80#碳素钢

简介

简介

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。

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。

基本参数

含碳量小于2.11%，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。

工业用碳钢的含碳量一般为0.05%~1.35%。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≤32.0MPa，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

命名方法

1、碳素结构钢

主要用途：各类工程。通常热轧后空冷供货，用户一般不需进行热处理而直接使用。这类钢按其屈服强

度等级共分五个等级。

命名：标志符号Q+最小σS值—等级符号+脱氧程度符号 如：Q235AF

等级符号：A、B、C、D（D级达到了优质钢水平）

2、优质碳素结构钢

主要用途：重要机件。可以通过热处理调整零件的力学性能。出厂状态可以是热轧后空冷，也可以是退

火、正火等状态。按国家标准（GB/T699-1999的规定，分为优质钢、高级优质钢A和特级优质钢E三个质

量等级。

命名：用两位数字表示，两位数字表示钢中含碳量的万分之几。 如：45钢 WC=0.45%

常用牌号：08F、15、45、60等。

3、碳素工具钢（WC=0.65%~1.35% 属高碳钢）

主要用途：制作各种小型工具。可进行淬火、低温回火处理获得高硬度高耐磨性。分为优质级和高级优

质级两大类。

命名：标志符号T+含碳量的1000倍。 如：T10 WC=1.0%

高级优质级在钢号尾部加A，如T10A

4、一般工程用铸造碳素钢件（铸钢）

主要用途：难用锻压等方法成型的复杂零件且力学性能要求较高；

命名：标志符号ZG+最低σS值—最低σb值 如：ZG340-640 [1] 

表示方法

编号：Q+数字+质量等级符号·脱氧方法符号

例如：Q235A·F

其中Q表示屈服强度，235表示屈服强度的数值，A表示质量等级为A级，F表示沸腾钢。

Q235A·F―表示屈服强度为235N/mm2；，A等级质量沸腾钢。

化学影响

碳素钢的性能主要取决于钢的含碳量和显微组织。在退火或热轧状态下，随含碳量的增加，钢的强度和

硬度升高，而塑性和冲击韧性下降（见图）。焊接性和冷弯性变差。所以工程结构用钢，常限制含碳

量。　碳素钢中的残余元素和杂质元素如锰、硅、镍、磷、硫、氧、氮等，对碳素钢的性能也有影响。

这些影响有时互相加强，有时互相抵销。例如：①硫、氧、氮都能增加钢的热脆性，而适量的锰可减少

或部分抵销其热脆性。②残余元素除锰、镍外都降低钢的冲击韧性，增加冷脆性。③除硫和氧降低强度

外，其他杂质元素均在不同程度上提高钢的强度。④几乎所有的杂质元素都能降低钢的塑性和焊接性。

氢在钢中能造成很多严重缺陷，如产生白点、点状偏析、氢脆、表面鼓泡和焊缝热影响区内的裂缝等。为保证钢的质量，必须尽可能降低钢中氢的含量（见应力腐蚀断裂和氢脆）。脱氧带入的残余元素如

铝，可减小低碳钢的时效倾向，还可以细化晶粒，提高钢在低温下的韧性，但余量不宜过多。由炉料中

带入的残余元素如镍、铬、钼、铜等，含量高时可提高钢的淬透性，但对要求具有高塑性的专用钢，如深冲用钢板，则是不利的。

加工性能

碳素钢大都采用氧气转炉和平炉冶炼，优质碳素钢也采用电弧炉生产。根据炼钢过程脱氧程度的不同，

碳素钢可分为镇静钢、沸腾钢和介于两者之间的半镇静钢。冶炼方法对钢的性能影响，主要是通过钢的

纯净度而起作用的。人们通过真空处理、炉外精炼和喷吹技术等，都可获得更高纯净度的钢，从而显著

改善了碳素钢的品质。

碳素钢的塑性加工工艺通常分热加工和冷加工。经过热加工，钢锭中的小气泡、疏松等缺陷被焊合起

来，使钢的组织致密。同时，热加工可破坏铸态组织、细化晶粒。使锻轧的钢材比铸态具有更好的力学

性能。经冷加工的钢，随着冷塑性变形程度增大，强度和硬度增加，塑性和韧性降低。为提高成材率，

广泛应用连续铸钢工艺。

用途应用

制造工艺

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。将炼好的钢液注入钢锭模，就得到各种钢锭。

钢锭经过锻压或轧制后便加工成钢板、钢带、钢条和各种断面形状的型钢。碳钢一般在热轧状态下直接

使用。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。

碳素钢的应用

含碳量在0.1%-1.2%的碳素钢、碳素工具钢、弹簧钢及其各种下脚料，都可以用作冶金钢时配碳和增碳

用钢料。选用碳素钢返回料时应注意以下几点。

1. 钢锭冒口、热轧锻切头料等，其中磷、硫含量较高。冶炼低磷、硫合金钢时应控制用量。

2. 
   

2.车屑、废丝带材、废次钢材等成分不准确，选用时应慎重，最好重熔（洗炉）后使用。

　　3.使用碳素钢废旧钢材时应进行火花鉴定，分类使用。

用途

Q195 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。

Q215 A 用于制造拉杆、套圈、垫圈、渗圈、渗碳零件以及焊接件等。

Q235 A A、B级用于制造金属结构件、心部强度要求不高的渗碳件或碳氮共渗件、拉杆、连杆、吊钩、

车钩、螺栓、螺母、套筒、轴以及接件；C、D级用于制造重要的焊接结构件。

Q255 A 用于制造转轴、心轴、吊钩、拉杆、摇杆、楔等强度要求不高的零件。此负焊接性尚可。

Q275 用于制造轴类、链轮、齿轮、吊钩等强度要求高的零件。

结构分类

规格质量

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0.10%至0.25%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0.25%～0.60%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

（0.70%～1.20%）。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0.60%至1.70%，可以淬硬和回火。锤，撬棍等由含碳量0.75%的钢制造； 切削工

具如钻头，丝攻，铰刀等由含碳量0.90% 至1.00% 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0.20%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0.25%C为低碳钢，其中尤以含碳低于0.10%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。②0.25～0.60%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0.6%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（0.25～0.8%）和较高含锰量（0.7～1.0%和0.9～1.2%）

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。