低碳钢
低碳钢是指含碳量小于0.25%的碳素钢和合金钢的总称,低碳钢又称无硅钢片、渗碳钢。低碳钢的强度不是很高,但塑性好。主要用作渗碳和建筑用结构钢,如用以制作屋架、桥梁柱、吊车梁、管道以及其他构件,并轧制钢筋用于钢筋混凝土中。
低碳钢也可以用于齿轮、重要的轴类零件和一些耐磨零件。低碳钢可以渗碳后火,再加低温回火处理,使其表面具有高硬度、高强度和高耐磨性,而心部具有良好的塑性和韧性,适合用于制造承受冲击、磨损和变动载荷等苛刻条件下工作的零件,其常作家用电器的小电机、小变压器和75kW以下的非连续运行的电机铁芯。
特性
低碳钢退火组织为铁素体和少量珠光体,其强度和硬度较低,塑性和韧性较好。因此,其冷成形性良好可采用卷边、折弯、冲压等方法进行冷成形。这种钢材具有良好的焊接性。碳含量很低的低碳钢硬度很低,切削加工性不佳,正火处理可以改善其切削加工性。
低碳钢有较大的时效倾向,既有淬火时效倾向,还有形变时效倾向。当钢从高温较快冷却时,铁素体中碳、氮处于过饱和状态,它在常温也能缓慢地形成铁的碳氮物,因而钢的强度和硬度提高,而塑性和韧性降低,这种现象称为淬火时效。低碳钢即使不淬火而空冷也会产生时效。低碳钢经形变产生大量位错,铁素体中的碳、氮与位错发生弹性交互作用,碳、氮原子聚集在位错线周围。这种碳、氮原子与位错线的结合体称岁柯姓气团(柯垂耳气团)。它会使钢的强度和硬度提高而塑性和韧性降低,这种现象称为形变时效。形变时效比淬火时效对低碳钢的塑性和韧性有更大的危害性,在低碳钢的拉伸曲线上有明显的上、下两个屈服点。自上屈服点出现直到屈服延伸结束,在试样表面出现由于不均匀变形而形成的表面皱褶带,称为吕德斯带。不少冲压件往往因此而报废。其防止方法有两种。一种高预形变法,预形变的钢放置一段时间后冲压时也会产生吕德斯带,因此预形变的钢在冲压之前放置时间不宜过长。另一种是钢中加入铝或钛,使其与氮形成稳定的化合物,防止形成柯姓气团引起的形变时效。
种类
低碳钢一般轧成角钢、槽钢、工字钢、钢管、钢带或钢板,用于制作各种建筑构件、容器、箱体、炉体和农机具等。优质低碳钢轧成薄板,制作汽车驾驶室、发动机罩等深冲制品;还轧成棒材,用于制作强度要求不高的机械零件。低碳钢在使用前一般不经热处理,碳含量在0.15%以上的经渗碳或化处理,用于要求表层温度高、耐磨性好的轴、轴套、链轮等零件。
低碳钢由于强度较低,使用受到限制。适当增加碳钢中锰含量,并加入微量钒、钛、等合金元素,可大大提高钢的强度。若降低钢中碳含量并加入少量铝、少量硼和碳化物形成元素,则可得到超低碳贝氏体组够其强度很高,并保持较好的塑性和韧性。
力学性能
低碳钢为韧性材料。其拉伸时的应力应变曲线主要分四个阶段:弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、局部变形阶段,在局部变形阶段有明显的屈服和颈缩现象。开始时为弹性阶段,完全遵守胡克定律沿直线上升,比例极限以后变形加快,但无明显屈服阶段。