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鋼材基礎知識

作者: 來源: 日期:2020-02-17 11:14:24

  1、 碳素鋼的定義及鋼中五元素  

  含碳2%以下的鐵碳合金稱為鋼。 

碳素鋼中的五元素是指化學成份中的主要組成物,即 C、Si、Mn、S、P(碳、硅、錳、硫、磷)。其次是在煉鋼過程中不可避免地 會混入氣體,含O、H、N(氧、氫、氮)。此外,用鋁—硅脫氧鎮靜工藝中,必然在鋼水中含有 Al,當Als(酸溶鋁)≥0。020%時, 還有細化晶粒的作用  

  2、 鋼鐵是怎樣煉成的?  

  煉鋼的主要任務是按所煉鋼種的質量要求,調整鋼中碳和合金元素含量到規定范圍之內,并使P、S、H、O、N等雜質的含量降至允 許限量之下。 

煉鋼過程實質上是一個氧化過程,爐料中過剩的碳被氧化,燃燒成CO氣體逸出,其它Si、P、Mn 等氧化后進入爐渣中。S部份進入 煉渣中,部份則生成SO2排出。當鋼水成份和溫度達到工藝要求后,即可出鋼。為了除去鋼中過剩的氧及調整化學成份,可以添加脫氧劑和鐵合金或合金元素。  

  3、 轉爐煉鋼簡介  

  從魚雷車運來的鐵水經過脫硫、擋渣等處理后即可倒入轉爐中作為主要爐料,另加10% 以下的廢鋼。然后,向轉爐內吹氧燃燒,鐵 水中的過量碳被氧化并放出大量熱量,當探頭測得達到預定的低碳含量時,即停止吹氧 并出鋼。一般在鋼包中需進行脫氧及調整成份操作;然后在鋼液表面拋上碳化稻殼防止鋼水被氧化,即可送往連鑄或模鑄工區。 

對要求高的鋼種可增加底吹氬、RH真空處理、噴粉處理(噴SI—CA粉及變性石灰)可以有效降低鋼中的氣體與夾雜,并有進一步降 碳及降硫的作用。在這些爐外精煉措施后還可以最終微調成份,滿足優質鋼材的需求。  

  4、 初軋  

  模鑄鋼錠采取熱裝、熱送新工藝,進入均熱爐加熱,然后通過初軋機及鋼坯連軋機軋成板坯、管坯、小方坯等初軋產品,經過切頭、 切尾、表面清理,(火焰清理、打磨)高品質產品則還需對初軋坯進行扒皮和探傷,檢驗合格后入庫。 

目前初軋廠的產品有初軋板坯、軋制方坯、氧氣瓶用鋼坯、齒輪用圓管坯、鐵路車輛用車軸坯及塑模用鋼等。 

初軋板坯主要供應熱軋廠作為原料;軋制方坯除部份外供,主要送往高速線材軋機作原料。 

由于連鑄板坯的先進性,初軋板坯的需求量大為削減,因此轉向上述其它產品了。  

  5、 熱連軋  

  用連鑄板坯或初軋板坯作原料,經步進式加熱爐加熱,高壓水除鱗后進入粗軋機,粗軋料經切頭、尾、再進入精軋機,實施計算機 控制軋制,終軋后即經過層流冷卻(計算機控制冷卻速率)和卷取機卷取、成為直發卷。直發卷的頭、尾往往呈舌狀及魚尾狀,厚度、 寬度精度較差,邊部常存在浪形、折邊、塔形等缺陷。其卷重較重、鋼卷內徑為760mm。(一般制管行業喜歡使用。) 

將直發卷經切頭、 切尾、切邊及多道次的矯直、平整等精整線處理后,再切板或重卷,即成為:熱軋鋼板、平整熱軋鋼卷、縱切帶等產品。 

熱軋精整卷若經酸洗去除氧化皮并涂油后即成熱軋酸洗板卷。該產品有局部替代冷軋板的趨向,價格適中,深受廣大用戶喜愛。 寶鋼新投資的一條熱軋酸洗線正在緊張建設中。  

  6、 冷連軋  

  用熱軋鋼卷為原料,經酸洗去除氧化皮后進行冷連軋,其成品為軋硬卷,由于連續冷變形引起的冷作硬化使軋硬卷的強度、硬度上升、韌塑指標下降,因此沖壓性能將惡化,只能用于簡單變形的零件。 軋硬卷可作為熱鍍鋅廠的原料,因為熱鍍鋅機組均設置有退 火線。軋硬卷重一般在6~13.5噸,鋼卷內徑為610mm。 

一般冷連軋板、卷均應經過連續退火(CAPL機組)或罩式爐退火消除冷作硬化及軋制應力,達到相應標準規定的力學性能指標。 

冷軋鋼板的表面質量、外觀、尺寸精度均優于熱軋板,且其產品厚度右軋薄至0.18mm左右,因此深受廣大用戶青睞。 

以冷軋鋼卷為基板進行產品的深加工,成為高附加值產品。如電鍍鋅、熱鍍鋅、耐指紋電鍍鋅、彩涂鋼板卷及減振復合鋼板、PVC 復膜鋼板等,使這些產品具有美觀、高抗腐蝕等優良品質,得到了廣泛應用。 

冷軋鋼卷經退火后必須進行精整,包括切頭、尾、切邊、矯平、平整、重卷、或縱剪切板等。冷軋產品廣泛應用于汽車制造、家電 產品、儀表開關、建筑、辦公家具等行業。鋼板捆包后的每包重量為3~5噸。平整分卷重一般為3~10噸/卷。鋼卷內徑610mm。  

  7、 鋼的力學性能  

  7.1拉力試驗 

按標準制備的拉力試樣,安裝在拉力試驗機的夾頭內,對試樣緩慢施加單軸向拉伸應力,直至試樣被拉斷為止的試驗稱作拉力試驗。 

7.1.1強度 

金屬材料在外力作用下,抵抗變形和斷裂的能力叫強度。強度指標包括:比例極限、彈性極限、屈服強度、抗拉強度等。 

7.1.2比例極限 

對金屬施加拉力,金屬存在著力與變形成直線比例的階段,而這個階段的最大極限負荷Pp除以試樣的原橫截面積即為比例極限,用 σ P表示。 

7.1.3彈性極限 

金屬受外力作用發生了變形,外力去掉后,能完全恢復原來的形狀,這種變形稱為彈性變形。金屬能保持彈性變形的最大應力稱為 彈性極限,用σe表示。 

7.1.4抗拉強度 

試樣拉伸時,在拉斷前所承受的最大負荷除以原橫截面積所得的應力,稱作抗拉強度,用σb表示。當材料所受的外應力大于其抗拉 強度時,將會發生斷裂。因此σb越高,則表示它能承受愈大的外應力而不致于斷裂。 

國外標準的結構鋼常按抗拉強度來分類,如SS400,其中400即表示σb的最小值為400MPa超高強度鋼是指σb≥1373 Mpa的鋼。 

7.1.5屈強比 

屈強比即屈服強度與抗拉強度之比值(σS/σb)。屈服比值越高,則該材料的強度愈高,屈強比值愈低則塑性愈佳,沖壓成形性愈好。如深沖鋼板的屈強比值為≤0.65。 

彈簧鋼一般均在彈性極限范圍內服役,受載荷時不允許產生塑性變形,因此要求彈簧鋼經淬火、回火后具有盡可能高的彈性極限和 屈強比值(σS/σb≥0.90)此外疲勞壽命與抗拉強度及表面質量往往有很大關連。 

7.1.6塑性 

金屬材料在受力破壞前可以經受永久變形的性能稱為塑性。塑性指標通常伸長率和斷面收縮率表示。伸長率與斷面收縮率越高,則 塑性越好。  

  8、沖擊韌性  

  用一定尺寸和形狀的金屬試樣,在規定類型的沖擊試驗上受沖擊負荷折斷時,試樣刻槽處單位橫截面上所消耗的沖擊功,稱為沖擊 韌性以αk表示。 

目前常用的10×10×55mm,帶2 mm深的V形缺口夏氏沖擊試樣,標準上直接采用沖擊功(J焦耳值)AK,而不是采用αK值。因為單位 面積上的沖擊功并無實際意義。 

沖擊功對于檢查金屬材料在不同溫度下的脆性轉化最為敏感,而實際服役條件下的災難性破斷事故,往往與材料的沖擊功及服役溫 度有關。 因此在有關標準中常常規定某一溫度時的沖擊功值為多少 、還規定FATT(斷口面積轉化溫度)要低于某一溫度的技術條件。所謂FATT,即一組在不同溫度下的沖擊試樣沖斷后,對沖擊斷口進行評定,當脆性斷裂占總面積的50%時所對應的溫度。 

由于鋼板厚度的影響,對厚度≤10mm的鋼板,可取得3/4小尺寸沖擊試樣(7.5×10×55mm)或1/2小尺寸沖擊試樣(5×10×55mm)。但是一定要注意,同規格及同一溫度下的沖擊功值才可相互比較。只有在標準規定的條件下,才可按標準的換算方法,折算 成標準沖擊試樣的沖擊功,再相互比較。  

  9、硬度試驗  

  金屬材料抵抗壓頭(淬硬的鋼球或具有1200圓錐或角錐的金剛石壓頭)壓陷表面的能力稱為硬度。根據試驗方法和適用范圍的不同,硬度可分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、肖氏硬度以及顯微硬度、高溫硬度等。 

冶金產品常用的是布氏硬度和洛氏硬度。  

  10、寶鋼企業標準(Q/BQB)  

  寶鋼企標中的鋼號大致可分為三個來源即從日本JIS標準、德國DIN標準移植及自行開發研制的鋼號。從日本JIS標準中移植來的鋼號,一般首位常為S(Steel);從DIN標準移植來的鋼號,一般常以ST開頭(Stahl德文中的“鋼”);寶鋼自行開發研制的鋼號,一般首位常以寶鋼的拼音首位B開頭。  

  11、結構用熱連軋、冷連軋鋼板及鋼帶  

  結構鋼一般按強度分類,在鋼號中的數字往往代表抗拉強度的最低值。由于該類鋼常用于制作結構件,因此稱作為結構鋼。結構鋼的強化機制傾向于降碳增錳固溶強化鐵素體、細化珠光體和添加微合金的析出強化、沉淀強化和細晶強化,以確保在提高強 度的同時仍保持較好的韌、塑指標并兼具良好的焊接性能。


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