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按用途分類
20G則是制造普通鍋爐的主要材料。此外,低碳鋼也廣泛地作為滲碳鋼,用于機械制造業。②0.25~0.60%C為中碳鋼,多在調質狀態下使用,制作機械制造工業的零件。③大于0.6%C為高碳鋼,多用于制造彈簧、齒輪、軋輥等。根據含錳量的不同,又可分為普通含錳量(0.25~0.8%)和較高含錳量(0.7~1.0%和0.9~1.2%)兩鋼組。
按用途則又可分為碳素結構鋼、碳素工具鋼。
碳素工具鋼 含碳量在0.65~1.35%之間,經熱處理后可得到高硬度和高耐磨性,主要用于制造各種工具、刃具、模具和量具(見工具鋼)。
碳素結構鋼按照鋼材屈服強度分為5個牌號:
Q195、Q215、Q235、Q255、Q275
每個牌號由于質量不同分為A、B、C、D等級,多的有四種,有的只有一;另外還有鋼材冶煉的脫氧方法區別。
脫氧方法符號:
F——沸騰鋼
b——半鎮靜鋼
Z——鎮靜鋼
TZ——特殊鎮靜鋼 [1]
(1)普通碳素結構鋼又稱普通碳素鋼,對含碳量、性能范圍以及磷、硫和其他殘余元素含量的限制較寬。在中國和某些根據交貨的保證條件又分為三類:甲類鋼(A類鋼)是保證力學性能的鋼。乙類鋼(B類鋼)是保證化學成分的鋼。特類鋼(C類鋼)是既保證力學性能又保證化學成分的鋼,常用于制造較重要的結構件。中國生產和使用多的是含碳量在0.20%左右的A3鋼(甲類3號鋼),主要用于工程結構。
有的碳素結構鋼還添加量的鋁或鈮(或其他碳化物形成元素)形成氮化物或碳化物粒,以限制晶粒長大,使鋼強化,節約鋼材。在中國和某些,為適應專業用鋼的特殊要求,對普通碳素結構鋼的化學成分和性能進行調整,從而發展了一系列普通碳素結構鋼的專業用鋼(如橋梁、建筑、鋼筋、壓力容器用鋼等)。
(2)優質碳素結構鋼和普通碳素結構鋼相比,硫、磷及其他非金屬夾雜物的含量較低。根據含碳量和用途的不同,這類鋼大致又分為三類:①小于0.25%C為低碳鋼,其中尤以含碳低于0.10%的08F,08Al等,由于具有很好的深沖性和焊接性而被廣泛地用作深沖件如汽車、制罐……等。20G則是制造普通鍋爐的主要材料。此外,低碳鋼也廣泛地作為滲碳鋼,用于機械制造業。②0.25~0.60%C為中碳鋼,多在調質狀態下使用,制作機械制造工業的零件。③大于0.6%C為高碳鋼,多用于制造彈簧、齒輪、軋輥等。根據含錳量的不同,又可分為普通含錳量(0.25~0.8%)和較高含錳量(0.7~1.0%和0.9~1.2%)兩鋼組。錳能改善鋼的淬透性,強化鐵素體,提高鋼的屈服強度、抗拉強度和耐磨性。通常在含錳高的鋼的牌號后附加標記“Mn”,如15Mn、20Mn以區別于正常含錳量的碳素鋼。
特鋼雖然隸屬于鋼鐵行業,但成分復雜多變、制備工藝技術要求高,決定了特鋼產品的多樣性,不同的品種因成分和工藝要求的不同而導致了性能上的巨大差異,進而在產品應用領域上有所區別;與此同時,生產工藝又帶來了資金、技術等方面進入門檻的高低之分。
按用途分,特鋼可以分為優質碳素結構鋼、合金結構鋼、碳素工具鋼、合金工(模)具鋼、高速工具鋼、軸承鋼、彈簧鋼(碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼)、不銹鋼(耐熱、耐酸)八大類。除優質碳素結構鋼、碳素工具鋼和碳素彈簧鋼外,其余均為合金鋼,合金鋼約占特殊鋼的70%。
按技術含量和產品檔次分,大致分為高、中、低三個層次:一是以優質碳素結構鋼(碳素鋼)為主的低端特鋼產品;二是以合金鋼(不銹鋼、工具鋼、模具鋼、高速鋼除外)為代表的中端特鋼產品;后是以不銹鋼、工具鋼、模具鋼和高速鋼為代表的高端特鋼產品。
世界上約有特鋼近2000個牌號、約50000個品種規格,世界主要特鋼生產國主要有瑞典、日本、美國、德國、法國、意大利、西班牙、韓國等,它們占據全球90%以上特鋼貿易份額。瑞典是世界上特鋼占比高的,以高度專業化生產著稱,日本特鋼則代表世界高水平,產品高端比例大,綜合競爭力強。
我國的特鋼產業初是為國防軍工、航空航天配套而建的。近十幾年來隨著汽車工業的壯大、機械行業向高精尖設備發展轉型,特鋼產量快速發展,品種也日漸齊全和多樣化。目前我國特鋼產量占世界比例大約為15-20%,特鋼的產品研發、自主創新及高端自給方面得到了較好的發展。
(2)高均勻性。鋼的成分偏析導致鋼組織、性能的不均勻,這是鋼制零部件提前失效以及鋼性能潛力難以充分發揮的重要原因之一。現代生產工藝應使鋼的均勻性達到:轎車齒輪鋼淬透性帶波動為±3HRC;對合金元素控制水平為碳、鎳、鉬含量≤±0.01%,錳和鉻含量≤±0.02%;軸承鋼淬火后的晶粒度為球形且尺寸波動0.8±0. 2μm;抗層狀撕裂鋼(z向鋼)的縱向、橫向和厚度方向的力學性能,特別是塑、韌性要求大體上相當。
(3)超細組織。超細組織強化是惟一增加鋼強度而不降低韌性或使韌性略有增加的強化機制。例如高強度不銹鋼AFC77的晶粒從60μm細化到2. 3μm,則斷裂韌性KIC從100增加到220MPa·m。核反應堆壓力容器鋼板為粗晶時,其輻照脆化溫度范圍為150~250℃而細晶鋼降到50~70℃。軸承鋼中的碳化物尺寸細到≤0.5μm,則軸承壽命大幅度提高。
(4)高精度。特殊鋼材要有良好的表面質量和窄的尺寸公差。熱軋鋼棒的精度已達±0.1mm、熱軋板卷的厚度公差達±0.015~0.05mm,而冷軋板卷的厚度公差已達±0.003mm。
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彈簧在沖擊、振動或長期交變應力下使用,所以要求彈簧鋼有高的抗拉強度、彈性極限、高的疲勞強度。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質量好等。
碳素彈簧鋼即含碳量Wc在0.6%~0.9%范圍內的優質碳素結構鋼(包括正常和較高含錳量的)。合金彈簧鋼主要是硅錳系鋼種,它們的含碳量稍低,主要靠增加硅含量WSi(1.3%~2.8%)提高性能;另外還有鉻、鎢、釩的合金彈簧鋼。結合我國資源,并根據汽車、拖拉機設計新技術的要求,研制出在硅錳鋼基礎上加入硼、鈮、鉬等元素的新鋼種,延長了彈簧的使用壽命,提高了彈簧質量。
(3)軸承鋼
軸承鋼是用來制造滾珠、滾柱和軸承套圈的鋼。軸承在工作時承受著極大的壓力和摩擦力,所以要求軸承鋼有高而均勻的硬度和耐磨性,以及高的彈性極限。對軸承鋼的化學成分的均勻性、非金屬夾雜物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分嚴格。
軸承鋼又稱高碳鉻鋼,含碳Wc為1%左右,含鉻量Wcr為0.5%-1.65%。軸承鋼又分為高碳鉻軸承鋼、無鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、不銹軸承鋼、中高溫軸承鋼及防磁軸承鋼六大類。
(3)電工硅鋼
電器工業用硅鋼主要用來制造電器工業用硅鋼片。硅鋼片是電機和變壓器制造中用量很大的鋼材。
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