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介绍碳钢的用途、种类、特点 SS400,S45C,S50C

  • 2022.12.15 16:40:02
  • 米思米
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碳钢究竟是怎样的材料?本文将介绍一下碳钢的特点、代表性的碳钢SS400、S45C以及S50C。
介绍碳钢的用途、种类、特点 SS400,S45C,S50C

 

 

介绍碳钢的用途、种类、特点 SS400,S45C,S50C 加工简单,容易获得。常用的碳钢是什么?

说到金属材料,首先要了解钢。在此将介绍一下碳钢的定义、种类、碳钢的特点。


碳钢的特点

碳钢是钢(钢铁)的一种,不是合金钢(特种钢)。


在介绍碳钢的特点之前,首先让我们整理一下钢的定义。
钢是以铁为基础的一种合金。铁在纯铁状态下脆且易生锈,无法作为工业产品使用。因此,通常在铁中添加碳“C”以及锰、磷等,以合金的状态加以使用。“钢”是指其中含碳量约为0.02%~2.14%的物质。
碳量多于2.1%的称为“铸铁”,碳含量在约2.1%~6.67%的作为铸铁处理。碳量增加至该程度以上时,会再次变脆,工业用途上不会使用。
JIS中将碳量小于0.02%的铁记为“纯铁”,将碳量为0.02%~2.14%的记为“钢铁”,将碳量在此以上的铸铁记为“铁”。要注意“铁”与“铸铁”的定义。
铁中含有的碳量与通用名、JIS的名称如下所示。


介绍碳钢的用途、种类、特点 SS400,S45C,S50C


铁中含有的碳的量较多时,铁会变硬,并且会变得更脆。即使受到力也不易变形,而在受到冲击力或者受到超过允许范围的力时,容易破坏粉碎。因此,机械和结构物的材料,要求兼具硬度和强度两者。
钢含有令铁兼具硬度和强度两者的恰到好处量的碳。

而且在钢中添加锰、铬、钛等使之具有各种特点的材料叫做合金钢、特种钢。
现在已经开发出不易生锈性质的钢、耐热性强的钢等根据目的而具有各种特点的特种钢。

钢铁中不属于合金钢、特种钢的材料叫做碳钢。即碳钢是没有特殊添加物、未实施加工的原始状态的钢铁。碳钢中的铁“Fe”和碳“C”以外的元素的量被规定为既定值以下,例如铬为0.3%以下,钛为0.05%以下。


碳钢有各种种类,按照所含的碳的量、使用目的、强度等分为以下几类。

介绍碳钢的用途、种类、特点 SS400,S45C,S50C


碳钢按照含碳量分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。

碳含量为0.02%~0.25%的叫做低碳钢,0.25%~0.6%的叫做中碳钢,0.6%~2.14%的叫做高碳钢。
钢含碳越多越硬,因此低碳钢用作通过在低温下使材料变形的冷轧制作的钢板,高碳钢用于要求硬度的工具等。

 

介绍碳钢的用途、种类、特点 SS400,S45C,S50C 使用最广泛的钢。何谓SS400?

SS400是具有怎样性质的材料呢?在此将介绍一下SS400的特点和用途。


特点

SS400是被称为一般结构用轧制钢材的SS材料(Structural Steel)的一种。
SS材料顾名思义,是作为一般的结构物的材料通过轧制制造的钢,SS材料的名称用符号“SS”后续加3位数字表示。以前曾标记为SS41。3位数字表示材料的拉伸强度,如果是SS400,则表示拉伸强度为400N/mm2以上的结构用钢。SS材料除了SS400以外,还有SS300、SS490以及SS540等种类,但其中使用最广泛的是SS400。
SS400的特点是与其他金属材料相比价格低廉且容易得到。
还具有容易进行焊接、切削等加工的特点。以板材状态流通的情况也较多,还能进行钣金加工、激光切割等。但是不能进行淬火。此外,因为容易生锈,所以需要实施电镀、染黑等防锈处理。

介绍碳钢的用途、种类、特点 SS400,S45C,S50C

 

用途

SS400除了用作桥梁、船舶等的结构材料外,还被广泛地用于大型机械、车辆等机械领域到建筑领域。在思考想用铁、钢制作什么时,可以说SS400是设计人员最先浮现在脑海中的材料。SS400就是如此广泛和普遍使用的材料。

 

 

介绍碳钢的用途、种类、特点 SS400,S45C,S50C SS400的优缺点

使用最广泛的钢材SS400具有怎样的优点和缺点呢?

优点

  • 价格低廉且容易入手

  • 容易焊接

  • 还适合钣金、切削等加工

  • 通用性极高

因为是广泛流通的通用材料,因此与其他金属材料相比,价格低廉,容易入手。与不锈钢等相比,材质柔软,因此也容易进行切削、钣金加工等加工,能够用于各种用途。由于碳量较低且不易受到热的影响,因此也适合于焊接。但是在想焊接板厚为25mm以上等较厚的材料时,最好使用SM材料等焊接用材料而非SS400。

 

缺点

  • 不能淬火

  • 在铁钢材料中质地也是较软的

  • 因为容易生锈,所以需要采取电镀、涂装等防腐措施

SS400是非常普通的材料,因此作为铁钢材料不是特别坚固的材料。需要更加坚固的材料等时,还需要研究选择其他材料。而且由于其碳量低且不能淬火,因此无法进行仅表面获得硬度的加工。而且容易生锈,需要电镀、涂装、氧化膜(黑皮)的保护。

 

 

介绍碳钢的用途、种类、特点 SS400,S45C,S50C SS400常用的表面处理

SS400容易生锈,因此多会实施镀镍、镀铬等表面处理。桥梁等我们生活中看到的SS材料绝大多数都是对电镀处理后的材料进一步实施了涂装。在不接触水的地方等不要求太高耐腐蚀性的情况下,也有时会使用实施了黑皮(氧化膜)处理的材料。在建筑工程出入口、地面上铺设的发黑的钢板就是经过黑皮处理的SS400。

SS400常用的表面处理的一览表

  • 四氧化三铁膜(染黑):使用药剂使铁的表面氧化,从而被四氧化三铁(Fe3O4)的膜覆盖。防止腐蚀。

  • 无电解镀镍:利用化学的还原作用实施镍磷镀。与热处理一起实施,由此提高表面的硬度,提高耐磨性。

  • 硬质镀铬:是比装饰镀铬厚的镀铬。耐磨性、滑动性提高。

  • 三价铬酸盐:是为了提高电镀的质量而作为电镀后处理实施的处理。主要用于电镀。

 

介绍碳钢的用途、种类、特点 SS400,S45C,S50C S45C是与SS400并列常用的材料

S45C也是作为机械材料被大量使用的材料。在此介绍一下S45C的性质。

 

特点

S45C是被称为机械结构用碳钢钢材的SC材料(Steel Carbon)的一种。
SC材料用符号“SC”加后续的2位数字标记种类。数字部分表示材料的碳含量,如果是S45C,则表示含有0.45%的碳。以前曾标记为S450C,因此在旧图纸等中,可能会看到S450C的写法。
S45C与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。因此价格比较低廉,容易得到,被用于各种场所。
能够通过淬火等热处理控制耐磨性、硬度等,因此尤其多用于齿轮那样的要求耐久性的机械部件。另一方面,容易生锈,因此需要实施涂敷油、涂装等防锈处理。


用途

S45C多用于机械部件,尤其是机械内侧的部件。
例如汽车的发动机周边部件、齿轮,此外还用于带轮、托架那样的标准机械部件。在想用铁系材料制作什么时和不要求太高强度时,选择SS400,在需要强度、耐久性时,S45C可以说是最先推荐的备选材料。S45C就是如此普通的机械部件材料。

 

 

介绍碳钢的用途、种类、特点 SS400,S45C,S50C S45C的优缺点

S45C具有怎样的优点和缺点呢?下面依次介绍一下。

优点

  • 通过热处理赋予强度

  • 切削加工在热处理之前容易完成

  • 通用性高

是广泛流通的通用材料,因此与其他金属材料相比,价格便宜,容易入手。如果是淬火前,容易进行切削加工,因此在制作齿轮等时,一般会在切削加工后实施热处理。另一方面,关于磨削加工,通常是在切削加工后实施热处理,之后为了调整尺寸等而进行磨削。

 

缺点

  • 不适合焊接

  • 不大被用作钣金

  • 因为容易生锈而需要实施表面处理等

S45C是适合热处理的材料。也就是说会因热而改变性质,因此反而不适合于使用热的焊接。

 

 

介绍碳钢的用途、种类、特点 SS400,S45C,S50C S45C常用的表面处理

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,还多使用正火、退火等一般的热处理。另一方面,其淬火性不像合金钢那么高,因此无法淬火得太深。在像齿轮等那样要求较强的表面耐久性的情况下,多会实施高频淬火。

 

 

介绍碳钢的用途、种类、特点 SS400,S45C,S50C S50C是比S45C更硬的材料

容易与S45C并列比较的材料有S50C。S50C是怎样的材料呢?


特点

S50C是与S45C相同的机械结构用碳钢钢材,是SC材料的一种。
S50C含有0.50%的碳。如前所述,铁具有所含碳量越多硬度越高的性质。因此,S50C比S45C硬,但相应地也较脆。而且材料的成本比SS400、S45C高。
S50C也与S45C相同,是多用于机械部件等的材料。但是S50C在SC材料中也被划分为碳量较多的材料。不仅是硬度、拉伸强度,耐磨性等也比S45C高,因此被用于要求更高强度的部件等。
S50C也能够进行热处理。耐腐蚀性差,需要防锈处理。
碳量比S50C多的SC材料例如有S55C。S55C比S50C更硬,是耐磨性等优异的材料。与S50C的区分使用除了依据材料的强度外,还要考虑流通的材料形状等。
S50C的优点和缺点、常用的表面处理都与S45C、S55C相同。

 

用途

S50C多用于机械部件中需要较大强度的部件。
例如用于轴、螺栓螺母那样的容易受到较大的力的部件、模具那样要求耐久性的装置。

 

介绍碳钢的用途、种类、特点 SS400,S45C,S50C SS400、S45C以及S50C的机械、物理性质

下面对前面介绍的SS400、S45C以及S50C的规格做以总结。在进行设计等时,建议关注这些数值进行计算。

 

机械性质


SS400、S45C以及S50C的机械性质由JIS如下表所示做出了规定。

※记载的数值为代表值,而非保证值。

种类

材质符号

热处理(℃

机械性质的代表值

拉伸强度
(N/mm2)

耐力
(N/mm2)

伸长率

硬度

构造用钢

SS400

400~510

215以上

21%以上

碳钢

S45C

正火

810~860
空冷

570以上

345以上

20以上

167~229HBW

退火

约800
炉冷

137~170HBW

淬火

810~860
水冷

690以上

490以上

17以上

201~269HBW

回火

550~650
快速冷却

S50C

正火

810~860
空冷

610以上

365以上

18%以上

179~235HBW

退火

约800
炉冷

143~187HBW

淬火

810~860
水冷

740以上

540以上

15%以上

212~277HBW

回火

550~650
快速冷却

 

 

物理性质

SS400、S45C以及S50C的物理性质由JIS如下表所示做出了规定。S45C和S50C的物理性质差别不大。

※记载的数值为代表值,而非保证值。

介绍碳钢的用途、种类、特点 SS400,S45C,S50C


介绍碳钢的用途、种类、特点 SS400,S45C,S50C SS400、S45C以及S50C的标准尺寸

种类

材料符号

形状

单位

标准尺寸

一般结构用
轧制钢材

SS400

扁钢

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

方钢

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

冷轧条钢
(冷拔)

SS400D

扁钢

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

六角钢

对边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

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

机械结构用
碳钢钢材

S45C-D
(冷轧钢)

圆棒

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

扁钢

t

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

S50C

扁钢

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)

方钢

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

但是该标准尺寸由JIS规定,并不代表实际流通状况。而且流通状况也会因时事情况而改变。因此请使用材料制造商的手册等确认材料的形状和尺寸。

 

 

介绍碳钢的用途、种类、特点 SS400,S45C,S50C 总结

SS400、S45C是作为机械、结构用材料使用最多的材料,S50C是继它们之后使用较多的材料。甚至可以说“在想用金属制作部件、机械时,首先作为备选的就是SS400和S45C”。请学习材料的基本性质,灵活用于设计吧。

 

 

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