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碳素結構鋼
生產工藝
根據鋼種和鋼的質量要求，合金結構鋼的冶煉，可采用氧氣頂吹轉爐、平爐、電弧爐；或再加電渣重熔、真空除氣。鑄錠可采用連鑄或模鑄。鋼錠應緩慢冷卻或熱送鍛造、軋制。鋼錠加熱時，應力求溫度均勻并有足夠的保溫時間，以改善偏析缺陷和避免鍛、軋時變形不均勻；鍛、軋后的鋼材，尺寸小的、特別是含碳0.2%左右的滲碳鋼，在600℃以上時應快速冷卻，以免加重帶狀組織；截面較大的鍛件，應采取措施內應力和白點。調質鋼應盡可能淬火成馬氏體組織，然后回火成索氏體組織；滲碳鋼在滲碳過程中，滲層濃度梯度不宜過大，以免在滲層晶界上出現連續網狀碳化物；氮化鋼必需先經熱處理得到所需的性能，再經后精加工才能進行氮化。氮化處理后除將脆薄的“白層”研磨除去外，不再加工。分類 碳素鋼的一種。含碳量約0.05%～0.70%，個別可高達0.90%。可分為普通碳素結構鋼和優質碳素結構鋼兩類。前者含雜質較多，價格低廉，用于對性能要求不高的地方，它的含碳量多數在0.30%以下，含錳量不超過0.80%，強度較低，但塑性、韌性、冷變形性能好。除少數情況外，一般不作熱處理，直接使用。多制成條鋼、異型鋼材、鋼板等。用途很多，用量很大，主要用于鐵道、橋梁、各類建筑工程，制造承受靜載荷的各種金屬構件及不重要不需要熱處理的機械零件和一般焊接件。優質碳素結構鋼鋼質純凈，雜質少，力學性能好，可經熱處理后使用。根據含錳量分為普通含錳量（小于0.80%）和較高含錳量（0.80%～1.20%）兩組。含碳量在0.25%以下，多不經熱處理直接使用，或經滲碳、碳氮共滲等處理，制造中小齒輪、軸類、活塞銷等；含碳量在0.25%～0.60%，典型鋼號有40，45，40Mn，45Mn等，多經調質處理，制造各種機械零件及緊固件等；含碳量超過0.60%，如65，70，85，65Mn，70Mn等，多作為彈簧鋼使用。
力學性能
這類鋼主要保證力學性能，故其牌號體現其力學性能，用Q+數字表示，其中“Q”為屈服點“屈”字的漢語拼音字首，數字表示屈服點數值，例如Q275表示屈服點為275Mpa。若牌號后面標注字母A、B、C、D，則表示鋼材質量等級不同，含S、P的量依次降低，鋼材質量依次提高。若在牌號后面標注字母“F”則為沸騰鋼，標注“b”為半鎮靜鋼，不標注“F”或“b”者為鎮靜鋼。例如Q235-A·F表示屈服點為235Mpa的A級沸騰鋼，Q235-C表示屈服點為235Mpa的C級鎮靜鋼。
質量分數
碳素結構鋼一般情況下都不經熱處理，而在供應狀態下直接使用。通常Q195、Q215、Q235鋼碳的質量分數低，焊接性能好，塑性、韌性好，有一定強度，常軋制成薄板、鋼筋、焊接鋼管等，用于橋梁、建筑等結構和制造普通螺釘、螺母等零件。Q255和Q275鋼碳的質量分數稍高，強度較高，塑性、韌性較好，可進行焊接，通常軋制成型鋼、條鋼和鋼板作結構件以及制造簡單機械的連桿、齒輪、聯軸節、銷等零件。
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）冷拉應力控制的情況：
對于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級鋼筋和5號鋼的鋼筋，在冷拉后，作預應力鋼筋使用的，要用冷拉應力控制。但鋼筋冷拉后經檢查，冷拉率超過了規范規定（表3——1）值，還要再進行機械能實驗。
2）冷拉率測定控制要求：
以冷拉率控制鋼筋冷拉時，控制值要由試驗確定。試驗測定時要求：同爐同批的測定試件，不能少于4個，每個試件都要按規范規定的冷拉應力測定相應的冷拉率，并取試件的平均值作為該爐該批鋼筋的實際冷拉率。如果鋼筋強度偏高，，平均的冷拉率低于1%時，在鋼筋冷拉時，仍要按1%的冷拉率控制。
3）不同爐批的冷拉控制：
對于混雜，分不清爐批的鋼筋，冷拉時，不能用冷拉率控制，而且要冷拉多根連接的鋼筋，每根的冷拉率和控制應力都要符合規范規定（表3——1）。
4）冷拉速度控制：
要使鋼筋充分變形，就要適當控制冷拉速度，一般以0.5——1.0為宜。同時要求，冷拉到規定的應力和冷拉率以后，隨即停拉2——3以后，再放松鋼筋，結束冷拉，以給鋼筋充分變形的時間。
5）冷拉控制方法：
冷拉時只用冷拉率或者冷拉應力控制叫單控，冷拉時冷拉率和冷拉應力同時應用，稱為雙控。采用單控，施工簡單方便。但對于材質不均勻的鋼筋，不可能逐根試驗（逐根試驗，費工費料，不可能這樣做，有的同一根鋼筋冷拉率也不一樣）冷拉質量得不到保證。雙控方法可以避免上述問題。冷拉時，對于控制應力已經達到，冷拉率沒有超過允許值的，可以認為合格。但是，如果冷拉率已經達到，而冷拉應力還達不到控制應力，這種鋼筋要降低強度使用。對于預應力鋼筋必須采用雙控方法。
參考資料
1.次冷拉效果：
取一鋼筋對其施加拉應力冷拉，鋼筋會發生變形（并作應力——應變圖）。隨著拉應力增加，鋼筋內部承受的拉應力逐漸增大。當鋼筋內部產生的拉應力超過鋼筋具有的屈服點A，而達到C后，停止冷拉，卸去荷載。此時可以看到，鋼筋已產生塑性變形，在卸荷過程中，應力——應變圖有一個變化，直線O1C比直線OA要緩。
2.第二次冷拉效果：
重新施加拉應力，將鋼筋拉伸到破壞，應力——應變圖出現新的變化，新的屈服點在C點附近，明顯高于原來的屈服點A。這個變化說明，鋼筋的塑性發生了變化，塑性小了，硬度大了，鋼筋的強度得到提高，這一現象叫“變形硬化”。
經過以上兩次過程冷拉鋼（筋）制作完成。
合金結構鋼
這類鋼，由于具有合適的淬透性，經適宜的金屬熱處理后，顯微組織為均勻的索氏體、貝氏體或極細的珠光體，因而具有較高的抗拉強度和屈強比（一般在0.85左右），較高的韌性和疲勞強度，和較低的韌性－脆性轉變溫度，可用于制造截面尺寸較大的機器零件。
合金元素在結構鋼中的作用
有三個方面：①增大鋼的淬透性。淬透性是指鋼淬火時，從表層起淬成馬氏體層的深度，是取得良好綜合性能的主要參數。除Co外，幾乎所有合金元素如 Mn、Mo、Cr、Ni、Si和C、N、B等都能提高鋼的淬透性，其中 Mn、Mo、Cr、B的作用強，其次是Ni、Si、Cu。而強碳化物形成元素如 V、Ti、Nb等，只有溶于奧氏體中時才能增大鋼的淬透性。②影響鋼的回火過程。由于合金元素在回火時能阻礙鋼中各種原子的擴散，因而在同樣溫度下和碳素鋼相比，一般均起到延遲馬氏體的分解和碳化物的聚集長大作用，從而提高鋼的回火穩定性，即提高鋼的抗回火軟化能力，V、W、Ti、Cr、Mo、Si的作用比較顯著，Al、Mn、Ni的作用不明顯。含有較高含量的碳化物形成元素如V、W、Mo等的鋼，在500～600℃回火時，析出細小彌散的特殊碳化物質點如V4C3、Mo2C、W2C等，代替部分較粗大的合金滲碳體，使鋼的強度不再下降反而升高，即出現二次硬化（見回火）。Mo對鋼的回火脆性有阻止或減弱的作用。③影響鋼的強化和韌化。Ni以固溶強化方式強化鐵素體；Mo、V、Nb等碳化物形成元素，既以彌散硬化方式又以固溶強化方式提高鋼的屈服強度；碳的強化作用顯著。此外，加入這些合金元素，一般都細化奧氏體晶粒，增加晶界的強化作用。影響鋼的韌性因素比較復雜，Ni改善鋼的韌性；Mn易使奧氏體晶粒粗化，對回火脆性敏感；降低P、S含量，提高鋼的純凈度，對改善鋼的韌性有重要作用（見金屬的強化）。
合金結構鋼一般分為調質結構鋼和表面硬化結構鋼。
①調質結構鋼 這類鋼的含碳量一般約為0.25%～0.55%，對于既定截面尺寸的結構件，在調質處理（淬火加回火）時，如果沿截面淬透，則力學性能良好，如果淬不透，顯微組織中出現有自由鐵素體，則韌性下降。對具有回火脆性傾向的鋼如錳鋼、鉻鋼、鎳鉻鋼等，回火后應快冷。這類鋼的淬火臨界直徑，隨晶粒度和合金元素含量的增加而增大，例如，40Cr和35SiMn鋼約為30～40mm，而40CrNiMo和30CrNi2MoV鋼則約為 60～100mm，常用于制造承受較大載荷的軸、連桿等結構件。
②表面硬化結構鋼 用以制造表層堅硬耐磨而心部柔韌的零部件，如齒輪、軸等。為使零件心部韌性高，鋼中含碳量應低，一般在0.12～0.25%，同時還有適量的合金元素，以保證適宜的淬透性。氮化鋼還需加入易形成氮化物的合金元素（如Al、Cr、Mo等）。滲碳或碳氮共滲鋼，經850～950℃滲碳或碳氮共滲后，淬火并在低溫回火（約200℃）狀態下使用。氮化鋼經氮化處理（480～580℃），直接使用，不再經淬火與回火處理。
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