常用碳钢的分类、牌号、性能和应用

碳素钢（简称碳钢）是含碳量小于2.11%的铁碳合金。碳钢价格低廉，冶炼方便，工艺性能良好，并且在一般情况下能满足使用性能的要求，因而在机械制造、建筑、交通运输及其他工业部门中得到广泛的应用。

碳钢中，除含有铁和碳两种元素外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等常见杂质元素，它们对钢的性能也有一定影响。

锰是炼钢时加入锰铁脱氧而残留在钢中的。锰的脱氧能力较好，能清除钢中的FeO，降低钢的脆性；锰还能与硫形成MnS，以减轻硫的有害作用。锰是一种有益元素，但作为杂质存在时，含量一般小于0.8%，对钢的性能影响不大。

硅是炼钢时加入硅铁脱氧残留在钢中的。硅的脱氧能力比锰强，在室温下硅能溶入铁素体中，提高钢的强度和硬度。因此，硅也是有益元素。硅作为杂质存在时，含量一般小于0.4%，对钢的性能影响不大。

硫是炼钢时由矿石和燃料带入钢中的。硫在钢中与铁形成化合物FeS，FeS与铁则形成低熔点的共晶体分布在奥氏体晶界上。当钢材加热到1 100～1 200℃进行锻压加工时，晶界上的共晶体已熔化，造成钢材在锻压中开裂，即“热脆”。钢中加入锰，可以形成高熔点的MnS，MnS呈粒状分布在晶粒内，且在高温下有一定塑性，从而避免热脆。硫是有害元素，含量一般应控制在0.03%～0.05%以下。

磷是炼钢时由矿石带入钢中的。磷可全部溶于铁素体，产生强烈的固溶强化，使钢的强度、硬度增加，但塑性、韧性显著降低。这种脆化在低温时更为严重，称“冷脆”。磷在结晶时还容易偏析，从而在局部发生冷脆。磷是有害元素，含量应严格控制在0.035%～0.045%以下。但在硫、磷含量较多时，由于脆性较大，故切削时易于脆断而形成断裂切屑，可利于改善钢的切削加工性。

1.碳素钢的分类

（1）按钢中碳的质量分数高低分类

①低碳钢：wC≤0.25%；

②中碳钢：wC=0.25%～0.60%；

③高碳钢：wC≥0.60%。

（2）按钢中有害元素硫、磷含量的多少划分，即按钢的质量分类

①普通碳素钢：wS≤0.050%，wP≤0.045%；

②优质碳素钢：wS≤0.035%，wP≤0.035%；

③高级优质碳素钢：wS≤0.025%，wP≤0.025%。

（3）按钢的用途分类

①碳素结构钢：用于制造各种机械零件和工程构件，碳的质量分数wC小于0.70%；

②碳素工具钢：用于制造各种刀具、模具和量具等，碳的质量分数wC在0.70%以上。

（4）按冶炼时脱氧程度的不同分类

①沸腾钢（F）：脱氧程度不完全的钢；

②镇静钢（Z）：脱氧程度完全的钢；

③半镇静钢（b）：脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间的钢。

2.碳素钢的牌号、性能及应用

（1）碳素结构钢(www.xing528.com)

碳素结构钢中有害杂质相对较多，但价格便宜，大多用于要求不高的机械零件和一般工程构件，通常轧制成钢板或各种型材供应。

碳素结构钢的牌号表示方法是由屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法四个部分按顺序组成。其中质量等级分为A、B、C、D四种，A级的硫、磷含量最多，D级的硫、磷含量最少。脱氧方法符号用“F”“Z”“b”“TZ”表示，分别表示沸腾钢、镇静钢、半镇静钢、特殊镇静钢。如Q235-AF表示碳素结构钢中屈服强度为235 MPa的A级沸腾钢。碳素结构钢的牌号、性能及用途见表2-13。

表2-13　碳素结构钢的牌号、力学性能及应用

续表

（2）优质碳素结构钢

优质碳素结构钢中有害杂质较少，其强度、塑性、韧性均比碳素结构钢好，主要用于制造较重要的机械零件。

优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，例：05、10、45等，数字表示钢中平均碳含量的万分之几。上述表示平均碳的质量分数为0.05%、0.1%、0.45%。

优质碳素结构钢按其含锰量的不同，分为普通含锰量和较高含锰量两组。含锰量较高的一组在牌号数字后加“Mn”字；若是沸腾钢则在后加“F”，如：15Mn、30Mn、45Mn、10F等。优质碳素结构钢的牌号、性能及应用见表2-14。

表2-14　优质碳素结构钢的牌号、性能及应用

（3）碳素工具钢

碳素工具钢因含碳量比较高，硫、磷杂质含量较少，经淬火、低温回火后硬度比较高，耐磨性好，但塑性较低。其主要用于制造各种低速切削刀具、量具和模具。

碳素工具钢按质量可分为优质和高级优质两类。为了不与优质碳素结构钢的牌号发生混淆，碳素工具钢的牌号由代号“T”后加数字组成。数字表示钢中平均碳质量分数的千倍，如：T8钢，表示平均碳的质量分数为0.8%的优质碳素工具钢。若是高级优质碳素工具钢，则在牌号后加“A”，如：T12A，表示平均碳的质量分数为1.2%的高级优质碳素工具钢。碳素工具钢的牌号、性能及应用见表2-15。

表2-15　碳素工具钢的牌号、性能及应用

（4）铸钢

生产中有许多形状复杂、力学性能要求高的机械零件难以用锻压或切削加工的方法制造，通常采用铸钢制造。由于铸造技术的进步及精密铸造的发展，铸钢件在组织、性能、精度等方面都已接近锻钢件，可在不经切削加工或只需少量切削加工后使用，能大量节约钢材和成本，因此铸钢得到了广泛应用。

铸钢中碳的含量一般为0.15%～0.6%。碳含量过高，则钢的塑性差，且铸造时容易产生裂纹。铸造碳钢的最大缺点是：熔化温度高、流动性差、收缩率大，而且在铸态时晶粒粗大。因此铸钢件均需进行热处理。

铸钢的牌号是用“ZG”后加两组数字组成，第一组代表屈服强度值，第二组数字代表抗拉强度值。如ZG230-450表示屈服强度为230 MPa、抗拉强度为450 MPa的铸造碳钢。铸钢的牌号、性能及应用见表2-16。

表2-16　铸钢的牌号、力学性能及应用