碳鋼究竟是怎樣的材料？本文將介紹一下碳鋼的特點(diǎn)、代表性的碳鋼SS400、S45C以及S50C。

說(shuō)到金屬材料，首先要了解鋼。在此將介紹一下碳鋼的定義、種類(lèi)、碳鋼的特點(diǎn)。

碳鋼的特點(diǎn)

碳鋼是鋼（鋼鐵）的一種，不是合金鋼（特種鋼）。

在介紹碳鋼的特點(diǎn)之前，首先讓我們整理一下鋼的定義。
鋼是以鐵為基礎的一種合金。鐵在純鐵狀態(tài)下脆且易生銹，無(wú)法作為工業(yè)產(chǎn)品使用。因此，通常在鐵中添加碳“C”以及錳、磷等，以合金的狀態(tài)加以使用?！颁摗笔侵钙渲泻剂考s為0.02%～2.14%的物質(zhì)。
碳量多于2.1%的稱(chēng)為“鑄鐵”，碳含量在約2.1%～6.67%的作為鑄鐵處理。碳量增加至該程度以上時(shí)，會(huì )再次變脆，工業(yè)用途上不會(huì )使用。
JIS中將碳量小于0.02%的鐵記為“純鐵”，將碳量為0.02%～2.14%的記為“鋼鐵”，將碳量在此以上的鑄鐵記為“鐵”。要注意“鐵”與“鑄鐵”的定義。
鐵中含有的碳量與通用名、JIS的名稱(chēng)如下所示。

名稱(chēng)

鐵

鋼鐵

鑄鐵

碳含量

小于0.02%

0.02%～2.14%

2.1%～6.67%

JIS名稱(chēng)

純鐵

鋼鐵

鐵

鐵中含有的碳的量較多時(shí)，鐵會(huì )變硬，并且會(huì )變得更脆。即使受到力也不易變形，而在受到?jīng)_擊力或者受到超過(guò)允許范圍的力時(shí)，容易破壞粉碎。因此，機械和結構物的材料，要求兼具硬度和強度兩者。
鋼含有令鐵兼具硬度和強度兩者的恰到好處量的碳。

而且在鋼中添加錳、鉻、鈦等使之具有各種特點(diǎn)的材料叫做合金鋼、特種鋼。
現在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出不易生銹性質(zhì)的鋼、耐熱性強的鋼等根據目的而具有各種特點(diǎn)的特種鋼。

鋼鐵中不屬于合金鋼、特種鋼的材料叫做碳鋼。即碳鋼是沒(méi)有特殊添加物、未實(shí)施加工的原始狀態(tài)的鋼鐵。碳鋼中的鐵“Fe”和碳“C”以外的元素的量被規定為既定值以下，例如鉻為0.3%以下，鈦為0.05%以下。

碳鋼有各種種類(lèi)，按照所含的碳的量、使用目的、強度等分為以下幾類(lèi)。

碳含量

～0.1%

0.1%～0.25%

0.25%～0.3%

0.3%～0.6%

0.6%～2.14%

分類(lèi)

低碳鋼

中碳鋼

高碳鋼

JIS名稱(chēng)

SPC材料
冷軋鋼板

SS材料
一般結構用軋制鋼材

?

SK材料
碳素工具鋼鋼材

SC材料
機械結構用碳鋼鋼材

碳鋼按照含碳量分為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼。
碳含量為0.02%～0.25%的叫做低碳鋼，0.25%～0.6%的叫做中碳鋼，0.6%～2.14%的叫做高碳鋼。
鋼含碳越多越硬，因此低碳鋼用作通過(guò)在低溫下使材料變形的冷軋制作的鋼板，高碳鋼用于要求硬度的工具等成都網(wǎng)站建設公司。

SS400是具有怎樣性質(zhì)的材料呢？在此將介紹一下SS400的特點(diǎn)和用途。

特點(diǎn)

SS400是被稱(chēng)為一般結構用軋制鋼材的SS材料（Structural Steel）的一種。
SS材料顧名思義，是作為一般的結構物的材料通過(guò)軋制制造的鋼，SS材料的名稱(chēng)用符號“SS”后續加3位數字表示。以前曾標記為SS41。3位數字表示材料的拉伸強度，如果是SS400，則表示拉伸強度為400N/mm2以上的結構用鋼。SS材料除了SS400以外，還有SS300、SS490以及SS540等種類(lèi)，但其中使用最廣泛的是SS400。
SS400的特點(diǎn)是與其他金屬材料相比價(jià)格低廉且容易得到。
還具有容易進(jìn)行焊接、切削等加工的特點(diǎn)。以板材狀態(tài)流通的情況也較多，還能進(jìn)行鈑金加工、激光切割等。但是不能進(jìn)行淬火。此外，因為容易生銹，所以需要實(shí)施電鍍、染黑等防銹處理。

用途

SS400除了用作橋梁、船舶等的結構材料外，還被廣泛地用于大型機械、車(chē)輛等機械領(lǐng)域到建筑領(lǐng)域。在思考想用鐵、鋼制作什么時(shí)，可以說(shuō)SS400是設計人員最先浮現在腦海中的材料。SS400就是如此廣泛和普遍使用的材料成都網(wǎng)站制作。

使用最廣泛的鋼材SS400具有怎樣的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)呢？

優(yōu)點(diǎn)

價(jià)格低廉且容易入手容易焊接還適合鈑金、切削等加工通用性極高

因為是廣泛流通的通用材料，因此與其他金屬材料相比，價(jià)格低廉，容易入手。與不銹鋼等相比，材質(zhì)柔軟，因此也容易進(jìn)行切削、鈑金加工等加工，能夠用于各種用途。由于碳量較低且不易受到熱的影響，因此也適合于焊接。但是在想焊接板厚為25mm以上等較厚的材料時(shí)，最好使用SM材料等焊接用材料而非SS400。

缺點(diǎn)

不能淬火在鐵鋼材料中質(zhì)地也是較軟的因為容易生銹，所以需要采取電鍍、涂裝等防腐措施

SS400是非常普通的材料，因此作為鐵鋼材料不是特別堅固的材料。需要更加堅固的材料等時(shí)，還需要研究選擇其他材料。而且由于其碳量低且不能淬火，因此無(wú)法進(jìn)行僅表面獲得硬度的加工。而且容易生銹，需要電鍍、涂裝、氧化膜（黑皮）的保護成都網(wǎng)站建設公司。

SS400容易生銹，因此多會(huì )實(shí)施鍍鎳、鍍鉻等表面處理。橋梁等我們生活中看到的SS材料絕大多數都是對電鍍處理后的材料進(jìn)一步實(shí)施了涂裝。在不接觸水的地方等不要求太高耐腐蝕性的情況下，也有時(shí)會(huì )使用實(shí)施了黑皮（氧化膜）處理的材料。在建筑工程出入口、地面上鋪設的發(fā)黑的鋼板就是經(jīng)過(guò)黑皮處理的SS400。

SS400常用的表面處理的一覽表

四氧化三鐵膜（染黑）：使用藥劑使鐵的表面氧化，從而被四氧化三鐵（Fe3O4）的膜覆蓋。防止腐蝕。無(wú)電解鍍鎳：利用化學(xué)的還原作用實(shí)施鎳磷鍍。與熱處理一起實(shí)施，由此提高表面的硬度，提高耐磨性。硬質(zhì)鍍鉻：是比裝飾鍍鉻厚的鍍鉻。耐磨性、滑動(dòng)性提高。三價(jià)鉻酸鹽：是為了提高電鍍的質(zhì)量而作為電鍍后處理實(shí)施的處理。主要用于電鍍。

S45C也是作為機械材料被大量使用的材料。在此介紹一下S45C的性質(zhì)。

特點(diǎn)

S45C是被稱(chēng)為機械結構用碳鋼鋼材的SC材料（Steel Carbon）的一種。
SC材料用符號“SC”加后續的2位數字標記種類(lèi)。數字部分表示材料的碳含量，如果是S45C，則表示含有0.45%的碳。以前曾標記為S450C，因此在舊圖紙等中，可能會(huì )看到S450C的寫(xiě)法。
S45C與SS400并列都是非常常用的材料。而且是已知的SC材料中最流行的材料。因此價(jià)格比較低廉，容易得到，被用于各種場(chǎng)所。
能夠通過(guò)淬火等熱處理控制耐磨性、硬度等，因此尤其多用于齒輪那樣的要求耐久性的機械部件。另一方面，容易生銹，因此需要實(shí)施涂敷油、涂裝等防銹處理。

用途

S45C多用于機械部件，尤其是機械內側的部件。
例如汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機周邊部件、齒輪，此外還用于帶輪、托架那樣的標準機械部件。在想用鐵系材料制作什么時(shí)和不要求太高強度時(shí)，選擇SS400，在需要強度、耐久性時(shí)，S45C可以說(shuō)是最先推薦的備選材料。S45C就是如此普通的機械部件材料成都網(wǎng)站制作。

S45C具有怎樣的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)呢？下面依次介紹一下。

優(yōu)點(diǎn)

通過(guò)熱處理賦予強度切削加工在熱處理之前容易完成通用性高

是廣泛流通的通用材料，因此與其他金屬材料相比，價(jià)格便宜，容易入手。如果是淬火前，容易進(jìn)行切削加工，因此在制作齒輪等時(shí)，一般會(huì )在切削加工后實(shí)施熱處理。另一方面，關(guān)于磨削加工，通常是在切削加工后實(shí)施熱處理，之后為了調整尺寸等而進(jìn)行磨削。

缺點(diǎn)

不適合焊接不大被用作鈑金因為容易生銹而需要實(shí)施表面處理等

S45C是適合熱處理的材料。也就是說(shuō)會(huì )因熱而改變性質(zhì)，因此反而不適合于使用熱的焊接成都網(wǎng)站建設公司。

表面處理的選擇方法與SS400相同。
S45C是碳鋼，因此除了淬火、回火外，還多使用正火、退火等一般的熱處理。另一方面，其淬火性不像合金鋼那么高，因此無(wú)法淬火得太深。在像齒輪等那樣要求較強的表面耐久性的情況下，多會(huì )實(shí)施高頻淬火成都網(wǎng)站制作。

容易與S45C并列比較的材料有S50C。S50C是怎樣的材料呢？

特點(diǎn)

S50C是與S45C相同的機械結構用碳鋼鋼材，是SC材料的一種。
S50C含有0.50%的碳。如前所述，鐵具有所含碳量越多硬度越高的性質(zhì)。因此，S50C比S45C硬，但相應地也較脆。而且材料的成本比SS400、S45C高。
S50C也與S45C相同，是多用于機械部件等的材料。但是S50C在SC材料中也被劃分為碳量較多的材料。不僅是硬度、拉伸強度，耐磨性等也比S45C高，因此被用于要求更高強度的部件等。
S50C也能夠進(jìn)行熱處理。耐腐蝕性差，需要防銹處理。
碳量比S50C多的SC材料例如有S55C。S55C比S50C更硬，是耐磨性等優(yōu)異的材料。與S50C的區分使用除了依據材料的強度外，還要考慮流通的材料形狀等。
S50C的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)、常用的表面處理都與S45C、S55C相同。

用途

S50C多用于機械部件中需要較大強度的部件。
例如用于軸、螺栓螺母那樣的容易受到較大的力的部件、模具那樣要求耐久性的裝置成都網(wǎng)站建設公司。

下面對前面介紹的SS400、S45C以及S50C的規格做以總結。在進(jìn)行設計等時(shí)，建議關(guān)注這些數值進(jìn)行計算。

機械性質(zhì)

SS400、S45C以及S50C的機械性質(zhì)由JIS如下表所示做出了規定。

※記載的數值為代表值，而非保證值。

種類(lèi)

材質(zhì)符號

熱處理（℃）

機械性質(zhì)的代表值

拉伸強度
（N/mm2）

耐力
（N/mm2）

伸長(cháng)率

硬度

構造用鋼

SS400

?

400～510

215以上

21%以上

?

碳鋼

S45C

正火

810～860
空冷

570以上

345以上

20以上

167~229HBW

退火

約800
爐冷

?

?

?

137~170HBW

淬火

810～860
水冷

690以上

490以上

17以上

201~269HBW

回火

550～650
快速冷卻

S50C

正火

810～860
空冷

610以上

365以上

18%以上

179～235HBW

退火

約800
爐冷

?

?

?

143～187HBW

淬火

810～860
水冷

740以上

540以上

15%以上

212～277HBW

回火

550～650
快速冷卻

物理性質(zhì)

SS400、S45C以及S50C的物理性質(zhì)由JIS如下表所示做出了規定。S45C和S50C的物理性質(zhì)差別不大。

※記載的數值為代表值，而非保證值。

SS400的物理性質(zhì)

物理的性質(zhì)

縱彈性系數（楊氏模量）[GPa]

橫彈性系數[GPa]

泊松比（常溫）

密度[g/cm3]

比重

熔點(diǎn)[℃]

導熱系數[W/（m?K）]

熱膨脹系數[10-6/K]

固有電阻[10-8Ω?m]

比熱[J/（kg?K）]

物性值

205～206

79～82

0.27～0.29

7.84～7.86

7.84～7.86

1660～1770

44～60

10.7～11.6

13.3～19.7

0.474～0.494

S50C的物理性質(zhì)

熔點(diǎn)

密度
（g/cm3）

楊氏模量
（縱彈性系數）

剛性模量
（橫彈性系數）

泊松比

線(xiàn)膨脹系數
（ppm/K）

定壓比熱
（J/kg?K）

導熱系數
（W/m?K）

GPa

GPa

約1,660?1,680℃

7.84

205

82

0.25

11.7

489?494

44

種類(lèi)

材料符號

形狀

單位

標準尺寸

一般結構用
軋制鋼材

SS400

扁鋼

t

6,9,12,13,14,16,19,22,25,28,30,32,35,38,40,
45,50,55,60,65,70,75,80,85,90,95,100,105

方鋼

□

9,13,16,19,22,25,32,38,44,50,65,75,90,100

冷軋條鋼
（冷拔）

SS400D

扁鋼

t

2, 3, 4, 4.5, 5, 5.5, 6,7,8,9,10,11,12,13,14,
15,16,17,18,19,20,21,22,24,25,28,30,32,34,
35,36,38,40,42,44,45,50,55,60,65,70,75,80,
85,90,100,110,120,130

六角鋼

對邊H

3,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,17,19,21,22,23,
24,26,27,29,30,32,35,36,38,41,46,50,54,
55,58,60,63,65,67,70,71,75,77,80,85,90,95,
100,115

圓棒

D

2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,
19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,
33,34,35,36,37,38,40,42,43,44,45,46,48,50,
55,60,65,70,75,80,85,90,95,100,105,110,
115,120,130,140,150,160,170,180,190,200

機械結構用
碳鋼鋼材

S45C-D
（冷軋鋼）

圓棒

D

2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 6,7,8,9, 9.5, 10,11,
12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,
25,26,27,28,29,30,32,33,34,35,36,38,40,
42,44,45,46,48,50,55,60,65,70,75,80,85,
90,95,100,105,110,115,120,125,130

S45C

扁鋼

t

3, 4.5, 5,6,8,9,10,12,16,19,22,25,30,32,38,50

S50C

扁鋼

t

6, 9.5, 12.7, 13,16,19,22,25,27,32,38,
45,50,55,65,75,85,95,105,115,125,135,
145,155,（165）,（175）,（185）,（205）

方鋼

□

12.7, 13,16,19,25,28,32,38,44,50,55,
65,75,90,100,110,120,130,155

但是該標準尺寸由JIS規定，并不代表實(shí)際流通狀況。而且流通狀況也會(huì )因時(shí)事情況而改變。因此請使用材料制造商的手冊等確認材料的形狀和尺寸成都網(wǎng)站制作。

SS400、S45C是作為機械、結構用材料使用最多的材料，S50C是繼它們之后使用較多的材料。甚至可以說(shuō)“在想用金屬制作部件、機械時(shí)，首先作為備選的就是SS400和S45C”。請學(xué)習材料的基本性質(zhì)，靈活用于設計吧。