強度のバランスをとる素材が必要な場合, 柔軟性, そして、作業性 - 高炭素鋼の脆性性や低炭素鋼の衰弱なしに - 中炭素構造鋼 あなたの解決策です. カーアクスルからビームの構築まで、あらゆるもので使用されます, 「柔らかすぎる」または「硬すぎる」が機能しないエンジニアリングの課題を解決するのは、「中地」の鋼鉄です. このガイドで, 重要なプロパティを分類します, 実世界の使用, 生産方法, そしてそれが他の材料とどのように比較されるか - あなたはバランスを要求するプロジェクトに適した鋼を選ぶことができます.
1. 中炭素構造鋼の材料特性
中炭素構造鋼は、それによって定義されています中炭素含有量 (0.25–0.60％), 強度と延性の混合を与えます. その特性は、中程度の負荷を処理する必要がある構造的および機械的な部分に合わせて調整されています.
化学組成
そのメイクは、強度を高める要素と作業性のバランスをとっています:
- 中炭素含有量 (c): 0.25 - 0.60% – The sweet spot; 強度を追加するのに十分な炭素 (vs. 低炭素鋼) しかし、それが脆くなるほどではありません (vs. 高炭素鋼).
- マンガン (Mn): 0.60 - 1.00% – Enhances hardenability (熱処理中に鋼が均等に硬化するのに役立ちます) そして、脆性を減らします.
- シリコン (そして): 0.15 - 0.35% – Acts as a deoxidizer (酸素泡を除去します) 延性を傷つけることなく軽度の強さを追加します.
- リン (p): ≤0.04％ – Minimized to avoid “cold brittleness” (低温での割れ), 屋外の構造部品にとって重要です.
- 硫黄 (s): ≤0.05％ - タフネスを維持するために低く保たれます, 「フリーマシン」バリアントは、硫黄をわずかに高くしていますが、切断しやすい.
- クロム (cr): 0.10 - 0.50% (合金バリアント) – Boosts strength and wear resistance, ギアや車軸などの部品に使用されます.
- ニッケル (で): 0.10 - 0.50% (合金バリアント) – Improves impact toughness, スチールを寒い天候のアプリケーションに適したものにします (例えば。, 屋外機械).
- モリブデン (MO): 0.10 - 0.30% (合金バリアント) – Enhances high-temperature strength, エンジンシャフトなどの部品に最適です.
物理的特性
これらの特性により、実際の使用における信頼性を確保しながら、処理が容易になります:
| 財産 | 典型的な値 | なぜそれが重要なのか |
|---|---|---|
| 密度 | 〜7.85 g/cm³ | ほとんどの鋼と同じ, したがって、既存のデザインと互換性があります (例えば。, 重量をリエンジニアリングせずに低炭素鋼ビームを交換します). |
| 融点 | 〜1450 - 1500°C | 溶接や熱処理に十分な高さ (例えば。, 硬化車軸) しかし、それほど高くないため、処理するのに費用がかかります. |
| 熱伝導率 | 〜40 w/(M・k) | 散逸熱での高炭素鋼よりも優れています - ウォームアップする部品のためのもの (例えば。, ギアボックス). |
| 熱膨張係数 | 〜11 x10⁻⁶/°C | 膨張が低いということは、温度変動で形状を保持することを意味します (例えば。, 夏/冬の構造ビーム). |
| 磁気特性 | 強磁性 | 磁気リフティングツールで簡単に処理できます (例えば。, 重いシャフトを動かす) または磁気センサーで使用します. |
機械的特性
その機械的特性はすべて「節度」に関するものです。, 形成するのに十分な柔軟性:
- 適度な硬度: 150 - 250 HB (ブリネル) または〜20 - 35 HRC (ロックウェル) - 低炭素鋼よりも硬い (傷が簡単です) しかし、高炭素鋼よりも柔らかい (曲げるのは難しい).
- 中程度の引張強度: 500 - 900 MPA - 低炭素鋼よりも多くの負荷を処理できます (例えば。, 車軸を介して車の重量をサポートします) しかし、高炭素鋼ではありません.
- 中程度の降伏強度: 300 - 600 MPA - 永久的な損傷なしにストレス下でわずかに曲がります (例えば。, 風の中で曲げた構造ビーム).
- 中程度の伸び: 10 - 20% - 高炭素鋼以上のものを伸ばします (割れを避けます) しかし、低炭素鋼よりも少ない (荷重下の形状を維持します).
- 中程度の衝撃靭性: 30 - 60 J/cm² - 小さな衝撃を吸収します (例えば。, 軽度の閉塞に当たるギア) 壊れずに.
その他のプロパティ
- 優れた機械性: ドリルが簡単です, 工場, または、標準の高速スチールで回転します (HSS) ツール - 高価なカーバイドビットが必要ではありません (ハードツールスチールとは異なります).
- 良い溶接性: 高炭素鋼よりも優れています (薄い部品には予熱する必要はありません) しかし、低炭素鋼よりも多くのケアが必要です (厚い部分に低水素電極を使用します).
- 優れた形成性: 梁にホットロールすることができます, シャフトに冷やします, または形に曲がっています (例えば。, ブラケット) 割れずに.
- 中程度の腐食抵抗: 高炭素鋼よりも優れているが、ステンレス鋼よりも悪い - コーティングの必要性 (例えば。, 亜鉛メッキ) 屋外で使用します.
- 熱処理への反応: 優れています - 消光で大幅に強化します + 焼き戻し (例えば。, 耐摩耗性のために車軸の硬度を35〜40 HRCに増加させます).
2. 中炭素構造鋼の用途
そのバランスの取れた特性は、強さを必要とする部品に理想的ですそして 柔軟性. 以下は、最も一般的な用途です.
構造コンポーネント
中程度の負荷をサポートする構築部品とインフラストラクチャパーツの頼りになります:
- 構造ビーム & 列: 中層の建物で使用されています, 橋, 産業施設 - 床/屋根を保持するのに十分な強さ, 風や軽微な地震活動を処理するのに十分な柔軟性.
- クレーンレール: 工場や港でのクレーンの重量をサポートします - 重い負荷に耐えながら、クレーンホイールの摩耗に抵抗します.
自動車部品
車はストレスを処理する必要がある機械的な部分を頼りにしています:
- シャフトと車軸: エンジンからホイールに電力を送信します - その強度は曲げを防ぎます, その靭性は、ラフな運転中の亀裂を避けます.
- ギア: トランスミッションに見られる - その耐摩耗性 (熱処理から) スムーズなシフトを保証します, そして、その延性は歯の切断を防ぎます.
- サスペンションコンポーネント: スプリングとコントロールアーム - ストレス下で曲げます (例えば。, ポットホールを打つ) 永続的な損傷なし.
機械コンポーネント
産業機械は、負荷を移動またはサポートする部品にそれを使用します:
- ベアリング: モーターまたはポンプの内側/外側レース - 熱処理された中炭素鋼は回転部品の摩耗に抵抗します.
- ファスナー: 高強度ボルトとナット - 機械で使用 (例えば。, 工場のプレス) - ストリップなしで高トルクを処理できます.
- カップリング: モーターのシャフトを接続する - その柔軟性はシャフト間の軽微な不整列を吸収します.
一般エンジニアリングアプリケーション
「ワンサイズフィットアール」スチールが機能しないカスタムパーツの定番です:
- ブラケット & サポート: 重機を保持します (例えば。, HVACユニット) - 体重をサポートするのに十分な強さ, 取り付けのために簡単にドリルします.
- ツールホルダー: 旋盤の安全な切削工具 - ツールの振動による摩耗に抵抗するために熱処理された.
3. 中炭素構造鋼の製造技術
この鋼から部品を生産するのは簡単です, 熱処理がその強さを調整するための鍵である. 以下は重要な手順です.
融解とキャスティング
- プロセス: Most medium carbon steel is made in a 基本的な酸素炉 (bof) または 電気弧炉 (EAF). スクラップスチールと純粋な炭素 (例えば。, コーラ) 混合されて0.25〜0.60％の炭素に達します. 溶融鋼はスラブに投げ込まれます (ビーム用), ビレット (シャフト用), または花 (大きな部品の場合).
- 重要な目標: 均一な炭素分布を確保する - 部品を弱めるソフトスポットを避ける (例えば。, 荷重の下に曲げたソフトセクションの車軸).
ホットローリング
- プロセス: 鋳造スラブ/ビレットは1100〜1200°Cに加熱されます (赤熱) ローラーを通り抜けてビームに形作りました, プレート, またはバー. ホットローリングは、鋼の粒構造を整列させます, 強度を高める.
- 用途: 構造部品を作成します (例えば。, iビーム) またはシャフト/ギアの原料.
コールドローリング
- プロセス: ホットロールスチールは冷却されます, その後、室温で再び転がり、薄くなります, よりスムーズ, そしてより硬い. コールドロールスチールには、緊密な許容範囲があります (±0.01 mm) そして滑らかな表面 (RA〜0.4-1.6μm).
- 用途: 精密部品を作成します (例えば。, 小さなギアまたは薄いブラケット) 表面仕上げが重要です.
熱処理
このステップは、特定の用途に鋼鉄の硬度をカスタマイズします:
- アニーリング: 800〜900°Cに加熱, 2〜4時間開催されます, その後、ゆっくりと冷却されました. 機械加工のために鋼を柔らかくします (例えば。, ビームに穴を開ける穴).
- 硬化: 750〜850°Cに加熱 (炭素含有量に応じて), 制服まで開催されます, その後、オイルで消します (割れを避けるために水よりも冷却が遅くなります). 硬度は35〜45 HRCに増加します.
- 焼き戻し: 200〜500°Cに再加熱, 1〜2時間開催されます, その後、冷却しました. 硬度を維持しながら脆性を低下させます (例えば。, 車軸を和らげる 35 強度のためのHRC + 柔軟性).
機械加工
- 予熱治療 (アニール): HSSツールで機械加工するのに十分な柔らかい. 一般的なプロセス:
- 旋回: 円筒形の部分を形成します (例えば。, 車軸) 旋盤に.
- ミリング: 製粉機でギアまたはブラケットを作成します.
- 掘削: ビームまたはプレートのファスナー用の穴を作ります.
- 加熱後の治療 (硬化): 機械加工には炭化物ツールが必要です (硬化鋼はHSSツールをすばやく鈍らせます) - 精密仕上げにのみ使用されます (例えば。, ギアの歯を研ぎます).
溶接
- 方法: アーク溶接 (私/ティグ) 最も一般的です. 薄い部品の場合 (≤10mm), 予熱は必要ありません; 厚い部分の場合 (>10 mm), 割れを避けるために、150〜200°Cに予熱します.
- 重要なヒント: 低水素電極を使用します (例えば。, E7018) 溶接の脆性性を防ぐため - ビームのような構造部品にとって重要.
表面処理
腐食や摩耗から保護します:
- 亜鉛メッキ: 溶融亜鉛に浸す - 錆びにくい層が作成されます (屋外で20〜30年続きます) - 構造ビームまたは屋外ファスナーに使用されます.
- 塗装/パウダーコーティング: 色と錆の保護を追加 - 自動車部品に使用する (例えば。, 車軸) または機械括弧.
- ニトリッド: 硬い表面層を作成するためのアンモニアガスの加熱 - ギアやベアリングの耐摩耗性を高める.
品質管理と検査
- 化学分析: 0.25〜0.60％であることを確認するためのカーボンコンテンツをテストします - 一貫した強度に重要.
- 機械的テスト: 引張強度を測定します (500–900 MPa) そして衝撃の靭性 (30–60 j/cm²) パフォーマンスを確認します.
- 硬度テスト: Brinell/Rockwellテスターを使用して、熱処理結果を確認します (例えば。, 35 車軸用HRC).
- 次元チェック: キャリパーまたはレーザースキャナーを使用して、部品サイズを確認します (例えば。, ビームの厚さまたはシャフトの直径).
4. ケーススタディ: 作用中の中炭素構造鋼
現実世界の例は、それがエンジニアリングの課題をどのように解決するかを示しています. 以下は、3つの業界固有のケースです.
ケーススタディ 1: 自動車車軸製造
トラックメーカーは、低荷重の下で曲げた低炭素鋼車軸に問題がありました (例えば。, 運搬貨物). 高炭素鋼車軸は強度の問題を解決しましたが、寒い気候では割れました.
解決: 彼らは中程度の炭素鋼に切り替えました (0.45% c) 車軸, 熱処理されています 38 HRC.
結果:
- 車軸曲げが立ち寄った 90% (処理 10,000 変形のない貨物のポンド).
- 寒い気候のひび割れが止まりました (の衝撃の靭性 45 -20°CでJ/cm²).
- 製造コストが削減されました 15% (高炭素鋼よりも機械加工しやすい).
なぜそれがうまくいったのか: スチール中程度の強さ (750 MPA引張) 処理された負荷, その間タフネス 寒さに抵抗した.
ケーススタディ 2: 中層の建物の構造ビーム
建設会社は、10階建てのオフィスビルに梁が必要でした. 低炭素鋼ビームは弱すぎました (より多くのサポート列が必要でした), 合金鋼梁は高すぎましたが.
解決: 彼らは、ホットロールされた中程度の炭素鋼ビームを使用しました (0.30% c), 錆の保護のために亜鉛メッキ.
結果:
- ビームカウントが減少しました 30% (低炭素鋼よりも強い, そのため、必要な列が少なくなりました).
- 材料コストが削減されました 25% (合金鋼よりも安い).
- 建設時間は短縮されました 20% (高炭素鋼よりも溶接が簡単です).
なぜそれがうまくいったのか: スチール構造強度 (600 MPA引張) サポートされている床, その間溶接性 簡素化されたアセンブリ.
ケーススタディ 3: 産業用品生産
工場製造コンベアシステムには、簡単に壊れる炭素鋼のギアが高かった (脆い) そして、すぐに消耗した低炭素鋼のギア (柔らかい).
解決: 彼らは中程度の炭素鋼に切り替えました (0.50% c) ギア, 熱処理されています 40 HRCおよび窒化.
結果:
- 拡張されたギアライフ 200% (ニトリッドブースト耐摩耗性).
- 破損はゼロ近くまで低下しました (のタフネス 35 j/cm²).
- メンテナンスコストが削減されました 60% (ギアの交換が少ない).
なぜそれがうまくいったのか: スチール熱処理反応 激しく作成されました, 耐摩耗性の歯, その間タフネス 破損を防ぎました.
5. 中炭素構造鋼Vs. その他の材料
その「中央」の特性は、バランスのとれたニーズのために低/高炭素鋼よりも優れています. これがどのように比較されますか.
中炭素鋼Vs. 低/高炭素鋼
| 要素 | 中程度の炭素鋼 (0.40% c) | 低炭素鋼 (0.15% c) | 高炭素鋼 (0.80% c) |
|---|---|---|---|
| 硬度 | 20 - 35 HRC | 10 - 20 HRC | 55 - 65 HRC |
| 抗張力 | 500 - 900 MPA | 300 - 500 MPA | 1800 - 2800 MPA |
| 伸長 | 10 - 20% | 20 - 35% | 5 - 10% |
| 溶接性 | 良い | 素晴らしい | 貧しい |
| 料金 | 適度 ($6 - $ 8/kg) | 低い ($4 - $ 6/kg) | 適度 ($8 - $ 12/kg) |
| に最適です | 車軸, ビーム, ギア | パネル, パイプ, ファスナー | 切削工具, スプリング |
中炭素鋼Vs. ステンレス鋼 (304)
| 要素 | 中程度の炭素鋼 | 304 ステンレス鋼 |
|---|---|---|
| 耐食性 | 適度 (コーティングが必要です) | 素晴らしい (錆びない) |
| 強さ | より高い (500 - 900 MPA) | より低い (515 MPA) |
| 料金 | より低い ($6 - $ 8/kg) | より高い ($15 - $ 20/kg) |
| 加工性 | より良い | 良い (遅い切断) |
| に最適です | 構造/機械部品 | 食品装備, 海洋部品 |
中炭素鋼Vs. アルミニウム
| 要素 | 中程度の炭素鋼 | アルミニウム |
|---|---|---|
| 強さ | より高い (500 - 900 MPA) | より低い (200 - 300 MPA) |
| 密度 | より高い (7.85 g/cm³) | より低い (2.70 g/cm³) |
| 耐食性 | 悪い (コーティングが必要です) | より良い (天然の酸化物層) |
| 料金 | 似ている ($6 - $ 8/kg対. $4.4 - $ 6.6/kg) | |
| に最適です | 負荷をかける部品 (車軸, ビーム) | 軽量部品 (カーホイール, フレーム) |
Yigu Technologyの中程度の炭素構造鋼に関する視点
Yiguテクノロジーで, 私たちは、中程度の炭素構造鋼を工学の「主力」と見なしています. バランスのとれた強度と柔軟性を必要とするクライアントに対する私たちの一番の推奨事項です。, 構造ビーム, または工業用品 - 低い炭素鋼が弱すぎて高炭素鋼が脆すぎます. 私たちは、その優れた熱処理反応を活用して硬度を調整します (例えば。, 35 車軸用HRC, 40 ギア用のHRC) 屋外での使用のために、それをガルバン化と組み合わせてください. コスト志向のプロジェクトの場合, 比類のない値を提供します: 合金鋼のプレミアム価格のない低炭素鋼よりも強い. また、カスタムパーツにも使用します, その機械性により、プロトタイプとスケーリングの生産をすばやくできるように.
