碳素钢

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碳素钢
1.概述
碳素钢是指碳含量低于2%，并有少量硅、锰以及磷、硫等杂质的铁碳合金。工业上应用的碳素钢碳含量一般不超过1.4%。这是因为含碳量超过此量后，钢表 现出很大的硬脆性，并且加工困难，失去生产和使用价值。碳素钢按其质量不同可分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢二类。优质碳素结构钢规定硫、磷的允许含量比普通碳素钢低 ，所以综合机械性能比普通碳素钢好。
(1)生产制造方法。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。近年来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各种形状的钢材和锻件。钢锭经过压力加工后，能够改善钢的内部组织和夹杂物分布，所以同样成分的钢材要比钢锭的性能优越一些。
(2)用途。碳素钢主要用来制造强度要求不高的机器零件和各种金属构件。广泛应用于机械制造的各个方面。如农业机械、机床、船舶等。它是一种应用最广、用途最大的钢材。
2.主要生产及输往国家、地区
我国的鞍山钢厂、宝山钢厂、上海钢厂、太原钢厂、重庆钢厂、天津钢厂等是出口碳素钢的主要产地。一般碳素钢多加工成型材，如角钢、扁钢、工字钢等输往日本、香港、东南亚、中东等国家和地区。
3.主要进口生产国家
我国主要从日本、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。
4.种类
碳素钢按含碳量可划分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。高碳钢属于工具钢，详见“工具钢”部分。低碳钢如20号钢一般多用来制作渗碳零件。热处理工艺是先进行渗碳处理，随后进行淬火和低温回火。经这样处理后零件表面具有较高的硬度而心部具有良好的塑性。而中碳钢如45号钢根据使用条件不同，热处理方式也不同。一般做热加工使用的要进行调质处理，即淬火后高温回火。其他条件使用的可进行正火处理。
5.规格及外观质量
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。
6.化学成分
现把国标、日本标准中某些主要钢号的化学成分列举，如表6 ―7―20。
表6-7-20 碳素钢化学成分指标
标准号        钢号        化  学  成  分  %
                C        Si        Mn        P        S        Ni        Cr        Cu
GB/T699-88        30        0.27-0.35        0.17-0.37        0.50-0.80        ＜0.040        ＜0.040        ＜0.25        ＜0.25         
GB/T699-88        45        0.42-0.50        0.17-0.37        0.50-0.80        ＜0.040        ＜0.040        ＜0.25        ＜0.25         
JISG4051-79(94)        S30C        0.27-0.33        0.15-0.35        0.60-0.90        ＜ 0.030        ＜0.035        ＜0.20        ＜0.20        ＜0.30
JISG4051-79(94)        S45C        0.42-0.48        0.15-0.35        0.60-0.90        ＜ 0.030        ＜0.035        ＜0.20        ＜0.20        ＜0.30

S30C、S45C钢号中Ni-Cr应小于0.35%，其他国家的标准号有EN10083T―91.ГОСТ1050 等。
7.物理性能
现把国标、日本标准中某些主要钢号的机械性能如表6―7 ―21。
表6-7-21 碳素钢物理性能指标
标准号        钢号        热处理        机  械  性  能
                正火
N
温度℃        淬火水冷
回火急冷
H温度℃        热处理        屈服点
N/mm2        抗拉
强度
N/mm2        伸长率
%        收缩率
ψ  %        冲击值
J/cm2        硬度
HB
GB/T699-88        30        850-900
空冷                 N        ＞294        ＞490        ＞21        ＞50        ＞78         
GB/T699-88        45        820-870
空冷                 N        ＞353        ＞589        ＞16        ＞40        ＞49         
JISG4051-79(94)        S30C         
        850-900
550-650        H        ＞333        ＞539        ＞23        ＞57        ＞108        152-212
JISG4051-79(94)        S45C                 820-870
550-650        H        ＞490        ＞686        ＞17        ＞45        ＞78        201-269

8.包装
裸装，国产钢按钢号在端部进行涂色，详见GB/T699-88标准规定。
9.注意事项
碳素钢淬火时通常采用水冷，但对小尺寸的中碳钢，尤其是直径为8―12mm的45号钢淬火时容易产生裂纹，这是一个较为复杂的问题。目前采取的措施是淬火时试样在水中快速搅动，或者采用油冷，可避免出现裂纹。