碳素钢与合金钢

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碳钢

主要指力学性能取决于钢中的碳含量，而一般不添加大量的合金元素的钢，有时也称为普碳钢或碳素钢。

碳钢也叫碳素钢，指含炭量WC小于2%的铁碳合金。

碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。

按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类，碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种；

按冶炼方法可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢；

按脱氧方法可分为沸腾钢（F）、镇静钢（Z）、半镇静钢（b）和特殊镇静钢（TZ）；

按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（WC ≤ 0.25%）,中碳钢（WC0.25%—0.6%）和高碳钢（WC>0.6%）；

按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、优质碳素钢（含磷、硫较低）和高级优质钢（含磷、硫更低）和特级优质钢。

一般碳钢中含碳量较高则硬度越大，强度也越高，但塑性较低。

按国际标准，把钢区分为非合金钢和合金钢两大类，非合金钢是通常叫做碳素钢的一大钢类，钢中除了铁和碳以外，还含有炉料带入的少量合金元素Mn、Si、Al，杂质元素P、S及气体N、H、O等。合金钢则是为了获得某种物理、化学或力学特性而有意添加了一定量的合金元素Cr、Ni、Mo、V，并对杂质和有害元素加以控制的另一类钢。

原则上讲，合金钢分为低合金钢、中合金钢和高合金钢，顾名思义，以含有合金元素的总量来加以区分，总量低于3%称为低合金钢，5～10%为中合金钢，大于10%为高合金钢。在国内习惯上又将特殊质量的碳素钢和合金钢称为特殊钢，全国31家特钢企业专门生产这类钢，如优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、碳素弹簧钢、合金弹簧钢、轴承钢、不锈钢、耐热钢、电工钢，还包括高温合金、耐蚀合金和精密合金等等。在钢的分类上，近年虽努力向国际通用标准靠拢，但还有许多不同之处。

① 随着特钢向“特”、“精”、“高”发展，向深加工方向延伸，特钢的领域越来越窄。美国特钢协会将特钢定位在工模具钢、不锈钢、电工钢、高温合金和镍合金。日本把结构钢和高强度钢归并在特钢范畴。随着我国普钢企业的技术改造和工艺进步，特钢企业的产品领域也在缩小，1999年普钢厂已生产特钢产品总量的34%。

碳素钢、低合金钢常见金相组织形态及硬度

1．铁素体（F）—原系外来语（Ferrite）译名，台湾文献译为肥粒铁。 铁素体系碳溶于体心立方晶格的α-Fe中所形成的间隙固溶体［α-Fe（C）］。以4％硝酸酒精溶液腐蚀，在光学显微镜下观察，铁素体呈明亮的等轴多边形。由于各晶粒位向不同，受腐蚀程度略有差别，故稍显明暗不同。铁素体在不同处理状态亦可呈块状、月牙状、网络状等形态，硬度在100HB左右。

2．渗碳体（θ相）—原系外来语（Cementite）译名，台湾文献译为雪明碳铁。渗碳体系铁和碳的化合物，含碳量为6.69％，分子式为Fe3C，在合金钢中，渗碳体中的Fe原子可以为其他合金元素原子所置换，形成合金渗碳体［（Fe，Me）3C］。渗碳体是一种具有复杂晶格结构的间隙化合物。渗碳体硬度很高（800~1000 HV），而塑性及冲击韧度几乎为零，脆性很大。其显微组织形态很多，不受硝酸酒精试剂腐蚀（染色），在光学显微镜下呈白亮色，在碱性苦味酸钠腐蚀下，被染成黑色。渗碳体是钢中的主要强化相，有片状、粒状、网络状、半网络状等形态，其形态与分布对钢的力学性能有很大影响。

3．珠光体（P）—原系外来语（Pearlite）译名，台湾文献译为波莱铁。珠光体是铁碳合金相图中的共析转变产物（F+Fe3C），是铁素体和渗碳体的机械混合物，因具有这种组织的样品抛光蚀刻后有珠母贝的光泽而得名。有片（层）状和球（粒）状等不同形态和分布方式。珠光体用4％硝酸酒精溶液腐蚀，F和Fe3C交界处腐蚀较深，在直射光照射下变成黑色线条，可清晰看到层状，粒状等形态和分布情况。

4．奥氏体（A）—因这种组织的发现人Austen而得名，台湾文献译为沃斯田铁。奥氏体系碳溶于面心立方晶格γ-Fe中所形成的固溶体［γ-Fe（c）］，常以符号A表示。奥氏体中的碳也是存在于γ-Fe晶体的间隙固溶体。奥氏体存在于727~1495℃的温度区间，是一种高温相，不易腐蚀，呈白色，若先用4％硝酸酒精溶液腐蚀，再用10％过硫酸铵溶液腐蚀，则奥氏体可染成黑色。高温下奥氏体显微组织为：晶粒呈多边形，与铁素体的显微组织相近似，但晶界较铁素体平直，且晶粒内常有孪晶带出现。

碳素钢和合金钢

碳素钢和合金钢是两种常见的钢材类型，它们的主要区别在于含碳量和其他合金元素的含量。

1. 碳素钢：碳素钢是指含碳量在0.0218%至2.11%之间的钢材。碳素钢中的碳含量较高，这使得它在锻造和焊接等加工过程中具有良好的性能。碳素钢的种类繁多，包括碳素结构钢、碳素工具钢等。

2.

合金钢：合金钢是指在碳素钢的基础上，添加了其他合金元素（如锰、硅、铬、镍、钼、钨等）的钢材。这些合金元素可以提高钢材的强度、硬度、耐磨性、抗腐蚀性等性能。合金钢的种类也非常丰富，包括合金结构钢、合金工具钢、高速钢、不锈钢等。

在钢铁行业中，碳素钢和合金钢的用途和性能取决于它们的具体成分和生产工艺。例如，碳素结构钢通常用于制造机械零件和结构件，而合金工具钢则用于制造刀具、模具等。