[拼音]：tansugang

[外文]：carbon steel

通常含碳量小于1.35％的铁碳合金，其中还含有 以内的硅、锰和磷、硫等杂质及其他微量的残余元素。碳素钢是近代工业中使用最早、用量较大的基本材料。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。特别是20世纪50年代以来，氧气转炉炼钢、炉外喷吹、连续铸钢和连续轧制等新技术被普遍采用，进一步改善了碳素钢的质量，扩大了使用范围。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。

碳素钢有各种分类方法，如按化学成分（即以含碳量）可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。按钢的品质可分为普通碳素钢和优质碳素钢。按用途则又可分为碳素结构钢、碳素工具钢。此外，还可以按冶炼方法和所保证的性能要求等来进行分类。

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。在我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。我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。在我国和某些国家，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）。

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。

（2）0.25～0.60％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。

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。

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。

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）。

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。

参考书目

冶金工业部钢铁研究总院、第一汽车制造厂、上海汽轮机厂主编：《机械工程手册》第12篇 钢，机械工业出版社，北京，1982.

H.C.McGannon，The Making Shaping and Treating of Steel， United States Steel Corp. 9th ed.，Pittsburgh，1971.

日本鉄鋼協会編：《鉄鋼便覧》，3版，Ⅳ卷，丸善株式会社，東京，1981。

ASM Handbook Committee，Metals Handboo噚， 9th ed.，Vol. 1， ASM， Ohio， 1978.

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