工业生产广泛使用的是铁碳合金。铁与碳形成的金属化合物Fe3 C称为渗碳体，用Fe3 C表示。1)铁碳合金相图分析。②wC>0.0218％的铁碳合金，缓冷至727℃发生共析转变AS→FP＋Fe3 C转变的产物是铁素体和渗碳体的机械混合物，称为珠光体。故凡是wC>0.77％的铁碳合金自1148℃冷却至727℃时，都会从奥氏体中沿晶界析出渗碳体，称为二次渗碳体。2)铁碳合金分类。......
2023-06-28
碳钢：含碳2.11%以下的铁碳合金
【摘要】：碳钢是指含碳量ωC在0.021 8%～2.11%的铁碳合金，也叫碳素钢。强度较低的Q195、Q215钢用于制作低碳钢丝、钢丝网、屋面板、焊接钢管、地脚螺栓和铆钉等。
碳钢是指含碳量ωC在0.021 8%～2.11%的铁碳合金，也叫碳素钢。实际使用的碳钢中除铁和碳两种元素外，还有少量的硅、锰、硫、磷等元素。一般碳钢中含碳量越高则硬度越大，强度也越高，但塑性越低。
目前工业上所使用的钢铁材料中，碳钢占有很重要的地位。由于碳钢容易冶炼和加工，并具有一定的力学性能，在一般情况下，它能够满足工农业生产的需要，并且价格低廉，所以应用非常广泛。
碳钢的分类
1.2.1.1 碳钢的分类
碳钢的分类方法很多，下面只介绍几种常用的分类方法。
1. 按照冶炼时脱氧方法分类
根据冶炼时脱氧方法的不同，碳钢可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢。
2. 按碳的质量分数分类
（1）碳的质量分数≤0.25%为低碳钢。
（2）碳的质量分数为0.25%～0.60%为中碳钢。
（3）碳的质量分数＞0.60%为高碳钢。
3. 按钢的用途分类
（1）碳素结构钢：主要用于制造各类工程构件（如桥梁、船舶、建筑物等）及各种机器零件（如齿轮、螺钉、螺母、连杆等）。它多属于低碳钢和中碳钢。
（2）碳素工具钢：主要用于制造各种刃具、量具和模具。这类钢中碳的含量较高，一般属于高碳钢。
（3）特殊性能钢：包括不锈钢、耐磨钢、耐热钢等。
4. 按钢中有害杂质的含量分类
按钢中有害杂质硫、磷的含量，碳钢可分为以下几种：
（1）普通碳素钢：钢中硫的质量分数≤0.055%，磷的质量分数≤0.045%。
（2）优质碳素钢：钢中硫和磷的质量分数均为0.035%～0.040%。
（3）高级优质碳素钢：钢中硫的质量分数为0.020%～0.030%，磷的质量分数为0.030%～0.035%。
1.2.1.2 碳钢的牌号、性能及主要用途
钢材牌号，又称钢铁产品牌号，一般采用汉语拼音字母，化学元素符号和阿拉伯数字相结合表示钢材产品名称、用途、特性和工艺的方法。
1. 普通碳素结构钢
普通碳素结构钢又称普通碳素钢，含碳量ωC为0.06%～0.22%，以小于0.25%最为常用，属于低碳钢。其牌号由代表屈服强度的字母Q、屈服强度值（单位为MPa）、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z、TZ）4个部分按顺序组成。质量等级符号反映了普通碳素结构钢中有害元素硫、磷含量的高低，其中，A级钢，硫、磷质量分数最高，A、B、C、D表示钢材质量依次提高。脱氧方法符号F、b、Z、TZ分别代表沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢。例如Q235-A·F即表示屈服强度为235 MPa的A级沸腾钢。
图1-8 Q235H形钢
普通碳素结构钢的应用范围非常广泛，大部分用作焊接、铆接或栓接的钢结构件，少数用于制作各种机器部件。强度较低的Q195、Q215钢用于制作低碳钢丝、钢丝网、屋面板、焊接钢管、地脚螺栓和铆钉等。Q235钢具有中等强度，并具有良好的塑性和韧性，而且易于成形和焊接。这种钢多用作钢筋和钢结构件，另外还用作铆钉、铁路道钉和各种机械零件，如螺栓、拉杆、连杆等。是应用最广的普通碳素结构钢。图1-8所示为Q235H形钢。强度较高的Q255、Q275钢用于制作各种农业机械，也可用作钢筋和铁路鱼尾板。
2. 优质碳素结构钢
优质碳素结构钢是含碳量小于0.8%的碳素钢，这种钢中所含的硫、磷及非金属夹杂物比普通碳素结构钢少，机械性能较为优良。
优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，即是钢中平均含碳量的万分位数。例如，20号钢表示平均含碳量为0.20%的优质碳素钢。当钢中锰的质量分数为0.7%～1.2%时，应在牌号后面加上元素符号，如50Mn。若为沸腾钢，则在数字后加“F”，如08F表示碳的质量分数为0.08%的沸腾钢。
优质碳素结构钢产量较大，用途较广，一般多轧（锻）制成圆、方、扁等型材、板材和无缝钢管。主要用于制造一般结构及机械结构零、部件以及建筑结构件和输送流体用管道。图1-9所示为45钢制造的传动齿轮。优质碳素结构钢一般都要经过热处理，以提高力学性能。根据碳的质量分数不同，优质碳素结构钢有不同的用途，其牌号及用途见表1-2。
图1-9 传动齿轮
表1-2 优质碳素结构钢的牌号及用途
3. 碳素工具钢
碳素工具钢中ωC=0.65%～1.35%，ωsi≤0.35%，ωMn≤0.4%（T8Mn中，ωMn=0.40%～0.60%）。碳素工具钢中S、P的含量均较少，属于优质钢。碳素工具钢的牌号以“T”加数字表示，“T” 表示碳素工具钢，数字表示钢中平均含碳量的千分数。如ωC=0.8%的碳素工具钢，其钢号为“T8”。若为高级优质碳素工具钢，则在其钢号后加“A”，如“T10A”。
碳素工具钢生产成本较低，原材料来源方便；易于冷、热加工，在热处理后可获得相当高的硬度；在工作受热不高的情况下，耐磨性也较好，因而得到广泛应用。这类钢的钢号有T7，T7A，T8，T8A，…，T13A，共8个钢种、16个牌号。含碳量越高，则碳化物含量越多，耐磨性就越高，但韧性就越差。因此，受冲击的工具应选用含碳量低的工具钢。一般冲头、凿子要选用T7、T8等，车刀、钻头可选用T10钢，而精车刀、锉刀则选用T12、T13等。图1-10为T10钢制造的钻头。
图1-10 钻头
4. 铸 钢
许多形状复杂的零件不便通过锻压等方法加工成形，用铸铁时性能又难以满足需求，此时常常选用铸钢，因此，铸钢在机械制造尤其是重型机械制造业中应用非常广泛，图1-11所示为用铸钢制造的联轴器。根据GB/T 5613—1995《铸钢牌号表示方法》中的规定，铸钢的牌号有两种表示方法。以强度表示的铸钢牌号是由铸钢两字的汉语拼音首字母“ZG”与表示力学性能的两组数字组成，第一组数字代表最低屈服强度，第二组数字代表最低抗拉强度。例如，ZG200—400表示屈服强度不小于200 MPa，抗拉强度不小于400 MPa。
图1-11 联轴器
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