按冶金工业部部标准YB 4—1963的规定，优质碳素结构钢共有33个基本钢号（见表1）。石油机械经常采用的是其中的14个钢号：08F、10、15、20、25、35、40、45、50、70、20Mn、30Mn、40Mn、50Mn。
优质碳素结构钢和普通碳素钢不同。优质碳素结构钢主要由平炉或电炉冶炼[1]，所采用的工艺能相当充分地除去硫、磷及气体；各钢号的硫、磷含量都较普通碳素钢低。碳含量范围也较窄。优质碳素结构钢的所有钢号都同时具有保证的化学成分和力学性能。此外，还规定了热轧钢和退火钢的最大允许硬度。优质碳素结构钢的韧性、塑性和疲劳强度等，都较相应的普通碳素钢略高。由于含碳量范围窄、杂质少，优质碳素结构钢适于进行热处理。如果不经过热处理，优质碳素钢的静强度和相应的普通碳素钢很相近。
优质碳素结构钢的脱氧程度比普通碳素钢更加充分。除了几个低碳钢钢号有浇注成沸腾钢（05F、08F、10F、15F、20F）的外，其余钢号都是镇静钢。
优质碳素结构钢的热加工性良好。锻后，按钢号、制件尺寸及气候条件来决定冷却方式——空冷、堆冷或炕冷等。含碳量小于0.30%的各钢号，锻造后可以空冷。
由于有害杂质含量较少，优质碳素结构钢的焊接性较相应含碳量的普通碳素钢好些。
优质碳素结构钢没有回火脆性倾向。
按YB4—1963的规定，优质碳素结构钢分为两组：第1组是普通含锰量钢，第2组是较高含锰量钢。较高含锰量钢，在汉字钢号后面加一个“锰”字，或在代号钢号后面加符号“Mn”。
锰使临界点A1、A3下降，增加淬透性，降低淬火温度；淬火、高温回火后，可以使钢具有细小、弥散的索氏体及珠光体粗组织。锰能溶解到固溶体（铁素体）内，使固溶体强化。锰还能与碳和铁形成碳化物。因此，在同样热处理条件下，较高含锰量钢比普通含锰量钢的强度指标高，硬度和耐磨性也稍大一些，只是塑性和韧性略低。
较高含锰量钢稍有过热敏感性。含锰量达1%左右时，略有回火脆性倾向。锻造和热处理时应该注意一些。
优质碳素结构钢的主要特性决定于含碳量。其热处理情况及应用范围以含碳量为转移。
按照含碳量，可把优质碳素结构钢分为三类：含碳量小于0.25%的为低碳钢；含碳量为0.3%～0.5%的为中碳钢；含碳量大于0.55%的为高碳钢。
低碳钢的强度低，塑性和韧性很大。其焊接性能和冷塑性变形能力极高；主要用冷加工或焊接方法来制造应力不大和塑性、韧性要求高的制件。低碳钢也用于制造要求表面耐磨、心部有足够韧性的小截面渗碳件。
低碳钢常采用冷变形强化（冷轧、冷拉、冷冲压等）提高力学性能。
低碳钢不宜采用退火处理。退火时，渗碳体易于沿晶界析出，显著降低韧性；并且影响切削加工性和切削加工后的表面光洁度。
中碳钢的强度比低碳钢高，韧性及塑性略低。这类钢可采用淬火、回火处理，使之得到所需要的力学性能。淬火温度决定于含碳量。回火温度决定于要求的硬度和力学性能。要求强度高、塑性低的制件，采用较低的回火温度；要求塑性高、强度低的制件，采用较高的回火温度。
中碳钢还常采用表面淬火处理。为了使表面淬火质量稳定，向钢厂订货时，可以要求缩小含碳量范围。例如，高频表面淬火用45钢，可以把含碳量缩小到0.43%～0.48%的范围。
含碳量0.3%～0.4%时，钢的焊接性尚好；含碳量0.4%～0.5%时，焊接性中等或稍低。中碳钢一般不用来制造焊接结构。
高碳钢的强度指标高，塑性及韧性低。淬水的开裂倾向大。形状复杂的零件常采用油淬或水淬油冷。高碳钢主要用于制造弹簧及受磨件。
按照YB4-1963的规定，优质碳素结构钢按钢材的用途分为两类：第1类是供热压力加工及冷拔用钢（坯料）；第2类是供表面冷切削加工用钢（车、刨、铣等）。(www.xing528.com)
供热压力加工或冷拔用棒钢（第1类），表面上不得有裂缝、结疤、夹杂物、折迭和发纹。供表面冷切削加工（车、刨、铣等）用棒钢（第2类）的表面上，允许有局部缺陷存在，但其缺陷深度不得超过规定的尺寸（直径100mm及大于100mm的钢材，其缺陷深度不得大于该尺寸所允许的公差；尺寸小于100mm者，不得超过该尺寸的负偏差）。
按YB4-1963的规定，根据需方要求，可以把钢的含碳量范围缩小；减少钢中含硫量与含磷量；减少镇静钢中含硅量；减少钢中含铬量和含镍量；限制铜的含量；检查晶粒度；检查淬透性；检查可焊性；检查非金属夹杂；等等。因此，在向钢厂订货时，应该根据制件工艺上和使用上的特殊需要，提出补充的技术要求。
碳素钢的热稳定性低。石油炼厂机械和设备中，用于制造在非腐蚀性介质中、温度不超过400～450℃的受力较小的机件。
在300～350℃以下工作的碳素钢零件的计算，一般根据其屈服点；而在350～420℃的温时，则应根据其蠕变特性及持久强度特性。
碳素钢在480～600℃时会产生石墨化趋势。在这一温度范围内，大约经过10000h就会出现石墨化。石墨化程度决定于钢的脱氧程度及脱氧方法。经过很好脱氧的钢（镇静钢）比不脱氧的钢（沸腾钢）具有更大的石墨化趋势。
碳素钢制造的管子，例如蒸汽过热器的管道，经常由于热疲劳结果而导致损坏。这种热疲劳是由温度波动引起的。
碳素钢的主要缺点是：
1）淬透性低，截面较大时，热处理效力发挥不出。
2）屈强比（σs/σb）小，只有0.5左右（甚至低于0.5）；疲劳极限（σ-1）不高，只有σb的0.30～0.35；当强度极限σb一定时，塑性指标δ、ψ和冲击值aK比较低；在低温时，冲击值下降快，冷脆转化温度高。
3）热稳定性和回火稳定性低。当加热温度超过200～250℃时，淬火后的高强度和高硬度就要下降。碳钢不适宜在高温下工作。
4）特殊物理、化学性能差。
碳钢的上述缺点，限制了它在石油矿场及炼厂机械设备中的使用。
但碳钢毕竟是一种廉价的材料，成本低、产量大；截面很小的零件，以及截面大、调质效果不显著、只要求正火状态使用的零件，特别是对力学性能要求不高的一般性机件，都应该尽量采用碳素结构钢。
表1 YB4-1963规定的优质碳素结构钢的33个钢号
（续）
注：1.序号数字上加有星号（∗）者为石油力学采用的牌号。
2.所列力学性能为钢厂保证的力学性能。其处理状态、截面尺寸见YB4—1963。
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