碳鋼、碳錳鋼-2p28及

主要內(nèi)容1、碳鋼的基礎(chǔ)知識(shí)2、碳鋼分類3、常用碳鋼（相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)）及其焊接、非合金結(jié)構(gòu)鋼、調(diào)質(zhì)碳鋼及碳錳鋼、碳鋼及碳錳4、材料檢驗(yàn)證明1

碳鋼的基礎(chǔ)知識(shí)碳鋼主要是指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.06%而不含有特意加入的合金元素的鐵碳合金，也稱非合金鋼。有時(shí)也稱為普碳鋼或碳素鋼。碳鋼除含碳外一般還含有少量的硅、錳、硫、磷。國(guó)標(biāo)中，錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常小于1%，個(gè)別碳鋼中達(dá)1.2%。歐洲標(biāo)準(zhǔn)中，碳鋼中錳的含量極限值為1.65%。錳單獨(dú)存在時(shí)可達(dá)1.8%。碳鋼的性能主要取決于鋼的含碳量和顯微組織。在退火或熱軋狀態(tài)下，隨含碳量的增加，鋼的強(qiáng)度和硬度升高，而塑性和沖擊韌性下降。焊接性和冷彎性變差。1.1

化學(xué)成分碳（C）提高硬度抗拉強(qiáng)度降低韌性延伸率屈服強(qiáng)度深沖性淬透性耐磨性機(jī)加工性焊接性錳（Mn）鋼的高溫脆斷和錳與硫反應(yīng)生成MnS，可熱裂紋錳與氧化合，起到脫氧作用錳能提高鋼的強(qiáng)度，如1%的含量可提高強(qiáng)度

100N/mm2硅（Si）硅是脫氧的一個(gè)重要元素，它比錳的作用還強(qiáng)。它

CO的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致了

鋼的產(chǎn)生，Si還可某些元素的偏析。磷（S）偏析較強(qiáng)（FeS與Fe形成低降低了可焊性強(qiáng)度提高，變形能力下降增強(qiáng)了易老化性改善了“軟”鋼的可加工性改善了抗腐蝕性（耐候鋼）985℃共晶體）磷（P）偏析較強(qiáng)降低了可焊性強(qiáng)度提高，變形能力下降增強(qiáng)了易老化性改善了“軟”鋼的可加工性改善了抗腐蝕性（耐候鋼）1.2

供貨狀態(tài)碳鋼及碳錳鋼一般是在熱軋、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)下供貨，通過(guò)非熱處理軋制或熱處理狀態(tài)供貨，可以使鋼在化學(xué)成分不改變的情況下得到不同的室溫組織，達(dá)到改善鋼的力學(xué)性能的目的。如碳鋼（Wc=0.45%）在熱軋狀態(tài)下得到是粗大的珠光體+鐵素體組織，在正火狀態(tài)下得到的是均勻細(xì)小的珠光體+鐵素體組織，在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下得到

的是馬氏體或索氏體或托氏體，從而鋼的強(qiáng)度、硬度及韌性會(huì)大不一樣。按冶煉方法分為：平爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼；按脫氧方法分為：沸騰鋼（F）鋼（b）0.15%Si和少量的Mn、Al特殊

鋼（

Z

）0.2%Si及0.02%的Mn、Al2

碳鋼的分類按含碳量分為：低碳鋼（WC

≤0.25%）,中碳鋼（WC0.25%-0.6%）高碳鋼（WC>0.6%）按鋼的質(zhì)量分為：普通碳素鋼（含磷、硫較高）優(yōu)質(zhì)碳素鋼（含磷、硫較低）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（含磷、硫更低）特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼3

常用的碳鋼（相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)）3.1非合金結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)供貨條件（EN10025-2:

2004）—?dú)W洲標(biāo)準(zhǔn)EN10025-2包含了對(duì)熱軋的普通碳鋼及優(yōu)質(zhì)碳鋼的要求，說(shuō)明了八種鋼材組別S185、S235、S275、S355、S450、E295、E335和E360。其在機(jī)械性能上有所不同?！煌牡燃?jí)在其所要求的沖擊功上不同。鋼材組別為S235和S275的質(zhì)量等級(jí)是JR、J0和J2。鋼材組別為

S355的質(zhì)量等級(jí)是JR、J0、J2和K2。鋼材組別為S450的質(zhì)量等級(jí)是J0。3.1.1標(biāo)記主要分為兩部分：主要符號(hào)部分+附加符號(hào)部分主要符號(hào)部分：-標(biāo)準(zhǔn)號(hào)（EN

10025-2）；-標(biāo)記S（結(jié)構(gòu)鋼）或者E（機(jī)器制造用鋼）；-厚度≤16mm的最低屈服強(qiáng)度的標(biāo)識(shí)，用M

Pa表示1)；附加符號(hào)部分-如果適用，關(guān)于沖擊功數(shù)值的等級(jí)標(biāo)記；-如果適用，表示特殊要求的附加標(biāo)記C（見(jiàn)表6）-標(biāo)明“＋N或者＋AR”示例（EN10025-2標(biāo)準(zhǔn)）一種適于冷彎邊（C）的結(jié)構(gòu)鋼（S）,其在室溫條件下的最低屈服強(qiáng)度為355MPa1)，在0℃（J0）條件下的最低沖擊功數(shù)值為27J，供貨狀態(tài)為正火軋制（或者軋制狀態(tài)）鋼材EN

10025-2

S355J0C＋N（或者＋AR）或者鋼材EN10025-2

1.0554+N(或者＋AR)示例：EN10025

S235

J0

C主要符號(hào) 附加符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)

結(jié)構(gòu)用鋼屈服強(qiáng)度235Mpa0℃下，沖擊功27J具有較好的冷成型性組別JRJ0J2G3J2G4K2G3K2G4熱處理狀態(tài)無(wú)規(guī)定無(wú)規(guī)定N無(wú)規(guī)定N無(wú)規(guī)定沖擊溫度+20℃0℃-20℃-20℃-20℃-20℃沖擊功27J27J27J27J40J40J3.1.2

化學(xué)成分和機(jī)械性能---通過(guò)熔樣分析（盛鋼桶爐前熔煉分析）所得到的化學(xué)成分值應(yīng)符合表1中給出的規(guī)定范圍。---產(chǎn)品分析使用的上限數(shù)值見(jiàn)表2。訂貨時(shí)

特殊要求應(yīng)進(jìn)行產(chǎn)品分析。例如：銅含量值要求在熔樣分析中介于0.25%和0.40%之間，產(chǎn)品分析中介于0.20%和0.45%之間對(duì)于所有的S235、S275和S355的等級(jí)時(shí)應(yīng)該在訂貨時(shí)達(dá)成協(xié)議，在這種情況碳當(dāng)量的最大值應(yīng)該增加0.02%。3.1.3

碳鋼及碳錳鋼的焊接焊接性焊接性是材料本身固有的性能，與自身的化學(xué)成分以及組織形態(tài)相關(guān)?；瘜W(xué)成分

淬硬傾向、脆斷傾向、時(shí)效傾向、偏析性能。接頭組織焊后處理{體現(xiàn)力學(xué)性能接頭的可靠性鋼在一定含碳量的條件下，達(dá)到臨界冷卻速度冷卻產(chǎn)生大量馬氏體（淬硬組織），這樣的組織具有淬硬傾向。焊縫具有淬硬傾向的條件就是產(chǎn)生馬氏體的條件：?

溫度：達(dá)到A1線以上?

C含量：碳含量在0.22%以上，這樣C完全溶解在A奧氏體內(nèi)。?

臨界冷卻速度：冷卻速度快產(chǎn)生馬氏體（C曲線相圖）合金元素對(duì)產(chǎn)生馬氏體有一定影響，如Mn、Cr、Mo能夠擴(kuò)大奧氏體區(qū)，促進(jìn)馬氏體的傾向，使材料具有淬硬傾向，因此評(píng)定材料焊接性過(guò)程使用K(碳當(dāng)量）概念淬硬傾向含碳量不大于0.22%的結(jié)構(gòu)鋼是可焊接鋼種，并且可在不預(yù)熱的情況下施焊碳當(dāng)量與焊接性的關(guān)系：K(%)<0.40

焊接性良好K(%)=0.40-0.60

在一定條件下焊接K(%)>0.60

焊接較差按照EN1011(ISO17671)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)碳當(dāng)量，板厚，熱輸入量等進(jìn)行計(jì)算預(yù)熱溫度示例電弧離開(kāi)，溫

度迅速降低，冷卻速度較快時(shí)產(chǎn)生馬氏體，有了淬硬組織，具有淬硬傾向。MnK

=C+

6

+o+V5+Ni+Cu

15=0.22+1.25/6+(0.20+0.20)/5=0.508根據(jù)判據(jù)：0.4<K=0.508<0.6在一定條件下焊接概念：通常將斷裂前材料沒(méi)有明顯的形狀改變的斷裂稱為脆斷。鋼材一般具有較大的變形能力。例如在拉伸試驗(yàn)中顯示出較高的延伸率和斷面收縮率，但是鋼材在下述情況下可能失去變形能力：由于低溫由于沖擊載荷由于多軸拉應(yīng)力（空間應(yīng)力狀態(tài)）–由于三軸向的拉力–由于存在缺口和尖角–由于焊接內(nèi)應(yīng)力（例如厚板上的交叉焊縫是特別的）脆斷概念：隨著時(shí)間的流逝材料的某種性能（如缺口沖擊功）出現(xiàn)改變的現(xiàn)象稱為時(shí)效。鋼能夠在冷作變形以后及在室溫下出現(xiàn)自然時(shí)效，也能夠在冷作變形以后緊接著加熱的情況下出現(xiàn)人工時(shí)效。產(chǎn)生原因：在鋼中存在氮。由于在晶界上或滑移面上析出自然氮和或鐵氮化合物，從而降低了鋼的變形能力。焊接時(shí)，時(shí)效脆斷的判據(jù)是：冷作變形(約5-10%)重新成型區(qū)域或鄰界區(qū)域的加熱(200-400℃)特殊的載荷,例如較高的載荷速度、沖擊,撞擊含氮量≥0.01%時(shí)效P、S的影響，在碳鋼和低合金鋼種，伴生元素P、S形成低

化合物，隨著溫度的降低，鋼液凝固形成柱狀晶，這些化合物依然呈液態(tài)，柱狀晶收縮，在柱狀晶交界處由于收縮力就在液態(tài)薄膜處裂開(kāi)，形成熱裂紋。因此，要預(yù)防熱裂紋產(chǎn)生，就要在選材方面盡量降低S、P含量。液態(tài)薄膜鋼液凝固后T＜1000℃鐵-硫化合物呈液態(tài)已形成的晶粒收縮熱裂紋偏析冷作變形可以通過(guò)彎曲,卷邊,深沖,卷曲,矯形而獲得。冷作變形時(shí)，材料被塑性變形。因而提高了鋼的抗拉強(qiáng)度，屈服極限和硬度；而降低了延伸率，缺口沖擊功和斷面受縮率。為提高鋼材的強(qiáng)度，在鋼絲、鋼板和鋼材上有意造成冷作變形。此外，在冷作強(qiáng)化時(shí)能夠改善表面狀態(tài)，并能達(dá)到較小的公差。冷作變形JRISO2560-A

E42

A

AJ00RRJ22RBK24BISO14341-A

G46

0

C

3Si1G46

3

M

3Si1選則填充材料的原則：等強(qiáng)匹配（焊縫強(qiáng)度不低于母材強(qiáng)度）EN10025-2

S355填充材料示例：EN10025-2

S235JRISO2560-A

E38

0

RC

1

1E:焊條電弧焊

38：屈服強(qiáng)度380Mpa0：0℃下沖擊功達(dá)到47JRC：

-纖維素藥皮

1：交流+直流1：焊接位置（PA,PB,PC,PD,PE,PF,PG)示例：EN10025-2

S235JRISO14171-A

S

46

3

AB

S2S:結(jié)構(gòu)用鋼46：屈服強(qiáng)度460Mpa3：-30℃沖擊功47焦耳AB:鋁酸鹽-堿性焊劑

S2：焊絲，見(jiàn)ISO14171表標(biāo)記舉例與國(guó)內(nèi)標(biāo)記對(duì)比：ISO2560-A E

38

0 Mn1Ni

RR

1

2GB/T5117-1995

E4303ISO14341-A

G46

3

M

3Si1GB/T8110-1995 ER55-D2ISO14171

S

46

3

AB

S2GB/T8110-1995

ER55-D2母材填充材料EN

標(biāo)記GB

標(biāo)記EN

標(biāo)記GB

標(biāo)記EN10025-2

S235JRGB800

Q235BEN499

E38

0

RC

1

1EN499

E42

0

RR

1

2EN440

3Si1EN756

S3E4303（J422）E4313（J421）ER50-6ASM

EM12EN10025-2

S235J2GB

800

Q235DEN499

E38

0

RC

1

1EN499

E42

0

RR

1

2EN499

E42

4

B

1

2EN440

3Si1

EN756

S3E4303（J422）E4313（J421）E5018（J506Fe）ER50-6ASM

EM12EN10025-2

S355J2GB1591

Q345DEN499

E42

0

RC

1

1EN499

E42

0

RR

1

2EN499

E42

4

B

1

2EN440

4Si1

EN756

S3E4303（J422）E4313（J421）E5018（J506Fe）ER50-6ASM

EM123.2

調(diào)質(zhì)碳鋼及碳錳鋼利用調(diào)質(zhì)、正火或其它附加方法使鋼的表面處于硬化狀態(tài)，這類鋼多應(yīng)用于曲軸、連桿、齒輪、銷釘?shù)葯C(jī)器零件。既有強(qiáng)度又有韌性，屈強(qiáng)比為0.7～0.95。鋼材表面淬硬層的深度主要取決于合金元素的含量如o、Ni、V、Mn、B等。見(jiàn)圖1～7歐洲標(biāo)準(zhǔn)與ISO

683-1:1987和各

比較見(jiàn)表調(diào)質(zhì)鋼一般適用閃光對(duì)焊，在一定的條件下才適用于熔化焊。當(dāng)碳含量0.35%的非合金鋼和硼合金鋼焊接時(shí)需要預(yù)熱，預(yù)熱溫度150～250℃，填充材料按ISO2560和ISO14341選擇，焊后緩冷，在250℃時(shí)退火減小擴(kuò)散氫的含量。對(duì)碳含量在0.5%時(shí)的非合金鋼和合金鋼在相對(duì)的條件下可用熔化焊，焊前預(yù)熱溫度大約250～350℃，填充材料一般按ISO18275和ISO18276選擇.對(duì)高質(zhì)量的接頭須焊過(guò)渡層，然后回火，再進(jìn)行焊接。根據(jù)碳當(dāng)量選擇預(yù)熱溫度，預(yù)熱溫度與碳當(dāng)量、板厚、焊條直徑的關(guān)系焊接要點(diǎn)化學(xué)-機(jī)械（例如耐蝕鋼）酸洗去除氧化皮焊接接頭的焊后處理加熱加熱-機(jī)械退火淬火調(diào)質(zhì) 回火錘擊 低溫碾壓 應(yīng)力松弛火

消除應(yīng)力

消除正退應(yīng)力火

回火綜合處理機(jī)械錘擊碾壓（冷）振動(dòng)表面加工整體退火

局部退火部分退火焊接接頭焊后處理無(wú)特殊要求的碳鋼焊接管（DIN1615）具有特殊要求的碳鋼焊接管和無(wú)縫管（EN10217和EN10216）具有較高特殊要求的碳鋼焊接管和無(wú)縫管（DIN1630和DIN1628可燃性液體和氣體長(zhǎng)途管道用

（EN10208

T2）普通結(jié)構(gòu)鋼的焊接管和無(wú)縫管（EN10210）結(jié)構(gòu)鋼冷制空心型材（EN10219）3.3碳鋼及碳管線用鋼標(biāo)記舉例：EN10208-1

L235GAEN102