最低值, 第 二组数字表示其抗拉强度的最低值。
6.2.3 钢铁及合金统一数字代号体系
• 我国国家标准GB/T176156—1998对钢铁及合金产品牌号规定了统一 数字代号, 与现行的GB/T22—2000
• 6.1.6 氢的影响 • 氢在钢中能产生白点，使钢的脆性加大，其他力学性能也明显降低，因此，氢
是钢中的有害元素，必须控制在牌号规定的范围内。
• 钢中杂质除上述6种以外还有很多种，在此不再过多介绍。生产中常需检验的元 素有: 碳、硅、锰、硫、磷5种元素。
6.2 碳钢的分类、编号、性能和用 途
• 6.2.1 碳钢的分类
0.37%以内。由于含量不多, 在碳钢中仅作
为少量杂质存在时, 它对• 锰也是作为脱氧剂加入钢中的。锰有较强的脱氧能力, 消除氧对钢的不利影 响；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；一部分锰能溶 于渗碳体中形成合金渗碳体, 从而提高硬度和耐磨性。所以锰也是钢中的有 益元素。
• 氧与铁化合生成氧化铁, 氧化铁与硫化物结合可形成熔点为950℃的共晶体 (FeO+FeS), 使钢在950～1 100℃热加工时引起脆裂, 即“热脆”性。增加钢中 的含氧量, 还降低了钢的塑性、韧性、疲劳强度, 且使钢的冲压和切削等工艺 性能和磁性变坏。
碳钢材料基础知识
㈠ 常存杂质元素对钢材性能的影响
普通碳素钢除含碳以外，还含有少量锰(Mn)、硅 (Si)、硫(S)、磷(P)、氧（O）、氮（N）和氢（H） 等元素。这些元素并非为改善钢材质量有意加入 的，而是由矿石及冶炼过程中带入的，故称为杂 质元素。这些杂质对钢性能是有一定影响，为了 保证钢材的质量，在国家标准中对各类钢的化学 成分都作了严格的规定。
㈡ 分类与编号
根据实际生产和应用的需要，可将碳钢进行分类和 编号。分类方法有多种:
1．普通碳素钢 普通碳素钢钢号冠以“Q”，代表钢材屈服强度，后面的数 字表示屈服强度数值（MPa）。如Q235钢，其屈服强度值为 235MPa。必要时钢号后面可标出表示质量等级和冶炼时脱氧 方法的符号。质量等级符号分为 A，B，C，D。脱氧方法符号 分为F，b，Z，TZ。脱氧方法符号F是指只用弱脱氧剂 Mn脱氧， 脱氧不完全的沸腾钢。这种钢在钢液往钢锭中浇注后，钢液在 锭模中发生自脱氧反应，钢液中放出大量 CO气体，出现"沸腾 "现象，故称为沸腾钢；若在熔炼过程中加入硅、铝等强氧化 剂，钢液完全脱氧，则称镇静钢，以Z表示,一般情况Z省略不 标；脱氧情况介于以上二者之间时，称半镇静钢，用符号b； 采用特殊脱氧工艺冶炼时脱氧完全，称特殊镇静钢，以符号TZ 表示。化工压力容器用钢一般选用镇静钢。 普通碳素钢有 Q195、 Q215、 Q235、 Q255及 Q275五个钢种。各个钢种的质 量等级可参见GB700-88。其中屈服强度为235MPa的Q235一A 有良好的塑性、韧性及加工工艺性，价格比较便宜，在化工设 备制造中应用极为广泛。 Q235一A板材用作常温低压设备的壳 体和零部件， Q235一A棒材和型钢用作螺栓、螺母、支架、垫 片、轴套等零部件，还可制作阀门、管氧剂而加入钢中的元素。硅与钢 水中的FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去，因此硅 是一种有益的元素。硅在钢中溶于铁素体内使钢的强度、 硬度增加，塑性、韧性降低。镇静钢中的含硅量通常在 0.1%～0.37%，沸腾钢中只含有0.03%～0.07%。由于钢中硅 含量一般不超过0.5%，对钢性能影响不大。 5.氧 氧在钢中是有害元素。它是在炼钢过程中自然进入钢 中的，尽管在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧， 但不可能除尽。氧在钢中以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等夹 杂形式，使钢的强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲 击韧性等有严重影响。 6.氮 铁素体溶解氮的能力很低。当钢中溶有过饱和的氮， 在放臵较长一段时间后或随后在200～300℃加热就会发生氮 以氮化物形式的析出，并使钢的硬度、强度提高，塑性下 降，发生时效。钢液中加入Al、Ti或V进行固氮处理，使氮 固定在AlN、TiN或VN中，可消除时效倾向。
钢材种类及分类
钢材知识钢的分类按品质分类(1) 普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）P代表磷元素，S代表硫元素P和S都是钢中的有害元素，一个导致热脆性，一个导致冷脆性(2) 优质钢（P、S均≤0.035%）(3) 高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）按化学成份分类(1) 碳素钢：a.低碳钢（C≤0.25%）；又称软钢，强度低、硬度低而软，常用於制造链条，铆钉，螺栓，轴等。
它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢，大多不经热处理用于工程结构件，有的经渗碳和其他热处理用于要求耐磨的机械零件。
b.中碳钢（0.25≤C≤0.60%）；有镇静钢、半镇静钢、沸腾钢等多种产品。
热加工及切削性能良好，焊接性能较差。
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。
c.高碳钢（C≥0.60%）。
常称工具钢，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。
(2)合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量≤5%）b.中合金钢（合金元素总含量>5~10%）c.高合金钢（合金元素总含量>10%）。
按成形方法分类：(1)锻钢；(2) 铸钢；(3) 热轧钢；(4) 冷拉钢。
按金相组织分类(1) 退火状态的a.亚共析钢（铁素体+珠光体）b.共析钢（珠光体）c.过共析钢（珠光体+渗碳体）d.莱氏体钢（珠光体+渗碳体）。
(2) 正火状态的：a.珠光体钢；b.贝氏体钢；c.马氏体钢；d.奥氏体钢。
按用途分类(1) 建筑及工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。
碳素钢和合金钢分类
1% C2% C3% NhomakorabeaC
4% C 5% C
（1）按Fe-Fe3C相图分类 亚共析钢：
0.0218%≤wc≤0.77% 共 析 钢：
wc =0.77% 过共析钢：
0.77%＜wc≤2.11%
（2）按钢中碳含量的多少 分类
低碳钢： wc ≤0.25% 中碳钢：0.25%＜wc≤0.6% 高碳钢： wc＞0.6%
• 其它专用机器零件制造用钢也要在牌号的头部 （或尾部）加上代表产品用途的符号，例如铆螺 钢“ML30CrMnSi。
2．合金工具钢
• 表示方法与机器零件制造用结构钢相似，但当其 平均碳的质量分数大于1%时，含碳量不标出；当 其平均碳的质量分数小于1%时，则牌号前的数字 表示平均碳的质量分数的千倍。合金元素的表示 方法与合金结构钢相同。由于合金工具钢都属于 高级优质钢，故不再在牌号后标出“A”字。
• 如9SiCr 表示平均碳的质量分数为0.9%左右，铬、 硅各为1%左右。
• 高速工具钢不论碳的平均质量分数为多少均不予 标出。如W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、 CW6Mo5Cr4V2 等，但当合金成分不相同时，对 高碳者牌号前冠以“C”字。
• 低铬（平均铬含量小于1%）的合金工具钢，在铬 含量前加数字“0”。例如：平均含铬量为0.60% 的合金工具钢，其牌号表示为“Cr06”。
（2）合金工具钢： 刃具钢（低合金刃具钢和高速 钢）、量具钢和模具钢（冷作模具钢和热作模具 钢）。
（3）特殊性能钢 ：抗氧化钢、不锈钢、耐热钢、 耐磨钢和易削钢等。
3．按金相组织分类 （1）按退火后的组织分：亚共析钢、共析 钢、过共析钢、莱氏体钢。 （2）按正火后的组织分：铁素体钢、珠光体钢、
贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。 4．按冶金质量分类 （1）普通低合金钢 （2）优质低合金钢 （3）高级优质合金钢 （4）特高级优质合金钢
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
碳素钢简介——精选推荐
碳素钢简介第⼀部分碳素钢⼀.钢和铁的区别:铁和钢是我们⽣活中许多常见的物质的组成材料，它们的存在在很⼤程度上“加固”了我们的⽣活的结构，认识、了解它们将有助于我们更清楚的认识⽣活、改造⽣活。
铁的合⾦⾸先应该知道铁和钢的区别在于它们含碳量的不同（分别为2%-4.3%和0.03%-2%），然后还要了解铁和钢各⾃的分类情况，重点放在各种物质的俗名和实际⽤途上，如铸造⽣铁俗名灰⼝铁，常⽤于制造各种铸件等。
这⼀部分的学习应该以对⽐为主，虽然其中的数据理论不多，但我们要加以重视，因为考试中常以常识类选择题的形式出现。
炼铁铁的矿⽯有很多种:磁铁矿、⾚铁矿等，对于这些矿⽯所对应的主要成分⼤家应该知道，否则在出现类似“写出⽤⼀氧化碳还原磁铁矿的反应⽅程式”的题⽬时，就会不知所措的。
接下来要对炼铁的主要反映原理加以了解，即利⽤还原剂将铁还原出来，要注意对试验的现象的表述——“红棕⾊的粉末变成⿊⾊”（这是考试的常有内容）。
由此及彼，⾼炉中炼铁的原理也⼤致如此。
对于实际⽣产中的⼀些知识，⾸先应该了解⾼炉的基本结构“五炉、两进⼝、三出⼝”，及各部分发⽣的化学反应、炉渣的⽣成反应等，需要注意的是：⾼炉煤⽓的成分为⼀氧化碳、⼆氧化碳和氮⽓等的混合⽓体，需经过净化才能排出，它是很好的⽓体燃料。
炼钢炼钢和炼铁都是利⽤氧化还原反应进⾏的，但是两者在反应对象上有很⼤的区别：炼铁是将铁还原出来，⽽炼钢则是将⽣铁中的过量碳和其他杂质除去，所以两者在实际操作中有联系也有区别。
炼钢的⽅法主要有三种：转炉、电炉和平炉。
其中转炉炼钢法运⽤⽐较普遍。
我们不需要记忆其具体的操作过程（只需导致了解），但对于其中发⽣的反应，如：氧化铁单质、除去杂志和脱氧等要加以注意。
在炼钢过程中还会出现⼤量的棕⾊蒸⽓，它的成分是氧化铁尘粒和⾼浓度的⼀氧化碳，必须加以净化。
⼆．定义及分类主要指⼒学性能取决于钢中的碳含量，⽽⼀般不添加⼤量的合⾦元素的钢，有时也称为普碳钢或碳素钢。
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普通碳素钢
普通碳素钢是普通碳素结构钢的简称，按其屈服强度等级分为五种牌号，钢结构常用的牌号为Q235钢。
钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。
如Q235AF ，其中“Q‘，是钢材屈服点“屈”字汉语拼音的首位字母；"235"为该牌号钢的屈服点数值，表明该钢材的屈服强度为“235N/MM"‘;"A‘’为钢材的质量等级符号，共分为A,B,C,D四个等级；"A"级为最低等级，"D"级为最高等级；"F "是沸腾钢“沸”字汉语拼音的首位字母，表明该钢材为沸腾钢。
钢材牌号尾部若标明“B"字母，则表明该钢材为半镇静钢，“B”为半镇静钢“半”字汉语拼音的首位字母；“Z”字母是镇静钢“镇”字汉语拼音的首位字母，代表镇静钢；“TZ”字母是特殊镇静钢“特镇”两字汉语拼音的首位字母，代表特殊镇静钢。
在钢的牌号组成表示方法中，“Z”与“TZ”符号予以省略，"F "、“B"、“Z”和“TZ”四种符号表明钢锭浇铸时的脱氧程度。
镇静钢是用铝、硅等充分脱氧的钢，浇铸时放出气体少，质量好，但价格贵。
沸腾钢是用锰铁脱氧，由于脱氧不充分，浇铸时在钢锭中有沸腾现象，质量不够均匀，但生产率较高。
介于镇静钢和沸腾钢之间的是半镇静钢。