钢铁王国:碳素结构钢、低合金高强度钢与工具钢的应用与性能解析

   日期:2025-03-06     来源:网络整理    作者:二手钢材网    浏览:310    评论:0    
核心提示:用于制造在-20℃以下使用的压力设备和结构,要求具有良好的低温韧性和焊接性能的钢。twip钢抗拉强度可以达到600llOOMPa,伸长率可达到60%95%。高温回火处理,获得较高的强度和冲击韧性等更好的综合力学性能的钢。

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(1)碳素结构钢

用于建筑等方面的碳素钢,需用于桥梁、船舶、车辆及其他结构,必须具备一定强度,在必要时还要求有冲击性能和焊接性能。

(2)低合金高强度结构钢

这种低合金钢可用于建筑、桥梁、船舶、车辆、压力容器及其他结构。其碳含量(熔炼分析)通常不超过 0.20%,合金元素含量总和一般不超过 2.5%。它的屈服强度不小于某一数值,同时具有较好的冲击韧性和焊接性能。

(3)工具钢

制造各种切削工具、成型工具及测量工具所使用钢的统称。一般可分为非合金工具钢、合金工具钢以及高速工具钢。所要求具备的性能主要包含强度、韧性、硬度、耐磨性和回火稳定性。

(4)碳素工具钢

制造各种一般小型工具的钢,不添加合金元素。其含碳量在 0.65%至 1.35%之间,属于共析钢或者过共析钢。

(5)合金工具钢

工具钢含有较高的碳以及铬、钨、钼、钒、镍等合金元素。这种工具钢按用途和性能来划分,可分为量具刃具钢、耐冲击工具钢、冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢和无磁模具钢等。

(6)高速工具钢

高碳高合金钢主要被用作机床的高速切削工具。它按照合金的基本组成系列可分成钨系钢、钼系钢、钨钼系和钻钼系钢等。同时,按用途又可分为通用型高速钢和超硬沏高速钢。

(7)轴承钢

合金钢用于滚动轴承的滚珠、滚柱、内圈、外圈。这种合金钢要求具备高疲劳强度以及耐磨性,同时还需要有纯洁度和组织均匀性。按照其成分和用途来划分的话,可分为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承钢和高温轴承钢这四类。

(8)建筑结构用钢

建造高层和重要建筑结构所使用的钢,需要具备较高的冲击韧性,要有足够的强度,焊接性能要良好,具备一定的屈强比,在必要情况下还需具备厚度方向性能。

(9)桥梁用钢

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建造铁路和公路桥梁所用的钢,需要具备较高的强度,同时要有足够的韧性,缺口敏感性要低,低温韧性要好,抗时效敏感性要强,抗疲劳性能要佳,焊接性能也要良好。主要使用的钢有 Q345q、Q370q、Q420q 等低合金高强度钢

(10)船体用钢

焊接性能良好,其他性能也良好,这种钢适用于修造船舶和舰艇壳体的主要结构。舰艇钢需要具备更高的强度,同时需要有更好的韧性,还需要有抗爆性以及抗深水压溃性。

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(11)压力容器用钢

制造石油化工、气体分离和气体储运等设备的压力容器所用的钢,需要具备足够的强度与韧性,还需有良好的焊接性能以及冷热加工性能。通常使用的钢主要为低合金高强度钢和碳素钢。

(12)低温用钢

用于制造在低于 -20℃的环境中使用的压力设备和结构的钢,需要具备良好的低温韧性和焊接性能。由于使用温度有所不同,主要使用的钢包括低合金高强度钢、镍钢以及奥氏体不锈钢。

(13)锅炉用钢

用于制造过热器的钢,要求具有良好的室温和高温力学性能等。用于制造主蒸汽管的钢,也有这样的要求。用于制造水冷壁管的钢同样如此。用于制造锅炉汽包的钢,也需具备这些性能。这种钢主要有珠光体耐热钢(铬 - 钼钢)、奥氏体耐热钢(铬 - 镍钢)、优质碳素钢(20 钢)和低合金高强度钢。

(14)管线用钢

石油、天然气进行长距离输送的管线所使用的钢。这种钢需要具备高强度、高韧性,同时还需要有优良的加工性、焊接性以及抗腐蚀性等综合性能,是低合金高强度钢。

(15)Z向性能钢

这种钢能够保证厚度方向的性能,不容易沿着厚度方向产生裂纹,具有抗层状撕裂的特性。按照厚度方向断面收缩率来划分,这类钢分为 Z15、Z25、Z35 这 3 个级别。

(16)CF钢

在焊接前无需预热,焊接后也无需热处理的情况下,不会出现焊接裂纹的钢。这类钢的合金元素含量较少,碳含量低,碳当量低,焊接裂纹敏感指数也很低,其纯洁度很高。

(17)锚链用钢

用来制作船舶锚链的是圆钢。这种圆钢需要具备较高的强度以及韧性。其主要是采用含有锰的低碳钢或者中碳钢。

(18)混凝土钢筋用钢

用于混凝土构件钢筋的钢,需要具备一定的强度,同时要有良好的焊接性能和冷弯性能。通常会采用低合金钢和碳素钢,其中有热轧钢筋和冷轧钢筋这两种类型,外形方面则有带肋和光圆这两种。

(19)矿用钢

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矿山用钢以煤炭强化开采为主,其中包含巷道支护用钢、液压支架管用钢、槽帮钢用钢、圆环链用钢、刮板钢用钢等。这些用钢主要采用耐磨低合金钢。

(20)汽车用钢

包括车身用钢、车架用钢和车轮用钢。这些用钢需要具备良好的性能,如成型性能要好,焊接性能要佳,耐蚀性能要优,涂装性能也要好等。

(21)车辆用钢

制造铁道货车和客车车厢所用的钢。这种钢需要具备足够的强度以及韧性,同时还要有良好的耐蚀性。主要是运用含有磷、铜、铬、镍的高耐候低合金钢。

(22)车轮钢

制造铁道车轮的钢,这种钢需要具备较高的强度、韧性、抗疲劳性、耐磨性以及抗热裂性。在制造时,主要会采用低合金钢和碳素钢。

(23)车轴钢

制造铁道机车车轴的钢,这种钢需要具备良好的冲击韧性以及很高的抗拉强度。一般会采用含锰量比较高的中碳钢。

(24)钢轨钢

制造重轨、轻轨、起重机轨以及其他专用轨所使用的钢。这种钢需要具备足够的强度、硬度、耐磨性以及冲击韧性。主要是运用含锰量较高的高碳钢(轻轨则使用中碳钢)钢材伸长率,还有含锰、硅、钒、铜的低合金钢。

(25)焊接用钢

用于焊接钢材的钢,包含焊条、焊丝、焊带等。这类钢对化学成分有较为严格的要求,需控制碳含量,并且要对硫、磷等有害元素进行限制。按照化学成分来划分,焊接用钢可分为非合金钢、低合金钢和合金钢这三类。

(26)易切削钢

在钢中加入硫元素,可明显改善切削性能,利于机械加工自动化;在钢中加入磷元素,能明显改善切削性能,利于机械加工自动化;在钢中加入铅元素,可明显改善切削性能,利于机械加工自动化;在钢中加入砸元素,能明显改善切削性能,利于机械加工自动化;在钢中加入锑元素,可明显改善切削性能,利于机械加工自动化;在钢中加入钙元素,能明显改善切削性能,利于机械加工自动化。这些元素可单独加入一种,也可同时加入一种以上。

(27)深冲用钢

钢具有优良的冲压成型性能。这种钢通常是镇静的低碳钢。一般会通过降低碳、硅、锰、硫、磷的含量,对铝含量的范围进行控制以及采用特定的加工工艺,从而获得最佳的深冲性能。按冲压级别来划分,有深冲钢和超深冲钢。

(28)IF钢

在低碳钢中,若含碳量不大于 0.01%,加入适量的钬和铌,钬和铌会吸收钢中的间隙原子碳和氮,从而形成碳化物和氮化物粒子,这样就能获得深冲性能极佳的钢。

(29)双相钢

一种钢,属于低合金高强度类型且可成型。它的显微组织由铁素体晶粒基体构成,此基体较软,同时还含有弥散的马氏体颗粒,这些马氏体颗粒较硬。这种钢具有较高的强度和塑性,并且成型性能较好。

(30)烘烤硬化钢

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钢中 Nb 和 Ti 的含量不如 IF 钢高,所以 BH 钢含有一定数量的碳和氮间隙原子,然而这些间隙原子并未对其冲压性能产生影响,或者影响较为轻微。BH 钢板主要被应用于汽车外壳,其在经过冲压之后需要进行喷漆和烤漆。冲压成形过程中产生了位错。在 170t 上下的温度范围内烘烤涂漆时,固溶碳原子会集结到位错周围。这样就形成了“科氏气团”,“科氏气团”将位错钉扎住。位错被钉扎住后,带钢的强度上升,强度得以提高,从而产生了人工应变时效硬化。这种钢的突出优点是具有较低的屈服强度,易于冲压成形,并且经烘烤后带钢的强度会进一步提高。

(31)相变诱导塑性钢

钢板中的残余奥氏体在塑性变形作用下,通过相变诱导塑性效应诱发马氏体形核,从而引入相变强化和塑性增长机制,以此提高钢板的强度和韧性。trip 钢具有多相组织,其中包含软相铁素体、硬相贝氏体以及亚稳定的残余奥氏体,在变形过程中这些组织能逐步转化为马氏体。trip 钢的组织决定了它具有优异的力学性能。所以,trip 钢在具备高强度的同时,还拥有优异的塑性。铁素体属于软相,在拉伸过程中能够协调贝氏体的变形。贝氏体可以提高 trip 钢的强度。奥氏体在室温拉伸时会转化为马氏体,马氏体相变会产生应力松弛,从而使塑性增加。另外,相变生成的马氏体还能够强化 trip 钢,使 trip 钢的强度得以提高。trip 钢的最大特点在于,与其他同级别的高强度钢相比较而言,它兼具高强度和高延伸性能,能够冲制较为复杂的零件。同时,它还具备高碰撞吸收性能,一旦遭遇碰撞,就会通过自身的形变来吸收能量,而不会向外传递。

(32)孪晶诱导塑性钢

twip 钢的抗拉强度能够达到一定程度,其伸长率可以达到 60%至 95%。twip 钢的成分一般主要是铁,会添加 15%到 30%的 Mn,同时加入少量的 Al 和 Si,还有的会再加入少量的 Ni、V、Mo、Cu、Ti、Nb 等元素。当 TV 的层错能大于 20mJ/m²时,会出现机械孪晶。所有能增加层错能的合金都对孪晶的发生有帮助。例如,铝能够增加层错能,而硅会降低层错能。twip 钢在无外载荷的情况下,冷却至室温时其组织为稳定的残余奥氏体。当有外部载荷作用时,由于应变诱导会产生机械孪晶,进而会产生较大的无颈缩延伸,同时还会展现出非常优异的力学性能,像高的应变硬化率、高的塑性值以及高的强度。

(33)非调质钢

中碳钢添加钒、铌、钛等微量元素,通过控制轧制(或锻制)温度以及冷却工艺来产生强化相,让塑性变形与固态相变相结合,从而获得与调质钢相当且具有良好综合性能的钢。

(34)调质钢

中碳或低碳结构钢先进行粹火处理,然后再进行高温回火处理,这样就能获得较高的强度以及冲击韧性等更优良的综合力学性能的钢。

(35)超高强度钢

屈服强度超过某个数值且抗拉强度超过某个数值的钢。这种钢的主要特点在于强度很高,韧性足够,能够承受很大的应力,并且比强度很大,能让结构尽量减轻自重。

(36)优质碳素结构钢

普通碳素结构钢与之相比,这种钢的硫、磷及非金属夹杂物含量较低。它按碳含量和用途的差异被分成低碳钢、中碳钢和高碳钢等 3 类。这类钢主要是用来制造机械零部件以及弹簧等。

(37)合金结构钢

在碳素结构钢的基础上添加适当的合金元素,这类钢主要用于制造截面尺寸较大的机械零件。它具有合适的淬透性,经过相应热处理后,会有较高的强度、韧性和疲劳强度,同时脆性转变温度较低。这类钢主要包含调质钢、表面硬化钢和冷塑性成型钢。

(38)压力加工用钢

用于压力加工(例如轧、锻、拉拔等)并经过塑性变形来制成零件或产品的钢。按照加工前钢是否先经过加热这一情况,可分为热压力加工用钢和冷压力加工用钢。

(39)切削加工用钢

用于切削机床(像车、铣、刨、磨等这些)在常温状态下进行切削加工从而制成零件的钢。

(40)冷顶锻用钢

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用于常温下进行镦粗的钢,可用于制造铆钉、螺栓和螺母。这种钢在钢牌号前面加字母“ML”来表示。它除了对化学成分和力学性能有要求外,还要求具备表面脱碳层和冷顶锻性能等。这类钢主要是优质碳素结构钢和合金结构钢。

(41)保证淬透性钢

用端淬法按照相关标准规定进行端部淬火,确保在距离淬火端一定距离的范围内,硬度的上下限处于一定的范围之内的钢。这类钢的牌号通常用“H”(代表保证淬透性带的符号)来表示。

(42)装甲钢

制造用于防御各种穿甲弹、破甲弹的坦克、装甲等的钢板钢。需要具备较高的硬度以及足够的韧性,尤其是低温韧性。一般是中碳合金钢。

(43)枪钢

制造各种手枪、步枪、机关枪的枪管和射击 机构等部件用钢。

(44)火炮用钢

制造不同类型火炮的主要结构件,如炮身、炮尾和炮门等,需用钢来制作。这些结构件要求具备高强度、高韧性以及耐蚀性能。一般会使用中碳铬 - 镍 - 钼钢。

(45)炮弹用钢

制造炮弹弹体用的钢,需要具备强度高且硬度高的特性,在爆炸载荷发挥作用时,要能有较高的破片率。通常会采用中碳钢或者中碳合金钢。

(46)渗碳钢

用于表面渗碳的钢包含碳钢和合金钢。这类钢通常含碳量在 0.10%至 0.25%之间。表面进行渗碳处理后,接着进行淬火和低温回火操作,这样能提高表面的硬度,同时心部还能具备足够的韧性。

(47)渗氮钢

含有铬、铝、钼、钛等元素,经渗氮处理后,使表面硬化的钢。

(48)弹簧钢

制造各种弹簧和弹性元件所用的钢。这种钢需要具备优良的力学性能,具体来说就是弹性极限要高,强度极限要大,屈强比要合适;还需要有良好的疲劳性能、淬透性,以及物理化学性能,像耐热、耐低温、耐腐蚀等;同时也要具备良好的加工成型性能。按照化学成分来划分的话,可分为碳素弹簧钢、合金弹簧钢和特殊弹簧钢。

(49)不锈钢

有一类钢,其铬含量不小于 10.5%,这类钢被统称为不锈钢和耐酸钢。其中,不锈钢是指在大气、蒸汽和水等弱腐蚀介质中不容易生锈的钢。而耐酸钢则是指在酸、碱、盐等侵蚀性较强的介质中能够抵抗腐蚀作用的钢。

(50)耐热钢

合金钢在高温下具备较高的强度且有良好的化学稳定性。这类合金钢包含抗氧化钢(也称作耐热不起皮钢)以及热强钢这两类。抗氧化钢通常需要具备较好的化学稳定性,不过其承受的载荷相对较低。而热强钢则要求有较高的高温强度以及相应的抗氧化性。

(51)耐候钢(耐大气腐蚀钢)

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加入铜、磷、铬、镍等元素,从而提高耐大气腐蚀性能的钢。这类钢包含高耐候钢以及焊接结构用耐候钢。

(52)无磁钢

合金钢以碳、锰、铬、镍、氮等作为主要的合金成分,它具有稳定的奥氏体组织,并且没有磁性或者磁性是极低的。

(53)阀门钢

这种耐热钢以铬以及硅、镍、钼作为主要的合金元素,主要是用来制作内燃机的进气阀和排气阀的。

(54)叶片钢

制造汽轮机叶片用的钢,其主要合金元素为铬以及钼、镍、钨、钒等。因为工作温度不同,所以对常温力学性能有要求钢材伸长率,同时对高温瞬时力学性能、持久强度以及塑性、蠕变强度等也有要求。

(55)电工用桂钢

硅铁软磁材料主要用于各种变压器、电动机和发动机铁芯,其碳含量极低,硅含量通常在 0.5%至 4.5%之间。这种材料分为晶粒取向硅钢和晶粒无取向硅钢两类。

(56)晶粒取向挂钢

晶粒通过形变和再结晶退火后会发生择优取向,并且其取向会沿着轧制方向进行排列。轧制方向的磁性比垂直轧制方向的磁性要明显更优。通常其含硅量大约为 3.2%。

(57)晶粒无取向硅钢

沿轧制方向和垂直轧制方向 具有大致相同的磁性能的硅钢。

(58)电工用纯铁

这种非合金化的铁某软磁材料可用于制造电磁元件,它的碳含量很低,其他杂质元素含量也很低,并且具有磁感强度高、磁导率高以及矫顽力低等特性。

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