在我們的生產(chǎn)過程中，碳鋼是較為常見的防爆電器制造原材料。熟悉制造流程的人都有所了解，碳鋼是碳素結(jié)構(gòu)鋼的簡稱，具備優(yōu)秀的焊接性和穩(wěn)定的冷成形性。今天就來為大家講一講，碳素結(jié)構(gòu)鋼的一些基本知識，以此加深生產(chǎn)制造人員在生產(chǎn)制造過程中對材質(zhì)和工藝的理解。
碳鋼的定義：
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。
（1）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(qiáng)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(jìn)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(qiáng)化作用，所以硅是鋼中的有益元素。但由于含量少，故其強(qiáng)化作用不大，一般應(yīng)控制在0.17%～0.37%之內(nèi)。
（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(dāng)鋼材加熱到1000～1200℃進(jìn)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(dá)到0.10%時，冷脆性就很嚴(yán)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(qiáng)度、塑性，因而夾雜物越少，鋼的質(zhì)量越好。
碳鋼的分類
（1）按冶煉方法及設(shè)備分：a.平爐鋼 b.轉(zhuǎn)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(jìn)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(jìn)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(jī)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。
（3）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% 。
（4）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?jǐn)?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%。
（5）按鋼的用途分類
a.碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用于制造各種機(jī)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
（1）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(jī)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(jìn)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。
（2）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<0.80%）和較高含錳量鋼（Mn=0.70%～1.20%）兩組。較高含錳量鋼在牌號后面標(biāo)出元素符號“Mn”或漢字“錳”。例如65Mn表示平均含碳量為0.65%，平均含錳量為1%左右的較高含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。
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；
（3）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。
（4）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(jī)械零件。由于零件形狀復(fù)雜，很難用鍛造或機(jī)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(jī)械的某些零件，如軋鋼機(jī)架、水壓機(jī)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(qiáng)度值，如ZG270-500表示屈服點為270MPa，抗拉強(qiáng)度為500MPa的鑄造碳鋼。還有牌號為：ZG200-400、ZG310-570、ZG340-640等。
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