低碳鋼力學(xué)性能

低碳鋼為韌性材料。其拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線主要分四個(gè)階段：彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、局部變形階段，在局部變形階段有明顯的屈服和頸縮現(xiàn)象。開(kāi)始時(shí)為彈性階段，完全遵守胡克定律沿直線上升，比例極限以后變形加快，但無(wú)明顯屈服階段。

原先由于低碳鋼固有的特性，使其使用范圍大大受到局限，隨著國(guó)內(nèi)一些新技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用，低碳鋼的許多新興用途得到了很好的開(kāi)發(fā)利用，國(guó)內(nèi)一些大型鋼廠或鋼鐵貿(mào)易公司都積極地與國(guó)內(nèi)的大型吊索具企業(yè)密切合作，共同開(kāi)發(fā)出一系列高技術(shù)高精密高質(zhì)量的索具產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)乃至全球的索具行業(yè)，起到了很好的技術(shù)推動(dòng)作用。這也給我們對(duì)低碳鋼的綜合利用，指明了新的道路。

低碳鋼一般軋成角鋼、槽鋼、工字鋼、鋼管、鋼帶或鋼板，用于制作各種建筑構(gòu)件、容器、箱體、爐體和農(nóng)機(jī)具等。優(yōu)質(zhì)低碳鋼軋成薄板，制作汽車駕駛室、發(fā)動(dòng)機(jī)罩等深沖制品；還軋成棒材，用于制作強(qiáng)度要求不高的機(jī)械零件。低碳鋼在使用前一般不經(jīng)熱處理，碳含量在0.15%以上的經(jīng)滲碳或氰化處理，用于要求表層溫度高、耐磨性好的軸、軸套、鏈輪等零件。

低碳鋼由于強(qiáng)度較低，使用受到限制。適當(dāng)增加碳鋼中錳含量，并加入微量釩、鈦、鈮等合金元素，可大大提高鋼的強(qiáng)度。若降低鋼中碳含量并加入少量鋁、少量硼和碳化物形成元素，則可得到超低碳貝氏體組夠其強(qiáng)度很高，并保持較好的塑性和韌性。

低碳鋼退火組織為鐵素體和少量珠光體，其強(qiáng)度和硬度較低，塑性和韌性較好。因此，其冷成形性良好可采用卷邊、折彎、沖壓等方法進(jìn)行冷成形。這種鋼材具有良好的焊接性。碳含量很低的低碳鋼硬度很低，切削加工性不佳，正火處理可以改善其切削加工性。

低碳鋼有較大的時(shí)效傾向，既有淬火時(shí)效傾向，還有形變時(shí)效傾向。當(dāng)鋼從高溫較快冷卻時(shí)，鐵素體中碳、氮處于過(guò)飽和狀態(tài)，它在常溫也能緩慢地形成鐵的碳氮物，因而鋼的強(qiáng)度和硬度提高，而塑性和韌性降低，這種現(xiàn)象稱為淬火時(shí)效。低碳鋼即使不淬火而空冷也會(huì)產(chǎn)生時(shí)效。低碳鋼經(jīng)形變產(chǎn)生大量位錯(cuò)，鐵素體中的碳、氮原子與位錯(cuò)發(fā)生彈性交互作用，碳、氮原子聚集在位錯(cuò)線周圍。這種碳、氮原子與位錯(cuò)線的結(jié)合體稱歲柯氏氣團(tuán)（柯垂耳氣團(tuán)）。它會(huì)使鋼的強(qiáng)度和硬度提高而塑性和韌性降低，這種現(xiàn)象稱為形變時(shí)效。形變時(shí)效比淬火時(shí)效對(duì)低碳鋼的塑性和韌性有更大的危害性，在低碳鋼的拉伸曲線上有明顯的上、下兩個(gè)屈服點(diǎn)。自上屈服點(diǎn)出現(xiàn)直到屈服延伸結(jié)束，在試樣表面出現(xiàn)由于不均勻變形而形成的表面皺褶帶，稱為呂德斯帶。不少?zèng)_壓件往往因此而報(bào)廢。其防止方法有兩種。一種高預(yù)形變法，預(yù)形變的鋼放置一段時(shí)間后沖壓時(shí)也會(huì)產(chǎn)生呂德斯帶，因此預(yù)形變的鋼在沖壓之前放置時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。另一種是鋼中加入鋁或鈦，使其與氮形成穩(wěn)定的化合物，防止形成柯氏氣團(tuán)引起的形變時(shí)效。

低碳鋼帶，又稱軟鋼，含碳量從0.10%至0.30%。用途涉及到金屬軟管帶、法蘭打包帶、鋸條用鋼帶、刀片鋼帶、彈簧墊片、自行車用鋼帶、文具用鋼帶、發(fā)夾用鋼帶、電器緊固件用鋼帶、鎧裝電纜用鋼帶、散熱片用鋼帶、預(yù)應(yīng)力波紋管用鋼帶、鐘表用鋼帶等。

低碳鋼一般軋成角鋼、槽鋼、工字鋼、鋼管、鋼帶{鋼板，用于制作各種建筑構(gòu)件、容器、箱體、爐體和農(nóng)』機(jī)具等。優(yōu)質(zhì)低碳鋼軋成薄板，制作汽車駕駛室、發(fā)i機(jī)罩等深沖制品；還軋成棒材，用于制作強(qiáng)度要求不i的機(jī)械零件。低碳鋼在使用前一般不經(jīng)熱處理，碳含在0.15%以上的經(jīng)滲碳或氰化處理，用于要求表層度高、耐磨性好的軸、軸套、鏈輪等零件。低碳鋼由于強(qiáng)度較低，使用受到限制。適當(dāng)增加碳鋼中錳含量，并加入微量釩、鈦、鈮等合金元素，可j大提高鋼的強(qiáng)度。若降低鋼中碳含量并加入少量鋁、{量硼和碳化物形成元素，則可得到超低碳貝氏體組夠其強(qiáng)度很高，并保持較好的塑性和韌性。

鋼板的種類按其厚度通常分為厚板（6mm以上），中厚板（3－6mm）和薄板（3mm以下）等三種。就制板工藝而言低碳鋼板可分為冷軋和熱軋兩種。單用熱軋能夠制出約1.2mm的低碳鋼板和2mm左右的不銹鋼板，更薄的板材則用冷軋和退火以及調(diào)質(zhì)軋制來(lái)制造。

低碳鋼板冷軋鋼板

冷軋鋼板用于零件成形時(shí)要求材料的塑性變形程度大，表面不得有折皺、裂紋等的零件。對(duì)不同的零件，使用不同等級(jí)的鋼板。如日本汽車用鋼板的標(biāo)準(zhǔn)就劃分三類，第一類（SPCC）是普通冷軋鋼板，通常是沸騰鋼軋制的，第二類（SPCD）為壓延用鋼板，第三類（SPCE或SPCEN）是深拉伸用冷軋鋼板。

過(guò)去由于沸騰鋼的成份偏析大，性能不穩(wěn)定，時(shí)效敏感，只限于不重要的沖壓件。若用無(wú)時(shí)效性的鋁鎮(zhèn)靜鋼，成本要比一般沸騰鋼高10－20%。以前曾采用光整冷軋來(lái)抑制沸騰鋼板的時(shí)效作用，實(shí)際上只延緩時(shí)效的發(fā)生。各國(guó)都研究新的改進(jìn)方法。由美國(guó)研制成的松卷退火鋼板（O．C．A）是將沸騰鋼鋼板在含有水蒸汽和氫等氣氛中進(jìn)行特殊退火，由于這種氣氛中退火能除去鋼中固溶的和碳化物中的化合碳，抑制了時(shí)效敏感性，又使鋼板進(jìn)一步軟化。同時(shí)，由于再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大，與鋼板表面平行的{111}集合結(jié)晶排列的組分增多。根據(jù)美國(guó)Armco鋼鐵公司的研究，這與改善鋼板的塑性變形異向性有關(guān)，使鋼板的沖壓成形性得到提高84，近年來(lái)，在松卷退火鋼板的基礎(chǔ)上又發(fā)展了聯(lián)合退火法鋼板（U．A．D），這是將幾卷鋼板焊接成一卷，裝在特殊退火爐內(nèi)進(jìn)行脫碳處理，其優(yōu)點(diǎn)比松卷退火費(fèi)用省，這樣處理的鋼板已在拉伸用冷軋鋼板中得到普遍推廣。

低碳鋼板熱軋鋼板

比冷軋鋼板制造過(guò)程簡(jiǎn)便，成本也較廉，但是國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為熱軋法只適用于制造厚1.6毫米以上的鋼板，對(duì)于更薄的鋼板則是不經(jīng)濟(jì)的，熱軋鋼板的表面質(zhì)量和尺寸精度均不如冷軋鋼板，汽車上熱軋鋼板，除車架縱梁，橫梁以及各種支架外，還沖壓要求一定強(qiáng)度的車輪輪輞，輪盤等，以及受力不大、表面要求不太高的殼體蓋板等。前者為厚3－5毫米鋼板，后者中板、薄板都使用，汽車上熱軋板的使用量，以厚板居多。日本汽車協(xié)會(huì)制定的汽車用熱SLSN板標(biāo)準(zhǔn)中，SAPH類用作車梁及車輪，SPH類則是熱軋軟鋼板，制造不受力的殼體用。

近來(lái)國(guó)外熱軋鋼板越來(lái)越多地應(yīng)用連鑄鋼板坯來(lái)軋制，鋼板的表面質(zhì)量也不斷得到改善和穩(wěn)定。成卷的熱軋鋼板也得到普遍使用。