非合金钢及其分类

非合金钢是指碳的质量分数小于2.11%的铁碳合金。在生产中使用的非合金钢，实际碳的质量分数都不大于1.4%，因为随着含碳量增大，组织中渗碳体增多，塑性、韧性降低，脆性增大而强度降低，难以加工成形，没有实用意义。非合金钢冶炼方便，价格低廉，工艺性较好，力学性能可满足一般工程结构和机械零件的使用要求，因而应用广泛。

1.非合金钢中的常见杂质元素及其作用

非合金钢中除铁以外的元素是碳，其他常见的杂质元素有硅、锰、硫、磷等，以及在熔炼中夹杂进去的氧、氢、氮等元素。

（1）硅和锰元素。硅和锰元素是炼钢后期在脱氧和合金化时，加入钢液而残留在钢中的，是有益元素。当其含量不多时，对钢的性能影响不大。

（2）磷和硫元素。磷和硫元素都是钢中的有害元素。磷元素会形成硬脆化合物Fe2 P，造成“冷脆”危害；硫元素与铁元素会生成FeS，并形成Fe－FeS二元低熔点共晶体，造成“热脆”危害，严重影响性能，必须严格控制。通常钢材的质量等级以磷、硫含量的控制来划分。

（3）氧、氢和氮元素。氧、氢和氮这三种气体元素也是钢中的有害元素。它们在高温时溶入钢液，而在固态钢中的溶解度极小，冷却时来不及逸出而积聚在组织中形成高压细微气孔，使钢的塑性、韧性和疲劳强度急剧降低，严重时会造成裂纹、脆断，是必须严格控制的有害元素。

2.非合金钢的分类

非合金钢是应用极为广泛的金属材料，种类繁多，为便于生产、选用和储运，要根据一定的标准将非合金钢进行分类、编号。

非合金钢的分类方法很多，主要有以下几种。

1）按钢中含碳量分

非合金钢按钢中含碳量可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。

（1）低碳钢。低碳钢的碳的质量分数为0.08%～0.25%，塑性好，多用做冲压、焊接和渗碳工件。

（2）中碳钢。中碳钢的碳的质量分数为0.25%～0.60%，强度和韧性都较高，热处理后有良好的综合力学性能，多用做要求良好韧性的各种重要工件。

（3）高碳钢。高碳钢的碳的质量分数为0.60%～1.40%，硬度较高，多用做工具、模具和量具等工件。

2）按钢的质量分

质量划分主要按钢中有害杂质元素硫和磷的含量来划分，可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。

（1）普通钢。普通钢中ωS≤0.050%，ωP≤0.045%。

（2）优质钢。优质钢中ωS≤0.035%，ωP≤0.035%。

（3）高级优质钢。高级优质钢中ωS≤0.030%，ωP≤0.030%。

3）按用途分

非合金钢按用途可分为碳素结构钢、碳素工具钢和专用钢。

（1）碳素结构钢。碳素结构钢主要用于建筑、桥梁等工程结构和各种零件。(www.xing528.com)

（2）碳素工具钢。碳素工具钢主要用于各类刀具、量具和模具，如丝锥、板牙、刮刀、锯条、冲模等。

（3）专用钢。专用钢包括锅炉钢、船用钢、易切削钢等。

4）按钢液脱氧程度分

非合金钢按钢液脱氧程度可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。

（1）沸腾钢。沸腾钢脱氧不完全，组织不致密，成分不均匀，性能较差。

（2）镇静钢。镇静钢脱氧完全，组织致密，成分较均匀，性能较好。优质钢和高级优质钢多为镇静钢，通常不再标注镇静钢代号。

（3）半镇静钢。半镇静钢脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间。

3.非合金钢的牌号、性能及主要用途

世界各国都根据国情制定科学而简明的钢铁分类表示方法，通常采用“牌号”来具体表示钢的品种。一般通过牌号（钢号）能大致了解钢的类别、成分、冶金质量、性能特点、热处理要求和用途等。

1）碳素结构钢

碳素结构钢主要用于一般建筑、桥梁等工程结构和机械零件。各种热轧板材、带材、棒材和型材可在供应状态下直接加工、使用，不再进行专门的热处理。

碳素结构钢的牌号由代表屈服强度的字母、屈服强度的数值、质量等级符号、脱氧程度符号四部分组成。牌号有5类20种。例如，Q235－AF，其中Q为钢材屈服强度“屈”字汉语拼音首位字母；235为屈服强剧数值，即为235 MPa（钢材厚度或直径≤16 mm时）；A为质量等级符号（分A、B、C、D四级，D级最高）；F为沸腾钢。

不同牌号的碳素结构钢的用途举例如下。

（1）Q195、Q215A、Q215B常用于薄板、焊接钢管、铁丝、铁钉、屋面板、烟囱等。

（2）Q235A、Q235B、Q235C和Q235D常用于薄板、中板、钢筋、钢管、铆钉、螺柱、连杆、小轴、法兰、机壳和焊接结构件等。

（3）Q255A、Q255B、Q275常用于要求较高强度的拉杆、连杆、键、轴、销等。

2）碳素工具钢。碳素工具钢为碳的质量分数在0.65%～1.40%的高碳钢，用于制造各种低速切削刀具和一般量具、模具。这类钢在使用时都应经过淬火和低温回火热处理，以保证高硬度和良好的耐磨性。

碳素工具钢牌号的首字母是T（“碳”的汉语拼音字首），数字表示碳平均质量分数的千分数，如T8钢表示碳平均质量分数为0.80%的碳素工具钢。若是高级优质碳素工具钢，在牌号末尾加代号A，如T12A钢，表示碳平均质量分数为1.2%的高级优质碳素工具钢。

碳素工具钢中T7～T9钢主要用作受力不大、形状较简单的冲击工具，如冲头、顶尖、铆钉模、铁锤、剪刀、木工工具等；T10～T13钢主要用作硬而耐磨但不受冲击的工具，如锉刀、刮刀、钻岩石的钻头、丝锥、钟表工具、医疗外科工具等。碳素工具钢的工作温度较低，超过200℃时，硬度和耐磨性急剧降低而丧失工作能力，所以只能制作各种形状简单而尺寸不大的手工工具。

3）铸钢。铸钢是指碳的质量分数为0.15%～0.60%的铸造碳钢，其牌号最前面为ZG（“铸钢”两字汉语拼音字首字母）。一般工程用铸钢只考虑强度，对化学成分不作要求，而在牌号ZG字母后用两组数字表示力学性能，第一组数字表示屈服强度，第二组数字表示抗拉强度，两组数字之间用“－”分开，如ZG200－400，表示屈服强度为200 MPa，抗拉强度为400 MPa的铸造碳钢。对于控制化学成分的铸钢，则在牌号ZG后用碳的平均质量分数的万分数数字来表示，如ZG25表示碳的质量分数为0.25%。

铸钢一般用作形状较复杂而难以锻压成形但对强度、韧性要求又较高的工件，如齿轮拨叉、大型齿轮、压力机械的机座等。铸钢熔铸时流动性差，收缩大，碳含量高时还易在凝固时造成应力裂纹（冷裂），因此，一般铸钢碳的质量分数小于0.6%。