什么是碳素鋼？有哪些特性特點？
碳素鋼是近代工業(yè)中使用最早、用量最大的基本材料。世界各工業(yè)國家，在努力增加低合金高強度鋼和合金鋼產量的同時，也非常注意改進碳素鋼質量，擴大品種和使用范圍。
目前碳素鋼的產量在各國鋼總產量中的比重，約保持在80%左右，它不僅廣泛應用于建筑、橋梁、鐵道、車輛、船舶和各種機械制造工業(yè)，而且在近代的石油化學工業(yè)、海洋開發(fā)等方面，也得到大量使用。
含碳量小于2.11%，除鐵、碳和限量以內的硅、錳、磷、硫等雜質外，不含其他合金元素的鐵碳合金。工業(yè)用碳鋼的含碳量一般為0.05%~1.35%。碳素鋼的性能主要取決于含碳量。含碳量增加，鋼的強度、硬度升高，塑性、韌性和可焊性降低。與其他鋼類相比，碳素鋼使用最早，成本低，性能范圍寬 ，用量最大。適用于公稱壓力PN≤32.0MPa，溫度為-30-425℃的水、蒸汽、空氣、氫、氨、氮及石油制品等介質。常用牌號有WC1、WCB、ZG25及優(yōu)質鋼20、25、30及低合金結構鋼16Mn。
命名方法
1、碳素結構鋼
主要用途：各類工程。通常熱軋后空冷供貨，用戶一般不需進行熱處理而直接使用。這類鋼按其屈服強度等級共分五個等級。
命名：標志符號Q+最小σS值—等級符號+脫氧程度符號 如：Q235AF
等級符號：A、B、C、D（D級達到了優(yōu)質鋼水平）
2、優(yōu)質碳素結構鋼
主要用途：重要機件。可以通過熱處理調整零件的力學性能。出廠狀態(tài)可以是熱軋后空冷，也可以是退火、正火等狀態(tài)。按國家標準（GB/T699-1999的規(guī)定，分為優(yōu)質鋼、高級優(yōu)質鋼A和特級優(yōu)質鋼E三個質量等級。
命名：用兩位數(shù)字表示，兩位數(shù)字表示鋼中含碳量的萬分之幾。 如：45鋼 WC=0.45%
常用牌號：08F、10#、15#、20#、35#、45#、60# 等。
3、碳素工具鋼（WC=0.65%~1.35% 屬高碳鋼）
主要用途：制作各種小型工具。可進行淬火、低溫回火處理獲得高硬度高耐磨性。分為優(yōu)質級和高級優(yōu)質級兩大類。
命名：標志符號T+含碳量的1000倍。 如：T10 WC=1.0%
高級優(yōu)質級在鋼號尾部加A，如T10A
4、一般工程用鑄造碳素鋼件（鑄鋼）
主要用途：難用鍛壓等方法成型的復雜零件且力學性能要求較高；
命名：標志符號ZG+最低σS值—最低σb值 如：ZG340-640
表示方法
編號：Q+數(shù)字+質量等級符號·脫氧方法符號
例如：Q235A·F
其中Q表示屈服強度，235表示屈服強度的數(shù)值，A表示質量等級為A級，F(xiàn)表示沸騰鋼。
Q235A·F―表示屈服強度為235N/mm2；，A等級質量沸騰鋼。
化學影響
碳素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，鋼的強度和硬度升高，而塑性和沖擊韌性下降（見圖）。焊接性和冷彎性變差。所以工程結構用鋼，常限制含碳量。 碳素鋼中的殘余元素和雜質元素如錳、硅、鎳、磷、硫、氧、氮等，對碳素鋼的性能也有影響。這些影響有時互相加強，有時互相抵銷。例如：①硫、氧、氮都能增加鋼的熱脆性，而適量的錳可減少或部分抵銷其熱脆性。②殘余元素除錳、鎳外都降低鋼的沖擊韌性，增加冷脆性。③除硫和氧降低強度外，其他雜質元素均在不同程度上提高鋼的強度。④幾乎所有的雜質元素都能降低鋼的塑性和焊接性。
氫在鋼中能造成很多嚴重缺陷，如產生白點、點狀偏析、氫脆、表面鼓泡和焊縫熱影響區(qū)內的裂縫等。為保證鋼的質量，必須盡可能降低鋼中氫的含量（見應力腐蝕斷裂和氫脆）。脫氧帶入的殘余元素如鋁，可減小低碳鋼的時效傾向，還可以細化晶粒，提高鋼在低溫下的韌性，但余量不宜過多。由爐料中帶入的殘余元素如鎳、鉻、鉬、銅等，含量高時可提高鋼的淬透性，但對要求具有高塑性的專用鋼，如深沖用鋼板，則是不利的。
加工性能
碳素鋼大都采用氧氣轉爐和平爐冶煉，優(yōu)質碳素鋼也采用電弧爐生產。根據(jù)煉鋼過程脫氧程度的不同，碳素鋼可分為鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼和介于兩者之間的半鎮(zhèn)靜鋼。冶煉方法對鋼的性能影響，主要是通過鋼的純凈度而起作用的。人們通過真空處理、爐外精煉和噴吹技術等，都可獲得更高純凈度的鋼，從而顯著改善了碳素鋼的品質。
碳素鋼的塑性加工工藝通常分熱加工和冷加工。經過熱加工，鋼錠中的小氣泡、疏松等缺陷被焊合起來，使鋼的組織致密。同時，熱加工可破壞鑄態(tài)組織、細化晶粒。使鍛軋的鋼材比鑄態(tài)具有更好的力學性能。經冷加工的鋼，隨著冷塑性變形程度增大，強度和硬度增加，塑性和韌性降低。為提高成材率，廣泛應用連續(xù)鑄鋼工藝。
制造工藝
碳素鋼的冶煉通常在轉爐、平爐中進行。轉爐一般冶煉普通碳素鋼，而 平爐可以冶煉各種優(yōu)質鋼。氧氣頂吹轉爐煉鋼技術發(fā)展很快，有趨勢可代替平爐煉鋼。將煉好的鋼液注入鋼錠模，就得到各種鋼錠。鋼錠經過鍛壓或軋制后便加工成鋼板、鋼帶、鋼條和各種斷面形狀的型鋼。碳鋼一般在熱軋狀態(tài)下直接使用。當用于制造工具和各種機器零件時，則需要根據(jù)使用要求進行熱處理；至于鑄鋼件，絕大多數(shù)都要進行熱處理。
產地運輸
主要生產及輸往國家、地區(qū)
一般碳素鋼多加工成型材，如角鋼、扁鋼、工字鋼等輸往日本、香港、東南亞、中東等國家和地區(qū)。
主要進口生產國家
中國主要從日本、俄羅斯、德國、東歐等國家進口。與其他鋼類相比，碳素鋼進口數(shù)量最多。進口到貨后缺重問題較為突出。收用貨部門要加強到貨后重量的驗收。
碳素鋼的應用
含碳量在0.1%-1.2%的碳素鋼、碳素工具鋼、彈簧鋼及其各種下腳料，都可以用作冶金鋼時配碳和增碳用鋼料。選用碳素鋼返回料時應注意以下幾點。
1.鋼錠冒口、熱軋鍛切頭料等，其中磷、硫含量較高。冶煉低磷、硫合金鋼時應控制用量。
2.車屑、廢絲帶材、廢次鋼材等成分不準確，選用時應慎重，最好重熔（洗爐）后使用。
3.使用碳素鋼廢舊鋼材時應進行火花鑒定，分類使用。
1.鋼錠冒口、熱軋鍛切頭料等，其中磷、硫含量較高。冶煉低磷、硫合金鋼時應控制用量。
2.車屑、廢絲帶材、廢次鋼材等成分不準確，選用時應慎重，最好重熔（洗爐）后使用。
3.使用碳素鋼廢舊鋼材時應進行火花鑒定，分類使用。
用途
Q195 用于制造承載較小的零件、鐵絲、鐵圈、墊鐵、開口銷、拉桿、沖壓件以及焊接件等。
Q215 A 用于制造拉桿、套圈、墊圈、滲圈、滲碳零件以及焊接件等。
Q235 A A、B級用于制造金屬結構件、心部強度要求不高的滲碳件或碳氮共滲件、拉桿、連桿、吊鉤、車鉤、螺栓、螺母、套筒、軸以及接件；C、D級用于制造重要的焊接結構件。
Q255 A 用于制造轉軸、心軸、吊鉤、拉桿、搖桿、楔等強度要求不高的零件。此負焊接性尚可。
Q275 用于制造軸類、鏈輪、齒輪、吊鉤等強度要求高的零件。
規(guī)格質量
碳素鋼的品種主要有圓鋼、扁鋼、方鋼、鋼管、精密鋼管、無縫鋼管 等。經冷、熱加工后鋼材的表面不得有裂縫、結疤、夾雜、折疊和發(fā)紋等缺陷。
尺寸和允許公差必須符合相應品種國家標準的要求。
具體分類
按化學成分分類
碳素鋼按化學成分（即以含碳量）可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。
(1) 低碳鋼
又稱軟鋼，含碳量從0.10%至0.25%低碳鋼易于接受各種加工如鍛造，焊接和切削，常用于制造鏈條，鉚釘，螺栓，軸等。
(2) 中碳鋼
碳量0.25%～0.60%的碳素鋼。有鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼等多種產品。除碳外還可含有少量錳（0.70%～1.20%）。按產品質量分為普通碳素結構鋼和優(yōu)質碳素結構鋼。熱加工及切削性能良好，焊接性能較差。強度、硬度比低碳鋼高，而塑性和韌性低于低碳鋼。可不經熱處理，直接使用熱軋材、冷拉材，亦可經熱處理后使用。淬火、回火后的中碳鋼具有良好的綜合力學性能。能夠達到的最高硬度約為 HRC55(HB538），σb為600～1100MPa。所以在中等強度水平的各種用途中，中碳鋼得到最廣泛的應用，除作為建筑材料外，還大量用于制造各種機械零件。
（3）高碳鋼
常稱工具鋼，含碳量從0.60%至1.70%，可以淬硬和回火。錘，撬棍等由含碳量0.75%的鋼制造； 切削工具如鉆頭，絲攻，鉸刀等由含碳量0.90% 至1.00% 的鋼制造。
按鋼的品質分類
按鋼的品質可分為普通碳素鋼和優(yōu)質碳素鋼。
（1）普通碳素結構鋼 又稱普通碳素鋼，對含碳量、性能范圍以及磷、硫和其他殘余元素含量的限制較寬。在中國和某些國家根據(jù)交貨的保證條件又分為三類：甲類鋼（A類鋼）是保證力學性能的鋼。乙類鋼（B類鋼）是保證化學成分的鋼。特類鋼(C類鋼）是既保證力學性能又保證化學成分的鋼，常用于制造較重要的結構件。中國目前生產和使用最多的是含碳量在0.20%左右的A3鋼（甲類3號鋼），主要用于工程結構。
有的碳素結構鋼還添加微量的鋁或鈮（或其他碳化物形成元素）形成氮化物或碳化物微粒，以限制晶粒長大，使鋼強化，節(jié)約鋼材。在中國和某些國家，為適應專業(yè)用鋼的特殊要求，對普通碳素結構鋼的化學成分和性能進行調整，從而發(fā)展了一系列普通碳素結構鋼的專業(yè)用鋼（如橋梁、建筑、鋼筋、壓力容器用鋼等）。
（2）優(yōu)質碳素結構鋼 和 普通碳素結構鋼相比，硫、磷及其他非金屬夾雜物的含量較低。根據(jù)含碳量和用途的不同，這類鋼大致又分為三類：①小于0.25%C為低碳鋼，其中尤以含碳低于0.10%的08F,08Al等，由于具有很好的深沖性和焊接性而被廣泛地用作深沖件如汽車、制罐……等。20G則是制造普通鍋爐的主要材料。此外，低碳鋼也廣泛地作為滲碳鋼，用于機械制造業(yè)。②0.25～0.60%C為中碳鋼，多在調質狀態(tài)下使用，制作機械制造工業(yè)的零件。③大于0.6%C為高碳鋼，多用于制造彈簧、齒輪、軋輥等。根據(jù)含錳量的不同，又可分為普通含錳量（0.25～0.8%）和較高含錳量（0.7～1.0%和0.9～1.2%）兩鋼組。錳能改善鋼的淬透性，強化鐵素體，提高鋼的屈服強度、抗拉強度和耐磨性。通常在含錳高的鋼的牌號后附加標記“Mn”，如15Mn、20Mn以區(qū)別于正常含錳量的碳素鋼。
按用途分類
按用途則又可分為碳素結構鋼、碳素工具鋼。
碳素工具鋼 含碳量在0.65～1.35%之間，經熱處理后可得到高硬度和高耐磨性，主要用于制造各種工具、刃具、模具和量具（見工具鋼）。
碳素結構鋼按照鋼材屈服強度分為5個牌號：
Q195、Q215、Q235、Q255、Q275 （Q345是低合金鋼）
每個牌號由于質量不同分為A、B、C、D等級，最多的有四種，有的只有一；另外還有鋼材冶煉的脫氧方法區(qū)別。
脫氧方法符號：
F——沸騰鋼
b——半鎮(zhèn)靜鋼
Z——鎮(zhèn)靜鋼
TZ——特殊鎮(zhèn)靜鋼
雜質影響
Mn元素的影響
鋼中常在雜質有：Si、Mn、S、P和氧、氫、氮等氣體。
Mn是煉鋼時用錳鐵給鋼液脫氧后而殘余在鋼中的元素。
錳有較強的脫氧能力，錳大部分溶于F，使鋼強化，錳對鋼有益。
錳能降低S對鋼的危害。
一般碳素鋼中把錳控制在0.25%~0.8%范圍內。
Si元素的影響
Si主要來自原料生鐵和硅鐵脫氧劑。
Si比錳脫氧能力強，硅溶于F，提高鋼的強度和硬度，但會使塑性和韌性降低。
硅促進Fe3C分解成石墨，若鋼中出現(xiàn)石墨會使鋼的韌性嚴重下降，產生所謂的“黑脆”。
硅在碳素鋼中一般控制在0.17~0.37%范圍內
S元素的影響
S可使鋼的“熱脆”性增加。（S不溶于α-Fe，而以化合物FeS的形式存在，其熔點為1190℃，而FeS又能于Fe形成共晶體分布于晶界上，其熔點僅為985℃。）
S對鋼的焊接性能也有不良影響，容易導致焊縫熱裂。所以，S在鋼中是有害雜質，其含量一般要求不大于0.05%。但是，S能改善鋼材的切削性能。
P元素的影響
P會引起鋼的“冷脆”。（P在鋼中全部溶于α-Fe中，使鋼的強度和硬度增高，同時，塑性和韌性顯著降低。當鋼中含P量達0.3%時，鋼完全變脆，這種脆性現(xiàn)象在低溫時更為嚴重。）
P還降低鋼的焊接性能。所以，P在鋼中是有害雜質，其含量一般要求不大于0.045%。但是，P能改善鋼材的切削性能和耐腐蝕性能。
氣體的影響
氧會降低鋼的力學性能，尤其是疲勞強度。對鋼無益，越少越好。
N會以氮化物的形式析出，增加鋼的強度和硬度，但會降低鋼的塑性和韌性，使鋼變脆。
H會使鋼的脆性顯著增加，稱為“氫脆”。
H會使鋼中產生裂紋，稱為“白點”。
時效處理
低碳鋼的時效通常有淬火時效和應變時效兩種，都是由間隙元素作用引起的，主要是由于碳、氮、氧的重新分布所造成。
淬火時效 即鋼由高溫快速冷卻后性能隨時間而變化的現(xiàn)象。鋼中含碳量、脫氧程度和含氮量對淬火時效都有很大影響。低碳鋼、脫氧不充分的沸騰鋼和含氮量較高的鋼發(fā)生淬火時效最顯著。含碳約0.3%的中碳鋼，由淬火時效所引起的性能變化已大為減弱。含碳約0.6%的高碳鋼，實際上不起時效硬化作用（見金屬熱處理）。
應變時效 經冷加工變形后的性能隨時間而變化的現(xiàn)象。碳和氮對應變時效的影響，與對淬火時效的影響相似，磷也促進應變時效。低碳鋼因冷變形而消失的屈服點，隨時間的延長而逐漸恢復。應變時效比淬火時效更為復雜。如鋼材經淬火后再進行冷加工，無論在室溫或稍高溫度下，均將加速其應變時效。
碳素鋼的時效常給工業(yè)生產帶來很大危害，例如沸騰鋼焊接后，由于時效使焊接接頭熱影響區(qū)出現(xiàn)細小裂紋，嚴重影響焊接結構的安全性。但由于近代冶金技術的發(fā)展，和在工業(yè)生產中的應用，尤其是氧氣轉爐煉鋼能獲得更低的氮、氧含量，因此時效問題有所減輕。
缺陷
碳素鋼在冶煉和軋制（鍛造）加工過程中，由于設備、工藝和操作等原因造成鋼的欠缺。主要包括結疤、裂紋、縮孔殘余、分層、白點、偏析、非金屬夾雜、疏松和帶狀組織等。
結疤
鋼材表面未與基體焊合的金屬或非金屬疤塊。有的部分與基體相連，呈舌狀；有的與基體不連接，呈鱗片狀。后者有時在加工時脫落，形成凹坑。煉鋼（澆鑄）造成的結疤，疤下一般有肉眼可見的非金屬夾雜。軋鋼造成的結疤一般稱“軋疤”，疤下一般僅有氧化鐵皮。
煉鋼（澆鑄）造成結疤的主要原因有：
(1）上鑄錠未采取防濺措施或下鑄錠開鑄過猛造成飛濺結疤。
(2）下鑄錠保護渣性能不佳或模子不清潔、不干燥，造成鋼錠（連鑄坯）表面或皮下夾雜、氣泡和重皮。
(3）模壁嚴重缺陷或鑄溫過高造成凸疤和粘模，經軋制或鍛壓加工演變?yōu)榻Y疤。
軋鋼方面造成結疤的原因有：
(1）成品前某道（架）軋輥或導衛(wèi)裝置缺陷或操作不當造成軋件凸包、耳子、劃疤，經再軋形成結疤。
(2）鋼坯火焰清理清痕過陡或殘渣未除凈，外物落在鋼坯上被軋成結疤。
結疤缺陷直接影響鋼材外觀質量和力學性能。在成品鋼材上不允許結疤存在。對結疤部位可進行磨修，磨修后鋼材尺寸應符合標準規(guī)定。為了減少和消除結疤，一是煉鋼、軋鋼要改進有關工藝和操作，二是對鋼坯表面缺陷部位進行重點清理或全面扒皮清理。
裂紋
按裂紋形狀和形成原因有多種名稱，如拉裂、橫裂、裂縫、裂紋、發(fā)紋、炸裂（響裂）、脆裂（矯裂）、軋裂和剪裂等。從煉鋼、軋鋼到鋼材深加工幾乎每道工序都有造成裂紋的因素。
(1）煉鋼方面
鋼中硫、磷含量高，鋼的強度、塑性低；鑄錠澆鑄（模鑄、連鑄）溫度過高，澆鑄速度過快，鑄流不正；鋼錠模、結晶器設計不合理；冷卻強度不足或冷卻不均，造成激冷層薄或局部應力過大；鋼錠模有嚴重缺陷或保溫帽安裝不良造成鋼錠凝固過程懸掛；保護渣性能不佳，模子潮和各種澆鑄操作不良都能造成鋼錠表面質量不佳，在鋼材上形成裂紋。
(2）軋鋼（鍛造）方面
鋼錠、鋼坯加熱溫度不均或過燒造成裂紋；高碳鋼加熱或冷卻過快，火焰清理或火焰切割鋼材溫度過低造成炸裂；鋼材矯直應力過大，矯直次數(shù)過多而又未進行適當熱處理時易產生矯裂；冷拔管、線鋼料熱處理不良或過酸洗造成裂紋；鋼件在藍脆區(qū)剪切易剪裂；焊接工藝不當造成焊縫或熱影響區(qū)裂紋。
裂紋直接影響鋼材的力學性能和耐腐蝕性能，成品鋼材不允許裂紋存在。對于裂紋可以進行磨修，磨修后鋼材尺寸應符合標準規(guī)定。為了防止或減少鋼材裂紋，一是要改進煉鋼、軋鋼和鋼材深加工及有關工序工藝操作；二是對鋼坯缺陷部位要進行重點清理，對重要用途鋼坯可以進行扒皮處理。
縮孔殘余
鋼水凝固過程中，由于體積收縮，在鋼錠或連鑄坯心部未能得到充分填充而形成的管狀或分散孔洞。在熱加工前，因為切頭量過小或縮孔較深，造成切除不盡，其殘留部分稱為縮孔殘余。
縮孔殘余分布在鋼錠上部中心處，并與鋼錠頂部貫通的叫一次縮孔。由于設計的鋼錠模細長或上小下大，在澆鑄凝固過程中，鋼錠截口以下錠中心仍有未凝固的鋼水，凝固后期不能充分填充，形成的孔洞叫二次縮孔。一次縮孔和二次縮孔有本質差別，前者只出現(xiàn)在鋼錠頭部，后者在鋼錠上、中、下部位都有可能出現(xiàn)。一次縮孔酸洗試片中心區(qū)域呈不規(guī)則的折皺裂縫或空洞。在其上或附近常伴有嚴重的夾渣、成分偏析和疏松。二次縮孔孔洞中或附近沒有夾渣，但有偏析生成碳物。一次縮孔殘余和空氣貫通的二次縮孔在軋制（鍛造）過程中不能焊合，與空氣隔絕的二次縮孔和連鑄坯縮孔在軋制時一般能夠焊合，不影響鋼材使用性能。
縮孔殘余嚴重地破壞鋼材的連續(xù)性，是鋼材不允許存在的缺陷，軋制（鍛造）時必然在鋼坯上產生裂紋。為了防止縮孔的產生，要求正確設計鋼錠模和保溫帽尺寸，并采用性能優(yōu)良的保護渣、保溫劑（發(fā)熱劑）和絕熱板，把縮孔控制在鋼錠頭部，以保證在開坯時切掉。控制澆鑄速度不要太快，溫度不要過高可以防止縮孔產生。
分層
鋼材基體上出現(xiàn)的互不結合的兩層結構。分層一般都平行于壓力加工表面，在縱、橫向斷面低倍試片上均有黑線。分層嚴重時有裂縫發(fā)生，在裂縫中往往有氧化鐵、非金屬夾雜和嚴重的偏析物質。
鎮(zhèn)靜鋼鋼錠的縮孔和沸騰鋼錠的氣囊及尾孔經軋制（鍛造）不能焊合產生分層。鋼中大型夾雜和嚴重成分偏析也能產生分層。分層是鋼材中不允許存在的缺陷，嚴重影響鋼材的使用。
防止分層缺陷的措施有：
(1）煉鋼方面，要凈化鋼質，減少偏析、縮孔、氣囊和大型非金屬夾雜，防止連鑄坯產生中間裂紋。
(2）軋鋼方面，在鋼錠加熱時要嚴防內裂，初軋坯要切凈縮孔和尾孔。
白點
在鋼材縱、橫斷面酸浸試片上，出現(xiàn)的不同長度無規(guī)則的發(fā)紋。它在橫向低倍試片上呈放射狀、同心圓或不規(guī)則分布，多距鋼件中心或與表面有一定距離。型鋼在橫向或縱向斷口上，呈圓形或橢圓形白亮點。直徑一般為3～10mm。
板鋼在縱向、橫向斷口上白點特征不明顯，而在z向斷口上呈現(xiàn)長條狀或橢圓狀白色斑點。采用斷口檢查白點時，最好把試樣先進行淬火和調質處理。
鋼坯上出現(xiàn)白點，經壓力加工后可變形或延伸，壓下率較大時也能焊合。
白點缺陷對鋼材力學性能（韌性和塑性）影響很大，當白點平面垂直方向受應力作用時，會導致鋼件突然斷裂。因此，鋼材不允許白點存在。
白點產生的原因，一般認為是鋼中氫含量偏高和組織應力共同作用的結果。奧氏體中溶解的氫，在冷卻相變過程中，其溶解度顯著降低，所析出的氫原子聚集在鋼材微孔中或晶間偏析區(qū)或夾雜物周圍，結合成氫分子，產生巨大局部壓力，當這種壓力與相變組織應力相結合超過鋼的強度時，則產生裂紋，形成白點。
白點多在高碳鋼，馬氏體鋼和貝氏體鋼中出現(xiàn)。奧氏體鋼和低碳鐵素體鋼一般不出現(xiàn)白點。
消除白點的措施主要是改進冶煉操作，采用真空處理，降低鋼水氫含量和采用鋼坯（鋼材）緩冷工藝。
偏析
鋼材成分的嚴重不均勻。這種現(xiàn)象不僅包括常見的元素（如碳、錳、硅、硫、磷）分布的不均勻性，還包括氣體和非金屬夾雜分布的不均勻性。
偏析產生的原因是鋼水在凝固過程中，由于選分結晶造成的。首先結晶出來的晶核純度較高，雜質遺留在后結晶的鋼水中。因此，結晶前沿的鋼水為碳、硫、磷等雜質富集。隨著溫度降低，雜質凝固在樹枝晶間，或形成不同程度的偏析帶。此外，隨著溫度降低，氣體在鋼水中溶解度下降，在結晶前沿析出并形成氣泡上浮，富集雜質的鋼水沿上山軌跡形成條狀偏析帶。由于偏析在鋼錠上出現(xiàn)部位不同和在低倍試片上表現(xiàn)出形式各異，偏析可分為方形偏析、“V”、“^”形偏析、點狀偏析、中心偏析和晶間偏析等。
另外，脫氧合金化工藝操作不當，可以造成嚴重的成分不均。保護渣卷入到鋼水中造成局部增碳。這些因素使鋼材產生偏析的程度往往超過由于選分結晶造成的偏析。
偏析影響鋼材的力學性能和耐蝕性能。嚴重偏析可能造成鋼材脆斷，冷加工時還會損壞機械，故超過允許級別的偏析是不允許存在的。
偏析程度往往與錠型、鋼種、冶煉操作和澆鑄條件有關。合金元素、雜質和氣體的偏析，隨澆鑄溫度升高和澆鑄速度加快，偏析程度愈嚴重。連鑄鋼采用電磁攪拌可以減輕偏析程度。另外，增加鋼水潔凈度是減輕偏析的重要措施。
非金屬夾雜
鋼中含有與基體金屬成分不同的非金屬物質。它破壞了金屬基體的連續(xù)性和各向同性性能。
按非金屬夾雜的來源可分為內生夾雜、外來夾雜及兩者混合物。
（1）內生夾雜是由脫氧和結晶時進行的各種物理化學反應形成的，主要是鋼中氧、硫、氮同其他成分間的反應產物，如Al2O3等。內生夾雜的特點是顆粒小，在鋼內分布均勻，它與脫氧方法和化學成分有密切關系。
(2) 外來夾雜是指鋼中混入耐火材料、爐渣、鋼包渣和模內保護渣等外來物質。外來夾雜的特點是尺寸大，成分結構復雜，分布不規(guī)則，具有很大的偶然性。空氣對鋼水的二次氧化會形成外來夾雜。在煉鋼過程中，外來夾雜與內生夾雜往往會形成兩者的混合物，具有兩者的共同特點，使檢驗者難以分辨其來源。非金屬夾雜按顆粒大小可分為亞顯微、顯微和大顆粒夾雜三種，其顆粒尺寸分別為<1μm、1～100μm和>100μm。大顆粒夾雜往往出現(xiàn)在鋼錠沉淀晶區(qū)和皮下位置。連鑄鋼上弧區(qū)有時也發(fā)現(xiàn)大顆粒夾雜。
按非金屬夾雜本身性質，可以分為塑性夾雜和脆性夾雜兩種。
(1）塑性夾雜在熱加工過程中，隨金屬一起發(fā)生變形，如MnS；而脆性夾雜，隨熱加工金屬的變彤發(fā)生破碎，如Al2O3。當非金屬夾雜熔點特別高時，在鋼中一生成就以固態(tài)形式存在，這類非金屬夾雜物在熱加工時既不變形，也不破碎，保持其原來形狀，如TiN。對于熔點很低的夾雜，從最后結晶母液中排除，此時多沿初生奧氏體晶界呈網(wǎng)狀薄膜析出，如FeS。
鋼中非金屬夾雜對鋼材的強度、伸長率、韌性和疲勞強度有不同程度的影響。按使用要求，根據(jù)中國國家非金屬夾雜標準評定鋼材夾雜級別。鋼材中不允許存在嚴重危害鋼材性能的大顆粒夾雜。
保證出鋼和澆鑄系統(tǒng)清潔，采用吹氬、渣洗、噴粉、真空處理等爐外精煉措施及保護澆鑄措施，可以減少鋼中非金屬夾雜。
疏松
鋼材截面熱酸蝕試片上組織不致密的現(xiàn)象。在鋼材橫斷面熱酸蝕試片上，存在許多孔隙和小黑點子，呈現(xiàn)組織不致密現(xiàn)象，當這些孔隙和小黑點子分布在整個試片上時叫一股疏松，集中分布在中心的叫做中心疏松。在縱向熱酸蝕試片上，疏松表現(xiàn)為不同長度的條紋，但仔細觀察或用8～10倍放大鏡觀察，條紋沒有深度。用掃描電子顯微鏡觀察孔隙或條紋，可以發(fā)現(xiàn)樹枝晶末梢有金屬結晶的自由表面特征。
疏松的成因與鋼水冷凝收縮和選分結晶有關。鋼水在結晶時，先結晶的樹枝晶晶軸比較純凈，而枝晶問富集偏析元素、氣體、非金屬夾雜和少量未凝固的鋼水，最后凝固時，不能夠全部充滿枝晶間，因而形成一些細小微孔。
鋼材在熱加工過程中，疏松可大大改善，但當鋼錠疏松嚴重時，壓縮比不足或孔型設計不當時，熱加工后疏松還會存在。嚴重的疏松視為鋼材缺陷，當疏松嚴重時，鋼材的力學性能會受到一定影響。但根據(jù)鋼材使用要求，可以按標準圖片評定鋼材疏松級別。
采用提高鋼水純凈度、加快冷卻速度、連鑄用電磁攪拌和減少枝晶等措施，可以減少疏松。
帶狀組織
熱加工后的低碳結構鋼，其顯微組織鐵素體和珠光體沿軋向平行排列，呈帶狀分布，形成鋼材帶狀組織。
帶狀組織形成的機制一般有3種：
(1）通常，在低碳鋼中，當樹枝晶間富集磷、硫等雜質，鋼材經熱加工后，非金屬夾雜被拉長。如硫化物，而奧氏體在冷卻過程中先共析鐵素體沿硫化物夾雜形核和長大，形成鐵素體條帶。同時，鐵素體形成時向鐵素體條帶兩側排碳，也形成了珠光體條帶。
(2）當?shù)吞间撝泻i較高時，先凝固的樹枝晶晶干成分較純，形成鐵素體條帶。而枝晶間含錳、碳、硫、磷等雜質，而且鐵素體條帶也向枝晶間排碳，形成珠光體條帶。
(3）當熱加工終軋溫度較低時，在雙相區(qū)軋制也能形成帶狀組織。
帶狀組織實質上是鋼材組織不均勻的一種表現(xiàn)，影響鋼材性能，產生備向異性。帶狀組織降低鋼材塑性、沖擊韌性和斷面收縮率，特別是對橫向力學性能影響較大。
根據(jù)鋼材的使用要求，可以按中國國家?guī)罱M織評級標準圖片來評定鋼材帶狀組織的級別。
降低鋼中夾雜和樹枝晶成分偏析是減輕鋼中帶狀組織的主要措施。
碳素鋼淬火時通常采用水冷，但對小尺寸的中碳鋼，尤其是直徑為8―12mm的45號鋼淬火時容易產生裂紋，這是一個較為復雜的問題。采取的措施是淬火時試樣在水中快速攪動，或者采用油冷，可避免出現(xiàn)裂紋。包裝，裸裝，國產鋼按鋼號在端部進行涂色，詳見GB/T699標準規(guī)定。
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