碳钢与不锈钢

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了解 碳钢与不锈钢 区别对工程师至关重要, 设计师, 制造商, 制造商, 甚至辨别消费者.

而均起源于铁和碳, 他们的成分, 特性, 性能特征, 理想的应用明显差异.

选择正确类型的钢直接影响产品的寿命, 力量, 成本, 外貌, 以及适合其预期环境.

这个全面的指南深入研究了碳钢和不锈钢的世界.

我们将探索他们的基本定义, 剖析其成分, 分析其关键特性, 比较他们的表演正面, 讨论常见的成绩和应用, 并提供选择适当材料的实用指导.

我们的目标是为您提供详尽和权威的理解, 在导航关键选择之间实现明智的决定 碳钢和不锈钢.

什么是碳钢? 主力合金

以其核心, 碳钢是一种主要由铁组成的合金 (铁) 和碳 (C).

虽然其他元素可能以痕量存在 (炼钢过程的残差), 定义的特征是它们的最大指定内容通常不会超过某些阈值: 锰 (1.65%), 硅 (0.60%), 和铜 (0.60%).

至关重要的, 碳钢缺乏定义不锈钢的铬的显着添加.

碳的作用

碳是钢的主要硬化元件.

通过改变碳含量, 制造商可以操纵钢的基本特性:

增加碳: 通常会导致更高的硬度, 抗拉强度, 并戴阻力后适当的热处理.
碳减少: 通常导致更大的延展性 (不折断而变形的能力), 韧性 (破裂前吸收能量的能力), 和可焊性.

碳钢分类

碳钢根据其碳含量大致分类, 决定其主要特征:

低碳钢 (低碳钢):
- 碳含量: 通常 0.05% 到 0.25%.
- 特性: 相对较软, 高度延展, 艰难的, 容易加工, 出色的可焊性, 与较高的碳等级相比，较低的拉伸强度与较高的碳等级。 (淬火和回火) 除了案例硬化.
- 关键字: 低碳钢, 低碳钢特性, 延性钢, 焊接钢.
中碳钢:
- 碳含量: 通常 0.25% 到 0.60%.
- 特性: 在低碳钢的延展性和高碳钢的强度/硬度之间提供平衡 (奥斯丁化, 淬火, 回火) 为了显着改善机械性能.
- 关键字: 中碳钢, 热处理钢, 坚固的钢.
高碳钢 (碳工具钢):
- 碳含量: 通常 0.60% 到 1.25% (有时候 2.0%).
- 特性: 很难, 强的, 并在热处理后具有出色的耐磨性。, 它比低碳等级的延展性较低和硬, 使它更脆弱。机器和焊接更具挑战性.
- 关键字: 高碳钢, 硬钢, 工具钢, 穿抗钢.

(还有一个超高碳钢类别, 主要用于刀具和车轴等专业应用, 具有更高的碳含量).

碳钢的关键特性 (一般的):

力量和硬度: 可以从中等到很高, 通过碳含量和热处理可以控制.
延展性和韧性: 通常随着碳含量的增加而减少。碳钢质较低.
机械加工性: 通常很好, 特别是对于低碳等级。碳含量更高.
焊接性: 非常适合低碳钢, 变得越来越困难 (需要预热和焊接后热处理) 随着碳的增加以防止破裂.
成本: 由于没有昂贵的合金元素，例如铬和镍，通常比不锈钢便宜.
耐腐蚀: 贫穷的. 这是碳钢的主要缺点。它在环境中很容易与氧气和水分反应，形成氧化铁 (锈).通过涂料保护 (画, 镀锌, 油) 在大多数环境中，几乎总是必要的.
磁性: 碳钢是铁磁.

碳钢的常用应用

碳钢的多功能性和成本效益使其无处不在:

低碳钢: 结构形状 (i梁, 频道), 造船和桥梁的盘子, 汽车尸体, 管道, 击剑, 金属丝, 指甲, 食品罐 (经常被镀锡).
中碳钢: 铁路轨道, 火车轮, 曲轴, 齿轮, 联轴器, 车轴, 机械零件, 需要更高强度的结构组件.
高碳钢: 切削工具 (凿子, 演习), 斯普林斯, 高强度线, 拳打, 死了, 砌体指甲, 刀.

什么是不锈钢? 腐蚀挑战者

不锈钢 由于有意添加大量的，与碳钢根本不同 铬 (铬) – 最低 10.5% 质量是定义阈值.

许多不锈钢等级也包含大量 镍 (在), 和其他合金元素，例如钼 (莫), 锰 (锰), 硅 (和), 氮 (n), 和铜 (铜) 通常添加以赋予特定属性.

铬的魔力: 被动层: 不锈钢的定义特征 - 其“不锈钢”或耐腐蚀性 - 源于铬与氧气的相互作用.

当暴露于氧气时 (来自空气或水), 钢表面上的铬迅速形成非常薄的, 无形的, 粘附, 和高度保护层的氧化铬 (cr₂o₃).

这 被动层 充当障碍, 将基础铁从腐蚀剂中屏蔽.

批判性, 这个层是 自我修复.

如果表面被刮擦或损坏, 暴露基础钢, 铬立即与氧气再次反应，以改革保护层, 如果存在氧气.

这种非凡的特性使不锈钢在碳钢会迅速屈服于生锈的环境中其寿命.

不锈钢的分类

根据其结晶微观结构，不锈钢分为五个主要家庭, 由它们的化学成分决定 (主要是Cr, ni内容):

奥氏体不锈钢 (例如, 304(1.4301 不锈钢), 316):

作品: 高铬 (通常 16-26%), 明显的镍 (通常 6-22%), 低碳 (<0.08%, 有时降低L级).可以添加氮的强度.
微观结构: 以面部为中心的立方体 (FCC) 奥氏体结构, 在宽温度范围内稳定.
特性: 优异的耐腐蚀性 (总体上最好), 出色的可配合性和可焊性, 良好的韧性 (即使在低温温度下), 在退火状态下非磁性 (冷工作后可能会变得有些磁), 无法通过热处理加固，但通过冷工作显着增强.
关键字: 奥氏体不锈钢, 304 不锈钢, 316 不锈钢, 非磁性钢, 食品级不锈钢.

铁质不锈钢 (例如, 430, 409):

作品: 中度至高铬 (通常 10.5-30%), 碳非常低 (<0.1%), 通常低镍含量.
微观结构: 以身体为中心的立方体 (BCC) 铁氧体结构.
特性: 良好的耐腐蚀性 (比低碳钢好，但通常小于奥斯丁学), 中等强度, 磁的, 良好的延展性, 无法通过热处理来硬化, 通常的成本低于奥斯特尼特学。在高温下或焊接较厚的部分后，易受感染者敏感.
关键字: 铁素体不锈钢, 430 不锈钢, 磁不锈钢, 汽车排气钢.

马氏体不锈钢 (例如, 410, 420, 440C):

作品: 中等铬 (通常 11.5-18%), 较高的碳 (最多 1.2%), 相对较低的镍.
微观结构: 可以变成一个艰难的, 以身体为中心的四方 (BCT) 通过热处理马氏体结构 (奥斯丁化，然后快速淬火).
特性: 高硬度和力量 (通过热处理实现), 中等腐蚀性 (小于奥氏体和铁素体), 磁的, 不如奥斯特尼特学的形成和焊接.
关键字: 马氏体不锈钢, 410 不锈钢, 420 不锈钢, 可硬化的不锈钢, 刀钢.

双工不锈钢 (例如, 2205, 2507):

作品: 高铬 (通常 19-32%), 适度的镍 (通常 3-8%), 通常包括钼和氮.
微观结构: 混合 (双工) 大约相等的奥斯丁岩和铁氧体的结构.
特性: 优异的耐腐蚀性 (特别是氯化应力腐蚀破裂), 比奥氏体等级更高, 良好的焊接性 (通过适当的程序), Magnetic.com的austenitic和铁素体结构的益处.
关键字: 双工不锈钢, 2205 双相不锈钢, 高强度不锈钢, 氯化物抗性钢.

降水硬化 (ph) 不锈钢 (例如, 17-4ph, 15-5ph):

作品: 包含铜等元素, 铌, 或铝制溶液治疗后允许通过沉淀或年龄增强的热处理过程硬化的铝。.
特性: 可以达到非常高的强度水平以及良好的耐腐蚀性 (在某些情况下与奥斯汀学相媲美).可以以较软的状态加工，然后硬化.
关键字: pH不锈钢, 17-4pH不锈钢, 高强度耐腐蚀钢, 年龄硬化钢.

不锈钢的关键特性 (一般的):

耐腐蚀: 极好到杰出, 取决于年级和环境。这是其决定性优势.
外貌: 提供多种饰面, 从沉闷的哑光到明亮的镜子抛光剂, 通常在美学上令人愉悦.
卫生: 光滑的, 非孔表面易于清洁和消毒, 对食物的关键, 医疗的, 和药品应用.
力量和硬度: 随着类型和治疗的差异很大 (马氏体和pH等级可能很难; 奥斯丁学是坚韧而延性的).
抗温度: 许多等级在升高和低温温度下都保持强度和耐腐蚀性.
可工作性: 奥氏体等级是高度形成的。可使性各不相同 - 奥斯汀学可以工作, 使加工比碳钢更具挑战性.
焊接性: 通常很好, 特别是对于奥氏体等级, 尽管需要特定的程序，具体取决于维持耐腐蚀性和机械性能的类型.
成本: 由于合金元素的高成本，比碳钢贵得多 (铬, 镍, 钼).
磁性: 因类型而异 (铁素体, 马氏体, 双工是磁性的; 奥氏体在退火状态下是非磁性的).

不锈钢的常见应用

其独特的特性将不锈钢赋予了大量应用:

奥氏体: 厨房水槽, 刀具, 炊具, 食品加工设备, 化学罐, 建筑覆层, 医疗植入物, 啤酒设备, 汽车装饰。(304 是主力; 316 用于更高的耐腐蚀性, 特别是针对氯化物).
铁素体: 汽车排气系统, 洗衣机鼓, 厨房用具, 建筑装饰 (内部的), 糖加工设备.
马氏体: 刀具, 手术器械, 切割工具, 涡轮刀片, 阀门, 轴, 紧固件.
双工: 化学加工设备, 纸浆和纸业组件, 海洋应用, 油气管道, 热交换器, 腐蚀性环境中的结构成分.
ph: 航空航天组件, 高强度轴, 阀零件, 齿轮, 核反应堆成分.