低碳鋼是由鐵和碳結(jié)合而成的鋼。由于鐵的存在，它具有良好的磁性。低碳鋼不是合金鋼。由于存在更多的碳，它的化學(xué)成分與其他元素或其他鋼有很大的不同，因為低碳鋼具有良好的表面質(zhì)量，你可以通過不同的方式增加其表面硬度。讓我們進(jìn)一步了解這種材料。

什么是低碳鋼？

鋼的主要成分是鐵。根據(jù)碳含量的不同，有低碳鋼（也叫低碳鋼或普通碳鋼）、中碳鋼和高碳鋼。

下圖顯示了這三種鋼的區(qū)別和特點。

從上圖來看，低碳鋼是一種含有0.05%-0.25%碳的鋼種。由于其可塑性和延展性，該材料易于成型和加工。低碳鋼零件一般非常適用于沖壓、鍛造。低碳鋼被廣泛用于工具、汽車車身部件、建筑和基礎(chǔ)設(shè)施。

低碳鋼是如何制造的？

低碳鋼的制造工藝與其他碳鋼的制造工藝相似。這些工藝隨著時間的推移一直在變化，目前比以前更有效率，更便宜。在現(xiàn)代制造工藝中，用純鐵或鐵礦石生產(chǎn)低碳鋼時涉及三個主要步驟。

1. 初級煉鋼

在這個過程中，鐵與煤和石灰混合，在高爐中加熱。 現(xiàn)代初級煉鋼使用現(xiàn)代爐子，如堿性氧氣爐或電弧爐。一般從電弧爐出來的鋼件質(zhì)量很高。

2. 二次煉鋼

二次煉鋼的目的主要是將碳含量降低到所需程度，并添加其他合金元素以改善鋼的性能。這一步驟主要是控制和監(jiān)測熱處理和爐子的冷卻。

3. 鑄造和初級成型

爐內(nèi)的鋼一達(dá)到規(guī)定的含碳量，機(jī)械性能提高到一定程度，就將鋼倒入模具中，這叫鑄造，也有人說鑄鐵，這是不對的。在此過程中，液態(tài)鋼將固化并形成各種幾何形狀。這些晶體結(jié)構(gòu)的鑄鋼隨后將被切割成更小形狀的零件。

鑄鋼有很多缺陷。采用一種稱為熱軋的初級成型工藝。熱軋后，鋼獲得更多的強(qiáng)度、延展性、可焊性等。

4. 二次成型

一般來說，有一個二次成型工藝，如數(shù)控加工、冷軋、粉末涂層、表面硬化或電鍍，以進(jìn)一步改善低碳鋼零件的機(jī)械和化學(xué)性能或美學(xué)效果。在這些過程中，適當(dāng)?shù)貞?yīng)用了金屬涂層，例如鋅涂層或任何其他類型的碳鋼。

低碳鋼的力學(xué)性能

低碳鋼的碳含量低于其他碳鋼。低碳鋼的碳含量僅為 0.25%。

低碳鋼具有良好的沖擊強(qiáng)度、良好的延展性和可焊性以及冷成型的可能性。憑借這些特性，數(shù)控加工低碳鋼比數(shù)控加工其他類型的鋼更容易。

低碳鋼的主要缺點是它的抗拉強(qiáng)度相對較低，這意味著它比其他類型的鋼更容易斷裂。

幸運(yùn)的是，可以使用一種稱為滲碳的熱處理工藝來提高抗拉強(qiáng)度。滲碳是將低碳鋼加熱到一定溫度然后冷卻鋼的表面硬化工藝，使鋼在保持鋼芯柔軟和延展性的同時使鋼在表面硬化。

低碳鋼的應(yīng)用

低碳鋼被廣泛使用。典型應(yīng)用包括普通五金工具、炊具、醫(yī)療器械、機(jī)械、建筑、基礎(chǔ)設(shè)施等。

1. 建筑和基礎(chǔ)設(shè)施

低碳鋼在建筑項目中的建筑框架具有良好的抗拉強(qiáng)度。它符合抗震和抗風(fēng)的要求，不能被蟲子破壞，而且低碳鋼具有抗侵蝕性和阻燃性，非常適合在建筑中使用。

2. 機(jī)械

低碳鋼的高強(qiáng)度、延展性和硬度使其成為機(jī)械配件制造的首選。由于碳含量低，這種鋼可以被加工、切割、壓制、成型，而不會斷裂。

3. 炊具

由于碳含量非常低，低碳鋼不會生銹，使炊具長時間保持清潔和鋒利。低碳鋼比其他材料更耐熱，可用作不粘材料，比鋁炊具更健康。

4. 管道

由于低碳鋼具有極強(qiáng)的延展性，因此在人們制作各種管道和電線桿時，用低碳鋼制成的管道非常受歡迎。低碳鋼可作為食品安全材料，因此非常適合在鋼管中輸送水、飲料和天然氣。此外，由于其低碳含量，戶外使用的管道在惡劣的環(huán)境中不會生銹和寒冷的天氣。與塑料管相比，低碳鋼管更環(huán)保，使用壽命更長。它也可以切割成矩形。

低碳鋼使用案例

AISI 316L的碳含量很低，只有0.03%，是非常普遍使用的典型低碳鋼。在多年來與各公司打交道的過程中，我們發(fā)現(xiàn)醫(yī)療儀器公司都喜歡使用這種材料。要制作原型或定制小批量鋼制零件，CNC 加工通常是第一選擇。CNC 加工的 316L 鋼零件通常不需要表面處理或任何熱處理工藝。CNC 低碳鋼零件可用作最終產(chǎn)品，而不僅僅是原型。其他常見產(chǎn)品如釣魚工具也大量使用AISI 316L。

低碳鋼CNC加工和小批量生產(chǎn)

為什么人們經(jīng)常抱怨鋼很難數(shù)控加工？鋼的切削加工性主要取決于其碳含量。高碳鋼難以加工主要是因為它們的不屈服特性加上內(nèi)應(yīng)力。

然而，低碳鋼也很難加工，因為它們太軟了。CNC加工過程中出現(xiàn)的切屑往往會粘住并堆積，這會導(dǎo)致清理切屑的時間更長，并可能損壞刀具。易于加工的理想碳含量約為 0.20%。

例如，一些低碳鋼太軟，會導(dǎo)致積屑問題。我們有時會使用一種方法：首先對軟鋼進(jìn)行表面硬化。使低碳鋼在外部硬化，鋼的內(nèi)部保持柔軟，從而解決積屑問題，并且由于鋼的芯部仍然柔軟，當(dāng)加工過程中產(chǎn)生的外部應(yīng)力被施加在材料上時，低碳鋼的柔軟性或延展性仍然會吸收應(yīng)力，使零件無法斷裂。

對于低碳鋼零件的短期生產(chǎn)，CNC 加工是必經(jīng)之路。CNC加工所用的低碳鋼材料就是我們所說的“塊材”，質(zhì)量好，價格合理。與鑄造和成型相比，CNC 加工速度非?？?。對于鑄造和成型來說，制作模具投入的時間和成本都很大。對于短線生產(chǎn)或低量生產(chǎn)的低碳鋼零件，總成本通常比鑄造和模壓要便宜得多，因為你不需要制作模具。

低碳鋼長期生產(chǎn)：鑄造和成型

如果要生產(chǎn)大批量的低碳鋼零件，常用的方法叫做鑄造。金屬注射成型（MIM）與塑料注射成型類似，是將液態(tài)的金屬注入模具中，液態(tài)金屬將在模具中固化。鋼件從模具中脫模后，粗略成型。有一些后處理工藝可進(jìn)一步提高成型零件的美觀性。

與塑料注射成型一樣，在設(shè)計MMI模具和零件時，設(shè)計師必須考慮拔模角度、脫模、收縮、公差等問題。

結(jié)論

低碳鋼的碳含量低于0.25。由于其特性，低碳鋼被廣泛用于幾乎所有行業(yè)。制作低碳鋼原型或小批量生產(chǎn)級零件的常用方法是通過數(shù)控加工。對于大批量的產(chǎn)品，金屬注射成型和鑄造是一種更可行的方式。

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