碳素钢中的杂质元素及编号资料

碳钢的成分和分类1.碳钢的成分碳钢指的是w(C)≤2.11%的铁碳合金，其组成元素除了铁和碳主要元素外，还有杂质元素Mn、Si（起固溶强化和脱氧的作用），S →热脆，P →冷脆，O、N、H →使得强度、塑性、韧性↓。

2．碳钢的分类⑴按C含量分低C钢w(C) ≤0.25%中C钢0.25% ＜w(C) ≤0.6%高C钢w(C) ＞0.6%⑵按钢质量分（S、P含量）普通碳素钢：W s<0.055% ，W p<0.045%优质碳素钢：W p、W s<0.040%高级优质碳素钢：W s<0.030%，W p<0.035%⑶按用途分——碳素结构钢、碳素工具钢。

碳素结构钢用来制造各种工程构件和机器零件，碳素工具钢用来制造各种刀具、量具、模具。

⑷按冶炼方法分为平炉钢、转炉钢。

碳钢的牌号及用途碳素结构钢表示方法为Q+最低屈服强度值+质量等级符号，Q表示“屈服强度”；数字表示屈服强度值单位是MPa；质量等级符号为A、B、C、D、E。

由A到E，其P、S含量依次下降，质量提高。

典型代号有Q195，Q215，Q235，Q255，Q275。

牌号——如Q215B，表示ss ≥215 MPa（厚度≤16mm），B级质量。

Q195，Q215，Q235A，Q235B塑性较好，有一定的强度，通常轧制成钢筋、钢板用作桥梁建筑用料，也可作普通螺钉，铆钉。

Q235C，Q235D可用作重要的焊接件Q255、Q275强度较高，可轧制成型钢、钢板作构件用。

2、优质碳素结构钢钢号用平均碳质量分数的万分数表示，如20钢为碳质量分数为0.02%。

如钢中Mn质量分数较高，则在钢号后附加Mn，如16Mn。

可作重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。

其中08F材料塑性好，常用来制作冷冲压零件。

一般需要热处理。

3、碳素工具钢碳素工具钢钢号按平均碳质量分数的千分数数字表示，数字之间冠以T，如T9。

其平均含碳量为千分之九(0.9%C)。

碳素钢的定义
碳素钢是指碳的质量分数大于0.0218%小于
2.11%，并含有少量锰、硅、磷、硫等元素的铁碳合金。

在钢铁材料中，碳素钢占有很大的比重，与合金钢相比，碳素钢冶炼简便，加工容易，价格低廉，并且在一般情况下能满足使用要求，所以应用非常广泛。

碳素钢中常见的杂质有锰、硅、硫、磷等，它们对碳素钢的性能产生不同程度的影响。

锰和硅是在炼铁时作为脱氧剂加入钢中的。

锰具有一定的脱氧能力，能将氧化铁还原称为铁，显著改善钢的质量；锰能与硫化合成硫化锰，以减轻硫的有害作用；锰还能溶解于铁中，形成含锰铁素体，提高钢的强度和硬度。

总之，锰对碳素钢的性能有良好的影响，是一种有意元素。

硅的脱氧作于比锰强，能将氧化铁还原铁，能显著改善钢的质量。

硅也能溶入铁，从而提高钢的强度和硬度。

硫和磷是从原料及燃料中带入钢中的有害杂质。

硫有热脆性，磷有冷脆性，但硫能改善刚才的切削性
能，所以制造要求表面粗糙度较小而强度要求十分严格的零件时候，可采用硫的质量分数较高的易切削结构钢。

1、碳素钢的定义及钢中五元素含碳2%以下的铁碳合金称为钢。

碳素钢中的五元素是指化学成份中的主要组成物，即 C、Si、Mn、S、P（碳、硅、锰、硫、磷）。

其次是在炼钢过程中不可避免地会混入气体，含O、H、N（氧、氢、氮）。

此外，用铝—硅脱氧镇静工艺中，必然在钢水中含有 Al，当Als（酸溶铝）≥0。

020%时，还有细化晶粒的作用。

2、钢铁是怎样炼成的？炼钢的主要任务是按所炼钢种的质量要求，调整钢中碳和合金元素含量到规定范围之内，并使P、S、H、O、N等杂质的含量降至允许限量之下。

炼钢过程实质上是一个氧化过程，炉料中过剩的碳被氧化，燃烧成CO气体逸出，其它Si、P、Mn 等氧化后进入炉渣中。

S部份进入炼渣中，部份则生成SO2排出。

当钢水成份和温度达到工艺要求后，即可出钢。

为了除去钢中过剩的氧及调整化学成份，可以添加脱氧剂和铁合金或合金元素。

3、转炉炼钢简介从鱼雷车运来的铁水经过脱硫、挡渣等处理后即可倒入转炉中作为主要炉料，另加10% 以下的废钢。

然后，向转炉内吹氧燃烧，铁水中的过量碳被氧化并放出大量热量，当探头测得达到预定的低碳含量时，即停止吹氧并出钢。

一般在钢包中需进行脱氧及调整成份操作；然后在钢液表面抛上碳化稻壳防止钢水被氧化，即可送往连铸或模铸工区。

对要求高的钢种可增加底吹氩、RH真空处理、喷粉处理（喷SI—CA粉及变性石灰）可以有效降低钢中的气体与夹杂，并有进一步降碳及降硫的作用。

在这些炉外精炼措施后还可以最终微调成份，满足优质钢材的需求。

4、初轧模铸钢锭采取热装、热送新工艺，进入均热炉加热，然后通过初轧机及钢坯连轧机轧成板坯、管坯、小方坯等初轧产品，经过切头、切尾、表面清理，（火焰清理、打磨）高品质产品则还需对初轧坯进行扒皮和探伤，检验合格后入库。

目前初轧厂的产品有初轧板坯、轧制方坯、氧气瓶用钢坯、齿轮用圆管坯、铁路车辆用车轴坯及塑模用钢等。

初轧板坯主要供应热轧厂作为原料；轧制方坯除部份外供，主要送往高速线材轧机作原料。

碳素钢标准
碳素钢的标准GB/T 700-2006，也被称为碳素结构钢标准，主要对碳素钢的分类、等级、成分、性能、检验方法等进行了规定。

碳素钢是指碳含量在0.21%至2.1%之间的铁碳合金，其标准中主要对碳含量进行了限制，同时对硫、磷等杂质元素含量也有严格的限制，例如其中规定的磷含量不得大于0.045%，硫含量不得大于0.05%。

碳素钢的制造工艺一般包括转炉或平炉冶炼，主要原料为铁水加废钢。

按照钢中是否添加合金元素，可以将碳素钢分为普通碳素钢和优质碳素钢两类。

优质碳素钢根据其磷、硫含量又可以分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。

在碳素钢的用途方面，由于其具有强度适中、塑性好、易于加工等特点，因此被广泛应用于机械制造、建筑、农业、化工等行业中。

例如，在机械制造行业中，碳素钢可以用于制造各种轴类、齿轮、模具等零部件；在建筑行业中，碳素钢可以用于制造各种钢筋、钢板等建筑材料；在农业和化工行业中，碳素钢也可以用于制造各种设备和管道等。

此外，对于优质碳素结构钢，还可以通过热处理等方法来提高其力学性能和耐久性，以满足不同行业和不同用途的需求。

例如，在汽车制造中，可以使用经过热处理的优质碳素结构钢来制造汽车大梁、发动机罩等高强度结构件。

总的来说，碳素钢作为一种基础材料，在国民经济中占有重要的地位。

优质碳素结构钢的牌号和化学成分1.45钢45钢是一种常用的碳素结构钢，其含碳量为0.42-0.50%，含锰量为0.50-0.80%。

45钢具有较高的强度和韧性，广泛用于制造机械零件和工具。

2.20钢20钢是一种低碳素结构钢，其含碳量为0.18-0.24%，含锰量为0.30-0.60%。

20钢具有较高的可塑性和韧性，适用于制造冷轧薄板、管道和机械零件等。

3.35钢35钢是一种中碳素结构钢，其含碳量为0.32-0.40%，含锰量为0.50-0.80%。

35钢具有较高的强度和韧性，在制造传动零件和机械零件时广泛使用。

4.40Cr钢40Cr钢是一种合金结构钢，其主要合金元素是铬，含铬量为0.37-0.44%。

40Cr钢具有较高的硬度和强度，适用于制造高硬度的机械零部件。

5.42CrMo钢42CrMo钢是一种合金结构钢，其主要合金元素是铬和钼，含铬量为0.90-1.20%，含钼量为0.15-0.30%。

42CrMo钢具有高强度和良好的韧性，广泛用于制造大型工程机械和军工器材。

6.65Mn钢65Mn钢是一种中碳素结构钢，其含碳量为0.62-0.70%，含锰量为0.90-1.20%。

65Mn钢具有较高的强度和耐磨性，常用于制造刀具、弹簧和机械零部件。

7.20MnCr5钢20MnCr5钢是一种合金结构钢，其主要合金元素是锰和铬，含锰量为1.00-1.30%，含铬量为0.80-1.10%。

20MnCr5钢具有较高的强度和韧性，适用于制造高负荷的齿轮和压力零件。

以上是几种常见的优质碳素结构钢的牌号和化学成分。

当选择合适的材料时，除了考虑化学成分外，还需要综合考虑其力学性能、加工性能和耐蚀性等方面的要求。

第十四讲课题：§4-1碳素钢教学目的： 1.掌握掌握碳钢的分类与牌号。

2.了解常存杂质元素对碳钢钢性能的影响及碳钢的用途。

教学重点：碳钢的分类与牌号。

教学难点：碳钢的分类与牌号。

课前准备（教具、课件、实习材料等）：授课情况〈一〉复习提问：1、什么是冲击韧性，什么是冲击载荷？2、什么是疲劳强度，影响疲劳强度的因素有哪些？〈二〉教学内容：一、常存杂质元素对碳钢性能的影响碳钢是含碳量低于2.11%，并含有少量硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金。

碳钢在冶炼时不可避免地含有一些杂质元素，对钢的性能和质量有较大影响，应加以控制。

1、硅的影响脱氧剂，硅增大钢液的流动性。

可使热轧钢的抗拉强度提高，屈服点提高，伸长率下降。

钢的收缩率和冲击韧性下降不明显。

但是，当硅含量超过0.8~1.0%时，则引起面缩率下降，特别是冲击韧性显著降低。

总之，钢中少量存在的硅是有益元素。

2、锰的影响碳钢中的锰可以起到脱氧作用；产生强化作用；消除硫的有害影响，是钢中的有益元素，碳钢中锰的含量一般不超过0.8%。

3、硫的影响一般来说，硫是有害元素，硫在铁中的溶解度很小。

室温时，硫以FeS形态存在。

FeS塑性差，强度低，和Fe能形成低熔点(985℃)的共晶体分布在奥氏体晶界上,当碳钢加热到>985℃进行锻、轧等压力加工时，由于低熔点共晶体熔化而使钢在热加工过程中沿着晶界开裂，这种现象称为钢的“热脆”。

硫能提高钢材的切削加工性，这是硫的有益作用。

在大多数情况下，由于硫的有害影响，一般对钢的含硫量限制甚严。

4、磷的影响一般来说，磷是有害杂质元素。

磷在纯铁中有相当大的溶解度。

磷能提高钢的强度，但使塑性、韧性降低，特别是使钢的脆性转折温度急剧升高，使钢变脆，这种脆化现象在低温时更为严重，称为“冷脆”。

在炮弹钢中，含磷量高，其目的在于提高钢的脆性，增加弹片的碎化程度，提高炮弹的杀伤力。

二、碳钢的分类碳钢分类方法很多，常见的如下：1、按钢中碳含量分类（1）低碳钢（Wc﹤0.25%）；（2）中碳钢（Wc=0.25~0.6%）；（3）高碳钢（Wc>0.6%）。

我国碳素结构钢标准的规定碳素结构钢钢中除含有主要为了脱氧而加入的硅、锰元素外，不含其他有意加入的合金元素。

钢中硫、磷杂质含量较高，一般来说普通质量碳素结构钢的硫的质量分数不大于0.050%、磷的质量分数不大于0.045%；优质碳素结构钢硫和磷的质量分数不大于0.040%。

这类钢通常以热轧状态交货和使用，主要用于工程结构。

根据国家标准GB/T 13304-1991《钢分类》，碳素结构钢属于非合金钢，是非合金钢中的一种。

非合金钢还包括优质碳素结构钢、碳素工具钢、碳素弹簧钢、易切削碳素钢，以及其他一些具有特殊性能和用途的钢。

按化学成分非合金钢各元素规定含量的界限值。

当标准、技术条件或订货单中对钢的熔炼分析化学成分规定最低值或范围时，应以最低值作为规定时进行分类；若规定最高值时，应以最高值的0.7倍作为规定含量进行分类。

根据GB/T 700-1988《碳素结构钢》化学成分的规定，其所包括的各种牌号钢均属于非合金钢。

1。

牌号和化学成分表1 碳素结构钢的牌号和化学成分说明： 1.Q235A，B级沸腾钢锰质量分数上限为0.60%。

2.“F”沸腾钢，“b”半镇静钢、“Z”镇静钢，“TZ”特殊镇静钢。

(2)力学和工艺性能表2 碳素结构钢的屈服点注：Q195的屈服点仅供参考，不作为交货条件表3 碳素结构钢的抗拉强度、伸长率和冲击性能表3-4碳素结构钢的冷弯性能注：8为试样宽度，a为钢材厚度或直径。

(3)用途表4 碳素结构钢的特性和应用碳素结构钢的特性和用途1、牌号Q195，含碳量低，强度不高，塑性、韧性、加工性能和焊接性能好。

用于轧制薄板和盘条。

冷、热轧薄钢板及以其为原料制成的镀锌、镀锡及塑料复合薄钢板大量用于屋面板、装饰板、通用除尘管道、包装容器、铁桶、仪表壳、开关箱、防护罩、火车车厢等。

盘条则多冷拔成低碳钢丝或经镀锌制成镀锌低碳钢丝，用于捆绑、张拉固定或用作钢丝网、铆钉等。

2、牌号Q215，强度稍高于Q195钢，用途与Q195大体相同。

钢中的杂质元素 Document number【980KGB-6898YT-769T8CB-246UT-18GG08】钢中不可能除尽所有的杂质在钢的冶炼过程中，不可能除尽所有的杂质，所以实际使用的碳钢中除碳以外，还含有少量的锰、硅、硫、磷、氧、氢、氮等元素，它们的存在，会影响钢的质量和性能。

()一•锰和硅的影响锰和硅是炼钢过程中必须加入的脱氧剂，用以去除溶于钢液中的氧。

它还可把钢液中的FeO 还原成铁，并形成MnO 和2SiO 。

锰除了脱氧作用外，还有除硫作用，即与钢液中的硫结合成MnS ，从而在相当大程度上消除硫在钢中的有害影响。

这些反应产物大部分进入炉渣，小部分残留于钢中，成为非金属夹杂物。

脱氧剂中的锰和硅总会有一部分溶于钢液中，冷至室温后即溶于铁素体中，提高铁素体的强度。

此外，锰还可以溶入渗碳体中，形成()C Mn Fe 3,锰和硅的固溶强化作用铁素体提高钢的强度和硬度 锰对碳钢的机械性能有良好的影响，它能提高钢的强度和硬度，当含锰量不高<0.8%时，可以稍微提高或不降低钢的塑性和韧性。

锰提高强度的原因是它溶入铁素体而引起的固溶强化，并使钢材在轧后冷却时得到层片较细、强度较高的珠光体，在同样含锰量和同样冷却条件下珠光体的相对量增加。

硅溶于铁素体后有很强的固溶强化作用，显着提高钢的强度和硬度，但含量较高时，将使钢的塑性和韧性下降。

()二•硫的影响 来源：硫是钢中的有害元素，它是在炼钢时由矿石和燃料带到钢中来的杂质。

存在形式：从FeS 相图4.25可以看出，硫只能溶于钢液中，在固态铁中几乎不能溶解，而是以FeS 夹杂的形式存在于固态钢中。

热加工开裂即热脆：1.硫的最大危害是引起钢在热加工时开裂，这种现象称为热脆 2.造成热脆的原因是由于FeS 的严重偏折 3.即使钢中含硫量不算高，也会出现Fe+FeS 共晶 4. 钢在凝固时，共晶组织中的铁依附在先共晶相一铁晶体上生长，最后把FeS留在晶界处，形成离异共晶。