第四章碳素鋼

1、金屬學(xué)與熱處理第四章第四章 碳素鋼碳素鋼碳素鋼：簡(jiǎn)稱(chēng)碳鋼，是含碳量小于2.11并含有少量硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)元素的鐵碳合金。第一節(jié)第一節(jié) 常存雜質(zhì)元素對(duì)鋼性能的影響常存雜質(zhì)元素對(duì)鋼性能的影響一、錳（一、錳（Mn）的影響）的影響錳在鋼中是有益元素，在碳鋼中含錳量通常在0.25-0.80范圍內(nèi)，最高可達(dá)1.20。錳作為煉鋼時(shí)的脫氧劑加入鋼中，可以提高硅和鋁的脫氧效果。特別是錳和硫結(jié)合形成MnS，可減輕硫在鋼中的有害作用。錳大部分溶于鐵素體中，形成置換固溶體，并使鐵素體強(qiáng)化，從而提高鋼的強(qiáng)度。當(dāng)錳含量不多，在鋼中僅作為少量殘存元素時(shí)，對(duì)鋼的性能影響不顯著。二、硅（二、硅（Si）的影響）的影響 硅在鋼

2、中也是一種有益元素。在鎮(zhèn)靜鋼中含硅量通常在0.10-0.40之間，沸騰鋼中只含有0.03-0.07。硅作為脫氧劑以硅鐵合金形式加入鋼中，其脫氧能力比錳強(qiáng)。硅能與鋼液中的氧化合形成二氧化硅，再與其它氧化物（FeO、MnO、Al2O3）結(jié)合形成硅酸鹽，由此降低鋼中含氧量。 硅和錳一樣，能溶于鐵素體中，使鐵素體強(qiáng)化，從而提高鋼的強(qiáng)度、硬度、彈性極限，而降低塑性和韌性。當(dāng)硅含量不多，在碳鋼中僅作為少量殘存元素時(shí)，對(duì)鋼的性能影響不顯著。三、硫（三、硫（S）的影響）的影響 硫在鋼中時(shí)有害元素，當(dāng)鋼加熱到1100-1200進(jìn)行熱壓力加工時(shí)，晶界上的共晶體（熔點(diǎn)只有985）已熔化，晶粒間結(jié)合被破壞，使鋼在加工

3、過(guò)程中沿晶界開(kāi)裂，使鋼變得極脆，這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱脆。在鋼中增加錳含量，可消除硫的有害作用。錳與硫優(yōu)先形成高熔點(diǎn)（1620）的MnS，并呈粒狀分布在晶內(nèi)，而且MnS在高溫下具有一定的塑性，從而可避免熱脆現(xiàn)象。鑒于硫?qū)︿撔阅艿牟涣加绊?，通常情況下，在煉鋼時(shí)盡量降低鋼液中硫的含量，但是含硫較多的鋼可形成較多的MnS，在切削加工中MnS對(duì)斷屑有利，可改善鋼的切削加工性能。四、磷（四、磷（P）的影響）的影響 磷在鋼中是有害元素。一般情況下，鋼中磷能全部固溶于鐵素體中（高溫時(shí)溶于奧氏體），它使鐵素體的強(qiáng)度、硬度顯著提高，但卻使鋼的塑性、韌性急劇降低。當(dāng)鋼中含磷量增加時(shí)，磷還能使鋼脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，致使鋼在室

4、溫或低溫時(shí)變脆，這種現(xiàn)象稱(chēng)為冷脆。冷脆對(duì)在寒冷地區(qū)或其它低溫條件下工作的鋼結(jié)構(gòu)如橋梁、車(chē)輛等繼友嚴(yán)重的危害性。此外，磷的偏析還會(huì)使鋼材在熱軋后出現(xiàn)帶狀組織，故磷的含量要嚴(yán)格控制。鋼中含適量的磷，能提高鋼在大氣中的抗腐蝕性能，特別是鋼中含有銅時(shí)，它的作用就更顯著。此外，含磷量較多時(shí)，由于脆性較大，對(duì)制造炮彈用鋼以及改善鋼的切削加工性方面時(shí)有利的。第二節(jié)第二節(jié) 碳鋼的分類(lèi)、編號(hào)、性能和用途碳鋼的分類(lèi)、編號(hào)、性能和用途一、碳鋼的分類(lèi)一、碳鋼的分類(lèi)（一） 按鋼的含碳量分類(lèi)1.低碳鋼：含碳量0.60。（二）按鋼的質(zhì)量（主要是雜質(zhì)S、P含量）分為：1.普通碳素鋼：S0.050，P0.045；2.優(yōu)質(zhì)碳素鋼

5、 ：S0.040，P0.040；3.高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼：S0.030，P0.035（三）按鋼的用途 1.碳素結(jié)構(gòu)鋼：用于制造各種機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)件的碳鋼。含碳量一般都小于0.7。 2.碳素工具鋼：用于制造各種刀具、模具和量具的碳鋼。這類(lèi)鋼一般屬于高碳鋼。（四）按冶煉方法分類(lèi) 工業(yè)用鋼可以分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼和電爐鋼。 按冶煉時(shí)鋼的脫氧程度不同，又分為沸騰鋼（脫氧不完全的鋼）、鎮(zhèn)靜鋼（脫氧較完全的鋼）和半鎮(zhèn)靜鋼（脫氧程度介于上述兩類(lèi)之間）。 還有按專(zhuān)門(mén)用途分類(lèi)，如船用鋼（牌號(hào)用C表示），橋梁用鋼（牌號(hào)用q表示），鍋爐用鋼（牌號(hào)用g表示）、還有汽車(chē)大梁用鋼（用L表示）、焊條用鋼（用H表示）和易切削鋼（

6、用Y表示）。二、碳鋼的編號(hào)、性能和用途二、碳鋼的編號(hào)、性能和用途（一）碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼的平均含碳量在0.06-0.38范圍內(nèi)，鋼中含有害雜質(zhì)P、S和非金屬夾雜物較多，應(yīng)用較廣。通常軋制成鋼板或各種型鋼供應(yīng)。牌號(hào)表示方法：代表屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（A、B、C、D）及脫氧方法等（F、b、Z、TZ）四部分組成。如Q235-AF。質(zhì)量等級(jí)符號(hào)反映了碳素結(jié)構(gòu)鋼中有害雜（P、S）含量的多少，C、D級(jí)的碳素結(jié)構(gòu)鋼中P、S含量最低，質(zhì)量好。Q195鋼含碳量很低，塑性好，常用制作鐵釘、鐵絲及各種薄板，如鍍鋅薄鋼板、鍍錫薄鋼板，也可用來(lái)替代優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼08或10鋼，制造沖壓、焊接結(jié)構(gòu)件。

7、Q275屬于中碳鋼，強(qiáng)度較高，用于制造較重要的某些零件，替代30鋼、40鋼。Q215、 Q235、 Q255三個(gè)牌號(hào)中的A級(jí)鋼用于制作機(jī)器中受力不大的鉚釘、螺釘、螺母等普通零件和工程結(jié)構(gòu)件。B級(jí)常用制造重要的及其零件和船板用鋼（二）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼必須同時(shí)保證鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能。這類(lèi)鋼所含P、S均限制在0.035以下，非金屬夾雜物也較少，表面質(zhì)量好，力學(xué)性能比較均勻。牌號(hào)用兩位數(shù)字表示，數(shù)字表示鋼中平均含碳量的萬(wàn)分之幾。例如：45號(hào)鋼表示平均含碳量為0.45的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；08號(hào)鋼表示平均含碳量為0.08的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。較高含錳量在鋼號(hào)后面加上元素Mn或漢字錳，如50Mn或

8、50錳。10F表示含碳量為0.10的沸騰鋼。05F-25號(hào)鋼：低碳鋼，強(qiáng)度、硬度較低，塑性、韌性及焊接性好！用于制作小軸，法蘭盤(pán)、螺釘、螺帽、墊圈等。3050號(hào)鋼，具有比較高的強(qiáng)度。硬度，其塑性隨鋼號(hào)增大而逐步降低，切削性能好！制作連桿、齒輪、機(jī)床主軸。60號(hào)以上鋼具有較高強(qiáng)度、硬度和彈性，但焊接、切削性差，冷變形素性低。用于制作較高強(qiáng)度、耐磨性和彈性的零件，如彈簧墊圈和各種耐磨零件等。（三）碳素工具鋼 碳素工具鋼按P、S含量的不同，可分為優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼與高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼兩類(lèi)。牌號(hào)用字母T或漢字碳后面加上數(shù)字，表示鋼中平均含碳量的千分之幾。若在其后加上“高”或A”表示高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。T7鋼表示鋼中含碳量為0.70的優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。若在其后甲A，如T10A，則表示平均含碳量在1.0的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。 T7/T8用于承受沖擊的工具，如榔頭。鑿子等。T9-T11用于承受中等沖擊的工具，如手工據(jù)條、絲錐、板牙等。T12/T13用于不受沖擊和高耐磨性工具，如銼刀、鉆頭等。1、什么叫碳素鋼？下列名稱(chēng)是根據(jù)什么分類(lèi)來(lái)命名的：高碳鋼、沸騰鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、工具鋼。2、說(shuō)明硅和錳在碳鋼中的含量和作用。3、什么叫熱脆？分析熱脆產(chǎn)生的原因和防止熱脆的方法。4、指出下列鋼號(hào)的類(lèi)別。（1）Q235-A.F(2)45鋼（3）65Mn(4)T12A人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分析能力，明辨是非的能力。