最全钢材知识汇总!99%的人不是全了解……

  钢材是钢锭、钢坯或钢材通过压力加工制成我们所需要的各种形状、尺寸和性能的材料。

  钢材是国家建设和实现四化必不可少的重要物资,应用广泛、品种繁多,根据断面形状的不同、一般分为型材、板材、管材和金属制品四大类、为了便于组织钢材的生产、订货供应和搞好经营管理工作,又分为重轨、轻轨、大型型钢、中型型钢、小型型钢、冷弯型钢,优质型钢、线材、中厚钢板、薄钢板、电工用硅钢片、带钢、无缝钢管、焊接钢管、金属制品等品种。

  大部分钢材加工都是通过压力加工,使被加工的钢(坯、锭等)产生塑性变形。根据钢材加工温度不同以分冷加工和热加工两种。钢材的主要加工方法有:

  轧制:将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙(各种形状),因受轧辊的压缩使材料截面减小,长度增加的压力加工方法,这是生产钢材最常用的生产方式,主要用来生产型材、板材、管材。分冷轧、热轧。

  锻造:利用锻锤的往复冲击力或压力机的压力使坯料改变成我们所需的形状和尺寸的一种压力加工方法。一般分为自由锻和模锻,常用作生产大型材、开坯等截面尺寸较大的材料。

  拉拨:是将已经轧制的金属坯料(型、管、制品等)通过模孔拉拨成截面减小长度增加的加工方法大多用作冷加工。

  挤压:是将金属放在密闭的挤压简内,一端施加压力,使金属从规定的模孔中挤出而得到有同形状和尺寸的成品的加工方法,多用于生产有色金属材料。

  无缝钢管:每米重量=0.02466*(外径-臂厚)*臂厚(螺旋焊管和无缝钢管相同

  型材:工字钢 槽钢 角钢 方钢 重轨 高工钢 H型钢 圆钢 不等边角钢 扁钢 轻轨 六角钢 轴承圆钢 耐热钢棒 合结圆钢 合工圆钢 方管 碳工钢 轴承钢 碳结圆钢 不锈圆钢 齿轮钢矩型管 弹簧钢

  板材:中厚板 容器板 中板 碳结板 锅炉板 低合金板 花纹板 冷板 热板 冷卷板 热卷板 镀锌板 电镀锌板电镀锌卷 锰板 不锈钢板 硅钢片 彩涂板 彩钢瓦楞铁 镀锌卷板 热轧带钢

  1、黑色金属是指铁和铁的合金。如钢、生铁、铁合金、铸铁等。钢和生铁都是以铁为基础,以碳为主要添加元素的合金,统称为铁碳合金。

  把铸造生铁放在熔铁炉中熔炼,即得到铸铁(液状),把液状铸铁浇铸成铸件,这种铸铁叫铸铁件。

  铁合金是由铁与硅、锰、铬、钛等元素组成的合金,铁合金是炼钢的原料之一,在炼钢时做钢的脱氧剂和合金元素添加剂用。

  2、把炼钢用生铁放到炼钢炉内按一定工艺熔炼,即得到钢。钢的产品有钢锭、连铸坯和直接铸成各种钢铸件等。通常所讲的钢,一般是指轧制成各种钢材的钢。钢属于黑色金属但钢不完全等于黑色金属。

  3、有色金属又称非铁金属,指除黑色金属外的金属和合金,如铜、锡、铅、锌、铝以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。另外在工业上还采用铬、镍、锰、钼、钴、钒、钨、钛等,这些金属主要用作合金附加物,以改善金属的性能,其中钨、钛、钼等多用以生产刀具用的硬质合金。以上这些有色金属都称为工业用金属,此外还有贵重金属:铂、金、银等和稀有金属,包括放射性的铀、镭等。

  钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性,含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外,还有硅、锰、硫、磷等。钢的分类方法多种多样,其主要方法有如下七种:

  (2) 合金钢:a.低合金钢(合金元素总含量≤5%);b.中合金钢(合金元素总含量>

  5~10%);c.高合金钢(合金元素总含量>

  10%)。

  (1) 退火状态的:a.亚共析钢(铁素体+珠光体);b.共析钢(珠光体);c.过共析钢(珠光体+渗碳体);d.莱氏体钢(珠光体+渗碳体)。

  (2) 正火状态的:a.珠光体钢;b.贝氏体钢;c.马氏体钢;d.奥氏体钢。

  (1) 建筑及工程用钢:a.普通碳素结构钢;b.低合金结构钢;c.钢筋钢。

  a.机械制造用钢:(a)调质结构钢;(b)表面硬化结构钢:包括渗碳钢、渗氨钢、表面淬火用钢;(c)易切结构钢;(d)冷塑性成形用钢:包括冷冲压用钢、冷镦用钢。

  (4) 特殊性能钢:a.不锈耐酸钢;b.耐热钢:包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢;c.电热合金钢;d.耐磨钢;e.低温用钢;f.电工用钢。

  (5) 专业用钢——如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。

  a.结构钢:(a)优质碳素结构钢;(b)合金结构钢;(c)弹簧钢;(d)易切钢;(e)轴承钢;(f)特定用途优质结构钢。

  c.特殊性能钢:(a)不锈耐酸钢;(b)耐热钢;(c)电热合金钢;(d)电工用钢;(e)高锰耐磨钢。

  b.转炉钢:(a)酸性转炉钢;(b)碱性转炉钢。或 (a)底吹转炉钢;(b)侧吹转炉钢;(c)顶吹转炉钢。

  c. 电炉钢:(a)电弧炉钢;(b)电渣炉钢;(c)感应炉钢;(d)真空自耗炉钢;(e)电子束炉钢。

  钢材长度尺寸是各种钢材的最基本尺寸,是指钢材的长、宽、高、直径、半径、内径、外径以及壁厚等长度。钢材长度的法定计量单位是米(m)、厘米(cm)、毫米(mm)。在现行习惯中,也有用英寸(〃)表示的,但它不是法定计量单位。

  规定钢材的范围尺寸是节省材料的一种有效措施。范围定尺就是长度或长乘宽不小于某种尺寸,或是长度、长乘宽从多少到多少的尺寸范围内交货。生产单位可以按此尺寸要求进行生产供货。

  2. 不定尺(通常长度)凡产品尺寸(长度或宽度),在标准规定范围内,而又不要求固定尺寸的叫不定尺。不定尺长度又叫通常长度(通尺)。按不定尺交货的金属材料,只要在规定长度范围内交货即可。例如,不大于25mm 的普通圆钢,其通常长度规定为4~10m, 则长度在此范围内的圆钢都可以交货。

  3. 定尺按订货要求切成固定尺寸的称为定尺。按定尺长度交货时,所交金属材料必须具有需方在订货合同中指定的长度。例如,合同上注明按定尺长度5m 交货,则所交货的材料必须都是5m 长的,短于5m 或长于5m 均为不合格。但实际上交货不可能都是5m 长,因此规定了允许有正偏差,而不允许有负偏差。

  按订货要求的固定尺寸切成整倍数的称为倍尺。按倍尺长度交货时,所交金属材料的长度必须为需方在订货合同中指定的长度(叫单倍尺)的整数倍数(另加锯口)。例如,需方在订货合同中要求单倍尺长度为2m ,那么,切成双倍尺时长度即为4m ,切成3 倍尺时即为6m ,并分别加上一个或两个锯口量。

  长度小于标准规定的不定尺长度下限,但不小于允许的最短长度的叫短尺。例如,水、煤气输送钢管标准中规定,允许每批有10% 的(按根数计算) 2-4m长的短尺钢管。4m即为不定尺长度的下限,允许的最短长度为2m。

  6)工字钢、槽钢的尺寸以腰高h、腿宽b 和腰厚d 的毫米( mm )数标定。

  7)等边角钢的尺寸以相等边宽b 和边厚d 的毫米( mm )数标定。不等边角钢的尺寸以边宽B、b 和边厚d 的毫米( mm )数标定。

  8)H 型钢的尺寸以腹板高度h、翼板宽度b 和腹板厚度t1、翼板厚度t2 的毫米( mm )数标定。

  1)一般以钢板的厚度d 的毫米( mm )数标定。而钢带则以钢带的宽度b 和厚度d 的毫米( mm )数标定。

  2)每种钢管有规定的不同尺寸,如无缝钢管外径50mm的,壁厚有2.5-10mm 的15种;或者说相同壁厚5mm的,外径有32-195mm的29种。又如焊接钢管公称口径25mm的壁有3.25mm的普通钢管和4mm的加厚钢管。

  1、酸洗定义:酸类按照一定的浓度、温度、速度,用化学的方法去除氧化铁皮,称为酸洗。

  按酸的种类分:硫酸酸洗、盐酸酸洗、硝酸酸洗、氢氟酸酸洗。酸洗必须根据钢材的材质选用不同的介质,例如用硫酸和盐酸酸洗碳素钢,硝酸加氢氟酸的混合酸酸洗不锈钢等。

  机械法:抛光法、滚磨法、高压水冲洗法、刷光法、喷(抛)丸法、喷砂法、破鳞法等。

  化学法:即采用酸、碱等化学物质与钢材表面的氧化铁皮发生化学反应而去除氧化铁皮。

  电化学法:酸洗时将浸入酸溶液中的钢材的两边通过电极通上直流电以加速氧化铁皮的去除。

  目前,世界上采用的钢材钢酸洗方法主要有三种:即单件钢材酸洗法(钢板酸洗法、单卷酸洗法、单捆线材酸洗法)、连续酸洗法和半连续酸洗法。

  单件酸洗法是一种最原始、最简单的酸洗方法,其特点是不需开卷,将整卷线材或松卷后的带钢钢卷进行酸洗,然后再吊放到水池中冲洗。由于酸洗质量差,生产效率低,尤其对环境的污染很大,目前被大力淘汰。

  连续式酸洗是一种高产优质,发展较快的酸洗方法,它是通过在机组上设置焊机和活套装置,使工艺段在换卷时不停机,保证机组连续运行,但机组长,设备复杂,投资较高。连续式酸洗线主要有两种形式,分别是连续卧式酸洗机组和连续塔式酸洗机组。

  半连续式酸洗是相对于单件式和连续式而言的,由于它不需设置焊机(或设置简易焊机如缝合机等)和大容量活套,因此,在换卷时要停机,这种方法最适合于产量在20~90万t/a的生产。

  随着人民生活水平的提高,对环境的要求越来越高,高效无污染质量好的去除氧化铁皮的新技术新产线日,随着一卷卷免酸洗的钢卷在太原钢铁集团公司热连轧厂顺利下线,我国首条钢卷表面免酸洗处理线正式投产。

  据介绍,以往处理钢卷表面要通过酸洗涂油来完成,生产成本高,又对环境造成一定污染,且废酸的处理也成为很大难题。

  新研发的免酸洗处理线,采用了EPS处理新技术,取消了钢卷的酸洗环节,杜绝了废弃物的产生,介质全部循环利用,钢卷表面更为清洁,且具有更强的抗腐性能。

  EPS专利技术是在SCS技术基础上发展而成,其基本原理是在密闭的空间内,采用特殊的装置,进行EPS处理,即由EPS工作介质即钢砂和水的混合物对板巻钢板上下表面进行喷射处理,在一定喷射力的作用下去除钢板表面的氧化物或氧化铁皮,不殘留任何氧化物,因此,能使钢板表面成为光滑,清洁的表面即所谓绿色表面。

  酸洗是用化学方法除去金属表面氧化铁皮的过程,因此也叫化学酸洗。带钢表面形成的氧化铁皮(Fe203、 Fe304、Fe0)都是不溶解于水的碱性氧化物,当把它们浸泡在酸液里或在其表面上喷洒酸液时,这些碱性氧化物就可与酸发生一系列化学变化。

  由于碳素结构钢或低合金钢钢材表面上的氧化铁皮具有疏松、多孔和裂缝的性质,加之氧化铁皮在酸洗机组上随同带钢一起经过矫直、拉矫、传送的反复弯曲,使这些孔隙裂缝进一步增加和扩大,所以,酸溶液在与氧化铁皮起化学反应的同时,亦通过裂缝与孔隙而与钢铁的基体铁起反应。也就是说,在酸洗一开始就同时进行着3种氧化铁皮和金属铁与酸溶液之间的化学反应。

  生成的原子氢使铁的氧化物还原成易于酸作用的亚铁氧化物,然后与酸作用而被去除(还原作用)。

  酸洗介质应用最为广泛的是盐酸和硫酸,但在实际生产上使用盐酸酸洗占有更大的比例。从两种介质的特点上来说,盐酸能溶解全部氧化铁皮,而不产生酸洗残渣。并且盐酸基本上不腐蚀基体金属,故酸洗后板面平滑、银亮。所以盐酸酸洗法具有产品质量好、生产能力高、金属和酸的损失少、成本低等优点。另外盐酸酸洗的铁损比硫酸酸洗低~20 % ,盐酸酸洗铁损量为酸洗带钢量的0.4%~0.5%,硫酸为0.6%~0.7%。盐酸酸洗速率较高,为硫酸酸洗速率的2倍。

  近年来,由于盐酸废酸回收处理技术的发展(也就是酸再生技术的发展),盐酸酸洗法得到了较为广泛的应用。

  碳素钢中的五元素是指化学成份中的主要组成物,即 C、Si、Mn、S、P(碳、硅、锰、硫、磷)。其次是在炼钢过程中不可避免地会混入气体,含O、H、N(氧、氢、氮)。此外,用铝—硅脱氧镇静工艺中,必然在钢水中含有 Al,当Als(酸溶铝)≥0。020%时, 还有细化晶粒的作用。

  炼钢的主要任务是按所炼钢种的质量要求,调整钢中碳和合金元素含量到规定范围之内,并使P、S、H、O、N等杂质的含量降至允 许限量之下。

  炼钢过程实质上是一个氧化过程,炉料中过剩的碳被氧化,燃烧成CO气体逸出,其它Si、P、Mn 等氧化后进入炉渣中。S部份进入 炼渣中,部份则生成SO2排出。当钢水成份和温度达到工艺要求后,即可出钢。为了除去钢中过剩的氧及调整化学成份,可以添加脱氧剂和铁合金或合金元素。

  从鱼雷车运来的铁水经过脱硫、挡渣等处理后即可倒入转炉中作为主要炉料,另加10% 以下的废钢。然后,向转炉内吹氧燃烧,铁 水中的过量碳被氧化并放出大量热量,当探头测得达到预定的低碳含量时,即停止吹氧 并出钢。一般在钢包中需进行脱氧及调整成份操作;然后在钢液表面抛上碳化稻壳防止钢水被氧化,即可送往连铸或模铸工区。

  对要求高的钢种可增加底吹氩、RH真空处理、喷粉处理(喷SI—CA粉及变性石灰)可以有效降低钢中的气体与夹杂,并有进一步降 碳及降硫的作用。在这些炉外精炼措施后还可以最终微调成份,满足优质钢材的需求。

  模铸钢锭采取热装、热送新工艺,进入均热炉加热,然后通过初轧机及钢坯连轧机轧成板坯、管坯、小方坯等初轧产品,经过切头、 切尾、表面清理,(火焰清理、打磨)高品质产品则还需对初轧坯进行扒皮和探伤,检验合格后入库。

  目前初轧厂的产品有初轧板坯、轧制方坯、氧气瓶用钢坯、齿轮用圆管坯、铁路车辆用车轴坯及塑模用钢等。

  初轧板坯主要供应热轧厂作为原料;轧制方坯除部份外供,主要送往高速线材轧机作原料。

  由于连铸板坯的先进性,初轧板坯的需求量大为削减,因此转向上述其它产品了。

  用连铸板坯或初轧板坯作原料,经步进式加热炉加热,高压水除鳞后进入粗轧机,粗轧料经切头、尾、再进入精轧机,实施计算机 控制轧制,终轧后即经过层流冷却(计算机控制冷却速率)和卷取机卷取、成为直发卷。直发卷的头、尾往往呈舌状及鱼尾状,厚度、 宽度精度较差,边部常存在浪形、折边、塔形等缺陷。其卷重较重、钢卷内径为760mm。(一般制管行业喜欢使用。)

  将直发卷经切头、 切尾、切边及多道次的矫直、平整等精整线处理后,再切板或重卷,即成为:热轧钢板、平整热轧钢卷、纵切带等产品。

  热轧精整卷若经酸洗去除氧化皮并涂油后即成热轧酸洗板卷。该产品有局部替代冷轧板的趋向,价格适中,深受广大用户喜爱。宝钢新投资的一条热轧酸洗线、 冷连轧

  用热轧钢卷为原料,经酸洗去除氧化皮后进行冷连轧,其成品为轧硬卷,由于连续冷变形引起的冷作硬化使轧硬卷的强度、硬度上升、韧塑指标下降,因此冲压性能将恶化,只能用于简单变形的零件。轧硬卷可作为热镀锌厂的原料,因为热镀锌机组均设置有退 火线mm。

  一般冷连轧板、卷均应经过连续退火(CAPL机组)或罩式炉退火消除冷作硬化及轧制应力,达到相应标准规定的力学性能指标。

  冷轧钢板的表面质量、外观、尺寸精度均优于热轧板,且其产品厚度右轧薄至0.18mm左右,因此深受广大用户青睐。

  以冷轧钢卷为基板进行产品的深加工,成为高附加值产品。如电镀锌、热镀锌、耐指纹电镀锌、彩涂钢板卷及减振复合钢板、PVC 复膜钢板等,使这些产品具有美观、高抗腐蚀等优良品质,得到了广泛应用。

  冷轧钢卷经退火后必须进行精整,包括切头、尾、切边、矫平、平整、重卷、或纵剪切板等。冷轧产品广泛应用于汽车制造、家电 产品、仪表开关、建筑、办公家具等行业。钢板捆包后的每包重量为3~5吨。平整分卷重一般为3~10吨/卷。钢卷内径610mm。

  按标准制备的拉力试样,安装在拉力试验机的夹头内,对试样缓慢施加单轴向拉伸应力,直至试样被拉断为止的试验称作拉力试验。

  金属材料在外力作用下,抵抗变形和断裂的能力叫强度。强度指标包括:比例极限、弹性极限、屈服强度、抗拉强度等。

  对金属施加拉力,金属存在着力与变形成直线比例的阶段,而这个阶段的最大极限负荷Pp除以试样的原横截面积即为比例极限,用 σ P表示。

  金属受外力作用发生了变形,外力去掉后,能完全恢复原来的形状,这种变形称为弹性变形。金属能保持弹性变形的最大应力称为 弹性极限,用σe表示。

  试样拉伸时,在拉断前所承受的最大负荷除以原横截面积所得的应力,称作抗拉强度,用σb表示。当材料所受的外应力大于其抗拉 强度时,将会发生断裂。因此σb越高,则表示它能承受愈大的外应力而不致于断裂。

  国外标准的结构钢常按抗拉强度来分类,如SS400,其中400即表示σb的最小值为400MPa超高强度钢是指σb≥1373 Mpa的钢。

  屈强比即屈服强度与抗拉强度之比值(σS/σb)。屈服比值越高,则该材料的强度愈高,屈强比值愈低则塑性愈佳,冲压成形性愈好。如深冲钢板的屈强比值为≤0.65。

  弹簧钢一般均在弹性极限范围内服役,受载荷时不允许产生塑性变形,因此要求弹簧钢经淬火、回火后具有尽可能高的弹性极限和 屈强比值(σS/σb≥0.90)此外疲劳寿命与抗拉强度及表面质量往往有很大关连。

  金属材料在受力破坏前可以经受永久变形的性能称为塑性。塑性指标通常伸长率和断面收缩率表示。伸长率与断面收缩率越高,则 塑性越好。

  用一定尺寸和形状的金属试样,在规定类型的冲击试验上受冲击负荷折断时,试样刻槽处单位横截面上所消耗的冲击功,称为冲击 韧性以αk表示。

  目前常用的10×10×55mm,带2 mm深的V形缺口夏氏冲击试样,标准上直接采用冲击功(J焦耳值)AK,而不是采用αK值。因为单位 面积上的冲击功并无实际意义。

  冲击功对于检查金属材料在不同温度下的脆性转化最为敏感,而实际服役条件下的灾难性破断事故,往往与材料的冲击功及服役温 度有关。因此在有关标准中常常规定某一温度时的冲击功值为多少 、还规定FATT(断口面积转化温度)要低于某一温度的技术条件。所谓FATT,即一组在不同温度下的冲击试样冲断后,对冲击断口进行评定,当脆性断裂占总面积的50%时所对应的温度。

  由于钢板厚度的影响,对厚度≤10mm的钢板,可取得3/4小尺寸冲击试样(7.5×10×55mm)或1/2小尺寸冲击试样(5×10×55mm)。但是一定要注意,同规格及同一温度下的冲击功值才可相互比较。只有在标准规定的条件下,才可按标准的换算方法,折算 成标准冲击试样的冲击功,再相互比较。

  金属材料抵抗压头(淬硬的钢球或具有1200圆锥或角锥的金刚石压头)压陷表面的能力称为硬度。根据试验方法和适用范围的不同,硬度可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度以及显微硬度、高温硬度等。

  宝钢企标中的钢号大致可分为三个来源即从日本JIS标准、德国DIN标准移植及自行开发研制的钢号。从日本JIS标准中移植来的钢号,一般首位常为S(Steel);从DIN标准移植来的钢号,一般常以ST开头(Stahl德文中的“钢”);宝钢自行开发研制的钢号,一般首位常以宝钢的拼音首位B开头。

  结构钢一般按强度分类,在钢号中的数字往往代表抗拉强度的最低值。由于该类钢常用于制作结构件,因此称作为结构钢。结构钢的强化机制倾向于降碳增

  锰固溶强化铁素体、细化珠光体和添加微合金的析出强化、沉淀强化和细晶强化,以确保在提高强 度的同时仍保持较好的韧、塑指标并兼具良好的焊接性能。

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  螺纹钢是表面带肋的钢筋,也叫带肋钢筋,通常有2道纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋。其中,螺纹钢分为I级螺纹钢(圆钢)、II级螺纹钢(HRB235)、III级螺纹钢(HRB400)、IV级螺纹钢(HRB500)。

  带肋钢筋由于肋的作用,和混凝土有较大的粘结能力,因而能更好地承受外力的作用。螺纹钢用于房屋、桥梁、道路等土建工程和高速公路、铁路、隧道、防洪、水坝等公用设施上。

  二、线mm的热轧圆钢,因为它在市场上以盘卷形式交易,所以又叫盘条。常用的线mm。线材的用途也十分的广泛, 除直接作用于建筑钢筋外,还可以加工成各类专用的钢丝,如弹簧用钢丝、通讯线等,也可以加工成其他金属制品,如铆钉、铁钉等。

  无缝钢管是一种具有中空截面、周边没有接缝的圆形、方形、矩形钢材。它是用钢锭或实心管坯经穿孔制成毛管,然后经过热轧、冷轧或冷拨而近制成的。无缝钢管大量用于输送液体的管道、石油钻杆、汽车传动轴、自行架及建筑施工中用的钢架手架等。

  螺旋钢管是以带钢卷板为原材料,经过高温挤压成型,然后再以自动双丝双面埋弧焊焊接而成的。它的用途也很广泛,作液体输送用在:给水、排水。作气体输送用在:煤气、蒸气、液体石油气。作建筑结构用在:码头、道路、桥梁等。

  镀锌钢管表面有热浸镀或电镀锌层的焊接钢管。镀锌可以延长镀锌钢管使用寿命,增加钢管的抗腐蚀能力。广泛应用于建筑、机械、煤矿、化工、铁道车辆、汽车工业、公路、桥梁、集装箱、体育设施、石油机械、探矿机械等制造工业。

  角钢又叫角铁、是两边互相垂直成90度角形的长条钢材。角钢分等边角钢和不等边角钢两种。等边角钢的两个边宽相等。

  其规格是以边宽×边宽×边厚的毫米数表示。如“∠20×20×4”,即表示边宽为 20毫米、边厚为4毫米的等边角钢。

  角钢广泛地用于各种建筑结构和工程结构,如房梁、桥梁、输电塔、起重运输机械、船舶、工业炉、反应塔以及容器架等。

  槽钢是截面为凹槽形的长条钢材。其规格以腰高(h)×腿宽(b)×腰厚(d)的毫米数表示,如100×50×8,表示腰高为100mm,腿宽为50mm,腰厚为8mm的槽钢。槽钢主要用于建筑结构、车辆制造及其它工业结构,槽钢还常常和工字钢配合使用。

  工字钢也叫钢梁(英文名称 I Beam),是截面为工字形的长条钢材。工字钢的翼缘从根部向边上逐渐变薄,且有一定的角度,工字钢截面受直压力好,耐拉,但是截面尺寸因翼板太窄,不易抗扭。

  H型钢的翼缘都是等厚度的,有轧制截面,由3块板焊接组成的组合截面。由于H型钢的各个部位均以直角排布,所以它具有抗弯能力强、施工简单、节约成本优点。

  圆钢是指截面为圆形的实心长条钢材。其规格以直径的毫米数表示,如“ 40”即表示直径为 40毫米的圆钢。圆钢应用在许多方面,用于五金,建筑,汽车、造船、石化、机械、医药、食品、电力、能源、航天等方面。mys

  适用性原则是指所选择的材料必须能够适应工况,并能达到令人满意的使用要求。满足使用要求是选材的必要条件,是在进行材料选择时首先要考虑的问题。材料的使用要求体现在对其化学成分、组织结构、力学性能、物理性能和化学性能等内部质量的要求上。为满足材料的使用要求,在进行材料选择时,主要从零件的负载情况、材料的使用环境和材料的使用性能要求三个方面考虑。零件的负载情况主要是指载荷的大小和应力状态。材料的使用环境指材料所处的环境,如介质、工作温度及摩擦等。材料的使用性能要求指材料的使用寿命、材料的各种广义许用应力、广义许用变形等。只有将以上三方面进行充分的考虑,才能使材料满足使用性能要求。

  一般地,材料一经选择,其加工工艺大体上就能确定。同时加工工艺过程又使材料的性能发生改变;零件的形状结构及生产批量、生产条件也对材料加工工艺产生重大的影响。

  工艺性原则是指选材时要考虑到材料的加工工艺性,优先选择加工工艺性好的材料,降低材料的制造难度和制造成本。

  各种成型工艺各有其特点和优缺点,同一材料的零件,当使用不同成型工艺制造时,其难度和成本是不一样的,所要求的材料工艺性能也是不同的。例如,当零件形状比较复杂、尺寸较大时,用锻造成型往往难以实现,若采用铸造或焊接,则其材料必须具有良好的铸造性能或焊接性能,在结构上也要适应铸造或焊接的要求。再如,用冷拔工艺制造键、销时,应考虑材料的伸长率,并考虑形变强化对材料力学性能的影响。

  在满足材料使用要求和工艺要求的同时,也必须考虑材料的使用经济性。经济性原则是指在选用材料时,应选择性能价格比高的材料。材料的性能就是指其使用性能。材料的使用性能一般可以用使用时间和安全程度来代表。材料价格主要由成本决定。材料的成本包括生产成本和使用成本。一般地,材料成本由原材料成本、原材料利用率、材料成型成本、加工费、安装调试费、维修费、管理费等因素决定。

  材料及成型工艺的选择步骤如下:首先根据使用工况及使用要求进行材料选择,然后根据所选材料,同时结合材料的成本、材料的成型工艺性、零件的复杂程度、零件的生产批量、现有生产条件和技术条件等,选择合适的成型工艺。

  选择材料及其成型工艺的步骤、方法分析零件的服役条件,找出零件在使用过程中具体的负荷情况、应力状态、温度、腐蚀及磨损等情况。

  大多数零件都在常温大气中使用,主要要求材料的力学性能。在其他条件下使用的零件,要求材料还必须有某些特殊的物理、化学性能。如高温条件下使用,要求零件材料有一定的高温强度和抗氧化性;化工设备则要求材料有高的抗腐蚀性能;某些仪表零件要求材料具有电磁性能等。严寒地区使用的焊接结构,应附加对低温韧性的要求;在潮湿地区使用时,应附加对耐大气腐蚀性的要求等。

  通过分析或试验,结合同类材料失效分析的结果,确定允许材料使用的各项广义许用应力指标,如许用强度、许用应变、许用变形量及使用时间等。

  (4) 根据材料的成型工艺性、零件的复杂程度、零件的生产批量、现有生产条件、技术条件选择材料及其成型工艺。

  (5) 综合考虑材料成本、成型工艺性、材料性能、使用的可靠性等,利用优化方法选出最适用的材料。

  上述只是选材步骤的一般规律,其工作量和耗时都是相当大的。对于重要零件和新材料,在选材时,需要进行大量的基础性试验和批量试生产过程,以保证材料的使用安全性。对不太重要的、批量小的零件,通常参照相同工况下同类材料的使用经验来选择材料,确定材料的牌号和规格,安排成型工艺。若零件属于正常的损坏,则可选用原来的材料及成型工艺;若零件的损坏属于非正常的早期破坏,应找出引起失效的原因,并采取相应的措施。如果是材料或其生产工艺的问题,可以考虑选用新材料或新的成型工艺。2

  工程材料在使用过程中受到各种力的作用,有拉应力、压应力、剪应力、切应力,扭矩、冲击力等。材料在负荷下工作,其力学性能要求和失效形式是和负荷情况紧密相关的。

  在工程实际中,任何机械和结构,必须保证它们在完成运动要求的同时,能安全可靠地工作。例如要保证机床主轴的正常工作,则主轴既不允许折断,也不允许受力后产生过度变形。又如千斤顶顶起重物时,其螺杆必须保持直线形式的平衡状态,而不允许突然弯曲。对工程构件来说,只有满足了强度、刚度和稳定性的要求,才能安全可靠地工作。实际上,在材料力学中对材料的这三方面要求都有具体的使用条件。在分析材料的受力情况,或根据受力情况进行材料选择时,除了考虑材料的力学性能外,还必须应用材料力学的有关知识进行科学的选材。

  大多数材料都在常温下使用,当然也有在高温或低温下使用的材料。由于使用温度不同,要求材料的性能也有很大差异。随着温度的降低,钢铁材料的韧性和塑性不断下降。当温度降低到一定程度时,其韧性、塑性显著下降,这一温度称为韧脆转折温度。在低于韧脆转折温度下使用时,材料容易发生低应力脆断,从而造成危害。因此,选择低温下使用的钢铁时,应选用韧脆转折温度低于使用工况的材料。各种低温用钢的合金化目的都在于降低碳含量,提高材料的低温韧性。

  随着温度的升高,钢铁材料的性能会发生一系列变化,主要是强度、硬度降低,塑性、韧性先升高而后又降低,钢铁受高温氧化或高温腐蚀等。这都对材料的性能产生影响,甚至使材料失效。例如,一般碳钢和铸铁的使用温度不宜超过480℃,而合金钢的使用温度不宜超过1150℃。

  在工业上,一般用腐蚀速度表示材料的耐蚀性。腐蚀速度用单位时间内单位面积上金属材料的损失量来表示;也可用单位时间内金属材料的腐蚀深度来表示。工业上常用6类10级的耐蚀性评级标准,从I类完全耐蚀到VI类不耐蚀,见表2。

  大多数工程材料都是在大气环境中工作的,大气腐蚀是一个普遍的问题。大气的湿度、温度、日照、雨水及腐蚀性气体含量对材料腐蚀影响很大。在常用合金中,碳钢在工业大气中的腐蚀速度为10^-605m/d,在需要时常涂敷油漆等保护层后使用。含有铜、磷、镍、铬等合金组分的低合金钢,其耐大气腐蚀性有较大提高,一般可不涂油漆直接使用。铝、铜、铅、锌等合金耐大气腐蚀很好。(4)耐磨损情况影响材料耐磨性的因素如下:

  :包括相磨物质的特性、摩擦时的压力、温度、速度、润滑剂的特性、腐蚀条件等。

  一般来说,硬度高的材料不易为相磨的物体刺入或犁入,而且疲劳极限一般也较高,故耐磨性较高;如同时具备较高的韧性,即使被刺入或犁入,也不致被成块撕掉,可以提高耐磨性;因此,硬度是耐磨性的主要方面。另外,材料的硬度在使用过程中,也是可变的。易于加工硬化的金属在摩擦过程中变硬,而易于受热软化的金属会在摩擦中软化。3

  材料成型工艺的选择依据一般而言,当产品的材料确定后,其成型工艺的类型就大体确定了。例如,产品为铸铁件,则应选铸造成型;产品为薄板件,则应选板料冲压成型;产品为ABS塑料件,则应选注塑成型;产品为陶瓷件,则应选相应的陶瓷成型工艺等。然而,成型工艺对材料的性能也产生一定的影响,因此在选择成型工艺中,还必须考虑材料的最终性能要求。

  例如,材料为钢的齿轮零件,当其力学性能要求不高时,可采用铸造成型;而力学性能要求高时,则应选用压力加工成型。

  例如,若选用钢材模锻成型制造轿车、汽车发动机中的飞轮零件,由于轿车转速高,要求行驶平稳,在使用中不允许飞轮锻件有纤维外露,以免产生腐蚀,影响其使用性能,故不宜采用开式模锻成型,而应采用闭式模锻成型。这是因为,开式模锻成型工艺只能锻造出带有飞边的飞轮锻件,在随后进行的切除飞边修整工序中,锻件的纤维组织会被切断而外露;而闭式模锻的锻件没有飞边,可克服此缺点。

  材料的工艺性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能及切削加工性能等。例如,易氧化和吸气的非铁金属材料的焊接性差,其连接就宜采用氩弧焊接工艺,而不宜采用普通的手弧焊接工艺;聚四氟乙烯材料,尽管它也属于热塑性塑料,但因其流动性差,故不宜采用注塑成型工艺,而只宜采用压制烧结的成型工艺。

  材料的特殊性能包括材料的耐磨损、耐腐蚀、耐热、导电或绝缘等。例如,耐酸泵的叶轮、壳体等,若选用不锈钢制造,则只能用铸造成型;选用塑料制造,则可用注塑成型;如要求既耐热又耐腐蚀,那么就应选用陶瓷制造,并相应地选用注浆成型工艺。

  对于成批大量生产的产品,可选用精度和生产率都比较高的成型工艺。虽然这些成型工艺装备的制造费用较高,但这部分投资可由每个产品材料消耗的降低来补偿。如大量生产锻件,应选用模锻、冷轧、冷拔和冷挤压等成型工艺;大量生产非铁合金铸件,应选用金属型铸造、压力铸造、及低压铸造等成型工艺;大量生产MC尼龙制件,宜选用注塑成型工艺。

  而单件小批生产这些产品时,可选用精度和生产率均较低的成型工艺,如手工造型、自由锻造、手工焊,及它们与切削加工相联合的成型工艺。

  形状复杂的金属制件,特别是内腔形状复杂的零件,可选用铸造成型工艺,如箱体、泵体、缸体、阀体、壳体、床身等;形状复杂的工程塑料制件,多选用注塑成型工艺;形状复杂的陶瓷制件,多选用注浆成形或注射成型工艺;而形状简单的金属制件,可选用压力加工或焊接成型工艺;形状简单的工程塑料制件,可选用吹塑、挤出成型或模压成型工艺;形状简单的陶瓷制件,多选用模压成型工艺。

  若产品为铸件,尺寸要求不高的可选用普通砂型铸造;而尺寸精度要求高的,则依铸造材料和批量不同,可分别选用熔模铸造、气化模铸造、压力铸造及低压铸造等成型工艺。若产品为锻件,尺寸精度要求低的,多采用自由锻造成型;而精度要求高的,则选用模锻成型、挤压成型等。若产品为塑料制件,精度要求低的,多选用中空吹塑;而精度要求高的,则选用注塑成型。

  现有生产条件是指生产产品现有的设备能力、人员技术水平及外协可能性等。例如,生产重型机械产品时,在现场没有大容量的炼钢炉和大吨位的起重运输设备条件下,常常选用铸造和焊接联合成型的工艺,即首先将大件分成几小块来铸造后,再用焊接拼成大件。

  又如,车床上的油盘零件,通常是用薄钢板在压力机下冲压成型,但如果现场条件不具备,则应采用其他工艺方法。例如,现场没有薄板,也没有大型压力机,就不得不采用铸造成型工艺生产;当现场有薄板,但没有大型压力机时,就需要选用经济可行的旋压成型工艺来代替冲压成型。

  随着工业市场需求日益增大,用户对产品品种和品质更新的要求越来越强烈,使生产性质由成批大量生产变成多品种、小批量生产,因而扩大了新工艺、新技术、新材料的应用范围。

  因此,为了缩短生产周期,更新产品类型及质量,在可能的条件下就大量采用精密铸造、精密锻造、精密冲裁、冷挤压、液态模锻、超塑成型、注塑成型、粉末冶金、陶瓷等静压成型、复合材料成型、快速成型等新工艺、新技术、新材料,采用无余量成型,使零件近净型化,从而显著提高产品品质和经济效益。

  除此之外,为了合理选用成型工艺,还必须对各类成型工艺的特点、适用范围以及成型工艺对材料性能的影响有比较清楚的了解。金属材料的各种毛坯成型工艺的特点见表3。