碳鋼的基礎知識大全

2019-07-15 19:14:58

碳鋼:把含碳量小於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,而且在冶煉過程還會帶入一些雜質,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量有一定的影響。
(1)錳(Mn)。錳主要來自煉鋼脫氧劑。脫氧後殘留在鋼中的錳可溶於鐵素體和滲碳體中,使鋼的強度和硬度提高。此外,錳還與硫形成MnS,從而減輕硫對鋼的有害作用。所以錳是鋼中的有益元素,其含量一般為0.25%~0.80%。
(2)矽(Si)。矽是煉鋼後期,以矽鐵脫氧劑進行脫氧反應後殘留在鋼中的元素。矽能溶於鐵素體,對鋼有一定的強化作用,所以矽是鋼中的有益元素。但由於含量少,故其強化作用不大,一般應控制在0.17%~0.37%之內。
(3)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,FeS與鐵形成共晶體(Fe+FeS),熔點低(985℃)。當鋼材加熱到1000~1200℃進行軋制或鍛造時,沿晶界分布的共晶體已經熔化,各晶粒間連線被破壞,導致鋼材開裂,這種現象稱為熱脆性。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、硫化物和矽酸鹽等。這些夾雜物是煉鋼反應產生而未能完全排除,或是從爐渣、爐體、鑄錠設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,鋼的質量越好。
碳鋼的分類
(1)按冶煉方法及設備分:a.平爐鋼 b.轉爐鋼 c.電爐鋼
(2)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;在澆入錠模後,鋼中的氧與碳反應,產生大量CO氣泡而引起鋼液表面劇烈沸騰,故稱為沸騰鋼。
b.鎮靜鋼:鋼液澆注前相繼用錳鐵、矽鐵和鋁等脫氧劑進行充分脫氧,使鋼液澆入錠模後凝固時沒有CO氣泡產生,錠模內鋼液平靜,故稱為鎮靜鋼。
c.連鑄坯:鋼液經過連鑄機直接生產的鋼坯叫做連鑄坯。
d.半鎮靜鋼:鋼液脫氧程度不夠充分,介於沸騰鋼和鎮靜鋼之間,澆注時產生輕微沸騰,鋼的組織和性能也介於鎮靜鋼和沸騰鋼之間。
(3)按含碳量分類
a.低碳鋼:鋼的碳含量wc0.60% 。
(4)按碳鋼的質量分類,這種分類方法主要根據碳鋼中所含有害雜質S、P的質量分數分類。
a.普通碳素鋼:ws≤0.050%、wp≤0.045%。
b.優質碳素鋼:ws≤0.035%、wp≤0.035%。
c.高級優質碳素鋼:ws≤0.025%、wp≤0.025%。
d.特技優質碳素鋼:ws≤0.015%、wp≤0.025%。
(5)按鋼的用途分類
a.碳素結構鋼:主要用於製造各種機械零件和工程結構件,其含碳量一般都小於0.70%,屬於低碳鋼和中碳鋼系列。
b.碳素工具鋼:主要用於製造各種刀具、量具、模具。其含碳量一般大於0.70%,屬於高碳鋼範疇。
1.3碳素鋼的牌號
(1)普通碳素結構鋼。這類鋼冶煉容易、工藝性好、價廉,而且在力學性能上也能滿足一般工程結構及普通機器零件的要求,所以套用很廣。但鋼中的S、P和非金屬夾雜物含量比優質碳素結構鋼多,在相同含碳量及熱處理條件下,其塑性、韌性較低,加工成形後一般不進行熱處理,大都在熱軋狀態下直接使用,通常軋製成板材、帶材及各種型材。
此類碳素結構鋼的牌號是由代表屈服點的拼音字母“Q”和屈服點數值、質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。
(2)優質碳素結構鋼。優質碳素結構鋼的牌號是用兩位數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%的優質碳素結構鋼;08表示平均含碳量為0.08%的優質碳素結構鋼。
優質碳素結構鋼根據鋼中含錳量的不同,分為普通含錳量鋼(Mn
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