汽车用钢铁材料—合金钢-合金结构钢

特殊钢生产工艺综述摘要：特殊钢包括优质碳素钢、合金钢、高合金钢三大类，本文介绍了特殊钢的生产工艺，重点论述了合金结构钢、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。

关键词：特殊钢性能生产工艺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[1]。

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。

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—连铸—轧制。

2) 转炉流程(长流程) ：高炉—铁水预处理—转炉—二次精炼—连铸—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。

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[3]。

钢铁材料的分类钢铁是一种常见的金属材料，广泛应用于工业领域。

根据不同的分类标准，钢铁可以分为多种类型。

本文将介绍钢铁材料的一些主要分类。

一、根据成分分类：1. 碳钢：碳为主要合金元素，碳含量在0.05%-2.0%之间的钢铁。

根据碳含量的不同，又可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。

2. 合金钢：除了碳以外，还含有其他合金元素（如锰、铬、镍、钼等）的钢铁。

合金钢可按主要合金元素进行分类，如锰合金钢、铬合金钢等。

3. 不锈钢：主要合金元素为铬，具有耐腐蚀性能的钢铁。

不锈钢又可分为奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢等不同类型。

4. 工具钢：用于制造各种工具的高强度钢铁。

工具钢根据用途和性能要求的不同，又可分为冷作工具钢、高速工具钢、耐热工具钢等。

5. 耐磨钢：具有较高的耐磨性能的钢铁，适用于矿山、建筑等场合。

根据耐磨性能的不同，耐磨钢又可分为高锰钢、铬质耐磨钢等。

二、根据生产工艺分类：1. 铸钢：通过熔化后浇注入模具中并凝固形成固态的钢铁。

铸钢可根据浇注方法不同分为连铸钢和浇铸钢。

2. 锻钢：通过加热钢坯至塑性状态后，在压力作用下使钢坯发生塑性变形，形成所需形状的钢铁。

锻钢可根据锻造温度不同分为热锻钢和冷锻钢。

3. 拉延钢：通过将钢坯加热至塑性状态后，利用拉力使钢坯发生塑性变形，形成所需形状的钢铁。

4. 轧钢：通过将钢坯经过连续轧制工艺，在高温下使钢坯发生塑性变形，形成所需形状的钢铁。

三、根据用途分类：1. 结构钢：用于制造各种建筑结构、桥梁、制船等工程。

根据用途和性能要求的不同，结构钢可分为碳素结构钢、合金结构钢等。

2. 密封钢：用于制造容器、管道等要求有密封性能的工业设备。

密封钢一般要求耐腐蚀、耐高温、耐压等特性。

3. 弹簧钢：用于制造各种弹簧，具有较高的弹性模量和弹性极限，能够承受较大的变形和恢复。

4. 导热钢：用于制造散热器、炉具等导热设备。

导热钢要求具有良好的热导性能和高温稳定性。

5. 刀具钢：用于制造各种切削工具，如刀片、刀具等。

合金结构钢的定义与分类一、调质钢经受淬火和在AC1以下进行回火的热处理钢称为调质钢。

传统的调质钢是指淬火和高温火钢调质钢是机械制造行业中应用十分广泛的重要材料之一。

调质钢在化学成分上的特点是，碳含量为0.3—0.5%，并含有一种或几种合金元素。

具有较低或中等的合金化程度。

钢中合金元素的作用主要是提高钢的淬透性和保证零件在高温回火后获得预期的综合性能。

热处理工艺是在临界点以上一定温度加热后淬火成马氏体，并在500℃--650℃回火。

热处理后的金相组织是回火索氏体。

这种组织具有强度、塑性的韧性的良好配合。

调质钢的质量要求，除一般的冶金方面的代倍和高倍组织要求外，主要为钢的力学性能以及与工作可靠性和寿命密切相关的冷脆性转变温度、断裂韧性和疲劳抗力等。

在特定条件下，还要求具有耐磨性、耐蚀性和一定的抗热性。

由于调质钢最终采用高温回火，能使钢中应力完全消除，钢的氢脆破坏倾向性小，缺口敏感性较低。

脆性破坏抗力较大。

但也存在特有的高温回火脆性。

大多数调质钢为中碳合金结构钢，屈服强度（σ0.2）在490—1200MPao以焊接性能为突出要求的调质钢。

，为低碳合金结构钢，屈服强度（σ0.2）一般为4901—800MPa，有很高的塑性和韧性。

少数沉淀硬化型调质钢，屈服强度（σ0.2）可到1400MPa以上，属高强度的超高强度调质钢。

常用的合金调质钢按淬透性的强度妥为四类：①低淬透性调质钢;②中淬透性调质钢；③较高淬透性调质钢；④高淬透性调质钢。

二、渗碳钢具有高碳的耐磨表层和低碳的高强韧性心部，能承受巨大的冲击载荷、接触应力和磨损。

汽车、工程机械和机械制造等行业中，大量使用的齿轮，是渗碳钢应用中最具代表性实例。

渗碳钢常用的合金钢系列主要是Cr-Mn系、Cr-Mo系和Cr-Ni-Mo系等。

保证渗碳钢心部的组织和性能的核心是淬透性。

一般用途的渗碳件的心部组织为50%左右的马氏体加其它非马氏体组织。

重要用途（如航空渗碳齿轮），心部组织亦应为马氏体或马氏体/贝氏体组织。

钢铁制品在汽车行业有哪些应用汽车，作为现代社会重要的交通工具，其制造离不开各类材料的支撑，而钢铁制品在其中占据着举足轻重的地位。

从车身结构到发动机部件，从底盘到传动系统，钢铁制品的身影无处不在。

首先，让我们来看看车身结构。

车身是汽车的“外衣”，它不仅要美观，更要具备足够的强度和刚度，以保障乘客的安全。

高强度钢在车身制造中得到了广泛应用，比如在车门、车顶、引擎盖等部位。

高强度钢具有出色的屈服强度和抗拉强度，能够在碰撞时吸收能量，减少对车内人员的伤害。

此外，热成型钢也逐渐成为车身结构的重要材料。

通过特殊的热处理工艺，热成型钢的强度可以大幅提高，使得车身更加坚固。

汽车的底盘系统同样离不开钢铁制品。

底盘承载着整个车身的重量，并要应对各种路况带来的冲击和振动。

例如，车架通常由钢梁组成，这些钢梁经过精心设计和加工，以确保足够的强度和韧性。

悬架系统中的控制臂、转向节等部件也大多采用钢铁制造。

这些部件需要承受车辆行驶中的动态载荷，因此对钢铁的性能要求较高。

发动机是汽车的“心脏”，其中也有大量的钢铁制品。

发动机缸体和缸盖通常由铸铁或铝合金制成，但在一些高性能发动机中，钢铁缸体仍然是首选。

因为钢铁能够更好地承受高温和高压环境，保证发动机的可靠性和耐久性。

此外，曲轴、连杆等运动部件也需要使用高强度的合金钢，以承受高速旋转和往复运动带来的巨大应力。

传动系统是将发动机的动力传递到车轮的关键部分，钢铁制品在这里也发挥着重要作用。

变速器中的齿轮、轴等部件通常采用优质合金钢制造，以确保在高扭矩和高转速下的正常运转。

传动轴也是由钢铁制成，它要将动力平稳地传递到后桥或前轮，需要具备良好的扭转强度和疲劳性能。

除了上述主要部件，汽车中的许多小零件和附件也是由钢铁制成的。

比如，刹车系统中的刹车盘和刹车片支架、排气系统中的排气管、燃油系统中的油箱和油管等等。

随着汽车工业的不断发展，对钢铁制品的性能也提出了更高的要求。

为了减轻汽车重量，提高燃油经济性，钢铁企业不断研发出新型的高强度、轻量化钢材。