汽车机械基础：碳素钢和其用途

第二节　碳素钢

以铁为基体的铁碳合金统称为钢铁材料。含碳量低于2.11%的铁碳合金称为钢，含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸造生铁。

一、碳及几种杂质元素对碳素钢性能的影响

1.碳

碳是决定钢性能的主要元素。当钢中的含碳量低于0.77%时，其含碳量愈高，钢的强度和硬度也越高，而塑性和韧性则越低。当超过1.0%时，钢的硬度仍将升高，但钢的强度、塑性和韧性都将显著下降，脆性也增大。钢的压力加工性能和焊接性都随着含碳量的增加而变差。

2.锰

锰是炼钢时作为脱氧除硫的元素以锰铁合金形式加入钢中的。它是有益元素。碳素钢的含锰量一般为0.5%～0.8%。

3.硅

硅在钢中也是一种有益元素。它能与钢液中的氧化合，形成二氧化硅，再与其氧化物（FeO、MnO、结合形成硅酸盐钢渣，降低钢的含氧量，可使钢质致密。硅在碳钢中含量一般小于0.5%，它能溶于铁素体，使铁素体强化，从而使钢的强度、硬度、弹性提高，而塑性、韧性降低。

4.硫

硫是随生铁、废钢和燃料进入钢中的有害元素。硫在钢中不溶于铁，以FeS形式存在，其溶点为1190℃。而FeS还会与铁化合生成溶点只有985℃的共晶硫化物分布在晶界上。当对钢铁材料进行轧制和锻造热加工时，就会引起钢材在晶界上开裂，这种现象称为“热脆”。钢中硫的含量应有严格的控制。普通钢硫的含量不大于0.55%，优质钢和高级优质钢的含硫量应分别小于0.040%和0.030%。

5.磷

磷也是随同矿石、生铁和废钢进入钢中的有害杂质。磷在钢中全部溶于铁素体中，可使钢的强度、硬度有所提高，却使室温下钢的塑性、韧性降低，尤其是低温更为严重。这种在低温时使钢严重变脆的现象，称为“冷脆”。但在易切削钢中，适当地提高硫磷的含量，增加脆性，可以提高切削效率，延长刀具使用寿命。

二、碳素钢的分类及其应用

1．按钢的含碳量分类：

（1）低碳钢 含碳量低于0.25%的钢。

（2）中碳钢 含碳量介于0.25%～0.60%的钢。

（3）高碳钢 含碳量高于0.6%（一般不高于1.3%），主要用于制造工具。

2．按钢的品质分类

（1）普通碳素钢 钢中硫磷的含量分别不高于0.035和0.035%。

（2）优质碳素钢 钢中硫磷的含量分别不高于0.030%和0.030%。(www.xing528.com)

（3）高级优质碳素钢 钢中硫磷含量分别不高于0.20%和0.025%。

3．按钢的用途分类

（1）碳素结构钢

主要用于制造机械零件和工程结构件（如齿轮、轴、螺钉等零件及桥梁、建筑等的构件，其含碳量在0.70%以下）。

（2）碳素工具钢

主要用于制造刀具、量具、模具。这类钢都是高碳钢，一般含碳量在0.7%～1.35%之间。

三、碳素结构钢

1．普通碳素结构钢

牌号表示方法由三部分组成：

如：Q215—A•F表示屈服强度为215兆帕的普通碳素结构钢，质量等级为A级，脱氧方法是沸腾法。

普通碳素结构钢大量用于金属结构或汽车上要求不高的零件。

2.优质碳素结构钢

（1）普通含锰量的优质碳素结构钢

当钢中的含碳量≤0.25%时，含锰量在0.35%～0.65%范围内，以及钢中的含碳量大于0.25%，含锰量在0.5%～0.8%之间时，其牌号表示是：用两位数字表示钢的平均含碳量，以0.01%为单位，而含锰量则不需表示。如45钢表示含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。

（2）较高含锰量的优质碳素结构钢

钢中含碳量在0.15%～0.60%范围的优质碳素结构钢，其含锰量在0.7%～1.00%范围内；或钢中的含碳量为0.60%～0.70%的范围内，其含锰量在0.90%～1.20%的范围内，因其含锰量较高而被称为较高含锰量的优质碳素结构钢。这类钢的牌号用两位数字表示含碳量，后面加Mn或锰。如65Mn表示含碳量为0.65%的较高含锰量的优质碳素结构钢。

四、碳素工具钢

碳素工具钢的含碳量在0.7%以上，分优质和高级优质两种，用来制造手工工具。

优质碳素工具钢的牌号表示为字母T加数字组成，数字以千分之一为单位表示含碳量。如T10，表示含碳量为1.0%的优质碳素工具钢。

高级优质碳素工具钢是在优质碳素钢的基础上减少了硫、磷含量，性能更加优良。其牌号标注为在优质碳素工具钢的后面填加字母A表示品质为高级。如T10A，表示含碳量为1.0%的高级优质碳素工具钢。