碳素鋼

碳素鋼

碳素鋼是近代工業中使用最早、用量最大的基本材料。世界各工業國家,在努力增加低合金高強度鋼和合金鋼產量的同時,也非常注意改進碳素鋼質量,擴大品種和使用範圍。目前碳素鋼的產量在各國鋼總產量中的比重,約保持在80%左右,它不僅廣泛套用於建築、橋樑、鐵道、車輛、船舶和各種機械製造工業,而且在近代的石油化學工業、海洋開發等方面,也得到大量使用。

基本信息

簡介

碳素鋼是指碳含量低於2%,並有少量矽、錳以及磷、硫等雜質的鐵碳合金。工業上套用的碳素鋼碳含量一般不超過1.4%。這是因為含碳量超過此量後,鋼表現出很大的硬脆性,並且加工困難,失去生產和使用價值。含碳量小於1.35%,除鐵、碳和限量以內的矽、錳、磷、硫等雜質外,不含其他合金元素的鋼。碳素鋼的性能主要取決於含碳量。含碳量增加,鋼的強度、硬度升高,塑性、韌性和可焊性降低。與其他鋼類相比,碳素鋼
碳素鋼碳素鋼
使用最早,成本低,性能範圍寬,用量最大。適用於公稱壓力PN≤32.0MPa,溫度為-30-425℃的水、蒸汽、空氣、石油製品等介質。常用牌號有WC1、WCB、ZG25及優質鋼20、25、30及低合金結構鋼16Mn

分類

1.碳素鋼按化學成分(即以含碳量)可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。
(1) 低碳鋼
又稱軟鋼, 含碳量從0.10%至0.30%低碳鋼易於接受各種加工如鍛造, 焊接和切削, 常用於製造鏈條, 鉚釘, 螺栓, 軸等。
(2) 中碳鋼
碳量0.25%~0.60%的碳素鋼。有鎮靜鋼、半鎮靜鋼、沸騰鋼等多種產品。除碳外還可含有少量錳(0.70%~1.20%)。按產品質量分為普通碳素結構鋼和優質碳素結構鋼。熱加工及切削性能良好,焊接性能較差。強度、硬度比低碳鋼高,而塑性和韌性低於低碳鋼。可不經熱處理,直接使用熱軋材、冷拉材,亦可經熱處理後使用。淬火、回火後的中碳鋼具有良好的綜合力學性能。能夠達到的最高硬度約為 HRC55(HB538),σb為600~1100MPa。所以在中等強度水平的各種用途中,中碳鋼得到最廣泛的套用,除作為建築材料外,還大量用於製造各種機械零件。
(3)高碳鋼
常稱工具鋼 , 含碳量從0.60%至1.70%, 可以淬硬和回火。錘, 撬棍等由含碳量0.75%的鋼製造; 切削工具如鑽頭, 絲攻, 鉸刀等由含碳量0.90% 至1.00% 的鋼製造。
2.按鋼的品質可分為普通碳素鋼和優質碳素鋼。
(1)普通碳素結構鋼又稱普通碳素鋼,對含碳量、性能範圍以及磷、硫和其他殘餘元素含量的限制較寬。在中國和某些國家根據交貨的保證條件又分為三類:甲類鋼(A類鋼)是保證力學性能的鋼。乙類鋼(B類鋼)是保證化學成
碳素鋼碳素鋼
分的鋼。特類鋼 (C類鋼)是既保證力學性能又保證化學成分的鋼,常用於製造較重要的結構件。中國目前生產和使用最多的是含碳量在0.20%左右的A3鋼(甲類3號鋼),主要用於工程結構。
有的碳素結構鋼還添加微量的鋁或鈮(或其他碳化物形成元素)形成氮化物或碳化物微粒,以限制晶粒長大,使鋼強化,節約鋼材。在中國和某些國家,為適應專業用鋼的特殊要求,對普通碳素結構鋼的化學成分和性能進行調整,從而發展了一系列普通碳素結構鋼的專業用鋼(如橋樑、建築、鋼筋、壓力容器用鋼等)。
(2)優質碳素結構鋼和普通碳素結構鋼相比,硫、磷及其他非金屬夾雜物的含量較低。根據含碳量和用途的不同,這類鋼大致又分為三類:①小於0.25%C為低碳鋼,其中尤以含碳低於0.10%的08F,08Al等,由於具有很好的深沖性和焊接性而被廣泛地用作深沖件如汽車、制罐……等。20G則是製造普通鍋爐的主要材料。此外,低碳鋼也廣泛地作為滲碳鋼,用於機械製造業。②0.25~0.60%C為中碳鋼,多在調質狀態下使用,製作機械製造工業的零件。③大於0.6%C為高碳鋼,多用於製造彈簧、齒輪、軋輥等。根據含錳量的不同,又可分為普通含錳量(0.25~0.8%)和較高含錳量(0.7~1.0%和0.9~1.2%)兩鋼組。錳能改善鋼的淬透性,強化鐵素體,提高鋼的屈服強度、抗拉強度和耐磨性。通常在含錳高的鋼的牌號後附加標記“Mn”,如15Mn、20Mn以區別於正常含錳量的碳素鋼。
3.按用途則又可分為碳素結構鋼、碳素工具鋼。
碳素工具鋼 含碳量在0.65~1.35%之間,經熱處理後可得到高硬度和高耐磨性,主要用於製造各種工具、刃具、模具和量具(見工具鋼)。

化學影響

碳素鋼的性能主要取決於鋼的含碳量和顯微組織。在退火或熱軋狀態下,隨含碳量的增加,鋼的強度和硬度升高,而塑性和衝擊韌性下降(見圖)。焊接性和冷彎性變差。所以工程結構用鋼,常限制含碳量。
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碳素鋼中的殘餘元素和雜質元素如錳、矽、鎳、磷、硫、氧、氮等,對碳素鋼的性能也有影響。這和影響有時互相加強,有時互相抵銷。例如:①硫、氧、氮都能增加鋼的熱脆性,而適量的錳可減少或部分抵銷其熱脆性。②殘餘元素除錳、鎳外都降低鋼的衝擊韌性,增加冷脆性。③除硫和氧降低強度外,其他雜質元素均在不同程度上提高鋼的強度。④幾乎所有的雜質元素都能降低鋼的塑性和焊接性。
氫在鋼中能造成很多嚴重缺陷,如產生白點、點狀偏析、氫脆、表面鼓泡和焊縫熱影響區內的裂縫等。為保證鋼的質量,必須儘可能降低鋼中氫的含量(見應力腐蝕斷裂和氫脆)。脫氧帶入的殘餘元素如鋁,可減小低碳鋼的時效傾向,還可以細化晶粒,提高鋼在低溫下的韌性,但餘量不宜過多。由爐料中帶入的殘餘元素如鎳、鉻、鉬、銅等,含量高時可提高鋼的淬透性,但對要求具有高塑性的專用鋼,如深沖用鋼板,則是不利的。

生產方法

碳素鋼的冶煉通常在轉爐、平爐中進行。轉爐一般冶煉普通碳素鋼,而平爐可以冶煉各種優質鋼。近年來氧氣頂吹轉爐煉鋼技術發展很快,有趨勢可代替平爐煉鋼。將煉好的鋼液注入鋼錠模,就得到各種鋼錠。鋼錠經過鍛壓或軋制後便加工成各種形狀的鋼材和鍛件。鋼錠經過壓力加工後,能夠改善鋼的內部組織和夾雜物分布,所以同樣成分的鋼材要比鋼錠的性能優越一些。

加工性能

碳素鋼目前大都採用氧氣轉爐和平爐冶煉,優質碳素鋼也採用電弧爐生產。根據煉鋼過程脫氧程度的不同,碳素鋼可分為鎮靜鋼、沸騰鋼和介於兩者之間的半鎮靜鋼。冶煉方法對鋼的性能影響,主要是通過鋼的純淨度而起作用的。近年來人們通過真空處理、爐外精煉和噴吹技術等,都可獲得更高純淨度的鋼,從而顯著改善了碳素鋼的品質。
碳素鋼的塑性加工工藝通常分熱加工和冷加工。經過熱加工,鋼錠中的小氣泡、疏鬆等缺陷被焊合起來,使鋼的組織緻密。同時,熱加工可破壞鑄態組織、細化晶粒。使鍛軋的鋼材比鑄態具有更好的力學性能。經冷加工的鋼,隨著冷塑性變形程度增大,強度和硬度增加,塑性和韌性降低。為提高成材率,廣泛套用連續鑄鋼工藝。

時效處理

低碳鋼的時效通常有淬火時效和應變時效兩種,都是由間隙元素作用引起的,主要是由於碳、氮、氧的重新分布所造成。
淬火時效 即鋼由高溫快速冷卻後性能隨時間而變化的現象。鋼中含碳量、脫氧程度和含氮量對淬火時效都有很大影響。低碳鋼、脫氧不充分的沸騰鋼和含氮量較高的鋼發生淬火時效最顯著。含碳約0.3%的中碳鋼,由淬火時效所引起的性能變化已大為減弱。含碳約0.6%的高碳鋼,實際上不起時效硬化作用(見金屬熱處理)。
應變時效 經冷加工變形後的性能隨時間而變化的現象。碳和氮對應變時效的影響,與對

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淬火時效的影響相似,磷也促進應變時效。低碳鋼因冷變形而消失的屈服點,隨時間的延長而逐漸恢復。應變時效比淬火時效更為複雜。如鋼材經淬火後再進行冷加工,無論在室溫或稍高溫度下,均將加速其應變時效。
碳素鋼的時效常給工業生產帶來很大危害,例如沸騰鋼焊接後,由於時效使焊接接頭熱影響區出現細小裂紋,嚴重影響焊接結構的安全性。但由於近代冶金技術的發展,和在工業生產中的套用,尤其是氧氣轉爐煉鋼能獲得更低的氮、氧含量,因此時效問題有所減輕。

缺陷

碳素鋼在冶煉和軋制(鍛造)加工過程中,由於設備、工藝和操作等原因造成鋼的欠缺。主要包括結疤、裂紋、縮孔殘餘、分層、白點、偏析、非金屬夾雜、疏鬆和帶狀組織等。
1.結疤
鋼材表面未與基體焊合的金屬或非金屬疤塊。有的部分與基體相連,呈舌狀;有的與基體不連線,呈鱗片狀。後者有時在加工時脫落,形成凹坑。煉鋼(澆鑄)造成的結疤,疤下一般有肉眼可見的非金屬夾雜。軋鋼造成的結疤一般稱“軋疤”,疤下一般僅有氧化鐵皮。
煉鋼(澆鑄)造成結疤的主要原因有:
(1)上鑄錠未採取防濺措施或下鑄錠開鑄過猛造成飛濺結疤。
(2)下鑄錠保護渣性能不佳或模子不清潔、不乾燥,造成鋼錠(連鑄坯)表面或皮下夾雜、氣泡和重皮。
(3)模壁嚴重缺陷或鑄溫過高造成凸疤和粘模,經軋制或鍛壓加工演變為結疤。
軋鋼方面造成結疤的原因有:
(1)成品前某道(架)軋輥或導衛裝置缺陷或操作不當造成軋件凸包、耳子、劃疤,經再軋形成結疤。
(2)鋼坯火焰清理清痕過陡或殘渣未除淨,外物落在鋼坯上被軋成結疤。
結疤缺陷直接影響鋼材外觀質量和力學性能。在成品鋼材上不允許結疤存在。對結疤部位可進行磨修,磨修後鋼材尺寸應符合標準規定。為了減少和消除結疤,一是煉鋼、軋鋼要改進有關工藝和操作,二是對鋼坯表面缺陷部

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位進行重點清理或全面扒皮清理。
2.裂紋
按裂紋形狀和形成原因有多種名稱,如拉裂、橫裂、裂縫、裂紋、發紋、炸裂(響裂)、脆裂(矯裂)、軋裂和剪裂等。從煉鋼、軋鋼到鋼材深加工幾乎每道工序都有造成裂紋的因素。
(1)煉鋼方面
鋼中硫、磷含量高,鋼的強度、塑性低;鑄錠澆鑄(模鑄、連鑄)溫度過高,澆鑄速度過快,鑄流不正;鋼錠模、結晶器設計不合理;冷卻強度不足或冷卻不均,造成激冷層薄或局部應力過大;鋼錠模有嚴重缺陷或保溫帽安裝不良造成鋼錠凝固過程懸掛;保護渣性能不佳,模子潮和各種澆鑄操作不良都能造成鋼錠表面質量不佳,在鋼材上形成裂紋。
(2)軋鋼(鍛造)方面
鋼錠、鋼坯加熱溫度不均或過燒造成裂紋;高碳鋼加熱或冷卻過快,火焰清理或火焰切割鋼材溫度過低造成炸裂;鋼材矯直應力過大,矯直次數過多而又未進行適當熱處理時易產生矯裂;冷拔管、線鋼料熱處理不良或過酸洗造成裂紋;鋼件在藍脆區剪下易剪裂;焊接工藝不當造成焊縫或熱影響區裂紋
裂紋直接影響鋼材的力學性能和耐腐蝕性能,成品鋼材不允許裂紋存在。對於裂紋可以進行磨修,磨修後鋼材尺寸應符合標準規定。為了防止或減少鋼材裂紋,一是要改進煉鋼、軋鋼和鋼材深加工及有關工序工藝操作;二是對鋼坯缺陷部位要進行重點清理,對重要用途鋼坯可以進行扒皮處理。
3.縮孔殘餘

鋼水凝固過程中,由於體積收縮,在鋼錠或連鑄坯心部未能得到充分填充而形成的管狀或分散孔洞。在熱加工前,因為切頭量過小或縮孔較深,造成切除不盡,其殘留部分稱為縮孔殘餘。
縮孔殘餘分布在鋼錠上部中心處,並與鋼錠頂部貫通的叫一次縮孔。由於設計的鋼錠模細長或上小下大,在澆鑄凝固過程中,鋼錠截口以下錠中心仍有未凝固的鋼水,凝固後期不能充分填充,形成的孔洞叫二次縮孔。一次縮孔和二次縮孔有本質差別,前者只出現在鋼錠頭部,後者在鋼錠上、中、下部位都有可能出現。一次縮孔酸洗試片中心區域呈不規則的折皺裂縫或空洞。在其上或附近常伴有嚴重的夾渣、成分偏析和疏鬆。二次縮孔孔洞中或附近沒有夾渣,但有偏析生成碳物。一次縮孔殘餘和空氣貫通的二次縮孔在軋制(鍛造)過程中不能焊合,與空氣隔絕的二次縮孔和連鑄坯縮孔在軋制時一般能夠焊合,不影響鋼材使用性能。
縮孔殘餘嚴重地破壞鋼材的連續性,是鋼材不允許存在的缺陷,軋制(鍛造)時必然在鋼坯上產生裂紋。為了防止縮孔的產生,要求正確設計鋼錠模和保溫帽尺寸,並採用性能優良的保護渣、保溫劑(發熱劑)和絕熱板,把縮孔控制在鋼錠頭部,以保證在開坯時切掉。控制澆鑄速度不要太快,溫度不要過高可以防止縮孔產生。
4.分層
鋼材基體上出現的互不結合的兩層結構。分層一般都平行於壓力加工表面,在縱、橫向斷面低倍
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試片上均有黑線。分層嚴重時有裂縫發生,在裂縫中往往有氧化鐵、非金屬夾雜和嚴重的偏析物質。
鎮靜鋼鋼錠的縮孔和沸騰鋼錠的氣囊及尾孔經軋制(鍛造)不能焊合產生分層。鋼中大型夾雜和嚴重成分偏析也能產生分層。分層是鋼材中不允許存在的缺陷,嚴重影響鋼材的使用。
防止分層缺陷的措施有:
(1)煉鋼方面,要淨化鋼質,減少偏析、縮孔、氣囊和大型非金屬夾雜,防止連鑄坯產生中間裂紋。
(2)軋鋼方面,在鋼錠加熱時要嚴防內裂,初軋坯要切淨縮孔和尾孔。
5.白點

在鋼材縱、橫斷面酸浸試片上,出現的不同長度無規則的發紋。它在橫向低倍試片上呈放射狀、同心圓或不規則分布,多距鋼件中心或與表面有一定距離。型鋼在橫向或縱向斷口上,呈圓形或橢圓形白亮點。直徑一般為3~10mm。
板鋼在縱向、橫向斷口上白點特徵不明顯,而在z向斷口上呈現長條狀或橢圓狀白色斑點。採用斷口檢查白點時,最好把試樣先進行淬火調質處理。
鋼坯上出現白點,經壓力加工後可變形或延伸,壓下率較大時也能焊合。
白點缺陷對鋼材力學性能(韌性和塑性)影響很大,當白點平面垂直方向受應力作用時,會導致鋼件突然斷裂。因此,鋼材不允許白點存在。
白點產生的原因,一般認為是鋼中氫含量偏高和組織應力共同作用的結果。奧氏體中溶解的氫,在冷卻相變過程中,其溶解度顯著降低,所析出的氫原子聚集在鋼材微孔中或晶間偏析區或夾雜物周圍,結合成氫分子,產生巨大局部壓力,當這種壓力與相變組織應力相結合超過鋼的強度時,則產生裂紋,形成白點。
白點多在高碳鋼,馬氏體鋼和貝氏體鋼中出現。奧氏體鋼和低碳鐵素體鋼一般不出現白點。
消除白點的措施主要是改進冶煉操作,採用真空處理,降低鋼水氫含量和採用鋼坯(鋼材)緩冷工藝。
6.偏析

鋼材成分的嚴重不均勻。這種現象不僅包括常見的元素(如碳、錳、矽、硫、磷)分布的不均勻性,還包括氣體和非金屬夾雜分布的不均勻性。
偏析產生的原因是鋼水在凝固過程中,由於選分結晶造成的。首先結晶出來的晶核純度較高,雜質遺留在後結晶的鋼水中。因此,結晶前沿的鋼水為碳、硫、磷等雜質富集。隨著溫度降低,雜質凝固在樹枝晶間,或形成不同程度的偏析帶。此外,隨著溫度降低,氣體在鋼水中溶解度下降,在結晶前沿析出並形成氣泡上浮,富集雜質的鋼水沿上山軌跡形成條狀偏析帶。由於偏析在鋼錠上出現部位不同和在低倍試片上表現出形式各異,偏析可分為方形偏析、“V”、“^”形偏析、點狀偏析、中心偏析和晶間偏析等。
另外,脫氧合金化工藝操作不當,可以造成嚴重的成分不均。保護渣捲入到鋼水中造成局部增碳。這些因素使鋼材產生偏析的程度往往超過由於選分結晶造成的偏析。
偏析影響鋼材的力學性能和耐蝕性能。嚴重偏析可能造成鋼材脆斷,冷加工時還會損壞機械,故超過允許級別的偏析是不允許存在的。
偏析程度往往與錠型、鋼種、冶煉操作和澆鑄條件有關。合金元素、雜質和氣體的偏析,隨澆鑄溫度升高和澆鑄速度加快,偏析程度愈嚴重。連鑄鋼採用電磁攪拌可以減輕偏析程度。另外,增加鋼水潔淨度是減輕偏析的重要措施。
7.非金屬夾雜 

鋼中含有與基體金屬成分不同的非金屬物質。它破壞了金屬基體的連續性和各向同性性能。
按非金屬夾雜的來源可分為內生夾雜、外來夾雜及兩者混合物。
(1)內生夾雜是由脫氧和結晶時進行的各種物理化學反應形成的,主要是鋼中氧、硫、氮同其他成分間的反應產物,如Al2O3等。內生夾雜的特點是顆粒小,在鋼內分布均勻,它與脫氧方法和化學成分有密切關係。
(2) 外來夾雜是指鋼中混入耐火材料、爐渣、鋼包渣和模內保護渣等外來物質。外來夾雜的特點是尺寸大,成分結構複雜,分布不規則,具有很大的偶然性。空氣對鋼水的二次氧化會形成外來夾雜。在煉鋼過程中,外來夾雜與內生夾雜往往會形成兩者的混合物,具有兩者的共同特點,使檢驗者難以分辨其來源。非金屬夾雜按顆粒大小可分為亞顯微、顯微和大顆粒夾雜三種,其顆粒尺寸分別為<1μm、1~100μm和>100μm。大顆粒夾雜往往出現在鋼錠沉澱晶區和皮下位置。連鑄鋼上弧區有時也發現大顆粒夾雜。
按非金屬夾雜本身性質,可以分為塑性夾雜和脆性夾雜兩種。
(1)塑性夾雜在熱加工過程中,隨金屬一起發生變形,如MnS;而脆性夾雜,隨熱加工金屬的變彤發生
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破碎,如Al2O3。當非金屬夾雜熔點特別高時,在鋼中一生成就以固態形式存在,這類非金屬夾雜物在熱加工時既不變形,也不破碎,保持其原來形狀,如TiN。對於熔點很低的夾雜,從最後結晶母液中排除,此時多沿初生奧氏體晶界呈網狀薄膜析出,如FeS。
鋼中非金屬夾雜對鋼材的強度、伸長率、韌性和疲勞強度有不同程度的影響。按使用要求,根據中國國家非金屬夾雜標準評定鋼材夾雜級別。鋼材中不允許存在嚴重危害鋼材性能的大顆粒夾雜。
保證出鋼和澆鑄系統清潔,採用吹氬、渣洗、噴粉、真空處理等爐外精煉措施及保護澆鑄措施,可以減少鋼中非金屬夾雜。
8.疏鬆
鋼材截面熱酸蝕試片上組織不緻密的現象。在鋼材橫斷面熱酸蝕試片上,存在許多孔隙和小黑點子,呈現組織不緻密現象,當這些孔隙和小黑點子分布在整個試片上時叫一股疏鬆,集中分布在中心的叫做中心疏鬆。在縱向熱酸蝕試片上,疏鬆表現為不同長度的條紋,但仔細觀察或用8~10倍放大鏡觀察,條紋沒有深度。用掃描電子顯微鏡觀察孔隙或條紋,可以發現樹枝晶末梢有金屬結晶的自由表面特徵。
疏鬆的成因與鋼水冷凝收縮和選分結晶有關。鋼水在結晶時,先結晶的樹枝晶晶軸比較純淨,而枝晶問富集偏析元素、氣體、非金屬夾雜和少量未凝固的鋼水,最後凝固時,不能夠全部充滿枝晶間,因而形成一些細小微孔。
鋼材在熱加工過程中,疏鬆可大大改善,但當鋼錠疏鬆嚴重時,壓縮比不足或孔型設計不當時,熱加工後疏鬆還會存在。嚴重的疏鬆視為鋼材缺陷,當疏鬆嚴重時,鋼材的力學性能會受到一定影響。但根據鋼材使用要求,可以按標準圖片評定鋼材疏鬆級別。
採用提高鋼水純淨度、加快冷卻速度、連鑄用電磁攪拌和減少枝晶等措施,可以減少疏鬆。
9.帶狀組織

熱加工後的低碳結構鋼,其顯微組織鐵素體和珠光體沿軋向平行排列,呈帶狀分布,形成鋼材帶狀組織。
帶狀組織形成的機制一般有3種:
(1)通常,在低碳鋼中,當樹枝晶間富集磷、硫等雜質,鋼材經熱加工後,非金屬夾雜被拉長。如硫化物,而奧氏體在冷卻過程中先共析鐵素體沿硫化物夾雜形核和長大,形成鐵素體條帶。同時,鐵素體形成時向鐵素體條帶兩側排碳,也形成了珠光體條帶。
(2)當低碳鋼中含錳較高時,先凝固的樹枝晶晶乾成分較純,形成鐵素體條帶。而枝晶間含錳、碳、硫、磷等雜質,而且鐵素體條帶也向枝晶間排碳,形成珠光體條帶。
(3)當熱加工終軋溫度較低時,在雙相區軋制也能形成帶狀組織。
帶狀組織實質上是鋼材組織不均勻的一種表現,影響鋼材性能,產生備向異性。帶狀組織降低鋼材塑性、衝擊韌性和斷面收縮率,特別是對橫向力學性能影響較大。
根據鋼材的使用要求,可以按中國國家帶狀組織評級標準圖片來評定鋼材帶狀組織的級別。
降低鋼中夾雜和樹枝晶成分偏析是減輕鋼中帶狀組織的主要措施。

表示方法

編號:Q+數字+質量等級符號·脫氧方法符號
例如:Q235A·F
其中Q表示屈服強度,235表示屈服強度的數值,A表示質量等級為A級,F表示沸騰鋼。
Q235A·F―表示屈服強度為235N/mm&sup2;,A等級質量沸騰鋼。

注意事項

碳素鋼淬火時通常採用水冷,但對小尺寸的中碳鋼,尤其是直徑為8―12mm的45號鋼淬火時容易產生裂紋,這是一個較為複雜的問題。目前採取的措施是淬火時試樣在水中快速攪動,或者採用油冷,可避免出現裂紋。包裝,裸裝,國產鋼按鋼號在端部進行塗色,詳見GB/T699-88標準規定。

套用

含碳量在0.1%-1.2%的碳素鋼、碳素工具鋼、彈簧鋼及其各種下腳料,都可以用作冶金鋼時配碳和增碳用鋼料。選用碳素鋼返回料時應注意以下幾點。
1.鋼錠冒口、熱軋鍛切頭料等,其中磷、硫含量較高。冶煉低磷、硫合金鋼時應控制用量。
2.車屑、廢絲帶材、廢次鋼材等成分不準確,選用時應慎重,最好重熔(洗爐)後使用。
3.使用碳素鋼廢舊鋼材時應進行火花鑑定,分類使用。

規格質量

碳素鋼的品種主要有圓鋼、扁鋼、方鋼等。經冷、熱加工後鋼材的表面不得有裂縫、結疤、夾雜、摺疊和發紋等缺陷。尺寸和允許公差必須符合相應品種國家標準的要求。

化學影響

碳素鋼的性能主要取決於鋼的含碳量和顯微組織。在退火或熱軋狀態下,隨含碳量的增加,鋼的強度和硬度升高,而塑性和衝擊韌性下降(見圖)。焊接性和冷彎性變差。所以工程結構用鋼,常限制含碳量。 碳素鋼中的殘餘元素和雜質元素如錳、矽、鎳、磷、硫、氧、氮等,對碳素鋼的性能也有影響。這些影響有時互相加強,有時互相抵銷。例如:①硫、氧、氮都能增加鋼的熱脆性,而適量的錳可減少或部分抵銷其熱脆性。②殘餘元素除錳、鎳外都降低鋼的衝擊韌性,增加冷脆性。③除硫和氧降低強度外,其他雜質元素均在不同程度上提高鋼的強度。④幾乎所有的雜質元素都能降低鋼的塑性和焊接性。
氫在鋼中能造成很多嚴重缺陷,如產生白點、點狀偏析、氫脆、表面鼓泡和焊縫熱影響區內的裂縫等。為保證鋼的質量,必須儘可能降低鋼中氫的含量(見應力腐蝕斷裂和氫脆)。脫氧帶入的殘餘元素如鋁,可減小低碳鋼的時效傾向,還可以細化晶粒,提高鋼在低溫下的韌性,但餘量不宜過多。由爐料中帶入的殘餘元素如鎳、鉻、鉬、銅等,含量高時可提高鋼的淬透性,但對要求具有高塑性的專用鋼,如深沖用鋼板,則是不利的。

加工性能

碳素鋼大都採用氧氣轉爐和平爐冶煉,優質碳素鋼也採用電弧爐生產。根據煉鋼過程脫氧程度的不同,碳素鋼可分為鎮靜鋼、沸騰鋼和介於兩者之間的半鎮靜鋼。冶煉方法對鋼的性能影響,主要是通過鋼的純淨度而起作用的。人們通過真空處理、爐外精煉和噴吹技術等,都可獲得更高純淨度的鋼,從而顯著改善了碳素鋼的品質。
碳素鋼的塑性加工工藝通常分熱加工和冷加工。經過熱加工,鋼錠中的小氣泡、疏鬆等缺陷被焊合起來,使鋼的組織緻密。同時,熱加工可破壞鑄態組織、細化晶粒。使鍛軋的鋼材比鑄態具有更好的力學性能。經冷加工的鋼,隨著冷塑性變形程度增大,強度和硬度增加,塑性和韌性降低。為提高成材率,廣泛套用連續鑄鋼工藝。

用途

Q195用於製造承載較小的零件、鐵絲、鐵圈、墊鐵、開口銷、拉桿、衝壓件以及焊接件等。
Q215A用於製造拉桿、套圈、墊圈、滲圈、滲碳零件以及焊接件等。
Q235AA、B級用於製造金屬結構件、心部強度要求不高的滲碳件或碳氮共滲件、拉桿、連桿、吊鉤、車鉤、螺栓、螺母、套筒、軸以及接件;C、D級用於製造重要的焊接結構件。
Q255A用於製造轉軸、心軸、吊鉤、拉桿、搖桿、楔等強度要求不高的零件。此負焊接性尚可。
Q275用於製造軸類、鏈輪、齒輪、吊鉤等強度要求高的零件。

參考書目

冶金工業部鋼鐵研究總院、第一汽車製造廠、上海汽輪機廠主編:《機械工程手冊》第12篇鋼,機械工業出版社,北京,1982.
H.C.McGannon,TheMakingShapingandTreatingofSteel,UnitedStatesSteelCorp.9thed.,Pittsburgh,1971.
日本鉄鋼協會編:《鉄鋼便覧》,3版,Ⅳ卷,丸善株式會社,東京,1981。
ASMHandbookCommittee,MetalsHandboo噚,9thed.,Vol.1,ASM,Ohio,1978。

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