特殊钢一般是指具有特殊性能或特殊用途的钢种
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特种钢的用途特种钢是一种钢铁材料,具有特殊的物理、化学性质和特殊的用途。
它在各个领域都有着广泛的应用,下面将以特种钢的用途为标题,详细介绍它在各个领域的应用。
一、航空航天领域在航空航天领域,特种钢是非常重要的材料之一。
它具有良好的高温强度、耐腐蚀性和耐磨性,可以用于制造飞机发动机、导弹、卫星等高科技产品。
例如,钨合金钢可以用于制造导弹的舵机;镍基合金钢可以用于制造航空发动机的叶片、燃烧室等部件;不锈钢可以用于制造航空器的外壳、管路等。
二、汽车工业在汽车工业中,特种钢也是不可或缺的材料之一。
它可以用于制造汽车发动机、变速器、底盘、车身等部件。
特种钢可以提高汽车的安全性、经济性和舒适性。
例如,高强度钢可以用于制造汽车的车身结构,可以有效地提高汽车的抗撞击性能;不锈钢可以用于制造汽车的排气管、变速器等部件,可以提高汽车的耐腐蚀性和使用寿命。
三、船舶工业在船舶工业中,特种钢也是必不可少的材料之一。
船舶的各种部件都需要使用特种钢。
例如,船舶的船体结构需要使用高强度钢,可以提高船体的承载能力和抗风浪性能;船舶的螺旋桨需要使用耐蚀性好的不锈钢,可以提高螺旋桨的使用寿命和效率;船舶的锚链、锚臂等部件需要使用高强度钢,可以提高锚链的抗拉强度和耐腐蚀性。
四、石油化工在石油化工领域,特种钢也有着广泛的应用。
石油化工设备需要使用耐腐蚀性好、高温强度高的特种钢。
例如,油井套管需要使用耐腐蚀性好的不锈钢,可以防止钻井液对套管的腐蚀;石油化工设备的反应器、换热器等部件需要使用高强度钢,可以承受高温高压的工作环境。
五、医疗器械在医疗器械领域,特种钢也有着广泛的应用。
医疗器械需要使用高纯度的特种钢,以确保医疗器械的安全性和卫生性。
例如,手术器械需要使用高纯度的不锈钢,可以避免手术器械对患者的污染;种植牙需要使用高纯度的钛合金钢,可以保证种植牙的生物相容性和长期稳定性。
特种钢在各个领域都有着广泛的应用。
特种钢的应用不仅可以提高产品的质量和性能,还可以减少产品的故障率和维修成本,因此,特种钢的应用前景非常广阔。
中国特钢行业产业链特钢隶属于钢铁产业,又称为特种钢、特殊钢,主要是指那些由于成分、结构、生产工艺特殊而具有特殊物理、化学性能或者特殊用途的钢铁产品。
特钢是机械、汽车、军工、化工、家电、船舶、交通、铁路以及新兴产业等国民经济大部分行业用钢最主要的钢类,是衡量一个国家能否成为钢铁强国的重要标志。
特钢产品种类丰富,根据用途来分类,可分为结构钢、工具钢和特殊用钢。
其中结构钢又分为合金结构钢、优质碳素结构钢等;工具钢分为合金工具钢、碳素工具钢和高速工具钢等;特殊用钢分为弹簧钢、不锈钢、轴承钢和高温合金等。
特钢产业链较为完整。
其上游包括铁矿石、合金等原材料制造以及废钢回收再利用环节;中游是指特钢制造,包括结构钢、工具钢以及其他特殊钢的生产制造;下游则是汽车、工程机械、航空航天等应用领域。
一、上游中国特钢上游主要有铁矿石、合金、废钢等行业。
1、铁矿石由于特钢制造的主要原材料是铁矿石,因此受该市场影响较大。
铁矿石是钢铁生产企业的重要原材料,天然矿石(铁矿石)经过破碎、磨碎、磁选、浮选、重选等程序逐渐选出铁。
2020年受新基建投资增加提振需求,下游行业钢铁行业需求量增加,带动中国铁矿石行业整体需求增加。
虽然需求市场向好,但从供给市场来看,目前中国铁矿行业主要面临着产业结构性失衡。
一是国内矿山受到资源和环境的双重约束,难有大幅增产,导致进口依存度高,占比80%以上。
国产方面:随着国内整体可勘察铁矿石资源下降,导致中国铁矿石原矿产量在2015-2018年逐年下降,随着市场需求增长,中国铁矿石原矿产量在2019年起逐步回暖,2020年达8。
67亿吨,同比2019年增长2。
6%。
2021年中国累计生产铁矿石原矿98052。
8万吨,折合成品矿(折62%品位)约3。
05亿吨,同比增加9。
4%。
但对比进口量来说,依然处于劣势。
进口方面:中国作为全球最大的工业生产国之一,铁矿石需求量巨大,虽然国内铁矿石储量不算太少,但品位相对较低,加之近年来国内产量相较于2017年以前较低,导致国内铁矿石进口量逐年增长。
什麼是特殊鋼?對特殊鋼尚無統一的定義和概念,一般認為特殊鋼是指具有特殊的化學成分(合金化)、採用特殊的工藝生產、具備特殊的組織和性能、能夠滿足特殊需要的鋼類。
與普通鋼相比,特殊鋼具有更高的強度和韌性、物理性能、化學性能、生物相容性和工藝性能。
我國與日本、歐盟對特殊鋼的定義比較接近,將特殊鋼分成優質碳素鋼、合金鋼、高合金鋼(合金元素大於10%)三大類,其中合金鋼和高合金鋼占特殊鋼產量的70%。
主要鋼種優特殊碳素結構鋼、碳素工具鋼、碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼、合金結構鋼、滾珠軸承鋼、合金工具鋼、高合金工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼、耐熱鋼,以及高溫合金、精密合金、電熱合金等。
目前世界上有近2000個特殊鋼牌號、約50000個品種規格。
特殊鋼除了種類繁多之外,在規格上也表現出與普通鋼不同的特點。
除了板、管、絲、帶、棒和異型材之外,還有複合材、表面合金化材、表面處理材、精鍛材、精密鑄件、粉末冶金製品等。
一、我國鋼號表示方法概述鋼的牌號簡稱鋼號,是對每一種具體鋼產品所取的名稱,是人們瞭解鋼的一種共同語言。
我國的鋼號表示方法,根據國家標準《鋼鐵產品牌號表示方法》(GB221-79)中規定,採用中文拼音字母、化學元素符號和阿拉伯數字相結合的方法表示。
即:①鋼號中化學元素採用國際化學符號表示,例如Si,Mn,Cr……等。
混合稀土元素用“RE”(或“Xt”)表示。
②產品名稱、用途、冶煉和澆注方法等,一般採用中文拼音的縮寫字母表示。
③鋼中主要化學元素含量(%)採用阿拉伯數字表示。
二、我國鋼號表示方法的分類說明1.碳素結構鋼①由Q+數位+品質等級符號+去氧方法符號組成。
它的鋼號冠以“Q”,代表鋼材的屈服點,後面的數位表示屈服點數值,單位是MPa例如Q235表示屈服點(σs)為235 MPa的碳素結構鋼。
②必要時鋼號後面可標出表示品質等級和去氧方法的符號。
品質等級符號分別為A、B、C、D。
去氧方法符號:F表示沸騰鋼;b表示半鎮靜鋼:Z表示鎮靜鋼;TZ表示特殊鎮靜鋼,鎮靜鋼可不標符號,即Z和TZ都可不標。
钢材的基本知识及钢的分类。
所谓钢材,就是治炼合格的钢经过一系列的加工而制成的型材。
作为加工产品的钢材,可以分为型钢、钢板、钢管和金属制品(钢丝、钢丝绳)四大类。
钢材不仅具有良好塑性,而且具有强度高、初性好、耐高温、耐腐蚀、易加工、抗冲击等优良的力学和物理性能:因此,在工业生产中被广泛利用。
钢材是工业中应用最广、用量最多的金属材料。
下面由山东天冶特钢有限公司为大家介绍一下钢的分类钢分为以下几大类。
1.按化学成分分可分为:碳素钢和合金钢。
1.1.碳素钢:指钢中除铁、碳外,还含有少量锰、硅、硫、磷等元素的铁碳合金,按其碳含量的说不同,可分为:①低碳钢一一碳含量。
≤0.25%:②中碳钢一碳含量w>0.25%~0.609%③高碳钢一一碳含量1>0.609%1.2合金钢:为了改善钢的性能,在治炼碳素钢的基础上,加入一些合金元素而炼成的钢,如絡钢、锰钢、铬锰钢、铬锞钢等。
按其合金元素的总含量,可分为:①低合金钢一一合金元素的总含量≤5%6(质量分数)②中合金例一一合金元素的总含量5%~109%(质量分数)③高合金钢一一合金元素的总含量>109%(质量分数)2.按冶炼设备分可分为:转炉钢、平炉钢和电炉钢2.1转炉钢:用转炉吹炼的钢,可分为底吹、侧吹、顶吹和空气吹炼、纯氧吹炼等转炉钢;根据炉衬的不同,又分酸性和碱性两种2.2平炉钢:用平炉炼制的钢,按炉衬材料的不同分为酸性和破性两种。
一般平炉钢多为碱性.2.3电炉钢:用电炉炼制的钢,有电弧炉钢、感应炉钢及真空感应炉钢等。
工业大量生产的,是碱性电弧炉钢。
3.按浇注前脱氧程度分可分为:沸腾钢、镇静钢和半镇静钢3.1沸腾钢:属脱氧不完全的钢,浇注时在钢锭模里产生沸腾现象。
其优点是冶炼损耗少、成本低、表面质量及深冲性能好;缺点是成分和质量不均匀、抗腐蚀性和力学性能较差。
一般用于轧制碳素结构钢的型钢和钢板3.2镇静钢:属脱氧完全的钢,浇济时在钢锭模里钢液镇静,没有沸腾现象。
日标常用钢种一、引言日本钢材在国际市场上享有较高声誉,其产品种类繁多,品质优良。
为了帮助大家更好地了解日本钢材,本文将详细介绍日本常用钢种的分类、特点、适用领域及选择方法。
二、日本常用钢种的分类与特点1.碳素钢碳素钢是指含碳量在0.02%~2%之间的钢。
日本碳素钢具有良好的可焊性、韧性和耐磨性,广泛应用于建筑、机械、汽车等行业。
2.合金钢合金钢是指在碳素钢基础上添加适量合金元素(如锰、铬、镍等)的钢种。
合金钢具有高强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性,适用于重载、高压、高温等环境。
3.不锈钢不锈钢是指含铬量在12%以上的钢种,具有优良的耐腐蚀、耐磨和美观性能。
日本不锈钢广泛应用于食品工业、化工设备、建筑装饰等领域。
4.工具钢工具钢是指用于制造各类工具和模具的钢种。
日本工具钢具有高硬度、高韧性、高耐磨性和抗疲劳性,适用于各种切削、磨削和冲击工具。
5.特殊钢特殊钢是指具有特殊性能和用途的钢种,如耐磨钢、耐热钢、合金结构钢等。
日本特殊钢应用于航空航天、核能、军工等高新技术领域。
三、各类钢种的适用领域与优缺点1.碳素钢:优点为可焊性好、韧性高、耐磨性好;缺点为强度较低,不耐腐蚀。
适用于建筑、机械、汽车等行业。
2.合金钢:优点为强度高、硬度高、耐磨性好、耐腐蚀;缺点为制造成本较高。
适用于重载、高压、高温等环境。
3.不锈钢:优点为耐腐蚀、耐磨、美观;缺点为强度较低,价格较高。
适用于食品工业、化工设备、建筑装饰等领域。
4.工具钢:优点为高硬度、高韧性、高耐磨性、抗疲劳;缺点为制造成本较高。
适用于各类工具和模具。
5.特殊钢:具有特殊性能和用途,适用于航空航天、核能、军工等高新技术领域。
四、如何选择合适的日本常用钢种1.了解钢种的性能特点:根据应用场景,选择具有相应性能的钢种。
2.确定应用场景:分析钢种在不同环境下的表现,确保选用合适的钢材。
3.对比价格与质量:在满足性能要求的基础上,选择价格合理的钢种。
4.考虑供应商信誉:选择有保障的供应商,确保钢材质量和售后服务。
阀门材料(钢):双相不锈钢CD3MN(Ver.20230729)一、钢的分类世界各国对特殊钢尚无统一的概念和定义,要在特殊钢和普通钢间划分明确的界线更难。
一般认为特殊钢是指具有特殊化学成分(合金化)、采用特殊生产工艺、具备特殊的组织和性能,能够满足特殊需要的钢类,即除了普通钢以外所有钢类都属于特殊钢。
与普通钢比较,特殊钢具有更好的强韧性、物理性能、化学性能、生物相容性和工艺性能。
另外,具有高纯度、高均匀性、超细组织和高精度等特点。
目前世界上有近2000个特殊钢牌号、约50000个品种规格。
1、不锈钢不锈钢钢种很多,性能各异,它在发展过程中逐步形成了几大类。
1.1按组织结构分,分为马氏不锈钢(包括沉淀硬化不锈钢)、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和奥氏体加铁素体双相不锈钢等四大类;1.2按钢中的主要化学成分或钢中的一些特征元素来分类,分为铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢以及低碳不锈钢、高钼不锈钢、高纯不锈钢等;1.3按钢的性能特点和用途分类,分为耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、高强不锈钢等;1.4按钢的功能特点分类,分为低温不锈钢、无磁不锈钢、易切削不锈钢、超塑性不锈钢等。
1.5常用的分类方法是按钢的组织结构特点和钢的化学成分特点以及两者相结合的方法分类。
一般分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化型不锈钢等,或分为铬不锈钢和镍不锈钢两大类。
2、双相不锈钢2.1第一类属低合金型,代表牌号UNS S32304(23Cr-4Ni-0.1N),钢中不含钼,PREN值为24-25,在耐应力腐蚀方面可代替AISI304或316使用。
2.2第二类属中合金型,代表牌号是UNS S31803(22Cr-5Ni-3Mo-0.15N),PREN值为32-33,其耐蚀性能介于AISI 316L和6%Mo+N奥氏体不锈钢之间。
2.3第三类属高合金型,一般含25%Cr,还含有钼和氮,有的还含有铜和钨,标准牌号UNSS32550(25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N),PREN值为38-39,这类钢的耐蚀性能高于22%Cr的双相不锈钢。
特殊钢一般是指具有特殊性能或特殊用途的钢种。
其与普通钢相比具有更高的强度和韧性、物理性能、化学性能、生物相容性和工艺性能。
因其性能特殊,决定了它在国民经济及军事工业中占有极其重要的地位。
因此,在生产制造特殊钢时,就需要采用特殊的工艺装备技术来实现特殊的化学成分、特殊的组织和性能。
特殊钢的定义在国际上没有明确规定,各国特殊钢的统计分类不完全相同。
我国特殊钢定义与日本、欧洲相近,包括优质碳素钢、合金钢、高合金钢三大类,通常展开为优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、轴承钢、弹簧钢(碳素弹簧钢和合金弹簧钢)、耐热钢和不锈钢。
由于高温合金与精密合金在特殊钢厂生产,也将这两种合金纳入特殊钢的行列之中统计[1]。
在特殊钢领域,除优质碳素结构钢、碳素工具钢和碳素弹簧钢外,其余均为合金钢,合金钢约占特殊钢的70%。
目前,世界上特殊钢有近2 000个牌号、约50 000个品种规格、数百个检验标准。
随着科学技术的发展,对特殊钢产量及品种的需要日益扩大,对质量的要求也越来越严格、苛刻。
近年来,围绕提高特殊钢性能、质量、品种、效率,降低特殊钢成本、节能降耗、环境友好等方面采用了一系列新技术、新工艺、新装备,使得特殊钢的洁净度、均匀度、组织细化度和尺寸精度等有了很大提高。
特殊钢生产工艺流程主要有3种[2]:1)电炉流程(即短流程):电炉—二次精炼—xx—轧制。
2)转炉流程(长流程):高炉—铁水预处理—转炉—二次精炼—xx—轧制。
3)特种冶金:特种冶炼(如真空感应熔炼、冷坩埚熔炼、电渣重熔、真空电弧重熔、电子束熔炼、等离子熔炼等)—锻造或轧制。
这里要指出的是有些钢种的生产至今还必须走模铸—开坯—轧制或锻造的工艺流程。
因早期特殊钢主要采用电弧炉工艺冶炼,习惯上形成了特殊钢一定要用电炉冶炼,特殊钢厂就是电炉钢厂。
而客观事实上也的确存在电炉只有生产特殊钢才可以有好的经济效益,特殊钢只能由电炉冶炼。
这主要是由于早期电炉炼钢的特点和特殊钢本身的性质所决定的:1)电炉用废钢中有可利用的合金元素;2)电炉炼钢是靠电弧进行加热的,其温度远远超过2 000℃,且钢水温度可长时间地精确控制,这样电炉炼钢在难熔合金冶炼、合金化成分及工艺柔性等方面较转炉炼钢有无比的优越性;3)不足是炼钢周期长,生产效率低,成本高(废钢、电价昂贵),炉容小,易增碳、吸氮等。
恰好特殊钢产品有合金含量高、多品种、小批量、附加值高等特点,早期用电弧炉炼特殊钢达到了扬长避短的目的。
同时人们也一直认为转炉就主要是用来炼普通钢。
但是,1)转炉利用纯铁水冶炼特殊钢更纯净;2)废钢中的残余元素难以去除;3)炉外精炼技术的进步使转炉冶炼特殊钢的能力增强。
随着社会废钢资源的积累,直接还原技术的开发,电力工业的发展,电弧炉炼钢技术(大容积电炉、超高功率电炉等)和炉外精炼技术的飞速发展,特别是电炉出钢时间的缩短,能与连铸时间良好的匹配,使多炉连浇得以实现,电炉钢厂越来越多地生产普通钢,而转炉钢厂越来越多地炼特殊钢。
电炉炼钢、转炉炼钢两种方法,无论是炼特殊钢还是炼普通钢,从质量上和经济上越来越接近。
由于宇航、导弹、火箭、原子能、海洋电子等工业的发展,对所需要的金属或合金质量、性能、可靠性、稳定性等的要求越来越高,电弧炉,转炉冶炼的钢质量很难满足这些要求,所以必须使用特种冶金技术。
特种冶金包括:真空感应熔炼、电渣重熔、真空电弧重熔、电子束熔炼、等离子熔炼等。
难熔金属(钨、钼、铌、钽)及活泼金属(钛及钛合金,包括钛、铝金属间化合物等)用真空电弧重熔、电子束熔炼以及冷坩埚感应熔炼等方法来制备;高温合金、精密合金以及某些对质量要求很高的合金钢用真空感应熔炼、电渣重熔、真空电弧重熔等方法来生产。
真空冶金(Vacuum Metallurgy)区别于大气下的冶金过程,广义包括:真空脱气、真空熔炼、真空熔铸、真空蒸馏、真空分解、真空烧结、真空热处理、真空焊接和真空镀膜等。
在此特指两种类型:一种是将熔炼和成锭的整个过程在真空下进行,如真空感应熔炼(VIM)、真空电弧熔炼(VAR)、电子束重熔(EBR)等等,即特种冶炼方法之一;一种是把大气中钢水进行真空处理,即炉外精炼(二次精炼),如RH法、VOD法等。
真空冶金使在普通熔炼操作中进行的物理化学反应条件发生了变化,体现在气相压力的降低上。
只要冶金反应有气相参加,当反应生成物中气体摩尔数大于反应物中气体摩尔数时,只要减少系统的压力,则可使平衡反应向着增加气态物质的方向移动,这就是真空冶金物理化学反应的基本特点。
在普通的熔炼操作中,金属从大气中吸收氧气、氮气和从水分来的氢气。
在真空熔炼中,就可以避免这些气体的来源。
这些气体对于钢和金属的性能都有相当严重的危害。
不仅如此,在真空感应熔炼过程中,原来存在于原料中的或者已经进入钢水中的气体,还可以被去除,产生脱气作用,从而提高合金钢的加工使用性能。
另外,在高真空下熔炼,液态金属中某些易挥发性元素,也和气体一样可以不同程度地被排除。
这些元素中有许多是有害的,如铅(Pb)、锡(Sn)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi);有些则有时有害,有时却是有用的成分,如镁(Mg)、锰(Mn)、铜(Cu)等。
有害元素的挥发能提高合金的性能,有用元素的挥发则应采取相应措施加以防止。
其次,在真空条件下,碳具有很强的脱氧能力,其脱氧产物CO不断被排除至熔炼系统之外,克服了采用金属脱氧剂的脱氧产物污染金属的倾向。
电渣冶金经过了60余年的不断发展(1940年问世),包括电渣重熔、电渣熔铸、电渣浇铸、电渣转铸、电渣热风顶、电渣自熔模、电渣离心浇铸、电渣直接还原、电渣焊等。
重熔精炼成熟工艺有4种:电渣重熔、真空电弧重熔、电子束重熔和等离子重熔。
就目前生产应用而言,电渣重熔金属材料产量居首位,年产量超过其它三种重熔方法产量的总和(2003年世界电渣钢生产能力超过120万t/a)。
等离子弧熔炼是利用等离子弧作为热源来熔融、精炼和重熔金属的一种新型冶炼方法。
等离子弧也是一种电弧,不过电离度更高,其特点是能量更集中,温度高,流速快,弧的电压和电流又相当稳定。
等离子弧熔炼经过40余年的发展(1962年创始),在炉型结构,冶金特点等方面,大致可分为四大类:等离子电弧炉(PAF);等离子感应炉(PIF);等离子电弧重熔(PAR);等离子电子束重熔(PEB)。
总之特种冶金之真空冶金、电渣冶金、等离子熔炼技术,在难熔金属、活泼金属、高温合金、特殊钢锻件生产方面占据重要的地位。
但是,近年来随着二次冶炼技术的发展,用二次精炼方法生产的特殊钢,在纯洁度方面已可达到甚至超过特种冶炼的产品,使得过去要靠特种冶炼方法才能生产的品种现在改用二次精炼方法来生产,例如,过去用真空电弧重熔或电渣重熔的轴承钢,现在可用LF+RH或LF+VD来生产。
试验结果表明,用二次精炼方法获得的超纯轴承钢与真空电弧重熔的相比,二者具有相同的寿命。
二次精炼技术的发展,使得特种冶金产品失去一部分市场。
下面重点介绍合金结构钢、汽车用齿轮钢、合金工具钢、高速工具钢、轴承钢、弹簧钢和不锈钢的性能及生产工艺技术。
1合金结构钢生产工艺技术1.1前言结构钢包括碳素结构钢和合金结构钢,用于制造金属结构及机器设备。
一般具有高的强度、好的韧性和良好的加工性。
合金结构钢约含5%以下的合金元素和0.6%以下的碳。
近30年来,高强度低合金钢(HSLA或微合金化钢)性能和产量得到了很大的发展,代替结构钢用于焊接、铆接和螺栓结构上,还用来做调质和非调质机器零件。
美国将高强度低合金钢列入合金结构钢。
合金结构钢是合金钢总产量最高、牌号最多的钢类,中国标准为GB/T3077—1999。
根据其热处理工艺特点和使用性能,将合金结构钢分成[3]:调质钢、低温回火钢、非调质钢、渗碳钢、氮化钢、易切钢、超高强度钢、弹簧钢和轴承钢。
由于后两者具有各自的独特的性能,通常作为独立钢类,而将前7类钢称为合金结构钢。
近年来,用以制造齿轮的结构钢被特殊冠名为齿轮钢(特别是合金结构钢,如Cr-Mo系列、Mn-Cr系列、Cr-Ni-Mo系列等钢种),常在钢种统计中并列出现合金结构钢、齿轮钢。
按化学成分特点分类,合金结构钢包括:锰钢、铬钼钢、锰铬钢、镍铬钢、铬锰硅钢等。
目前世界较认同的分法是按碳含量多少将合金结构钢分成三大类:1)碳含量<0.20%的HSLA钢,合金元素在2%以下且在热轧状态下使用;2)碳含量0.15%~0.25%,含合金元素在5%以下的表面硬化-渗碳钢;3)碳含量>0.20%经淬火回火处理的调质钢。
1.2性能力学性能包括强度、塑性和韧性等。
其中强度是第一位的,是工件设计和选材的主要依据,可以通过工作应力下的允许残留塑性变形量而计算确定。
而塑性和韧性目前仍处于经验确定阶段。
提高强度的主要方法有:位错强化、固溶强化、沉淀强化、细晶粒强化、马氏体强化和马氏体时效强化。
但是随着强度的提高,一般要影响钢的脆性破坏倾向。
晶界强化和沉淀强化相结合的强化方法对低碳低合金钢十分有利,这就是现代控轧微合金化(Nb、V等)相结合的方法。
表1所示为淬火和回火合金结构钢等强度下的塑韧性变化[3]。
可见,随着强度的增加,钢的塑、韧性降低,且表现较大波动性。
这种波动性的产生是多因素作用的结果,除了钢的成分因素外,冶金质量的变化是重要原因,它反映在钢的纯度、组织结构、晶粒度和内应力等方面的变化上。
强度和塑韧性是一对矛盾。
对结构钢而言,材料科学和工程的主要任务之一就是不断解决这对矛盾。
结构钢属亚共析钢范畴,其中碳含量大多数在0.5%以下,而建筑结构用钢多在0.2%以下,机器设备等用钢多在0.2%~0.5%之间。
碳是决定强度的最主要而又最经济的元素,只是伴有对钢塑韧性的不利影响以及对焊接性等的严重不利作用,其用量受到综合性能要求的制约。
合金元素的主要作用有:提高淬透性,调节强度—塑性、韧性配合,满足某些特殊性能要求,改善工艺性能。
它们的相应作用是通过钢的显微组织结构的变化来实现的,因此显微组织结构决定了钢的性能。
热处理是引起钢显微组织变化的核心,实际上决定了成分、组织和性能三者之间的关系。
1.3生产工艺合金结构钢质量是随着机械制造业对材料要求的不断提高及冶金工艺装备水平的提高而不断提高的,钢材的质量性能高级化、高纯洁度、超细组织、高精度是当前的主要发展趋势。
性能高级化是指钢材的化学成分波动小,通过微调成分,使材料的使用性能均匀,强韧性配合适宜,保证由其制作的部件使用性能可靠。
对合金结构钢而言,高纯洁度主要是指钢中的氧、硫、磷、氢、氮等含量≤100×10-6[2]。
([H]≤1×10-6、[O]≤15×10-6、[S]≤10×10-6、[N]≤(15~30)×10-6、[P]<10×10-6),从而使一系列高强和超高强材料的塑韧性问题得到解决。