碳素钢教学课件

碳素钢教学课件第一章碳素钢基础知识什么是碳素钢？为础应碳素钢是铁和碳的合金，其中碳元素含量一般在

0.02%~

2.0%之间作最基、用最广泛的金属材料之一，碳素钢具有以下特点韧关键•碳含量决定钢的硬度、强度和性等性能镍铬钼•不含或含极少量其他合金元素（如、、等）较产对简单•成本低，生工艺相碳素钢的历史与发展19世纪中期20世纪中期转顶转术现产质1856年，英国人亨利•贝塞麦发明贝塞麦尔炉法，氧气吹炉技出，提高了钢铁生效率和量现规产进实大模钢铁生，推动工业革命程123419世纪末-20世纪初现代为连铸连现术断碳素钢成建筑、铁路、机械制造的主力材料，支撑轧、精确控制成分等代技不提升碳素钢现质代工业体系建立性能和量碳素钢的主要成分铁（Fe）碳（C）锰（Mn）约关键主体元素，占比98%以上

0.02%~

2.0%，元素

0.30%~

0.70%结韧提供基本机械性能和晶体构决定钢的硬度、强度和性提高强度、硬度，改善脱氧脱硫硅（Si）硫（S）磷（P）杂质杂质

0.15%~

0.30%≤

0.05%，有害≤

0.05%，有害韧热增强强度，改善磁性能降低性，造成脆增加脆性，降低焊接性能碳素钢的生产流程简述铁矿开采与选矿开矿进选采铁石，行破碎、磁等富集处理，提高铁含量高炉炼铁矿应产约铁石与焦炭、石灰石在高炉中反，生含碳量4%的生铁转炉炼钢转进获生铁在炉中行脱碳处理，精确控制碳含量，得所需钢种连铸连轧碳素钢的显微组织铁素体（）珠光体α-Fe结渗层状组•体心立方晶体构•铁素体与碳体的片共晶织约•碳溶解度低（

0.02%）•含碳量

0.8%软•，延展性好•硬度适中，强度高导热导数•、电性能良好•在大多碳素钢中存在稳•在室温下定存在随碳含量增加，珠光体比例上升碳素钢显微组织图显组浅区为区为上示了典型碳素钢的金相织，色域铁素体，深色域珠这错组结赋独光体种交分布的织构予了碳素钢特的机械性能第二章碳素钢的分类与性能按碳含量分类低碳钢（

0.02%-

0.25%）中碳钢（

0.25%-

0.60%）高碳钢（

0.60%-

1.50%）韧•性好，塑性佳•强度和硬度适中•硬度高，耐磨性好热韧•易于冷加工和焊接•性和塑性尚可•强度高但脆性增加较热热显•强度和硬度低•适合处理强化•处理效果著结轴弹•常用于构件、车身、管材•用于、齿轮等机械零件•用于刀具、模具、簧低碳钢特点与应用主要特点延展性强，冷成形性能优良预热•焊接性能好，无需特殊和后处理压弯状•可冲、曲、卷曲成各种形应•价格低廉，供充足过热•不易通处理硬化镀锌镀锡•表面可、等防腐处理典型应用结楼•建筑构型钢、钢筋、承板盘•汽车工业车身、底构件•管道系统输水、燃气管道中碳钢特点与应用主要特点韧机械性能均衡，强度与性兼备对热应显•处理反良好，可著提高性能进•加工性能适中，可行各种机械加工时预热•焊接需注意和控制冷却速度较•耐磨性低碳钢有所提高典型应用轴连•机械零部件、齿轮、杆轴连•汽车零件曲、杆、变速箱零件轨•铁路设备道、车轮高碳钢特点与应用刀具与切削工具弹簧制品模具与冲压件铣钻弹悬弹压铸车刀、刀、头等切削工具，利用高碳钢硬度各类簧、挂系统，利用高碳钢良好的性和冷冲模、模，利用高碳钢的硬度和耐磨性损劳高、耐磨的特性疲强度碳素钢的力学性能变化趋势碳含量%抗拉强度MPa延伸率%硬度HB合金元素对碳素钢性能的影响锰（Mn）硅（Si）弹•提高强度和硬度•增强强度和性•改善脱氧和脱硫效果•改善磁性能•增加淬透性•提高耐氧化性临为剂•降低界冷却速度•作脱氧使用硫（S）磷（P）杂质横韧杂质有害，降低向性有害，增加冷脆性热韧•造成钢的脆性•降低塑性和性时导纹恶•高含量致焊接裂•化焊接性能蚀•少量添加可改善切削性•少量添加可提高强度和耐性碳含量与钢材性能关系图观对项关上直展示了碳含量钢材各性能的影响系可以看出，随着碳含量的增加，钢趋势韧则这关选择材的强度和硬度呈上升，而塑性和性下降种此消彼长的系是钢材和应础用的基第三章碳素钢的应用与热处理碳素钢的主要应用领域机械制造建筑结构轴弹轴满、齿轮、簧、承等，足不同机械部件的结性能要求钢筋、型钢、钢构、桥梁等，利用碳素钢良好势的强度和成本优交通运输盘轨结汽车底、车身、铁路道、船舶构等，要求强度和安全性能源管道日常用品输油、输气、输水管道，要求可靠性和安全性刀具、工具、家具五金等，广泛存在于日常生活中碳素钢的热处理工艺退火正火缓热临缓内应热临细韧慢加至界温度以上，保温后慢冷却，消除力，改善塑性加至界温度以上，在空气中自然冷却，化晶粒，提高强度和韧和性性淬火回火热临盐获热调韧加至界温度以上，快速冷却（水、油、浴等），得高硬度马淬火后再次加至特定温度，保温后冷却，降低脆性，整硬度和组氏体织性平衡热调过热时获组结处理是整碳素钢性能的重要手段，通控制加温度、保温间和冷却速度，可以得不同的织构和性能特点退火工艺详解退火类型热缓完全退火加至Ac3以上30-50℃，慢冷却环时球化退火在Ac1附近循或长间保温应时力消除退火低温长间保温结再晶退火恢复冷加工钢的塑性退火目的软续•化钢材，提高塑性，便于后加工内应开•消除力，防止变形和裂细匀组•化晶粒，均织•消除加工硬化，改善切削性能淬火与回火工艺加热淬火回火将匀热质为盐热钢件均加至Ac3低、中碳钢或Ac1高快速冷却至室温，冷却介可水、油、水淬火后再加至150-650℃，保温后冷却，降组调韧碳钢以上30-50℃，确保完全奥氏体化等，形成马氏体织，硬度高但脆性大低脆性，整硬度和性的平衡低温回火150-250℃中温回火350-500℃高温回火500-650℃获较弹韧弹获韧击保留高硬度，稍减脆性，用于刀具、量具得高性和性，用于簧、冲模得良好性和塑性，用于受冲零件碳素钢的焊接性能各类碳素钢焊接特点低碳钢中碳钢当预热焊接性能优良，无需特殊工艺焊接性能一般，需适组为热区焊后织主要铁素体和少量珠光体焊接影响可能形成马氏体产纹现应开很少生裂和脆化象控制冷却速度，防止裂高碳钢较严焊接性能差，需格工艺须预热热必和后处理产纹热区易生冷裂和影响硬化影响焊接性的因素当碳量CE=C+Mn/6+Cr+Mo+V/5+Ni+Cu/15当严碳量越高，焊接性越差，需要更格的工艺控制碳素钢的腐蚀与防护腐蚀机理表面处理耐候钢湿环蚀镀锌热镀镀锌层阴碳素钢在潮境中易发生电化学腐，形成氧浸或电，提供极保护添加少量Cu、P、Cr等元素的低合金钢锈镀铬观锈层进蚀化铁（）提供物理屏障和美表面表面形成致密，阻止一步腐蚀环湿绝蚀环腐速率受境温度、度、pH值等因素影响涂漆隔钢材与腐境接触无需涂装，广泛用于建筑外墙、雕塑等碳素钢的质量检测方法12化学成分分析力学性能测试谱检测试验测标•光分析法快速钢中各元素含量•拉伸定强度、塑性指湿时较测试维•法分析高精度但耗长•硬度布氏、洛氏、氏硬度专测击试验评韧•碳硫分析仪门定C、S含量•冲价材料性劳试验评环载•疲价循荷下性能34显微组织观察无损检测显镜观组伤检测内•光学金相微察基本织•超声波探部缺陷扫镜数观细结伤检测纹•描电高放大倍，察微构•磁粉探表面和近表面裂镜线检测检测缝质•透射电研究晶体缺陷和析出相•X射焊量碳素钢的标准与规范中国标准国际标准欧洲标准结结热结GB/T700-2006碳素构钢ASTM A36/A36M构钢EN10025轧构钢质结调质GB/T699-2015优碳素构钢ASTM A529/A529M高强度碳素钢EN10083钢结渗GB/T9948-2013碳素工具钢JIS G3101一般构用轧制钢材EN10084碳钢标准中规定的主要内容标准的重要性围产质•化学成分范要求•确保品量的一致性标韧产换•力学性能指（强度、硬度、性）•便于不同厂家品的互性热为计产验•处理工艺要求•设、生和收提供依据许•允的缺陷和公差试验检验•和方法碳素钢的未来发展趋势智能制造与在线监测绿色制造技术产数高性能低合金钢替代利用人工智能优化生参转时监测电弧炉替代高炉-炉流程，降低碳排放过实钢材成分和性能氢术通添加微量合金元素，使钢材在保持加工数孪术预测产时获冶金技，减少CO2排放字生技品性能性能的同得更高强度废环资轻结节约钢循利用，提高源利用率减构重量，材料和能源典型碳素钢牌号举例（低碳钢）Q235•抗拉强度235MPa约号钢（中碳钢）（高碳锰钢）•碳含量

0.12-

0.20%4565Mn结•用途建筑构、桥梁、塔架约约锰•特点价格低廉，易加工，焊接性好•碳含量

0.45%•碳含量

0.65%，

1.0%弹•强度和硬度适中•高强度，高性轴轴弹•用途、齿轮、曲•用途簧、耐磨零件调质韧•特点处理后性能优良•特点淬火硬度高，回火后性好碳素钢教学总结成分与分类组织与性能为组碳含量决定钢的性能和用途，碳素钢分低铁素体和珠光体是主要织，随碳含量变化影碳、中碳和高碳三大类响力学性能广泛应用热处理工艺领应热调组建筑、机械、交通、能源等域广泛用碳素退火、正火、淬火、回火等处理可整织钢和性能识对术员关选择热满产掌握碳素钢知工程技人至重要合理钢种和处理工艺，可以足各种工程需求，提高品性能和使用寿命钢铁生产全流程图现转产线这上展示了代钢铁厂的全景，从高炉炼铁、炉炼钢到轧钢生的完整流程一杂过来对术创复的工业程凝聚了人类几百年钢铁冶炼技的探索和新谢谢聆听！欢迎提问与讨论课后思考问题实验与实践韧观组

1.碳含量如何影响钢的硬度和性？•察不同碳含量钢材的金相织为选择进简单热验测

2.什么不同用途需要不同碳含量的钢材？•行的处理实，量硬度变化热对关键

3.处理碳素钢性能有何影响？。