爱华网碳素钢是近代工业中使用最早、用量最大的基本材料。世界各工业国家，在努力增加低合金高强度钢和合金钢产量的同时，也非常注意改进碳素钢质量，扩大品种和使用范围。目前碳素钢的产量在各国钢总产量中的比重，约保持在80％左右，它不仅广泛应用于建筑、桥梁、铁道、车辆、船舶和各种机械制造工业，而且在近代的石油化学工业、海洋开发等方面，也得到大量使用。
碳素钢_碳素钢 -简介
碳素钢是指碳含量低于2%，并有少量硅、锰以及磷、硫等杂质的铁碳合金。工业上应用的碳素钢碳含量一般不超过1.4%。这是因为含碳量超过此量后，钢表现出很大的硬脆性，并且加工困难，失去生产和使用价值。含碳量小于1.35%，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的钢。碳素钢的性能主要取决于含碳量。含碳量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性和可焊性降低。与其他钢类相比，碳素钢碳素钢使用最早，成本低，性能范围宽，用量最大。适用于公称压力PN≤32.0MPa，温度为-30-425℃的水、蒸汽、空气、氢、氨、氮及石油制品等介质。常用牌号有WC1、WCB、ZG25及优质钢20、25、30及低合金结构钢16Mn
碳素钢_碳素钢 -分类
1.碳素钢按化学成分（即以含碳量）可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。(1) 低碳钢
又称软钢, 含碳量从0.10％至0.30%低碳钢易于接受各种加工如锻造, 焊接和切削, 常用於制造链条, 铆钉, 螺栓, 轴等。
(2) 中碳钢
碳量0.25％～0.60％的碳素钢。有镇静钢、半镇静钢、沸腾钢等多种产品。除碳外还可含有少量锰(0.70％～1.20％)。按产品质量分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。热加工及切削性能良好，焊接性能较差。强度、硬度比低碳钢高，而塑性和韧性低于低碳钢。可不经热处理，直接使用热轧材、冷拉材，亦可经热处理后使用。淬火、回火后的中碳钢具有良好的综合力学性能。能够达到的最高硬度约为 HRC55(HB538)，σb为600～1100MPa。所以在中等强度水平的各种用途中，中碳钢得到最广泛的应用，除作为建筑材料外，还大量用于制造各种机械零件。
（3）高碳钢
常称工具钢 , 含碳量从0.60%至1.70%, 可以淬硬和回火。锤, 撬棍等由含碳量0.75%的钢制造; 切削工具如钻头, 丝攻, 铰刀等由含碳量0.90% 至1.00% 的钢制造。
2.按钢的品质可分为普通碳素钢和优质碳素钢。
（1）普通碳素结构钢又称普通碳素钢，对含碳量、性能范围以及磷、硫和其他残余元素含量的限制较宽。在中国和某些国家根据交货的保证条件又分为三类：甲类钢（A类钢）是保证力学性能的钢。乙类钢（B类钢）是保证化学成
碳素钢分的钢。特类钢 (C类钢)是既保证力学性能又保证化学成分的钢，常用于制造较重要的结构件。中国目前生产和使用最多的是含碳量在0.20％左右的A3钢(甲类3号钢)，主要用于工程结构。
有的碳素结构钢还添加微量的铝或铌（或其他碳化物形成元素）形成氮化物或碳化物微粒，以限制晶粒长大，使钢强化，节约钢材。在中国和某些国家，为适应专业用钢的特殊要求，对普通碳素结构钢的化学成分和性能进行调整，从而发展了一系列普通碳素结构钢的专业用钢（如桥梁、建筑、钢筋、压力容器用钢等）。
（2）优质碳素结构钢和普通碳素结构钢相比,硫、磷及其他非金属夹杂物的含量较低。根据含碳量和用途的不同,这类钢大致又分为三类:①小于0.25％C为低碳钢,其中尤以含碳低于0.10%的08F,08Al等,由于具有很好的深冲性和焊接性而被广泛地用作深冲件如汽车、制罐……等。20G则是制造普通锅炉的主要材料。此外,低碳钢也广泛地作为渗碳钢，用于机械制造业。②0.25～0.60％C为中碳钢,多在调质状态下使用,制作机械制造工业的零件。③大于0.6％C为高碳钢,多用于制造弹簧、齿轮、轧辊等。根据含锰量的不同,又可分为普通含锰量(0.25～0.8％)和较高含锰量(0.7～1.0％和0.9～1.2％)两钢组。锰能改善钢的淬透性，强化铁素体，提高钢的屈服强度、抗拉强度和耐磨性。通常在含锰高的钢的牌号后附加标记“Mn”，如15Mn、20Mn以区别于正常含锰量的碳素钢。
3.按用途则又可分为碳素结构钢、碳素工具钢。
碳素工具钢 含碳量在0.65～1.35％之间，经热处理后可得到高硬度和高耐磨性，主要用于制造各种工具、刃具、模具和量具（见工具钢）。
碳素钢_碳素钢 -化学影响
碳素钢的性能主要取决于钢的含碳量和显微组织。在退火或热轧状态下，随含碳量的增加，钢的强度和硬度升高，而塑性和冲击韧性下降（见图）。焊接性和冷弯性变差。所以工程结构用钢，常限制含碳量。碳素钢碳素钢中的残余元素和杂质元素如锰、硅、镍、磷、硫、氧、氮等，对碳素钢的性能也有影响。这和影响有时互相加强，有时互相抵销。例如：①硫、氧、氮都能增加钢的热脆性，而适量的锰可减少或部分抵销其热脆性。②残余元素除锰、镍外都降低钢的冲击韧性，增加冷脆性。③除硫和氧降低强度外，其他杂质元素均在不同程度上提高钢的强度。④几乎所有的杂质元素都能降低钢的塑性和焊接性。氢在钢中能造成很多严重缺陷，如产生白点、点状偏析、氢脆、表面鼓泡和焊缝热影响区内的裂缝等。为保证钢的质量，必须尽可能降低钢中氢的含量（见应力腐蚀断裂和氢脆）。脱氧带入的残余元素如铝，可减小低碳钢的时效倾向，还可以细化晶粒，提高钢在低温下的韧性，但余量不宜过多。由炉料中带入的残余元素如镍、铬、钼、铜等，含量高时可提高钢的淬透性，但对要求具有高塑性的专用钢，如深冲用钢板，则是不利的。
碳素钢_生产方法
碳素钢的冶炼通常在转炉、平炉中进行。转炉一般冶炼普通碳素钢，而平炉可以冶炼各种优质钢。近年来氧气顶吹转炉炼钢技术发展很快，有趋势可代替平炉炼钢。将炼好的钢液注入钢锭模，就得到各种钢锭。钢锭经过锻压或轧制后便加工成各种形状的钢材和锻件。钢锭经过压力加工后，能够改善钢的内部组织和夹杂物分布，所以同样成分的钢材要比钢锭的性能优越一些。碳素钢_加工性能
碳素钢目前大都采用氧气转炉和平炉冶炼，优质碳素钢也采用电弧炉生产。根据炼钢过程脱氧程度的不同，碳素钢可分为镇静钢、沸腾钢和介于两者之间的半镇静钢。冶炼方法对钢的性能影响，主要是通过钢的纯净度而起作用的。近年来人们通过真空处理、炉外精炼和喷吹技术等，都可获得更高纯净度的钢，从而显著改善了碳素钢的品质。碳素钢的塑性加工工艺通常分热加工和冷加工。经过热加工,钢锭中的小气泡、疏松等缺陷被焊合起来,使钢的组织致密。同时，热加工可破坏铸态组织、细化晶粒。使锻轧的钢材比铸态具有更好的力学性能。经冷加工的钢,随着冷塑性变形程度增大，强度和硬度增加,塑性和韧性降低。为提高成材率，广泛应用连续铸钢工艺。
碳素钢_碳素钢 -时效处理
低碳钢的时效通常有淬火时效和应变时效两种，都是由间隙元素作用引起的，主要是由于碳、氮、氧的重新分布所造成。
淬火时效 即钢由高温快速冷却后性能随时间而变化的现象。钢中含碳量、脱氧程度和含氮量对淬火时效都有很大影响。低碳钢、脱氧不充分的沸腾钢和含氮量较高的钢发生淬火时效最显著。含碳约0.3％的中碳钢，由淬火时效所引起的性能变化已大为减弱。含碳约0.6％的高碳钢，实际上不起时效硬化作用（见金属热处理）。
应变时效 经冷加工变形后的性能随时间而变化的现象。碳和氮对应变时效的影响，与对
碳素钢淬火时效的影响相似，磷也促进应变时效。低碳钢因冷变形而消失的屈服点，随时间的延长而逐渐恢复。应变时效比淬火时效更为复杂。如钢材经淬火后再进行冷加工，无论在室温或稍高温度下，均将加速其应变时效。
碳素钢的时效常给工业生产带来很大危害，例如沸腾钢焊接后，由于时效使焊接接头热影响区出现细小裂纹，严重影响焊接结构的安全性。但由于近代冶金技术的发展，和在工业生产中的应用，尤其是氧气转炉炼钢能获得更低的氮、氧含量，因此时效问题有所减轻。
碳素钢_碳素钢 -缺陷
碳素钢在冶炼和轧制(锻造)加工过程中，由于设备、工艺和操作等原因造成钢的欠缺。主要包括结疤、裂纹、缩孔残余、分层、白点、偏析、非金属夹杂、疏松和带状组织等。
1.结疤
钢材表面未与基体焊合的金属或非金属疤块。有的部分与基体相连，呈舌状；有的与基体不连接，呈鳞片状。后者有时在加工时脱落，形成凹坑。炼钢(浇铸)造成的结疤，疤下一般有肉眼可见的非金属夹杂。轧钢造成的结疤一般称“轧疤”，疤下一般仅有氧化铁皮。
炼钢(浇铸)造成结疤的主要原因有：
(1)上铸锭未采取防溅措施或下铸锭开铸过猛造成飞溅结疤。
(2)下铸锭保护渣性能不佳或模子不清洁、不干燥，造成钢锭(连铸坯)表面或皮下夹杂、气泡和重皮。
(3)模壁严重缺陷或铸温过高造成凸疤和粘模，经轧制或锻压加工演变为结疤。
轧钢方面造成结疤的原因有：
(1)成品前某道(架)轧辊或导卫装置缺陷或操作不当造成轧件凸包、耳子、划疤，经再轧形成结疤。
(2)钢坯火焰清理清痕过陡或残渣未除净，外物落在钢坯上被轧成结疤。
结疤缺陷直接影响钢材外观质量和力学性能。在成品钢材上不允许结疤存在。对结疤部位可进行磨修，磨修后钢材尺寸应符合标准规定。为了减少和消除结疤，一是炼钢、轧钢要改进有关工艺和操作，二是对钢坯表面缺陷部
碳素钢位进行重点清理或全面扒皮清理。
2.裂纹
按裂纹形状和形成原因有多种名称，如拉裂、横裂、裂缝、裂纹、发纹、炸裂(响裂)、脆裂(矫裂)、轧裂和剪裂等。从炼钢、轧钢到钢材深加工几乎每道工序都有造成裂纹的因素。
(1)炼钢方面
钢中硫、磷含量高，钢的强度、塑性低；铸锭浇铸(模铸、连铸)温度过高，浇铸速度过快，铸流不正；钢锭模、结晶器设计不合理；冷却强度不足或冷却不均，造成激冷层薄或局部应力过大；钢锭模有严重缺陷或保温帽安装不良造成钢锭凝固过程悬挂；保护渣性能不佳，模子潮和各种浇铸操作不良都能造成钢锭表面质量不佳，在钢材上形成裂纹。
(2)轧钢(锻造)方面
钢锭、钢坯加热温度不均或过烧造成裂纹；高碳钢加热或冷却过快，火焰清理或火焰切割钢材温度过低造成炸裂；钢材矫直应力过大，矫直次数过多而又未进行适当热处理时易产生矫裂；冷拔管、线钢料热处理不良或过酸洗造成裂纹；钢件在蓝脆区剪切易剪裂；焊接工艺不当造成焊缝或热影响区裂纹。
裂纹直接影响钢材的力学性能和耐腐蚀性能，成品钢材不允许裂纹存在。对于裂纹可以进行磨修，磨修后钢材尺寸应符合标准规定。为了防止或减少钢材裂纹，一是要改进炼钢、轧钢和钢材深加工及有关工序工艺操作；二是对钢坯缺陷部位要进行重点清理，对重要用途钢坯可以进行扒皮处理。
3.缩孔残余
钢水凝固过程中，由于体积收缩，在钢锭或连铸坯心部未能得到充分填充而形成的管状或分散孔洞。在热加工前，因为切头量过小或缩孔较深，造成切除不尽，其残留部分称为缩孔残余。
缩孔残余分布在钢锭上部中心处，并与钢锭顶部贯通的叫一次缩孔。由于设计的钢锭模细长或上小下大，在浇铸凝固过程中，钢锭截口以下锭中心仍有未凝固的钢水，凝固后期不能充分填充，形成的孔洞叫二次缩孔。一次缩孔和二次缩孔有本质差别，前者只出现在钢锭头部，后者在钢锭上、中、下部位都有可能出现。一次缩孔酸洗试片中心区域呈不规则的折皱裂缝或空洞。在其上或附近常伴有严重的夹渣、成分偏析和疏松。二次缩孔孔洞中或附近没有夹渣，但有偏析生成碳物。一次缩孔残余和空气贯通的二次缩孔在轧制(锻造)过程中不能焊合，与空气隔绝的二次缩孔和连铸坯缩孔在轧制时一般能够焊合，不影响钢材使用性能。
缩孔残余严重地破坏钢材的连续性，是钢材不允许存在的缺陷，轧制(锻造)时必然在钢坯上产生裂纹。为了防止缩孔的产生，要求正确设计钢锭模和保温帽尺寸，并采用性能优良的保护渣、保温剂(发热剂)和绝热板，把缩孔控制在钢锭头部，以保证在开坯时切掉。控制浇铸速度不要太快，温度不要过高可以防止缩孔产生。
4.分层
钢材基体上出现的互不结合的两层结构。分层一般都平行于压力加工表面，在纵、横向断面低倍
碳素钢试片上均有黑线。分层严重时有裂缝发生，在裂缝中往往有氧化铁、非金属夹杂和严重的偏析物质。
镇静钢钢锭的缩孔和沸腾钢锭的气囊及尾孔经轧制(锻造)不能焊合产生分层。钢中大型夹杂和严重成分偏析也能产生分层。分层是钢材中不允许存在的缺陷，严重影响钢材的使用。
防止分层缺陷的措施有：
(1)炼钢方面，要净化钢质，减少偏析、缩孔、气囊和大型非金属夹杂，防止连铸坯产生中间裂纹。
(2)轧钢方面，在钢锭加热时要严防内裂，初轧坯要切净缩孔和尾孔。
5.白点
在钢材纵、横断面酸浸试片上，出现的不同长度无规则的发纹。它在横向低倍试片上呈放射状、同心圆或不规则分布，多距钢件中心或与表面有一定距离。型钢在横向或纵向断口上，呈圆形或椭圆形白亮点。直径一般为3～10mm。
板钢在纵向、横向断口上白点特征不明显，而在z向断口上呈现长条状或椭圆状白色斑点。采用断口检查白点时，最好把试样先进行淬火和调质处理。
钢坯上出现白点，经压力加工后可变形或延伸，压下率较大时也能焊合。
白点缺陷对钢材力学性能(韧性和塑性)影响很大，当白点平面垂直方向受应力作用时，会导致钢件突然断裂。因此，钢材不允许白点存在。
白点产生的原因，一般认为是钢中氢含量偏高和组织应力共同作用的结果。奥氏体中溶解的氢，在冷却相变过程中，其溶解度显著降低，所析出的氢原子聚集在钢材微孔中或晶间偏析区或夹杂物周围，结合成氢分子，产生巨大局部压力，当这种压力与相变组织应力相结合超过钢的强度时，则产生裂纹，形成白点。
白点多在高碳钢，马氏体钢和贝氏体钢中出现。奥氏体钢和低碳铁素体钢一般不出现白点。
消除白点的措施主要是改进冶炼操作，采用真空处理，降低钢水氢含量和采用钢坯(钢材)缓冷工艺。
6.偏析
钢材成分的严重不均匀。这种现象不仅包括常见的元素(如碳、锰、硅、硫、磷)分布的不均匀性，还包括气体和非金属夹杂分布的不均匀性。
偏析产生的原因是钢水在凝固过程中，由于选分结晶造成的。首先结晶出来的晶核纯度较高，杂质遗留在后结晶的钢水中。因此，结晶前沿的钢水为碳、硫、磷等杂质富集。随着温度降低，杂质凝固在树枝晶间，或形成不同程度的偏析带。此外，随着温度降低，气体在钢水中溶解度下降，在结晶前沿析出并形成气泡上浮，富集杂质的钢水沿上山轨迹形成条状偏析带。由于偏析在钢锭上出现部位不同和在低倍试片上表现出形式各异，偏析可分为方形偏析、“V”、“＾”形偏析、点状偏析、中心偏析和晶间偏析等。
另外，脱氧合金化工艺操作不当，可以造成严重的成分不均。保护渣卷入到钢水中造成局部增碳。这些因素使钢材产生偏析的程度往往超过由于选分结晶造成的偏析。
偏析影响钢材的力学性能和耐蚀性能。严重偏析可能造成钢材脆断，冷加工时还会损坏机械，故超过允许级别的偏析是不允许存在的。
偏析程度往往与锭型、钢种、冶炼操作和浇铸条件有关。合金元素、杂质和气体的偏析，随浇铸温度升高和浇铸速度加快，偏析程度愈严重。连铸钢采用电磁搅拌可以减轻偏析程度。另外，增加钢水洁净度是减轻偏析的重要措施。
7.非金属夹杂
钢中含有与基体金属成分不同的非金属物质。它破坏了金属基体的连续性和各向同性性能。
按非金属夹杂的来源可分为内生夹杂、外来夹杂及两者混合物。
（1）内生夹杂是由脱氧和结晶时进行的各种物理化学反应形成的，主要是钢中氧、硫、氮同其他成分间的反应产物，如Al2O3等。内生夹杂的特点是颗粒小，在钢内分布均匀，它与脱氧方法和化学成分有密切关系。
(2) 外来夹杂是指钢中混入耐火材料、炉渣、钢包渣和模内保护渣等外来物质。外来夹杂的特点是尺寸大，成分结构复杂，分布不规则，具有很大的偶然性。空气对钢水的二次氧化会形成外来夹杂。在炼钢过程中，外来夹杂与内生夹杂往往会形成两者的混合物，具有两者的共同特点，使检验者难以分辨其来源。非金属夹杂按颗粒大小可分为亚显微、显微和大颗粒夹杂三种，其颗粒尺寸分别为<1μm、1～100μm和>100μm。大颗粒夹杂往往出现在钢锭沉淀晶区和皮下位置。连铸钢上弧区有时也发现大颗粒夹杂。
按非金属夹杂本身性质，可以分为塑性夹杂和脆性夹杂两种。
(1)塑性夹杂在热加工过程中，随金属一起发生变形，如MnS；而脆性夹杂，随热加工金属的变彤发生
碳素钢破碎，如Al2O3。当非金属夹杂熔点特别高时，在钢中一生成就以固态形式存在，这类非金属夹杂物在热加工时既不变形，也不破碎，保持其原来形状，如TiN。对于熔点很低的夹杂，从最后结晶母液中排除，此时多沿初生奥氏体晶界呈网状薄膜析出，如FeS。
钢中非金属夹杂对钢材的强度、伸长率、韧性和疲劳强度有不同程度的影响。按使用要求，根据中国国家非金属夹杂标准评定钢材夹杂级别。钢材中不允许存在严重危害钢材性能的大颗粒夹杂。
保证出钢和浇铸系统清洁，采用吹氩、渣洗、喷粉、真空处理等炉外精炼措施及保护浇铸措施，可以减少钢中非金属夹杂。
8.疏松
钢材截面热酸蚀试片上组织不致密的现象。在钢材横断面热酸蚀试片上，存在许多孔隙和小黑点子，呈现组织不致密现象，当这些孔隙和小黑点子分布在整个试片上时叫一股疏松，集中分布在中心的叫做中心疏松。在纵向热酸蚀试片上，疏松表现为不同长度的条纹，但仔细观察或用8～10倍放大镜观察，条纹没有深度。用扫描电子显微镜观察孔隙或条纹，可以发现树枝晶末梢有金属结晶的自由表面特征。
疏松的成因与钢水冷凝收缩和选分结晶有关。钢水在结晶时，先结晶的树枝晶晶轴比较纯净，而枝晶问富集偏析元素、气体、非金属夹杂和少量未凝固的钢水，最后凝固时，不能够全部充满枝晶间，因而形成一些细小微孔。
钢材在热加工过程中，疏松可大大改善，但当钢锭疏松严重时，压缩比不足或孔型设计不当时，热加工后疏松还会存在。严重的疏松视为钢材缺陷，当疏松严重时，钢材的力学性能会受到一定影响。但根据钢材使用要求，可以按标准图片评定钢材疏松级别。
采用提高钢水纯净度、加快冷却速度、连铸用电磁搅拌和减少枝晶等措施，可以减少疏松。
9.带状组织
热加工后的低碳结构钢，其显微组织铁素体和珠光体沿轧向平行排列，呈带状分布，形成钢材带状组织。
带状组织形成的机制一般有3种：
(1)通常，在低碳钢中，当树枝晶间富集磷、硫等杂质，钢材经热加工后，非金属夹杂被拉长。如硫化物，而奥氏体在冷却过程中先共析铁素体沿硫化物夹杂形核和长大，形成铁素体条带。同时，铁素体形成时向铁素体条带两侧排碳，也形成了珠光体条带。
(2)当低碳钢中含锰较高时，先凝固的树枝晶晶干成分较纯，形成铁素体条带。而枝晶间含锰、碳、硫、磷等杂质，而且铁素体条带也向枝晶间排碳，形成珠光体条带。
(3)当热加工终轧温度较低时，在双相区轧制也能形成带状组织。
带状组织实质上是钢材组织不均匀的一种表现，影响钢材性能，产生备向异性。带状组织降低钢材塑性、冲击韧性和断面收缩率，特别是对横向力学性能影响较大。
根据钢材的使用要求，可以按中国国家带状组织评级标准图片来评定钢材带状组织的级别。
降低钢中夹杂和树枝晶成分偏析是减轻钢中带状组织的主要措施。
碳素钢_碳素钢 -表示方法
编号：Q+数字+质量等级符号・脱氧方法符号例如：Q235A・F
其中Q表示屈服强度，235表示屈服强度的数值，A表示质量等级为A级，F表示沸腾钢。
Q235A・F
