碳钢与不锈钢

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碳钢究竟是什么意思？

“碳钢”有两个含义——技术定义和更一般的分类。技术定义非常明确：根据美国钢铁协会（AISI）的规定，一种钢必须符合以下标准才能与碳钢的技术定义相匹配：

1. 没有规定或要求铬、钴、钶 [铌]、钼、镍、钛、钨、钒或锆或任何其他元素的最低含量，以获得所需的合金效果
2. 当铜的规定最小值不超过 0.40% 时
3. 当下列任何元素规定的最大含量不超过注明的百分比时：锰 1.65、硅 0.60、铜 0.60。
   

技术定义虽然复杂，但归结为一个简单的限制——真正的碳钢必须几乎没有合金元素，因此它们主要由两种材料组成：铁和碳。碳的含量可能会有所不同，并且有一些可接受的合金材料，但这些钢很简单。

除了精确的定义外，术语碳钢还用于指代非不锈钢的合金钢。与碳钢不同，低合金钢可以包含少量多种合金元素，因此可以针对更广泛的应用进行定制。这些钢虽然不能满足碳钢的技术要求，但表明钢的差异更大：不锈钢与其他所有钢。

碳钢（根据定义）

简单地说，碳钢的定义极其简单。它是含有一些碳和有限合金元素的铁。此外，任何需要合金元素的钢（例如 4140 和 4340）都不是 碳钢。在碳钢定义中，材料可以定义为低碳钢或高碳钢。低碳钢极为常见，而高碳钢仅用于高强度、无腐蚀的环境。 1020 钢是一种低碳钢，是当今生产的最受欢迎的钢材之一。

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碳钢具有基于碳含量的不同机械性能。低碳钢较弱且较软，但易于加工和焊接；虽然高碳钢强度更高，但明显更难加工。所有碳钢都容易生锈，因此不适用于各种最终用途。总体而言，如果您正在寻找一种低成本金属，碳钢是极好的，但通常不适合高质量或高精度的制造操作。

低合金钢（有时称为碳钢）

低合金钢结合了一种或多种合金元素（如铬、钴、铌、钼、镍、钛、钨、钒或锆），以改善传统碳钢的材料性能。与传统的碳钢相比，它们通常更坚固、更坚硬，并且更耐腐蚀。

合金钢由主要合金材料（除碳之外）定义。 4140 是最常见的合金钢之一，是一种铬钼合金钢。这意味着主要的合金元素是铬（提高耐腐蚀性）和钼（提高韧性）。因此，4140 用于高磨损应用和高温。

合金钢是当今工业中使用最广泛的钢之一。它们可加工、价格合理、易于获得并且具有良好的机械性能。如果零件不需要耐腐蚀，低合金钢将为您提供最佳的性价比。

使合金钢有利于通过传统方法生产的特性使其对 3D 打印的价值降低。由于它易于加工且价格低廉，金属 3D 打印的较高固有零件成本使其在经济上无法打印。一些金属印刷公司提供 4140 等低合金钢，但它们通常很少见。

不锈钢

不锈钢围绕一个关键材料特性联合起来：优异的耐腐蚀性能，这归因于高铬含量（>10.5% 质量）和低碳含量（<1.2% 质量）。除了耐腐蚀性外，这些钢的机械性能可能会有很大差异。

奥氏体不锈钢是最常见的不锈钢类型。它们耐腐蚀，易于加工和焊接，但不能进行热处理。 303 和 304 是最常见的奥氏体不锈钢类型，而 316L 是一种可最大限度提高耐腐蚀性的变体。这些钢用于各种操作 - 因为它们具有防风雨性，几乎可以在任何地方使用。由于成本较高，金属 3D 打印可以成为这些部件的可行制造方法。

马氏体不锈钢以延展性为代价提供比奥氏体钢更好的机械性能。作为一个整体，它们缺乏奥氏体钢的通用性——但是，它们的高强度硬度和远优于低合金钢的耐腐蚀性能使它们适合任何处于氧化环境中的高强度部件。此外，可以对马氏体钢进行热处理以进一步提高硬度、强度和刚度。

17-4 PH 是一种特别有用的马氏体不锈钢，可以对其进行热处理以适应各种材料特性。由于其高硬度和极低的可加工性，3D 打印通常比精心加工的机器便宜。如果您想了解有关 3D 打印金属零件的更多信息，请查看 Markforged Metal X。

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碳钢与不锈钢：最终裁决

碳钢与不锈钢的争论比原先想象的要复杂一些，因为碳钢可以指两种不同类型的钢：传统的碳钢和低合金钢。

与低碳钢相比，不锈钢在强度、硬度和最重要的耐腐蚀性方面提供了巨大的提升。高碳钢的强度可与不锈钢相媲美，有时甚至超过不锈钢，但在制造业中主要是一种利基材料。与任何碳钢不同，不锈钢可以在腐蚀性或潮湿环境中存活和茁壮成长，无氧化。话虽如此，碳钢比不锈钢便宜得多，更适用于大型结构部件，如管、梁和轧制钢板。

低合金钢在大多数方面都优于碳钢，但仍缺乏耐腐蚀性。它可以有效地匹配不锈钢的材料特性——因此，像 4140 和 4340 这样的合金经常被加工并用于许多轻微氧化不会造成伤害的应用中。不锈钢是一种更高等级的材料，更适用于工业操作，零件质量不会受到影响。