碳素钢分类及其应用

碳素钢分类及其应用

碳素钢（简称碳钢）是C的质量分数在0.2%~2.06%之间并含有少量Si、Mn、P、S等杂质的铁碳合金。

一、普通碳素结构钢

按GB700-88的规定，碳素结构钢的牌号以钢材的最低屈服强度表示。这类钢虽然含有有害杂质及非金属夹杂物较多，但其冶炼方法简单，工艺性好，价格低廉，而且在性能上也能满足一般工程结构件及普通零件的要求，因此，用量很大，约占钢材总量的80%。

钢的牌号是由代表屈服点的“屈”字的汉语拼音首位字母“Q”，屈服点值（数字），质量等级符号A、B、C、D，脱氧方法等的符号（用脱氧方法等名称的汉语拼音首位字母表示，如沸腾钢（F）、半镇静钢（b）、镇静钢（Z）、特殊镇静钢（TZ））组成。其中“Z”与“TZ”符号可以省略。例如，Q235—A·F代表碳素结构钢，屈服点值为235MPa，并为A级沸腾钢。

二、优质碳素结构钢

优质碳素结构钢含有害杂质P、S的量及非金属夹杂物较少，其均匀性及表面质量都比较好，且必须同时保证钢的化学成分和力学性能。这类钢的产量较大，价格便宜，力学性能较好，广泛用于制造种机械零件和结构件。这些零件通常都要经过热处理后使用。

1、优质碳素结构钢的编号及成分特点

优质碳素结构钢的牌号是用两位数表示钢中的C的质量分数，以万分之几表示。例如，“40钢”表示平均C的质量分数为0.40%的优质碳素结构钢。不足两位数时，前面补0。从10钢开始，以数字“5”为变化幅度上升一个钢号。若数字后带“F”（如08F），则表示为

=0.35%~0.8%）和较高含锰沸腾钢。优质碳素结构钢按含锰不同，分为普通含锰量（ω

Mn

=0.7%~1.2%）两组。较高含锰量的一组，在钢号后加“Mn”，如15 Mn、20 Mn 量（ω

Mn

等。

2、常用的优质碳素结构钢的热处理及应用

常用的优质碳素结构钢的性质及应用范围如下。

08钢、10钢的含碳量很低，其强度低而塑性好，且有较好的焊接性能和压延性能，通常扎制成薄板或钢带。主要用于制造冷冲压零件，如各种仪表板、容器及垫圈等零件。

15钢、20钢、25钢也具有较好的焊接性和压延性能，常用于制造受力不大、韧度较高的结构件和零件，如焊接容器、制造螺母、螺钉等，以及制造强度要求不太高的渗碳零件，如凸轮、齿轮等。渗碳零件的热处理一般是在渗碳后再进行一次淬火（840~920℃）及低温回火。

35钢、40钢、45钢、50钢、55钢属于调质钢，可用来制造性能要求较高的零件，如齿轮、连杆、轴类等。调质钢一般要进行调质处理，以得到强度与韧度良好配合的综合力学性能。对综合力学性能要求不高或截面尺寸很大、淬火效果差的工件可采用正火代替调质。

60钢、65钢、70钢、75钢、80钢、85钢属于弹簧钢，经适当热处理后，可用来制造要求弹性好、强度较高的零件，如弹簧、弹簧热圈等，也可用于制造耐磨零件。冷成形弹簧一般只进行低温去应力处理。热成形弹簧一般要进行淬火（~850℃）及低温回火（200~250℃）处理。

三、碳素工具钢

在机械制造业中，用于制造各种刃具、模具及量具的钢称为工具钢。由于工具要求高硬度和高耐磨性且多数刃具还要热硬性，所以工具钢的含碳量均较高。工具钢通常采用淬火+

低温回火的热处理工艺，以保证高硬度和耐磨性。

碳素工具钢的C的质量分数为0.65%~1.35%。根据其S、P的含量不同，碳素工具钢又可分为优质工具钢和高级优质工具钢两类。

1、碳素工具钢的编号及成分特点

碳素工具钢的钢号以“碳”字汉语拼音字头“T”表示，其后面加上顺序数字，数字表示钢的C的平均质量分数，以千分之几表示，如为高级优质碳素工具钢，则在数字后再加“A”字。如T8钢表示C的质量分数平均为0.8%的优质碳素工具钢。T12A钢表示C的质量分数平均为1.2%的高级优质碳素工具钢。含锰量较高者，在钢号后标以“Mn”，如T8Mn。碳素工具钢的优点是容易锻造、加工性能良好，而且价格便宜，生产量纸占全部工具钢的60%左右。缺点是淬透性低，Si、Mn含量略有改变，就会对淬透性产生较大的影响。因此，对碳素工具钢还容易产生淬火变形和淬裂，尤以形状复杂的工具为甚，同时它的回火抗力也较差。为了提高碳素工具钢的可段性及减少其淬裂倾向，其硫、磷含量应比优质碳素结构钢限制更严格。

2、碳素工具钢的热处理与应用

工具钢的毛坯一般为段造成形，再由毛坯机加工成工具产品。碳素工具钢段造后，因硬度高，不易进行切削加工，有较大应力，组织又不符合淬火要求，故应进行球化退火，以改善切削加工性，并为最后淬火作组织准备，退火后的组织应为球状珠光体，其硬度一般小于217HBS。

淬火加热温度要根据钢钟来确定，同时也要考虑性能要求，工件形状、大小及冷却介质等。淬火冷却时由于其淬透性较低，为了得到马氏体组织，除形状复杂、有效厚度或直径小于5mm的小刃具在油中冷却外，一般都选用冷却能力较强的冷却介质（如水、盐水、碱水等）。还应指出，淬火时，较强的冷却介质会使淬火应力变大，故可能引起较大的变形甚至开裂，这是碳素工具钢一个显著弱点。

四、铸钢

一些形状复杂、综合力学性能要求较高的大型零件，由于在工艺上难于用锻造方法成形，在性能上又不能用力学性能低的铸铁制造，因而需要采用铸钢件。目前铸钢在重型机械制造、运输机械、国防工业等部门应用较多，如轧钢机机架、水压机横梁与气缸、机车车架、铁道车辆转向架上的摇枕、汽车与拖拉机具轮拨叉、起重行车车轮、大型齿轮等。

工程上用的碳素铸钢的C的质量分数为0.2%~0.6%，含碳量过高，则塑性不好，凝固时易产生裂纹。

要提高碳素铸钢的力学性能，则可通过加入合金元素来形成合金铸钢。