什么叫碳素钢?

碳素钢是近代工业中使用最早、用量最大的基本材料。世界各工业国家，在努力增加低合金高强度钢和合金钢产量的同时，也非常注意改进碳素钢质量，扩大品种和使用范围。

碳素钢含碳量小于211%，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的铁碳合金。碳素钢的性能主要取决于含碳量。含碳量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性和可焊性降低。与其他钢类相比，碳素钢使用最早，成本低，性能范围宽 ，用量最大。

目前碳素钢的产量在各国钢总产量中的比重，约保持在80%左右，它不仅广泛应用于建筑、桥梁、铁道、车辆、船舶和各种机械制造工业，而且在近代的石油化学工业、海洋开发等方面，也得到大量使用。

碳素钢的用途

碳素钢的冶炼通常在转炉、平炉中进行。转炉一般冶炼普通碳素钢，而 平炉可以冶炼各种优质钢。氧气顶吹转炉炼钢技术发展很快，有趋势可代替平炉炼钢。当用于制造工具和各种机器零件时，则需要根据使用要求进行热处理；至于铸钢件，绝大多数都要进行热处理。

碳素钢用于产品运输：中国主要从日本、俄罗斯、德国、东欧等国家进口。与其他钢类相比，碳素钢进口数量最多。进口到货后缺重问题较为突出。收用货部门要加强到货后重量的验收。

用于制造承载较小的零件、铁丝、铁圈、垫铁、开口销、拉杆、冲压件以及焊接件等。

-碳素钢

　含碳量小于135%，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的钢。碳素钢的性能主要取决于含碳量。含碳量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性和可焊性降低。与其他钢类相比，碳素钢使用最早，成本低，性能范围宽 ，用量最大。适用于公称压力PN≤320MPa，温度为-30-425℃的水、蒸汽、空气、氢、氨、氮及石油制品等介质。常用牌号有WC1、WCB、ZG25及优质钢20、25、30及低合金结构钢16Mn

碳素钢的品种主要有圆钢、扁钢、方钢等。经冷、热加工后钢材的表面不得有裂缝、结疤、夹杂、折叠和发纹等缺陷。尺寸和允许公差必须符合相应品种国家标准的要求。

具体分类

按化学成分分类

碳素钢按化学成分（即以含碳量）可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。

(1) 低碳钢

又称软钢，含碳量从010%至025%低碳钢易于接受各种加工如锻造，焊接和切削，常用于制造链条，铆钉，螺栓，轴等。

(2) 中碳钢

碳量025%～060%的碳素钢。有镇静钢、半镇静钢、沸腾钢等多种产品。除碳外还可含有少量锰（070%～120%）。按产品质量分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。热加工及切削性能良好，焊接性能较差。强度、硬度比低碳钢高，而塑性和韧性低于低碳钢。可不经热处理，直接使用热轧材、冷拉材，亦可经热处理后使用。淬火、回火后的中碳钢具有良好的综合力学性能。能够达到的最高硬度约为 HRC55(HB538），σb为600～1100MPa。所以在中等强度水平的各种用途中，中碳钢得到最广泛的应用，除作为建筑材料外，还大量用于制造各种机械零件。

（3）高碳钢

常称工具钢，含碳量从060%至170%，可以淬硬和回火。锤，撬棍等由含碳量075%的钢制造； 切削工具如钻头，丝攻，铰刀等由含碳量090% 至100% 的钢制造。

按钢的品质分类

按钢的品质可分为普通碳素钢和优质碳素钢。

（1）普通碳素结构钢又称普通碳素钢，对含碳量、性能范围以及磷、硫和其他残余元素含量的限制较宽。在中国和某些国家根据交货的保证条件又分为三类：甲类钢（A类钢）是保证力学性能的钢。乙类钢（B类钢）是保证化学成分的钢。特类钢(C类钢）是既保证力学性能又保证化学成分的钢，常用于制造较重要的结构件。中国目前生产和使用最多的是含碳量在020%左右的A3钢（甲类3号钢），主要用于工程结构。

有的碳素结构钢还添加微量的铝或铌（或其他碳化物形成元素）形成氮化物或碳化物微粒，以限制晶粒长大，使钢强化，节约钢材。在中国和某些国家，为适应专业用钢的特殊要求，对普通碳素结构钢的化学成分和性能进行调整，从而发展了一系列普通碳素结构钢的专业用钢（如桥梁、建筑、钢筋、压力容器用钢等）。

（2）优质碳素结构钢和普通碳素结构钢相比，硫、磷及其他非金属夹杂物的含量较低。根据含碳量和用途的不同，这类钢大致又分为三类：①小于025%C为低碳钢，其中尤以含碳低于010%的08F,08Al等，由于具有很好的深冲性和焊接性而被广泛地用作深冲件如汽车、制罐……等。20G则是制造普通锅炉的主要材料。此外，低碳钢也广泛地作为渗碳钢，用于机械制造业。②025～060%C为中碳钢，多在调质状态下使用，制作机械制造工业的零件。③大于06%C为高碳钢，多用于制造弹簧、齿轮、轧辊等。根据含锰量的不同，又可分为普通含锰量（025～08%）和较高含锰量（07～10%和09～12%）两钢组。锰能改善钢的淬透性，强化铁素体，提高钢的屈服强度、抗拉强度和耐磨性。通常在含锰高的钢的牌号后附加标记“Mn”，如15Mn、20Mn以区别于正常含锰量的碳素钢。

按用途分类

按用途则又可分为碳素结构钢、碳素工具钢。

碳素工具钢 含碳量在065～135%之间，经热处理后可得到高硬度和高耐磨性，主要用于制造各种工具、刃具、模具和量具（见工具钢）。

碳素结构钢按照钢材屈服强度分为5个牌号：

Q195、Q215、Q235、Q255、Q275

每个牌号由于质量不同分为A、B、C、D等级，最多的有四种

，有的只有一；另外还有钢材冶炼的脱氧方法区别。

脱氧方法符号：

F——沸腾钢

b——半镇静钢

Z——镇静钢

TZ——特殊镇静钢

钢，是对含碳量质量百分比介于002%至211%之间的铁碳合金的统称。钢的化学成分可以有很大变化，只含碳元素的钢称为碳素钢（碳钢）或普通钢；在实际生产中，钢往往根据用途的不同含有不同的合金元素，比如：锰、镍、钒等等。\x0d\中华人民共和国国家标准GB/T 13304－91《钢分类》描述：“以铁为主要元素、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。”其中的一般是指除铬钢外的其他钢种，部分铬钢的含碳量允许大于2%。含碳量大于2%的铁合金是铸铁。其他国际标准如ISO 4948或EN 10020中对钢的定义也与此类似。\x0d\严格地说，钢是含碳量在00218%-211[1] %之间的铁碳合金。我们通常将其与铁合称为钢铁，为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过17%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。其它成分是为了使钢材性能有所区别。以下以字母顺序列出重要的钢材，他们包含以下成分，现将它们的功能特性一并介绍：\x0d\碳（Carbon)\x0d\存在于所有的钢材，是最重要的硬化元素。有助于增加钢材的强度，我们通常希望刀具级别的钢材拥有06%以上的碳，也称为高碳钢。\x0d\铬（Chromium)\x0d\增加耐磨损性，硬度，最重要的是耐腐蚀性，拥有13%以上的认为是不锈钢。尽管这么叫，如果保养不当，所有钢材都会生锈。\x0d\锰（Manganese）\x0d\重要奥氏体稳定元素，有助于生成纹理结构，增加坚固性和强度及耐磨损性。在热处理和卷压过程中使钢材内部脱氧，出现在大多数的刀剪用钢材中，除了A-2,L-6和CPM 420V。\x0d\钼（Molybdenum）\x0d\碳化作用剂，防止钢材变脆，在高温时保持钢材的强度，出现在很多钢材中，空气硬化钢（例如A-2,ATS-34）总是包含1%或者更多的钼，这样它们才能在空气中变硬。\x0d\镍（Nickle）\x0d\保持强度、抗腐蚀性、和韧性。出现在L-6\AUS-6和AUS-8中。\x0d\硅（Silicon）\x0d\有助于增强强度。和锰一样，硅在钢的生产过程中用于保持钢材的强度。\x0d\钨（Tungsten）\x0d\增强抗磨损性。将钨和适当比例的铬或锰混合用于制造高速钢。在高速钢M-2中就含有大量的钨。\x0d\钒（Vanadium）\x0d\增强抗磨损能力和延展性。在许多种钢材中都含有钒，其中M-2，Vascowear，CPM T440V和420VA含有大量的钒。而BG-42与ATS-34最大的不同就是前者含有钒。\x0d\磷（Phosphorus）\x0d\是有害元素，降低钢的塑性和韧性，出现冷脆性，能使钢的强度显著提高，同时提高大气腐蚀稳定性，含量应该限制在005%以下。\x0d\硫（Sulfur）\x0d\通常硫是有害元素，使钢热脆性大，含量限制在005%以下。但是易切削钢的硫含量高，可达008%~040%。\x0d\钢指含碳量小于2%的铁碳合金。根据成分不同，又可分为碳素钢和合金钢。根据性能和用途不同，又可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。\x0d\按化学成分分 (1)碳素钢 碳素钢是指钢中除铁、碳外，还含有少量锰、硅、硫、磷等元素的铁碳合金，按其含碳量的不同，可分为：1)低碳钢——含碳量wc≤025% 2)中碳钢——含碳量wc025%～060% 3)高碳钢——含碳量wc>060%高碳钢一般在军工业和工业医疗业比较多 (2)合金钢 为了改善钢的性能，在冶炼碳素钢的基础上，加入一些合金元素而炼成的钢，如铬钢、锰钢、铬锰钢、铬镍钢等。按其合金元素的总含量，可分为： 1)低合金钢——合金元素的总含量≤5% 2)中合金钢——合金元素的总含量5%～10% 3)高合金钢——合金元素的总含量>10%\x0d\钢铁的主要成分是:碳/硅/锰/磷/硫等五大元素：\x0d\1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量023%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过020%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。\x0d\\x0d\2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有015－030%的硅。如果钢中含硅量超过050-060%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入10－12%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。\x0d\\x0d\3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰030－050%。在碳素钢中加入070%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。\x0d\\x0d\4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0045%，优质钢要求更低些。\x0d\\x0d\5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0055%，优质钢要求小于0040%。在钢中加入008-020%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。\x0d\分类\x0d\\x0d\按碳含量高低分类\x0d\低碳钢：碳含量一般低于025%（质量分数）；\x0d\中碳钢：碳含量一般为025%~060%（质量分数）；\x0d\高碳钢：碳含量一般高于于060%（质量分数）。[2] \x0d\\x0d\按品质分类\x0d\(2) 优质钢（P、S均≤0035%） (3) 高级优质钢（P≤0035%，S≤0030%）\x0d\\x0d\按成形方法\x0d\(1) 锻钢；(2) 铸钢；(3) 热轧钢；(4) 冷拉钢。\x0d\\x0d\按金相组织\x0d\退火状态：a、亚共析钢 ；b、共析钢 ； c、 过共析钢（珠光体+渗碳体）d莱氏体钢（珠光体+渗碳体）。\x0d\正火状态的：a珠光体钢；b贝氏体钢；c马氏体钢；d奥氏体钢。\x0d\\x0d\按用途分类\x0d\合金结构钢；c钢筋钢。\x0d\渗碳钢、氨钢、表面淬火用钢；(c)易切结构钢；(d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。b弹簧钢c轴承钢\x0d\抗氧化钢、热强钢、气阀钢c电热合金钢；d耐磨钢；e低温用钢；f电工用钢\x0d\桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。\x0d\\x0d\综合分类\x0d\工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。\x0d\特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；(c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢；(f)特定用途优质结构钢。\x0d\\x0d\按冶炼方法\x0d\平炉钢:(a)酸性平炉钢；(b)碱性平炉钢。\x0d\电炉钢:(a)电弧炉钢；(b)电渣炉钢；(c)感应炉钢；(d)真空自耗炉钢；(e)电子束炉钢。