1.碳钢的分类
生产中使用的碳钢品种有很多，为了便于生产、管理和选用，需要将钢进行分类和统一编号。碳钢的分类方法有很多，常用的分类方法如下。
（1）按钢中的碳含量分
根据钢中碳含量的多少，可分为低碳钢（ωC＜0.25%）、中碳钢（0.25%≤ωC≤0.6016%）和高碳钢（ωC＞0.6016%）。
（2）按钢的质量分
根据钢中有害杂质元素S、P含量的多少，可分为普通质量钢（ωC≤0.050%，ωP≤0.045%）、优质钢（ωS≤0.035%，ωP≤0.035%）、高级优质钢（ωS≤0.020%，ωP≤0.030%）和特级优质钢（ωS≤0.015%，ωP≤0.025%）。
（3）按钢的用途分
根据钢的主要使用范围的不同，可分为碳素结构钢和碳素工具钢。
碳素结构钢主要用于制造各种机械零件和工程结构件，一般属于低、中碳钢；碳素工具钢主要用于制造各种刃具、量具和模具，一般属于高碳钢。
此外，按钢的冶炼方法的不同可分为转炉钢和电炉钢；按钢冶炼时脱氧程度的不同又可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢等。
2.碳钢的牌号、性能及用途
我国目前碳钢牌号是以钢的质量和用途为基础来进行命名的，一般分为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢和碳素工具钢。
（1）普通碳素结构钢
普通碳素结构钢中碳的质量分数一般小于0.25%，钢中的有害杂质元素相对较多，但价格便宜，主要用于力学性能要求不高的机械零件及一般工程结构件，通常为各种型材。
普通碳素结构钢的牌号是由Q（屈服强度的“屈”汉语拼音字首）、屈服强度数值、质量等级符号和脱氧方法符号4个部分按顺序组成。其中质量等级有A（ωS≤0.050%，ωP≤0.045%）、B（ωS≤0.045%，ωP≤0.045%）、C（ωS≤0.040%，ωP≤0.040%）、D（ωS≤0.035%，ωP≤0.035%）4级。脱氧方法符号分别用汉语拼音字首表示：F表示沸腾钢，Z表示镇静钢，TZ表示特殊镇静钢，通常钢号中的Z和TZ符号可省略。
例如：Q235AF，表示ReH≥235MPa，质量等级为A级的沸腾钢。
普通碳素结构钢的牌号、化学成分、力学性能与应用如表4.1所示。
普通碳素结构钢一般以热轧状态供应。其中牌号为Q195与Q275的普通碳素结构钢是不分质量等级的；牌号Q215、Q235的普通碳素结构钢，当其质量等级为A、B级时，在保证力学性能要求的前提下，化学成分可根据需方要求做适当调整。
Q195钢、Q215钢（相当于旧牌号的A1、A2钢）碳含量较低，强度不高，但具有良好的塑性、韧性和焊接性能，常用来制造铆钉、地脚螺栓、垫圈、铁钉、铁丝及各种薄板，如黑铁皮、白铁皮（镀锌薄钢板）、马口铁（镀锡薄钢板）；也可代替08F或10钢制造冲压和焊接结构件。Q235钢（相当于旧牌号的A3钢）强度较高，常用来制造钢筋、型钢、钢板、农业机械及各种不重要的机器零件，如螺栓、螺母、套环和连杆等。其中Q235C、Q235D常用来制造建筑、桥梁工程上质量要求较高的焊接结构件。
表4.1 普通碳素结构钢的牌号、化学成分、力学性能与应用
Q275钢（相当于旧牌号的A4、A5钢）属中碳钢，强度较高，可代替30、40钢制造较重要的某些零件，如齿轮、链轮、吊钩等，以降低原材料的成本。
（2）优质碳素结构钢
在这类钢中有害杂质元素磷、硫的含量受到严格控制，非金属夹杂物含量较少，塑性和韧性较好，常用来制造各种比较重要的机械零件。
优质碳素结构钢的牌号是用两位数字来表示的，这两位数字表示钢中平均碳含量的万分之几。优质碳素结构钢的牌号和化学成分如表4.2所示。
表4.2 优质碳素结构钢的牌号和化学成分
续表
根据锰含量的不同优质碳素结构钢可分为普通含锰量（ωMn＝0.25%～0.8%）及较高锰含量（ωMn＝0.7%～1.2%）两组。锰含量较高的一组，在其两位数字后面加锰的化学元素符号，例如：45Mn钢表示平均碳含量为0.45%的优质碳素结构钢；65Mn钢表示平均碳含量为0.65%的较高锰含量的优质碳素结构钢。
若为高级优质碳素结构钢，在其两位数字后加A，如45A。钢中的碳含量不同，其性能也不同，因此可用来制造各种不同性能要求的零件。例如，08钢碳含量低，塑性好，强度低，一般由钢厂轧成薄钢板或钢带供应，主要用于制造冷冲压件，如外壳、容器、罩子等。
10～25钢具有良好的冷塑性变形能力和焊接性能，常用来制造受力不大、韧性要求较高的冲压件和焊接件，如螺栓、螺钉、螺母、杠杆、轴套和焊接压力容器等；这类钢经过渗碳、回火热处理后，表面具有高硬度，心部具有一定强度和韧性，可用于制造表面耐磨，并承受一定冲击载荷的零件，如凸轮、齿轮、销、摩擦片等。
30～55钢及40Mn、50Mn钢等中碳钢经调质处理后，可获得良好的综合力学性能，主要用来制造齿轮、连杆、轴类等零件，其中以45钢在生产中的应用最为广泛。(www.xing528.com)
60～85钢及60Mn、65Mn、75Mn钢经适当热处理后，可得到较高的弹性极限、足够的韧性和一定的强度，主要用来制造弹性元件和易磨损零件，如弹簧、弹簧垫圈等。
常用的优质碳素结构钢的牌号和应用如表4.3所示。
表4.3 常用的优质碳素结构钢的牌号和应用
（3）碳素工具钢
碳素工具钢为ωC＝0.65%～1.40%的高碳钢，用于制造各种低速切削刀具、一般量具和模具。这类钢在使用时，都应经过淬火再加低温回火热处理，保证高硬度，具有良好的耐磨性。
碳素工具钢牌号是由“碳”的汉语拼音字首，即T后加数字组成的。可用名义千分数表示钢中碳的质量分数。碳素工具钢均为优质钢。当钢号末尾有A符号时，表示该钢为高级优质钢（ωS≤0.02%，ωP≤0.03%）。例如：T13A，表示ωC＝1.3%的高级优质碳素工具钢。碳素工具钢牌号有T7、T8、T8Mn、T9、T10、T11、T12、T13及牌号后面加A组成的牌号等。
在碳素工具钢中，T7～T9钢主要用作受力不大、形状较简单的冲击工具，如冲头、顶尖、铆钉模、铁锤、剪刀和木工工具等；T10～T13钢主要用作硬而耐磨，但不受冲击的工具，如锉刀、刮刀、钻岩石钻头、丝锥、钟表工具和医疗外科工具等。碳素工具钢的工作温度较低，当超过200℃时，其硬度和耐磨性会急剧降低而丧失工作能力，所以只能用作各种形状简单而尺寸不大的手工工具。碳素工具钢（非合金工具钢）生产成本较低，加工性能良好，可用于制造低速、手动刀具及常温下使用的工具、模具、量具等。各种牌号的碳素工具钢淬火后的硬度相差不大，但随着碳含量增加，未溶的二次渗碳体增多，钢的耐磨性提高，韧性降低。碳素工具钢的牌号是在T（碳的汉语拼音字首）的后面加数字表示，数字表示钢中碳的平均质量分数为千分之几。例如：T9表示平均ωC＝0.9%的碳素工具钢。碳素工具钢都是优质钢。
1）化学成分特点
碳的质量分数为0.65%～1.35%，其碳含量范围可保证淬火后有足够高的硬度。虽然该类钢淬火后的硬度相近，但随着碳含量增加，未溶的渗碳体增多，使钢的耐磨性增加，而韧性下降。
2）性能特点
碳素工具钢的锻造及切削加工性好，价格便宜。但缺点是淬透性低，水中淬透直径小于15mm，且用水作为冷却介质时易淬裂、变形。另外，其淬火温度范围窄，易过热；其耐回火性也差，只能在200℃温度以下使用。因此，这类钢仅用来制造截面较小、形状简单、切削速度低的工具，用来加工低硬度材料。
3）钢种、牌号与用途
常用碳素工具钢的牌号、化学成分、硬度及应用如表4.4所示。
表4.4 常用碳素工具钢的牌号、化学成分、硬度及应用
碳素工具钢的应用举例——锉刀如图4.21所示。
图4.21 碳素工具钢的应用举例——锉刀
3.易切削结构钢
易切削结构钢是钢中加入一种或几种元素，利用其本身或与其他元素形成一种对切削加工有利的夹杂物，从而改善钢材的切削加工性。目前常用元素是S、P、Pb、Ca等。易切削结构钢的牌号是在同类结构钢牌号前冠以Y，以区别其他结构用钢。例如：牌号Y15Pb钢中的ωP＝0.05%～0.10%，ωS＝0.23%～0.33%，ωPb＝0.15%～0.35%。采用高效专用自动机床加工的零件大多用低碳易切削结构钢。Y12、Y15钢是硫磷复合低碳易切削结构钢，用来制造螺栓、螺母、管接头等不重要的标准件；Y45Ca钢适合于高速切削加工，比用45钢的生产效率提高1倍以上，用来制造重要的零件如机床的齿轮轴、外花键等热处理零件。
4.其他特殊用途优质碳素结构钢
特殊用途优质碳素结构钢是为了适应某些专业的特殊用途，对优质碳素结构钢的成分和工艺做一些调整，并对性能做出补充规定，即派生出锅炉与压力容器、船舶、桥梁、汽车、农机、纺织机械等一系列专业用钢，并已制订了相应的国家标准。
5.铸造碳钢（铸钢）
铸钢是指ωC＝0.15%～2%的铸造碳钢。在机械制造业中，用锻造方法难以生产的、力学性能要求较高，而使用铸铁难以达到性能要求的复杂形状零件，常用铸造碳钢来制造。它广泛用于制造重型机械、矿山机械、冶金机械、机车车辆的某些零件、构件。但铸钢的铸造性能与铸铁相比较差，特别是其流动性差，凝固收缩率大，易偏析。
工程用铸造碳钢（工程用铸钢）是用废钢等有关原料配料后在电弧炉或感应电炉（工频或中频）中熔炼，然后浇注而成的。一般工程用铸钢，只考虑保证强度，对化学成分不作要求。
（1）铸钢牌号
工程用铸钢牌号前面为“铸钢”汉语拼音字母组合ZC，随后的一组数字表示屈服强度，第二组数字表示抗拉强度。例如，ZC230-450表示屈服强度不小于230MPa、抗拉强度不小于450MPa的工程用铸钢。若牌号末尾标有字母H（焊），则表示该钢是焊接结构用碳素铸钢。
（2）化学成分及应用
常用铸钢的牌号、主要化学成分、室温力学性能及用途如表4.5所示。
表4.5 常用铸钢的牌号、主要化学成分、室温力学性能及用途
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