八大类特种设备常用钢材：Q235, 20钢, 45钢, 40Cr, Q355特性, 用途

张曦

常用的材料Q235、20钢、45钢、40Cr、Q355，分别是什么类型的钢？这些钢材都用在特种设备的什么地方？普通碳素结构钢和优质碳素结构钢是按照什么区分的？钢材牌号中的数字代表着什么含义？钢材的正确读法和写法？本文主要围绕以上几个问题展开。

1. 碳素钢

钢，是对含碳量质量百分比介于0.02%至2.11%之间的铁碳合金的统称。
钢的化学成分可以有很大变化，只含碳元素的钢称为碳素钢(碳钢)或普通钢，含碳量约0.05%～0.70%，个别可高达0.90%，不含其他合金元素(残余元素除外)；
含碳量大于2%的铁合金是铸铁。

那么含碳量介于碳素钢和铸铁之间的铁碳合金是什么呢？是碳素工具钢，这种钢材特种设备行业不常用，不再累述。

2. 碳素钢分类

素钢按照含碳量不同可分为三类：
低碳钢(C≤0.25%)
中碳钢(C为0.25-0.6%)
高碳钢(C＞0.6%)
碳素钢按照品质可分为：
普通碳素钢
优质碳素钢
普通碳素钢：含杂质较多，价格低廉，用于对性能要求不高的地方。用途很多，用量很大，制造承受静载荷的各种金属构件及不重要不需要热处理的机械零件和一般焊接件。
优质碳素结构钢：钢质纯净，杂质少，力学性能好，可经热处理后使用。

3. 碳素钢和优质碳素钢的区分

含碳量不是区分碳素钢和优质碳素钢的指标，即碳素钢和优质碳素钢都有低碳钢、中碳钢和高碳钢三大类。碳素结构钢和优质碳素结构钢是按照杂质含量区分的，而不是含碳量。那么就出现另一个问题，哪些元素称为杂质？答案是硫和磷，即有害杂质P、S的量及非金属夹杂。
硫(Sulfur)：通常硫是有害元素，使钢热脆性大，含量限制在0.05%以下。
磷(Phosphorus)：是有害元素，降低钢的塑性和韧性，出现冷脆性，含量应该限制在0.05%以下。
优质碳素结构钢的硫磷含量低于0.035%。

4. 碳素钢和优质碳素钢的牌号命名

碳素钢牌号体现其力学性能，用Q+数字表示，其中“Q”为屈服点“屈”字的汉语拼音字首，数字表示屈服点数值，牌号后面标注字母A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同，含S、P的量依次降低，钢材质量依次提高。若在牌号后面标注字母“F”则为沸腾钢，标注“b”为半镇静钢，不标注“F”或“b”者为镇静钢。例如:
Q235A·F：屈服点为235MPa的A级沸腾钢，
Q235B：屈服点为235MPa的B级镇静钢或特殊镇静钢。
优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，即是钢中平均含碳量的万分位数。
例如:
20钢：平均含碳量为0.20%的优质碳素钢。
45钢：平均碳含量为0.45%的优质碳素钢，钢号为“45”，它不是顺序号，所以不能读成45号钢。
由此处分析可知，优质碳素钢的数字表示的是平均含碳量，而不是序号，因此是“45钢”，读作“四五钢”，而不是“45号钢”或“45#钢”，也不能读作“四十五号钢”。

5. 比较与选用

5.1 Q235与45钢
Q235是碳素结构钢，只保证力学性能，不保证化学成分。45钢优质碳素结构钢，不但保证力学性能，而且保证化学成分。如果零件不需要热处理，选择碳素结构钢就可以了，前提是机械强度满足要求。如果零件需要热处理，则必须选择优质碳素结构钢，化学成分不稳定是没有办法确定热处理工艺的。采用优质碳素结构钢45钢，一定要热处理(例如：调质)，否则就是浪费。
5.2 45钢与40Cr
45钢和40Cr是轴的常用材料，45钢属于(优质)碳素结构钢，40Cr属于合金结构钢。两者碳含量相近，热处理硬度也相近，但是40Cr比45钢耐磨，40Cr耐磨性是45号钢的1.7倍以上。45钢强度较高，有较好的强韧性配合，淬透性低，水淬时易产生裂纹。
40Cr：含碳量0.40%的合金结构钢，它是在碳素结构钢40号的基础上，适当的添加cr元素，Cr为主加元素，经调质后，具有良好的综合性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性。
40Cr经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油淬时可以得到较高的疲劳强度，水淬时复杂形状的零件易产生裂纹，有回火脆性倾向。冷变形塑性中等，正火或调质后可加工性好，但要求表面硬度高的工件，一般是切削加工后再经调质处理。一般在调质状态下使用，还可以进行碳氮共渗和高频感应淬火处理。
在机电类特种设备领域，大部分的普通轴类用45钢进行加工制造，个别受力大些的轴类零件，用40Cr进行加工制造。

6. 总结

Q235：普通碳素钢，低碳钢，机电类特种设备中用量最大的一种钢材，如起重机械的主梁、支腿等；
20钢：优质碳素钢，低碳钢，主要是无缝钢管的材质，通常用在如游乐设备的支腿立柱；
45钢：优质碳素钢，中碳钢，起重机中电机减速机之间的传动轴，踏面直径不大于400mm的锻造车轮等；
40Cr：不是碳素钢，是低合金结构钢，在游乐设施制造中，小型件采用调质处理，大型件宜采用正火处理，主要用于制造强度高的运动件，如轴、齿轮、齿条、蜗杆等。
Q355：不是碳素钢，是低合金高强度结构钢，用做中低压容器、起重机等，如球罐、大型起重机的主梁等。

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