鋼的原材料與生產工藝

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鋼的原材料與生產工藝簡介
一、原材料   鋼的源頭是鐵礦砂,即鐵元素(Fe)在自然界中的存在形式,純粹的鐵在自然界中是不存在的,鐵礦砂主要分為磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦三種,這些都是鐵的氧化物,不同之處在於它們的氧化……
鋼的原材料與生產工藝正文

一、原材料

鋼的源頭是鐵礦砂,即鐵元素(Fe)在自然界中的存在形式,純粹的鐵在自然界中是不存在的,鐵礦砂主要分為磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦三種,這些都是鐵的氧化物,不同之處在於它們的氧化方式。鐵礦砂中的含鐵量越高越好,理論上鐵礦砂中的最高含鐵量在72%左右,含鐵量在60%以上稱為富鐵礦。鐵礦砂先在熔爐內還原成鐵(銑鐵),再送入鍊鋼爐內脫碳精鍊成鋼,廢鋼也可在鍊鋼爐熔煉再生。一般鋼鐵依使用用途製成性質、形狀各異的商品,既所謂的鋼鐵製品。通常鋼鐵製品是將鐵礦石還原,熔解成銑鐵(煉銑),銑鐵精鍊成鋼(鍊鋼),鋼再軋延、加工后製成各種鋼鐵製品,廣義的鋼鐵製品包含鑄鐵、鑄鋼、鍛造鋼品及鋼材加工的製品。

在討論鋼鐵的原料之前,我們先要弄清楚,究竟鋼和鐵有什麼不同?是否有不同的成份呢?在日常生活上大家總是把鋼和鐵聯在一起稱為“鋼鐵”,可見鋼和鐵應該是一種物質才對;事實上,由科學的眼光來看,鋼和鐵是有少許不同的,它們的主要成份都是鐵元素,只是所含的碳元素量不同。我們通常以碳的含量在2%以上的叫“生鐵”,低於這個數值的叫“鋼”。因此,在冶鍊鋼鐵的過程中,含鐵的礦石先在鼓風爐(blast furnace)(高爐)中被冶鍊成熔融生鐵,而後熔融生鐵再放到鍊鋼爐(steel making furnace)中精鍊成鋼。

生產鋼鐵所需要的原料分成四大類來分別討論:第一類討論的是各種含有鐵質的礦石原料;第二類是煤和焦炭;第三類則討論在冶鍊的過程中用來製造熔碴(slag)的熔劑(或稱助熔劑flux),如石灰石等;最後一類是各種輔助原料,如廢鋼料(scrap)、氧氣等。
二、鐵礦石種類及分佈

在理論上來說,凡是含有鐵元素或鐵化合物的礦石都可以叫做鐵礦石。但是,在工業上或者商業上來說,鐵礦石不但是要含有鐵的成份,而且必須有利用的價值才行。可是,由於很難絕對性的判定一個礦石是否有利用價值,所以在工業上很難訂立一個鐵礦石的標準。舉例來說,歐洲所產的鐵礦品質很差,而且含鐵量很低,只是因為他們找不到好的礦石,所以他們就把這種礦石稱為鐵礦石;而澳洲目前因為品質好含鐵量高的礦石存量很多,所以像歐洲所用的那種礦石在澳洲已經認為毫無價值。那麼,在歐洲所使用的鐵礦石,在美國就不被鋼鐵業界認為是鐵礦石了。再譬如說,在過去被認為含鐵量太低沒有利用價值的礦石,由於現在工業技術的進步,發展出許多廉價的方法來富化礦石中鐵的成份,於是這些含鐵量低的礦石也就成為有價值的鐵礦石了。於是,我們歸納出一個結論,就是在工業上對於鐵礦石判定的標準是隨著地區性的供求關係、工業技術水準的改變及交通運輸的狀況而改變的。以目前的標準來看,礦石中的平均含鐵量大約在25%以上,才被稱為有利用價值的鐵礦石。

鐵都是以化合物的狀態存在於自然界中,尤其是以氧化鐵的狀態存在的量特別多。現在將幾種比較重要的鐵礦石提出來說明:(前三種是主要種類)

(1)磁鐵礦(Magnetite)是一種氧化鐵的礦石,主要成份為Fe3O4,是Fe2O3和FeO的複合物,呈黑灰色,比重大約5.15左右,含Fe 72.4%,O 27.6%,具有磁性。在選礦

 

(Beneficiation)時可利用磁選法,處理非常方便;但是由於其結構細密,故被還原性較差。經過長期風化作用后即變成赤鐵礦。

(2)赤鐵礦(Hematite)也是一種氧化鐵的礦石,主要成份為Fe2O3,呈暗紅色,比重大約為5.26,含Fe 70%,O 30%,是最主要的鐵礦石。由其本身結構狀況的不同又可分成很多類別,如赤色赤鐵礦(Red Hematite)、鏡鐵礦(Specularhematite)、雲母鐵礦(Micaceous hematite)、粘土質赤鐵(Red Ocher)等。

(3)褐鐵礦(Limonite)這是含有氫氧化鐵的礦石。它是針鐵礦(Goethite)HFeO2和鱗鐵礦(Lepidocrocite)FeO(OH)兩種不同結構礦石的統稱,也有人把它主要成份的化學式寫成m Fe2O3nH2O,呈現土黃或棕色,含有Fe約62%,O 27%,H2O 11%,比重約為3.6~4.0,多半是附存在其它鐵礦石之中。

(4)菱鐵礦(Siderite)是含有碳酸鐵的礦石,主要成份為FeCO3,呈現青灰色,比重在3.8左右。這種礦石多半含有相當多數量的鈣鹽和鎂鹽。由於碳酸根在高溫約800~900℃時會吸收大量的熱而放出二氧化碳,所以我們多半先把這一類礦石加以焙燒之後再加入鼓風爐。(5)鐵的硅酸鹽礦(Silicate Iron)此類礦石是一種複合鹽,沒有一定的化學式,成份的變化很大,一般呈現深綠色,比重為3.8左右,含鐵成份很低,是一種較差的鐵礦石。

(6)硫化鐵礦(Sulphide iron)這種礦石含有FeS2,含Fe只有46.6%而S的含量達到53.4%。呈現灰黃色,比重大約為4.95~5.10。由於這種礦石常常含有許多其它較貴重的金屬如銅(Copper)、鎳(Nickel)、鋅(Zinc)、金(Gold)、銀(Silver)等,所以常被用做他種金屬冶鍊工業的原料;又由於它含有大量的硫,所以常被用來提制硫磺,鐵反而變成了副產品,所以事實上已不能稱為鐵礦石。

鐵在地球表面,分佈非常廣泛,而且存量也極為豐富,幾乎所有的岩石和動植物的殘骸之中都含有少許鐵的成份;根據地質學家的估計,地殼中大約有4~5%是鐵的元素。

雖然這許多含鐵的物質中只有極少部份是具有價值的鐵礦石,但是它的存量已經是極為豐富。對於地球上鐵礦石貯存量的估計,目前沒有一個可以確信的數字。目前已經被發現的主要產鐵礦國有美國、加拿大、巴西、澳洲、南非、印度、法國、英國、瑞典、西班牙、蘇俄、中國、委內瑞拉等。

中國鐵礦資源有兩個特點:一是貧礦多,貧礦出儲量佔總儲量的80%;二是多元素共生的複合礦石較多。此外礦體複雜,有些貧鐵礦床上部為赤鐵礦,下部為磁鐵礦。

(1)東北地區鐵礦 東北的確鐵礦主要是鞍山礦區,它是目前我國儲量開採量最大的礦區,大型礦體主要分佈在遼寧省的鞍山(包括大弧山、櫻桃園、東西鞍山、弓長嶺等)、本溪(男芬、歪頭山、通遠堡等),部分礦床分佈在吉林省通化附近。鞍山礦區是鞍鋼、本鋼的主要原料基地。

鞍山礦區礦石的主要特點:

1)除極少富礦外,約佔儲量的98%為貧礦,含鐵量20~40%,平均30%左右。必須經過選礦處理,精選后含鐵量可達60%以上。

2)礦石礦物以磁鐵礦和赤鐵礦為主,部分為假象赤鐵礦和半假象赤鐵礦。其結構緻密堅硬,脈石分佈均勻而緻密,選礦比較困難,礦石的還原性較差。

3)脈

 

石礦物絕大部分是由石英石組成的,SiO2在40~50%。但本溪通遠堡鐵礦為自溶性礦石,其鹼度(Ca+Mg/SiO2)在1以上。且含錳1.29~7.5%可代替錳礦使用。

4)礦石含S、P雜質很少,本溪男芬鐵礦含P很低,是冶鍊優質生鐵的好原料。

(2)華北地區鐵礦 主要分佈在河北省宣化、遷安和邯鄲、邢台地區的武安、礦山村等的地區以及內蒙和山西各地。是首鋼、包鋼、太鋼和邯鄲、宣化及陽泉等鋼鐵廠的原料基地。

遷灤礦區礦石為鞍山式貧磁鐵礦,含酸性脈石,S、P雜質少,礦石的可選性好。

邯邢礦區主要是赤鐵礦和磁鐵礦,礦石含鐵量在40%-55%之間,脈石中含有一定的鹼性氧化物,部分礦石S高。

(3)中南地區鐵礦 中南地區鐵礦以湖北大冶鐵礦為主,其他如湖南的湘潭,河南省的安陽、舞陽,江西和廣東省的海南島等地都有相當規模的儲量,這些礦區分別成為武鋼、湘鋼及本地區各大中型高爐的原料供應基地。

大冶礦區是我國開採最早的礦區之一,主要包括鐵山、金山店、成潮、靈鄉等礦山,儲量比較豐富。礦石主要是鐵銅共生礦,鐵礦物主要為磁鐵礦,其次是赤鐵礦,其他還有黃銅礦和黃鐵礦等。礦石含鐵量40-50%,最高的達54-60%。脈石礦物有方解石、石英等,脈石中含SiO28%左右,有一定的溶劑性(CaO/SiO2為0.3左右),礦石含P低,(一般0.027%),含S高且波動很大(0.01-1.2%),並含有Cu(0.2-1.0%)和Co(0.013%-0.025%)等含有色金屬。礦石的還原性較差,礦石經燒結、球團造塊后入高爐冶鍊。

(4)華東地區鐵礦 華東地區鐵礦產區主要是自安徽省蕪湖至江蘇南京一帶的凹山,南山、姑山、桃沖、梅山、鳳凰山等礦山。此外還有山東的金嶺鎮等地也有相當豐富的鐵礦資源儲藏,是馬鞍山鋼鐵公司及其他一些鋼鐵企業原料供應基地。

蕪寧礦區鐵礦石主要是赤鐵礦,其次是磁鐵礦,也有部分硫化礦如黃銅礦和黃鐵礦。鐵礦石品位較高,一部分富礦(含Fe50%-60%)可直接入爐冶鍊,一部分貧礦要經選礦精選、燒結造塊后供高爐使用。礦石的還原性較好。脈石礦物為石英、方解石、磷灰石和金紅石等,礦石中含S、P雜質較高(含P一般為0.5%,最高可達1.6%,梅山鐵礦含S平均可達2%-3%),礦石有一定的溶劑性(如凹山及梅山的富礦中平均鹼度可達0.7-0.9),部分礦石含V,Ti及Cu等有色金屬。

(5)其他地區鐵礦 除上述各地區鐵礦外,我國西南地區、西北地區各省,如四川、雲南、貴州、甘肅、新疆、寧夏等地都有豐富的不同類型的鐵礦資源,分別為攀鋼、重鋼和昆鋼等大中型鋼鐵廠高爐生產的原料基地。
 三、鋼材的生產工藝

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)。其次是在鍊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。

化學元素對鋼性能的影響

1、碳(C):鋼中含碳量增加,屈服點和抗拉強度升高,但塑性和衝擊性降低,當碳量0.23%超過時,鋼的焊接性能變壞,因此用於焊接的

 

低合金結構鋼,含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力,在露天料場的高碳鋼就易鏽蝕;此外,碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。

2、硅(Si):在鍊鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑,所以鎮靜鋼含有0.15-0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限,屈服點和抗拉強度,故廣泛用於作彈簧鋼。在調質結構鋼中加入1.0-1.2%的硅,強度可提高15-20%。硅和鉬、鎢、鉻等結合,有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用,可製造耐熱鋼。含硅1-4%的低碳鋼,具有極高的導磁率,用於電器工業做矽鋼片。硅量增加,會降低鋼的焊接性能。

3、錳(Mn):在鍊鋼過程中,錳是良好的脫氧劑和脫硫劑,一般鋼中含錳0.30-0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時就算“錳鋼”,較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性,且有較高的強度和硬度,提高鋼的淬性,改善鋼的熱加工性能,如16Mn鋼比A3屈服點高40%。含錳11-14%的鋼有極高的耐磨性,用於挖土機鏟斗,球磨機襯板等。錳量增高,減弱鋼的抗腐蝕能力,降低焊接性能。

4、磷(P):在一般情況下,磷是鋼中有害元素,增加鋼的冷脆性,使焊接性能變壞,降低塑性,使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小於0.045%,優質鋼要求更低些。

5、硫(S):硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產生熱脆性,降低鋼的延展性和韌性,在鍛造和軋制時造成裂紋。硫對焊接性能也不利,降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小於0.055%,優質鋼要求小於0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫,可以改善切削加工性,通常稱易切削鋼。

6、鉻(Cr):在結構鋼和工具鋼中,鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性,但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性,因而是不鏽鋼,耐熱鋼的重要合金元素。

7、鎳(Ni):鎳能提高鋼的強度,而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸鹼有較高的耐腐蝕能力,在高溫下有防鏽和耐熱能力。但由於鎳是較稀缺的資源,故應盡量採用其他合金元素代用鎳鉻鋼。

8、鉬(Mo):鉬能使鋼的晶粒細化,提高淬透性和熱強性能,在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應力,發生變形,稱蠕變)。結構鋼中加入鉬,能提高機械性能。 還可以抑制合金鋼由於火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。

9、鈦(Ti):鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內部組織緻密,細化晶粒力;降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不鏽鋼中加入適當的鈦,可避免晶間腐蝕。

10、釩(V):釩是鋼的優良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細化組織晶粒,提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物,在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。

11、鎢(W):鎢熔點高,比重大,是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢,可顯著提高紅硬性和熱強性,作切削工具及鍛模具用。

12、鈮(Nb):鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性,提高強度,但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮,可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不鏽鋼中

 

加鈮,可防止晶間腐蝕現象。

13、鈷(Co):鈷是稀有的貴重金屬,多用於特殊鋼和合金中,如熱強鋼和磁性材料。

14、銅(Cu):武鋼用大冶礦石所煉的鋼,往往含有銅。銅能提高強度和韌性,特別是大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易產生熱脆,銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當銅含量小於0.50%對焊接性無影響。

15、鋁(Al):鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁,可細化晶粒,提高衝擊韌性,如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能,鋁與鉻、硅合用,可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。

16、硼(B):鋼中加入微量的硼就可改善鋼的緻密性和熱軋性能,提高強度。

17、氮(N):氮能提高鋼的強度,低溫韌性和焊接性,增加時效敏感性。

18、稀土(Xt):稀土元素是指元素周期表中原子序數為57-71的15個鑭系元素。這些元素都是金屬,但他們的氧化物很像“土”,所以習慣上稱稀土。鋼中加入稀土,可以改變鋼中夾雜物的組成、形態、分佈和性質,從而改善了鋼的各種性能,如韌性、焊接性,冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土,可提高耐磨性。
 生產工藝

1、鋼鐵是怎樣煉成的?

鍊鋼的主要任務是按所鍊鋼種的質量要求,調整鋼中碳和合金元素含量到規定範圍之內,並使P、S、H、O、N等雜質的含量降至允許限量之下。鍊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 等氧化後進入爐渣中。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。

2、轉爐鍊鋼簡介

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。然後,向轉爐內吹氧燃燒,鐵水中的過量碳被氧化並放出大量熱量,當探頭測得達到預定的低碳含量時,即停止吹氧並出鋼。一般在鋼包中需進行脫氧及調整成份操作;然後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,並有進一步降碳及降硫的作用。在這些爐外精鍊措施后還可以最終微調成份,滿足優質鋼材的需求。

3、初軋

模鑄鋼錠採取熱裝、熱送新工藝,進入均熱爐加熱,然後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。由於連鑄板坯的先進性,初軋板坯的需求量大為削減,因此轉向上述其它產品了。

4、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,高壓水除鱗後進入粗軋機,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、成為直髮捲。直髮捲的頭、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。)將直髮捲經切頭、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並塗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。

5、冷連軋

用熱軋鋼卷為原料,經酸洗去除氧化皮後進行冷連軋,其成品為軋硬卷,由於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,因此衝壓性能將惡化,只能用於簡單變形的零件。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、尺寸精度均優於熱軋板,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、彩塗鋼板卷及減振複合鋼板、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。冷軋產品廣泛應用於汽車製造、家電 產品、儀錶開關、建築、辦公傢具等行業。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。

大部分鋼材加工都是通過壓力加工,使被加工的鋼(坯、錠等)產生塑性變形。根據鋼材加工溫度不同以分冷加工和熱加工兩種。鋼材的主要加工方法有:

軋制:將金屬坯料通過一對旋轉軋輥的間隙(各種形狀),因受軋輥的壓縮使材料截面減小,長度增加的壓力加工方法,這是生產鋼材最常用的生產方式,主要用來生產型材、板材、管材。分冷軋、熱軋。

鍛造:利用鍛錘的往複衝擊力或壓力機的壓力使坯料改變成我們所需的形狀和尺寸的一種壓力加工方法。一般分為自由鍛和模鍛,常用作生產大型材、開坯等截面尺寸較大的材料。

拉撥:是將已經軋制的金屬坯料(型、管、製品等)通過模孔拉撥成截面減小長度增加的加工方法大多用作冷加工。

擠壓:是將金屬放在密閉的擠壓筒內,一端施加壓力,使金屬從規定的模孔中擠出而得到有同形狀和尺寸的成品的加工方法,多用於生產有色金屬材料。

6、鋼的力學性能

6.1拉力試驗

按標準製備的拉力試樣,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。

6.1.1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。

6.1.2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。

6.1.3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。

6.1.4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於其抗拉 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於斷裂。

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。

6.1.5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,衝壓成形性愈好。如深沖鋼板的屈強比值為≤0.65。

彈簧鋼一般均在彈性極限範圍內服役,受載荷時不允許產生塑性變形,因此要求彈簧鋼經淬火、回火后具有儘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聯。

6.1.6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。

7、衝擊韌性

用一定尺寸和形狀的金屬試樣,在規定類型的衝擊試驗上受衝擊負荷折斷時,試樣刻槽處單位橫截面上所消耗的衝擊功,稱為衝擊 韌性以αk表示。目前常用的10×10×55mm,帶2 mm深的V形缺口夏氏衝擊試樣,標準上直接採用衝擊功(J焦耳值)AK,而不是採用αK值。因為單位 面積上的衝擊功並無實際意義。衝擊功對於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,往往與材料的衝擊功及服役溫 度有關。 因此在有關標準中常常規定某一溫度時的衝擊功值為多少 、還規定FATT(斷口面積轉化溫度)要低於某一溫度的技術條件。所謂FATT,即一組在不同溫度下的衝擊試樣沖斷後,對衝擊斷口進行評定,當脆性斷裂佔總面積的50%時所對應的溫度。由於鋼板厚度的影響,對厚度≤10mm的鋼板,可取得3/4小尺寸衝擊試樣(7.5×10×55mm)或1/2小尺寸衝擊試樣(5×10×55mm)。但是一定要注意,同規格及同一溫度下的衝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 成標準衝擊試樣的衝擊功,再相互比較。

8、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範圍的不同,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。

9、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製的鋼號。從日本JIS標準中移植來的鋼號,一般首位常為S(St

 

eel);從DIN標準移植來的鋼號,一般常以ST開頭(Stahl德文中的“鋼”); 寶鋼自行開發研製的鋼號,一般首位常以寶鋼的拼音首位B開頭。

10、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。由於該類鋼常用於製作結構件,因此稱作為結構鋼。結構鋼的強化機制傾向於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、沉澱強化和細晶強化,以確保在提高強 度的同時仍保持較好的韌、塑指標併兼具良好的焊接性能。

 

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