钢碳钢和合金钢

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碳素钢

1. 概述

钢分为碳素钢（简称碳钢）和合金两大类。

碳钢是指含碳量小于2.11%并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金。工业用碳钢的含碳量一般为0.05%～1.35%。

为了提高钢的力学性能、工艺性能或某些特殊性能（如耐腐蚀性、耐热性、耐磨性等），冶炼中有目的地加入一些合金元素（如Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等），这种钢称为合金钢。

合金钢的分类方法有多种，常见的有以下两种。 （1）按用途分类分为三类：

合金结构钢，用于制造各种性能要求更高的机械零件和工程构件； 合金结构钢，用于制造各种性能要求更高的刃具、量具和模具；

特殊性能钢，具有特殊物理和化学性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。 （2）铵合金元素总含量多少分类分为三类： 低合金钢，合金元素总含量小于5%； 中合金钢，合金元素总含量为5%～10%； 高合金钢，合金元素总含量大于10%。 2．合金钢牌号的表示方法

合金钢是按钢材的含碳量以及所含合金元素的种类和数量编号的。

①钢号首部是表示含碳量以及所含合金结构钢与碳素结构钢相同，以万分之一的碳作为单位，如首部数字为45，则表示平均含碳量为0.45%；合金工具钢以千分之一的碳作为单位，如首部数字为5，则表示平均含碳量为0.5%。

②在表示含碳量的数字后面，用元素的化学符号表示出所含的合金元素。合金元素的含量以百分之几表示，当平均含量小于1.5%时，只标明元素符号，不标含量。如25Mn2V，表示平均含碳量为0.25%，含锰量约为2%，含钒量小于1.5%的合金结构钢。又如9SiCr，表示平均含碳量为0.9%，含硅、铬都少于1.5%的合金工具钢。

③对于含碳量超过1.0%的合金工具钢，则在牌号中不表示含碳量。如CrWMn钢，表示含碳量大于1.0%并含有铬、钨、锰三种合金元素的合金工具钢。但也有特例，高速钢的含碳量小于1.0%，牌号中也不表示含碳量。如W18Cr4V钢，其含碳量仅为0.7%～0.8%。 ④特殊性能钢牌号中也不表示方法基本上与合金工具钢相同。如2Cr13，表示平均含碳量为0.2%，含铬量约为13%的不锈钢。

⑤有些特殊用钢，则用专门的表示方法，如滚动轴承钢，其牌号以G表示，不标含碳量，铬的平均含量用千分之几表示。如GCr15，表示含铬量为1.5%的滚动轴承钢。 ⑥对于高级优质钢，在钢号末尾加一个“A”字，如38CrMoAIA。

低合金工具钢中常用的有9Mn2v、9SiCr、CrWMn等。9SiCr可用于制作丝锥、板牙等。由于铬、硅同时加入，淬透性明显提高，油淬直径可达40~50mm；同时还能强化铁素体，尤其是硅的强化作用显着；另外Cr还能细化碳化物，使之均匀分部，因而耐磨性提高，不易崩刀；Si还能提高回火稳定性，使钢在250~300℃仍能保持HRC60以上。9SiCr可采用分级或等温淬火，以减少变形，因而常用于指作形状复杂的、要求变形小的刀具。 硅使钢在加热时容易脱碳，退火后硬度偏高（HB217~241），造成切削加工困难，热处理时要予以注意。

CrWMn钢的含碳量为0.90%~1.05%,铬、钨、锰同时加入，使钢具有更高的硬度

（64~66HRC）和耐磨性，但红硬性不如9CrSi。但CrWMn钢热处理后变形小，故称微变形钢。主要用来制造较精密的低速刀具，如长铰刀、拉刀等。

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。碳素钢按其质量不同可分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢二类。优质碳素结构钢规定硫、磷的允许含量比普通碳素钢低，所以综合机械性能比普通碳素钢好。

(1)生产制造方法。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。

(2)用途。碳素钢主要用来制造强度要求不高的机器零件和各种金属构件。广泛应用于机械制造的各个方面。如农业机械、机床、船舶等。它是一种应用最广、用途最大的钢材。 2.主要生产及输往国家、地区

?我国的鞍山钢厂、宝山钢厂、上海钢厂、太原钢厂、重庆钢厂、天津钢厂等是出口碳素钢的主要产地。一般碳素钢多加工成型材，如角钢、扁钢、工字钢等输往日本、香港、东南亚、中东等国家和地区。 3.主要进口生产国家

我国主要从日本、俄罗斯、德国、东欧等国家进口。与其他钢类相比，碳素钢进口数量最多。进口到货后缺重问题较为突出。收用货部门要加强到货后重量的验收。 4.种类

碳素钢按含碳量可划分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。高碳钢属于工具钢，详见“工具钢”部分。低碳钢如20号钢一般多用来制作渗碳零件。热处理工艺是先进行渗碳处理，随后进行淬火和低温回火。经这样处理后零件表面具有较高的硬度而心部具有良好的塑性。而中碳钢如45号钢根据使用条件不同，热处理方式也不同。一般做热加工使用的要进行调质处理，即淬火后高温回火。其他条件使用的可进行正火处理。 5.规格及外观质量

碳素钢的品种主要有圆钢、扁钢、方钢等。经冷、热加工后钢材的表面不得有裂缝、结疤、夹杂、折叠和发纹等缺陷。尺寸和允许公差必须符合相应品种国家标准的要求。 6.化学成分

现把国标、日本标准中某些主要钢号的化学成分列举，如表6―7―20。

表6-7-20碳素钢化学成分指标 化?学?成?分?% 标准号 钢号 C Si Mn P S Ni Cr Cu ＜＜＜ GB/T699-88 30 0.27-0.30.17-0.30.50-0.8＜5 7 0 0.040.040.20.20 0 5 5 ＜＜＜ GB/T699-88 45 0.42-0.50.17-0.30.50-0.8＜0 7 0 0.040.040.20.20 0 5 5 ＜＜＜＜JISG4051-79(94S300.27-0.30.15-0.30.60-0.9＜) C 3 5 0 0.030.030.20.20.30 5 0 0 0 ＜＜＜＜JISG4051-79(94S450.42-0.40.15-0.30.60-0.9＜) C 8 5 0 0.030.030.20.20.30 5 0 0 0 S30C、S45C钢号中Ni-Cr应小于0.35%，其他国家的标准号有EN10083T―91.ГОСТ1050等。 7.物理性能

现把国标、日本标准中某些主要钢号的机械性能如表6―7―21。

表6-7-21碳素钢物理性能指标 热处理 机?械?性?能 正火 淬火水冷 抗拉 伸收缩冲击热屈服点 标准号 钢号 强度 长率 值 硬度 N 回火急冷 处N/mm温度℃ H温度℃ N/mm率 ψ?J/cmHB 理 2 2 2 % % GB/T699-88 30 850-90 N ＞294 ＞490 ＞＞50 ＞78 0 2空冷 1 GB/T699-88 45 820-87 N ＞353 ＞589 ＞＞40 ＞49 0 1空冷 6 JISG4051-79(94S30 850-90H ＞333 ＞539 ＞＞57 ＞152-21) C 0 2108 2 550-653 0 JISG4051-79(94S45 820-87H ＞490 ＞686 ＞＞45 ＞78 201-26) C 0 19 550-657 0 8.包装 裸装，国产钢按钢号在端部进行涂色，详见GB/T699-88标准规定。 9.注意事项

碳素钢淬火时通常采用水冷，但对小尺寸的中碳钢，尤其是直径为8―12mm的45号钢淬火时容易产生裂纹，这是一个较为复杂的问题。目前采取的措施是淬火时试样在水中快速搅动，或者采用油冷，可避免出现裂纹。

JB/T5300—1991《通用阀门材料》规定碳素钢制阀门的适用温度范围为-30~450℃。SH3064—1994《石油化工钢制通用阀门选用、检验及验收》标准中，规定碳素钢制阀门的适用温度为-20~425℃。使用下限规定为-20℃，是为了与GB150—1998《钢制压力容器》相一致。ASMEB16.34—2004《法兰和焊接端阀门》压力-温度额定值基准中规定：WCB、A105（碳素钢）适用温度范围为-29~425℃，不允许在425℃以上长期使用。这是因为碳素钢在425℃以上有石墨化倾向。（引自《调节阀实用手册》） 根据实际经验来看：对于碳钢，当应用温度超过400度的时间就不能用WCB、WCC等碳钢，材料的物理性质会发生改变，此时就推荐用低合金刚以上的材料如WC6.WC9等。 对于斑竹这句话“个人认为调节阀在使用用中还需要考虑介质压力对阀体强度的影响，随着压力的增高，最高使用温度会有所下降。”说的也比较模糊。

对于调节阀，材料的选型是比较复杂的，需要知道工况（最好有几个），参数包括流量FLOW，入口压力INPUTPRESSURE，出口压力OUTPRESSURE?工作温度：TEMP另外还要设计压力、温度：DESIGNPRESSURE、TEMP泄露等级：ALLOWABLELEAKAGE另外对于选用气动、电动执行机构要有规定。

更正:上面是我的回答，这句话是正确的:根据实际经验来看：对于碳钢，当应用温度超过400度的时间就不能用WCB、WCC碳钢，材料的物理性质会发生改变，就是石墨化,此时就推荐用低合金刚以上的材料如WC6.WC9等。

是最后一句说的有问题,调节阀材料的选择我们一般只考虑工质特点，设计温度,压力就可以拉。但是对于调节阀口径的选择是一件很复杂的事情.需要很多计算.

对于斑竹说的:个人认为调节阀在使用用中还需要考虑介质压力对阀体强度的影响，随着压力的增高，最高使用温度会有所下降。 这句话也很对.

但是我们对于闸阀来看,我们是这样选材料的，根据问题我们就可以选出材料， 然后根据ANSIB16.34-2004制定的温压标准，我们根据该材料的设计温度下的不同的压力等级(CLASS)所对应的许用压力,该许用压力大于设计压力时其对应的压力等级即为所要选用的压力等级.

注意:在一定的温度下，压力等级(CLASS)越高,许用压力就越大，比如,343摄氏

度,CLASS1500?时,对应的许用压力为18.512MP,如果我们设计压力为28MP,这时我们就看CLASS2500,对应的最大许用压力30.854MP,那么我们就选CLASS2500,就是WCBCLASS2500,然后我们再根据接管的尺寸选公称通径. 另外:同一压力等级下,温度越高,许用压力就越小拉. 以上是没有考虑别的因素,比如腐蚀的工质等等,呵呵，我们的产品工质都是水或蒸汽，所以这是习惯的模式.

对于调节阀,大家考虑一下是否也可以同样的方法来选择材料.当然假如工质为水。