碳钢是什么？本文带你了解碳钢的特点、种类及定义

碳钢是一种什么样的材质呢？本文将介绍碳钢的特性，以及具有代表性的碳钢SS400、S45C、S50C。

加工简单，容易获得。常用的碳素钢有哪些？

说到金属材料，首先要了解钢铁。这里给大家介绍一下碳钢的定义、种类、特性。

碳钢的特性

碳钢是钢（铁）的一种，不是合金钢（特殊钢）。

在介绍碳钢的特性之前，我们先来理一下钢的定义。

钢是以铁为基础的合金。纯铁脆且易生锈，不能用作工业产品。因此，通常在铁中添加碳“C”和锰、磷等，以合金状态使用。“钢”是指碳含量约为0.02%至2.14%的物质。

含碳量超过2.1%就称为“铸铁”，含碳量约在2.1%至6.67%之间才视为铸铁，当含碳量超过此范围后，又会变脆，无法用于工业用途。

在JIS中，含碳量低于0.02%的铁称为“纯铁”，含碳量为0.02%至2.14%的铁称为“钢”，含碳量高于此的铸铁称为“铁”。请注意“铁”和“铸铁”的定义。

铁中的碳含量及其常用名称和JIS名称如下所示。

铁中含碳量高时，铁变硬变脆，即使受力也不易变形，但受到冲击力或超过容许范围的力时，容易断裂、碎裂，因此要求机械、结构材料既有硬度又有强度。

钢中含有适量的碳，使铁具有硬度和强度。

另外，在钢中添加锰、铬、钛等，使其具有各种特性的材料被称为合金钢和特殊钢。

根据用途，开发出了具有各种特性的特殊钢，例如不易生锈的钢和耐热性强的钢。

碳钢是指非合金钢或特殊钢的钢。碳钢是未经任何特殊添加剂或加工的原始状态的钢。碳钢中除铁“Fe”和碳“C”以外的元素含量被规定为低于一定值，例如铬为 0.3% 或以下，钛为 0.05% 或以下。

碳钢的种类很多，根据含碳量、用途、强度等分为以下几类。

碳钢按碳含量不同分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。

含碳量为0.02%～0.25%的钢称为低碳钢，含碳量为0.25%～0.6%的钢称为中碳钢，含碳量为0.6%～2.14%的钢称为高碳钢。

钢中碳含量越多则越硬，所以作为材料在低温下变形的冷轧所生产的钢板使用低碳钢，而对于需要硬度的工具等则使用高碳钢。

最广泛使用的钢材。什么是 SS400？

SS400是一种什么样的材质呢？这里就来介绍一下SS400的特性和用途。

特征

SS400 是一种 SS 材料（结构钢），被称为一般结构轧制钢。

顾名思义，SS材料是经过轧制制成的钢材，是一种一般结构材料。SS材料的名称以符号“SS”后面跟着3位数字来表示。以前标记为SS41。3位数字代表材料的抗拉强度。如果是SS400，则表示结构钢的抗拉强度为400N/mm2或以上。除了SS400外，还有SS300、SS490和SS540，但SS400应用最广泛。

SS400的特点是与其他金属材料相比价格低廉且容易获得。

也容易进行焊接、切割等加工，常以板材形式流通，也可采用钣金加工、激光切割等方式加工，但无法淬火，另外易生锈，需采用电镀、染黑等方式防锈。

使用

SS400除了作为桥梁、船舶的结构材料使用外，还被广泛用于大型机械、车辆等机械领域以及建筑领域。当思考用钢铁做什么时，可以说SS400是设计师首先想到的材料。SS400是一种应用如此广泛和常用的材料。

SS400 的优点和缺点

最广泛使用的钢材SS400有哪些优点和缺点？

优势

由于它是一种分布广泛的通用材料，因此比其他金属材料更便宜、更容易获得。与不锈钢相比，它更柔软，因此更容易切割和加工金属板，可用于各种用途。它也适合焊接，因为它的碳含量低，不易受热影响。但是，当您想要焊接厚度为 25 毫米或更大的板材等较厚的材料时，最好使用 SM 材料等焊接材料，而不是 SS400。

缺点

SS400 是一种非常常见的材料，因此作为钢铁材料它并不是一种特别坚固的材料。如果需要更坚固的材料，则必须研究和选择其他材料。此外，由于它的含碳量低，不能淬火，因此无法对其进行加工以获得仅在表面的硬度。它也容易生锈，需要通过电镀、涂装和氧化膜（黑皮）进行保护。

SS400的常见表面处理

SS400容易生锈，所以经常会进行镀镍或镀铬处理。我们日常生活中见到的SS材料，例如桥梁等，大多都是经过电镀处理后再涂漆的材料。在不接触水、对耐腐蚀性要求不高的地方，有时也会使用经过黑皮（氧化膜）处理的材料。建筑工程出入口、地面铺设的发黑钢板，就是经过黑皮处理的SS400。

SS400常用表面处理列表

S45C 是与 SS400 一起常用的材料

S45C也是作为机械材料被广泛使用的材料。这里我们就来介绍一下S45C的特性。

特征

S45C 是一种 SC 材料（碳钢），被称为机械结构用碳钢。

SC 材料标有符号“SC”，后面跟着 2 位数字。数字表示材料的碳含量，因此，如果是 S45C，则表示碳含量为 0.45%。它以前被标记为 S450C，因此您可能会在旧图纸等中看到 S450C。

S45C 是与 SS400 并列的非常常用的材料，也是已知的 SC 材料中最受欢迎的材料，因此相对便宜且容易获得，在各种地方都有使用。

耐磨性和硬度可通过淬火等热处理控制，因此常用于齿轮等需要耐久性的机械部件。另一方面，它容易生锈，因此需要涂油或涂漆进行防锈。

使用

S45C主要用于机械零件，特别是机器内部的零件。

例如汽车发动机周边零件、齿轮，还有滑轮、支架等标准机械零件。当想用铁材料制作东西，又不需要太高的强度时，就选择SS400。当需要强度和耐久性时，S45C可以说是首选的替代材料。S45C就是这样一种常见的机械部件材料。

S45C 的优点和缺点

S45C有哪些优点和缺点呢？下面我们来一一介绍一下。

优势

由于是广泛分布的通用材料，因此比其他金属材料便宜且容易获得。淬火前容易切削，因此在制造齿轮等时，一般在切削后进行热处理。另一方面，对于磨削，通常在切削后进行热处理，然后进行磨削以进行尺寸调整等。

缺点

S45C 是适合热处理的材料。也就是说，其性质会因热而改变，因此不适合利用热进行焊接。

S45C的常见表面处理

表面处理的选择方法与SS400相同。

S45C 是碳钢，因此除了淬火、回火外，还经常进行正火、退火等一般热处理。另一方面，其淬硬性不如合金钢高，因此不能淬得太深。在需要强表面耐久性的场合，如齿轮，经常进行高频淬火。

S50C 比 S45C 更硬

能和S45C轻易比较的材料是S50C。S50C是一种什么样的材料？

特征

S50C是与S45C类似的机械结构用碳钢材料，属于SC材料的一种。

S50C含碳量为0.50%，如上文所述，铁具有含碳量越高越硬的特性，因此S50C比S45C更硬，但脆性也更大，另外材料成本也比SS400和S45C高。

S50C与S45C一样，也是用于机械零件的材料。不过，S50C在SC材料中也属于含碳量较高的材料。不仅硬度和抗拉强度比S45C高，而且耐磨性也更高，因此用于需要更高强度的零件。

S50C也可进行热处理，耐腐蚀性较差，需进行防锈处理。

碳含量比S50C高的SC材料的例子是S55C。S55C比S50C更硬，是耐磨性极佳的材料。除了材料的强度外，与S50C不同的使用方法还应考虑所循环材料的形状。

S50C的优缺点及常用的表面处理与S45C、S55C相同。

使用

S50C多用于对强度要求较高的机械零件。

例如用于轴、螺栓、螺母等容易承受较大力的零部件以及模具等需要耐久性的装置。

SS400、S45C 和 S50C 的机械和物理性能

以下是上述介绍的SS400、S45C、S50C的规格概要，设计时建议留意这些数值，并进行计算。

机械性能

SS400、S45C、S50C的机械性能JIS规定如下表。

※所列数值为代表值，并非保证值。

类型

材料符号

热处理(℃)

力学性能代表值

抗拉强度

（牛顿/平方毫米）

耐力

（牛顿/平方毫米）

伸长

硬度

结构钢

SS400

−

400～510

215 及以上

21% 或更多

−

碳素钢

S45C

规范化

810～860

空气冷却

570 及以上

345 及以上

20 岁及以上

167~229高位

退火

约800

炉子冷却

−

−

−

137~170高腰

淬火

810～860

水冷

690 及以上

490 及以上

17 岁及以上

201~269高周

回火

550～650

快速冷却

S50C

规范化

810～860

空气冷却

610 及以上

365 或以上

超过 18%

179～235高位体重

退火

约800

炉子冷却

−

−

−

143～187高位体重

淬火

810～860

水冷

740 及以上

540 及以上

15% 或更多

212～277高位体重

回火

550～650

快速冷却

物理性质

JIS对SS400、S45C、S50C的物理性质有如下表规定。S45C与S50C的物理性质没有太大差别。

※所列数值为代表值，并非保证值。

SS400、S45C 和 S50C 的标准尺寸

类型

材质符号

形状

单元

标准尺寸

对于一般结构

轧制钢材

SS400

扁钢

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

方钢

□

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

冷轧钢筋

(冷拉)

SS400D

扁钢

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

六角钢

对面 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

圆棒

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

机械结构

碳素钢

S45C-D

(冷轧钢)

圆棒

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

扁钢

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

S50C

扁钢

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）

方钢

□

12.7, 13,16,19,25,28,32,38,44,50,55,

65,75,90,100,110,120,130,155

但是，这些标准尺寸是JIS规定的，并不代表实际的流通状况。流通状况也可能因时事而发生变化。因此，请使用材料制造商的手册等确认材料的形状和尺寸。

总结

SS400和S45C是机械和结构最常用的材料，其次是S50C。甚至可以说“当你想用金属制作零件和机械时，SS400和S45C是首选”。请学习材料的基本特性，并在设计中灵活运用。