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碳鋼的基礎(chǔ)知識大全

  碳鋼:把含碳量小于2.11%而不含有特意加入合金元素的鋼稱為碳素鋼,簡稱碳鋼。

  常存元素對鋼性能的影響

  碳鋼中除鐵和碳兩個主要元素外,煉鋼原料總是存在一定的雜質(zhì),而且在冶煉過程還會帶入一些雜質(zhì),如Si、Mn、P、S、非金屬夾雜物及氧、氮、氫等氣體。它們對鋼的性能和質(zhì)量有一定的影響。

 ?。?)錳(Mn)。錳主要來自煉鋼脫氧劑。脫氧后殘留在鋼中的錳可溶于鐵素體和滲碳體中,使鋼的強度和硬度提高。此外,錳還與硫形成MnS,從而減輕硫?qū)︿摰挠泻ψ饔?。所以錳是鋼中的有益元素,其含量一般為0.25%~0.80%。

  (2)硅(Si)。硅是煉鋼后期,以硅鐵脫氧劑進行脫氧反應(yīng)后殘留在鋼中的元素。硅能溶于鐵素體,對鋼有一定的強化作用,所以硅是鋼中的有益元素。但由于含量少,故其強化作用不大,一般應(yīng)控制在0.17%~0.37%之內(nèi)。

 ?。?)硫(S)。硫是由生鐵及燃料帶入鋼中的有害元素。它在鋼中與鐵生成化合物FeS,F(xiàn)eS與鐵形成共晶體(Fe+FeS),熔點低(985℃)。當(dāng)鋼材加熱到1000~1200℃進行軋制或鍛造時,沿晶界分布的共晶體已經(jīng)熔化,各晶粒間連接被破壞,導(dǎo)致鋼材開裂,這種現(xiàn)象稱為熱脆性。因此,硫是鋼中的有害元素,其含量不得超過0.05%。

  (4)磷(P)。磷是由生鐵帶入鋼中的有害元素。磷部分溶解在鐵素體中形成固溶體,部分在結(jié)晶時形成脆性很大的化合物Fe3P,使鋼在低溫下(一般為100℃以下)的塑性和韌性急劇下降,這種現(xiàn)象稱為冷脆性。鋼中含磷量達到0.10%時,冷脆性就很嚴重了。因此,磷是鋼中的有害元素,一般鋼中含磷量限制在0.04%以下。

  (5)非金屬夾雜物。鋼中的非金屬夾雜物有氧化物、硫化物和硅酸鹽等。這些夾雜物是煉鋼反應(yīng)產(chǎn)生而未能完全排除,或是從爐渣、爐體、鑄錠設(shè)備等耐火材料中帶入的。非金屬夾雜物降低鋼的強度、塑性,因而夾雜物越少,鋼的質(zhì)量越好。

  碳鋼的分類

 ?。?)按冶煉方法及設(shè)備分:a.平爐鋼 b.轉(zhuǎn)爐鋼 c.電爐鋼

 ?。?)按冶煉澆注時脫氧劑與脫氧程度分

  a.沸騰鋼:在冶煉末期和澆注前用錳鐵和少量鋁作脫氧劑進行輕微脫氧,使大量的氧留在鋼液中;在澆入錠模后,鋼中的氧與碳反應(yīng),產(chǎn)生大量CO氣泡而引起鋼液表面劇烈沸騰,故稱為沸騰鋼。

  b.鎮(zhèn)靜鋼:鋼液澆注前相繼用錳鐵、硅鐵和鋁等脫氧劑進行充分脫氧,使鋼液澆入錠模后凝固時沒有CO氣泡產(chǎn)生,錠模內(nèi)鋼液平靜,故稱為鎮(zhèn)靜鋼。

  c.連鑄坯:鋼液經(jīng)過連鑄機直接生產(chǎn)的鋼坯叫做連鑄坯。

  d.半鎮(zhèn)靜鋼:鋼液脫氧程度不夠充分,介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間,澆注時產(chǎn)生輕微沸騰,鋼的組織和性能也介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間。

 ?。?)按含碳量分類

  a.低碳鋼:鋼的碳含量wc<0.25%>

  b.中碳鋼:鋼的碳含量介于0.25%~0.60%之間(wc=0.25%~0.60%)。

  c.高碳鋼:鋼的碳含量wc>0.60% 。

 ?。?)按碳鋼的質(zhì)量分類,這種分類方法主要根據(jù)碳鋼中所含有害雜質(zhì)S、P的質(zhì)量分數(shù)分類。

  a.普通碳素鋼:ws≤0.050%、wp≤0.045%。

  b.優(yōu)質(zhì)碳素鋼:ws≤0.035%、wp≤0.035%。

  c.高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼:ws≤0.025%、wp≤0.025%。

  d.特技優(yōu)質(zhì)碳素鋼:ws≤0.015%、wp≤0.025%。

 ?。?)按鋼的用途分類

  a.碳素結(jié)構(gòu)鋼:主要用于制造各種機械零件和工程結(jié)構(gòu)件,其含碳量一般都小于0.70%,屬于低碳鋼和中碳鋼系列。

  b.碳素工具鋼:主要用于制造各種刀具、量具、模具。其含碳量一般大于0.70%,屬于高碳鋼范疇。

  1.3碳素鋼的牌號

 ?。?)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。這類鋼冶煉容易、工藝性好、價廉,而且在力學(xué)性能上也能滿足一般工程結(jié)構(gòu)及普通機器零件的要求,所以應(yīng)用很廣。但鋼中的S、P和非金屬夾雜物含量比優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼多,在相同含碳量及熱處理條件下,其塑性、韌性較低,加工成形后一般不進行熱處理,大都在熱軋狀態(tài)下直接使用,通常軋制成板材、帶材及各種型材。

  此類碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號是由代表屈服點的拼音字母“Q”和屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號及脫氧方法符號四個部分按順序組成,如Q235—A·F表示為屈服點為235N/mm2的A級沸騰鋼。一般簡寫為Q235。

 ?。?)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號是用兩位數(shù)字表示該鋼平均含碳量的萬分之幾,例如45表示平均含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼;08表示平均含碳量為0.08%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。

  優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)鋼中含錳量的不同,分為普通含錳量鋼(Mn<>

  如為沸騰鋼,則在牌號后面加“F”字母,如08F、15F等,分別表示為平均含碳量為0.08%的沸騰鋼及平均含碳量為0.15%的沸騰鋼,如為鍋爐用鋼則在數(shù)值后面加“g”,如平均含碳量為0.20%的鍋爐用鋼20g等。

  牌號含義舉例:

  Q195:表示屈服點為195MPa的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼;

  15Mn:表示平均含碳量為0.15%左右,平均含錳量為1%左右的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼;

 ?。?)碳素工具鋼。碳素工具鋼是用于制造刀具、模具和量具的鋼。由于大多數(shù)工具鋼要求高硬度和高耐磨性,故工具鋼含碳量都在0.70%以上,都是優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼。

  碳素工具鋼的牌號以漢字“碳”或漢語拼音字母字頭“T”加后面的阿拉伯?dāng)?shù)字表示,其數(shù)值表示平均含碳量的千分之幾。若為高級優(yōu)質(zhì)鋼,則在牌號的數(shù)字后面標(biāo)以字母“A”。例如:

  T8:表示平均含碳量為0.80%的碳素工具鋼。

  T8A:表示平均含碳量為0.80%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。

  根據(jù)制造工具性能的要求,錳在工具鋼中含量為0.40%~0.60%時,則工具鋼的牌號在數(shù)字加“Mn”表示如T8Mn等。

 ?。?)鑄造碳鋼。鑄造用碳鋼一般用于制造形狀復(fù)雜,力學(xué)性能要求較高的機械零件。由于零件形狀復(fù)雜,很難用鍛造或機械加工方法制造,由于力學(xué)性能要求較高,不能用鑄鐵來制造。鑄造碳鋼廣泛用于重型機械的某些零件,如軋鋼機架、水壓機橫梁、鍛錘砧座等。

  鑄造碳鋼的含碳量一般在0.20%~0.60%之間,若含碳量過高,則鋼的塑性差,而且鑄造時容易產(chǎn)生裂紋。

  鑄造碳鋼的牌號是用鑄鋼兩字的漢語拼音字母字首“ZG”表示,后面加兩組數(shù)字組成,第一組數(shù)字代表屈服點數(shù)值,第二組數(shù)字代表抗拉強度值,如ZG270-500表示屈服點為270MPa,抗拉強度為500MPa的鑄造碳鋼。還有牌號為:ZG200-400、ZG310-570、ZG340-640等。


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