第四章碳素钢介绍.ppt

金属学与热处理 第四章 碳素钢碳素钢：简称碳钢，是含碳量小于2.11％并含有少量硅、锰、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。 第一节 常存杂质元素对钢性能的影响 一、锰（Mn）的影响 锰在钢中是有益元素，在碳钢中含锰量通常在0.25-0.80％范围内，最高可达1.20％。 锰作为炼钢时的脱氧剂加入钢中，可以提高硅和铝的脱氧效果。特别是 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。当锰含 量不多，在钢中仅作为少量残存元素时，对钢的性能影响不显著。 二、硅（Si）的影响 硅在钢中也是一种有益元素。在镇静钢中含硅量通常在 0.10-0.40％之间，沸腾钢中只含有0.03-0.07％。 硅作为脱氧剂以硅铁合金形式加入钢中，其脱氧能力比锰 强。硅能与钢液中的氧化合形成二氧化硅，再与其它氧化物 （FeO、MnO、Al2O3）结合形成硅酸盐，由此降低钢中含 氧量。 硅和锰一样，能溶于铁素体中，使铁素体强化，从而提高 钢的强度、硬度、弹性极限，而降低塑性和韧性。当硅含量 不多，在碳钢中仅作为少量残存元素时，对钢的性能影响不 显著。 三、硫（S）的影响 硫在钢中时有害元素，当钢加热到1100-1200℃进行热压力加工时，晶 界上的共晶体（熔点只有985℃）已熔化，晶粒间结合被破坏，使钢在加 工过程中沿晶界开裂，使钢变得极脆，这种现象称为热脆。 在钢中增加锰含量，可消除硫的有害作用。锰与硫优先形成高熔点 （1620℃）的MnS，并呈粒状分布在晶内，而且MnS在高温下具有一定 的塑性，从而可避免热脆现象。 鉴于硫对钢性能的不良影响，通常情况下，在炼钢时尽量降低钢液中硫的含量，但是含硫较多的钢可形成较多的MnS，在切削加工中MnS对断屑有利，可改善钢的切削加工性能。 四、磷（P）的影响 磷在钢中是有害元素。一般情况下，钢中磷能全部固溶于铁素体中 （高温时溶于奥氏体），它使铁素体的强度、硬度显著提高，但却使钢 的塑性、韧性急剧降低。当钢中含磷量增加时，磷还能使钢脆性转变温 度升高，致使钢在室温或低温时变脆，这种现象称为冷脆。 冷脆对在寒冷地区或其它低温条件下工作的钢结构如桥梁、车辆等继友严重的危害性。此外，磷的偏析还会使钢材在热轧后出现带状组织，故磷的含量要严格控制。 钢中含适量的磷，能提高钢在大气中的抗腐蚀性能，特别是钢中含有铜时，它的作用就更显著。此外，含磷量较多时，由于脆性较大，对制造炮弹用钢以及改善钢的切削加工性方面时有利的。 第二节 碳钢的分类、编号、性能和用途 一、碳钢的分类 （一） 按钢的含碳量分类 1.低碳钢：含碳量0.25％； 2.中碳钢0.25～0.60％； 3.高碳钢0.60％。 （二）按钢的质量（主要是杂质S、P含量）分为： 1.普通碳素钢：S《0.050％，P《0.045％； 2.优质碳素钢 ：S《0.040％，P《0.040％； 3.高级优质碳素钢：S《0.030％，P《0.035％ （三）按钢的用途 1.碳素结构钢：用于制造各种机械零件和工程结构件的碳 钢。含碳量一般都小于0.7％。 2.碳素工具钢：用于制造各种刀具、模具和量具的碳钢。 这类钢一般属于高碳钢。 （四）按冶炼方法分类 工业用钢可以分为平炉钢、转炉钢和电炉钢。 按冶炼时钢的脱氧程度不同，又分为沸腾钢（脱氧不完全 的钢）、镇静钢（脱氧较完全的钢）和半镇静钢（脱氧程度 介于上述两类之间）。 还有按专门用途分类，如船用钢（牌号用C表示），桥梁 用钢（牌号用q表示），锅炉用钢（牌号用g表示）、还有汽 车大梁用钢（用L表示）、焊条用钢（用H表示）和易切削钢 （用Y表示）。 二、碳钢的编号、性能和用途 （一）碳素结构钢 碳素结构钢的平均含碳量在0.06-0.38％范围内，钢中含有害杂质P、S和非金属夹杂物较多，应用较广。通常轧制成钢板或各种型钢供应。 牌号表示方法：代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法等（F、b、Z、TZ）四部分组成。如Q235-A·F。质量等级符号反映了碳素结构钢中有害杂（P、S）含量的多少，C、D级的碳素结构钢中P、S含量最低，质量好。 Q195钢含碳量很低，塑性好，常用制作铁钉、铁丝及各种薄板，如镀锌薄钢板、镀锡薄钢板，也可用来替代优质碳素结构钢08或10钢，制造冲压、焊接结构件。 Q275属于中碳钢，强度较高，用于制造较重要的某些零件，替代30钢、40钢。 Q215、 Q235、 Q255三个牌号中的A级钢用于制作机器中受力不大的铆钉、螺钉、螺母等普通零件和工程结构件。B级常用制造重要的及其零件和船板用钢 （二）优质碳素结构钢 优质碳素结构钢必须同时保证钢的化学成分和力学性能。这类