炭素鋼は軟鋼よりも優れていますか？
それとも同じですか？
炭素鋼は軟鋼よりも優れていますか？ひっかけ質問！軟鋼は炭素鋼の一種です。元素炭素はすべての鋼に存在します。この炭素が主要な合金元素である場合は常に、合金は炭素鋼と見なされます。 「低炭素」鋼は、軟鋼の別名です。炭素含有量の異なる他の炭素鋼があります。どちらが良いかは、鋼が使用される用途によって異なります。
超高層ビル用のミシン針や構造梁など、さまざまな製品を製造するために、毎年15億トン以上の鋼が生産されています。炭素鋼は最も一般的に使用されている合金鋼であり、米国の全生産量の約85％を占めています。製品の炭素含有量は0〜2％の範囲です。この炭素は鋼の微細構造に影響を与え、伝説的な強度と靭性を与えます。これらの合金には、少量のマンガン、シリコン、銅も含まれています。軟鋼は低炭素鋼の商業用語であり、炭素含有量は0.04〜0.3％の範囲です。
炭素鋼のカテゴリー
炭素鋼は、製品の化学組成と特性に応じて分類できます。軟鋼も同様の炭素含有量で構成されているため、低炭素鋼のカテゴリに分類されます。普通炭素鋼は合金を含まず、次の4つのカテゴリに分類できます。
1。低炭素鋼または軟鋼
低炭素鋼は0.04〜0.3％の炭素含有量を持ち、炭素鋼の最も一般的なグレードです。軟鋼は、0.05〜0.25％の低炭素含有量であると定義されているため、低炭素鋼とも見なされます。軟鋼は延性があり、成形性が高く、自動車の車体部品、プレート、ワイヤー製品に使用できます。低炭素含有量範囲の上限で、最大1.5％のマンガンを添加すると、機械的特性は、スタンピング、鍛造、シームレスチューブ、およびボイラープレートに適しています。
2。中炭素鋼
中炭素鋼の炭素範囲は0.31〜0.6％、マンガン範囲は0.6〜1.65％です。この鋼は、微細構造と機械的特性をさらに調整するために熱処理および焼入れすることができます。人気のあるアプリケーションには、シャフト、車軸、歯車、レール、鉄道の車輪などがあります。
3。高炭素鋼
高炭素鋼の炭素範囲は0.6〜1％で、マンガン含有量は0.3〜0.9％です。高炭素鋼の特性により、ばねや高強度ワイヤーとしての使用に適しています。これらの製品は、溶接手順に詳細な熱処理プログラムが含まれていない限り、溶接できません。高炭素鋼は、刃物、高強度ワイヤー、およびばねに使用されます。
4。超高炭素鋼
超高炭素鋼の炭素範囲は1.25〜2％で、実験用合金として知られています。焼き戻しにより、硬度レベルの高い鋼を製造できます。これは、ナイフ、車軸、パンチなどの用途に役立ちます。
炭素鋼の製造
炭素鋼と軟鋼は3段階で製造されます：
- 一次製鋼
- 二次製鋼
- キャスト
これらの後に、最終製品の特性に直接影響を与えるさまざまな仕上げ技術が続きます。
1。一次製鋼
鋼は、100％リサイクルされた材料から、またはリサイクルされた材料とバージン鋼の組み合わせから作ることができます。バージン鋼は、高炉で鉄鉱石、コークス（石炭から製造）、および石灰から製造されます。原料は3000°Fで作動する炉の上部に追加されます。鉄鉱石が溶けて燃えているコークスと混ざり合うと、炭素が溶けた製品に放出されます。不純物は石灰によって表面のスラグに吸収され、溶鋼からすくい取ることができます。この段階の製品には約4％の炭素が含まれていますが、まだ不純物が含まれています。溶鋼は、リサイクルされたスクラップメタルがすでに含まれている転炉（BOF）に移されます。純酸素を溶鋼に吹き付けて過剰な炭素を酸化し、最大1.5％の炭素含有量の完成品を形成します。
リサイクルされたスクラップスチールは、電気アーク炉でバージンスチールを追加せずに再処理できます。高出力の電気アークは、3000°Fまでの温度で金属を溶かします。スクラップアンドビルドが溶けると、その容量までスクラップのバッチを炉に追加できます。溶鋼のフラットバスが達成されると、BOFと同じ方法で酸素が吹き込まれます。どちらの場合も、溶融鋼は炉から取鍋または鋼浴に取り出されてさらに処理され、不純物を含む表面スラグは除去されます。
2。二次製鋼
より高品質の鉄鋼製品と一貫した特性に対する市場の需要により、二次製鋼プロセスの開発が促進されています。
電気アーク炉
鋼の組成は、電気アーク炉で個々のコンポーネントを追加または削除するか、温度を操作することによって変更されます。
- 攪拌
電磁場は、取鍋に乱流を誘導するために使用されます。この方法では、表面に浮かぶ非金属介在物を簡単に分離しながら、鋼の均一な混合と組成を確保します。 - 取鍋炉
取鍋は二次電極炉として機能し、正確な温度制御と合金部品の測定された注入を可能にします。 - 取鍋注入
不活性ガスは鋼浴の底に注入されます。ガスが加熱されて溶鋼を通って上昇すると、攪拌効果が得られます。 - デガッシング
製品の硫黄含有量を減らしながら、水素、酸素、窒素を除去します。真空、不活性ガス注入、温度制御など、溶鋼の脱気に使用されるさまざまな技術。 - 組成調整（酸素吹き込みによる密閉アルゴンバブリング– CAS-OB）
攪拌は、密閉された鋼浴にアルゴンガスを注入することによって行われます。シュノーケルの配置は、水素含有量が減少し、酸化物含有物が表面に浮かぶ間、スラグが乱されるのを防ぎます。酸素はランスを介してバスに供給され、アルミニウムはシュノーケルを介して追加され、温度制御のレベルが向上し、最終的な組成が正確になります。
脱酸鋼
二次製鋼の重要な側面は、酸素の除去です。溶鋼が固化し始めるときに酸素が存在すると、炭素と反応して一酸化炭素ガスが放出されます。脱酸を制御することで、完成品の特性を変更できるため、さまざまな用途に使用する鋼の適合性を変更できます。
- リミング鋼
リミング鋼は、非脱酸鋼または部分脱酸鋼です。凝固中に高レベルの一酸化炭素が生成され、良好な表面品質が得られますが、多くのブローホールが存在します。 - キャップ付き鋼
キャップ付き鋼は、最初はリミングと同じパターンに従いますが、約1分後、一酸化炭素の形成を抑えるために金型にキャップが付けられます。 - 半殺し鋼
半殺し鋼は、型に流し込む前に部分的に脱酸されており、通常、炭素含有量は0.15〜0.3％の範囲です。 - キルド鋼
殺された鋼は完全に脱酸されているため、凝固中に一酸化炭素がまったく形成されません。完成品は均質な構造で、ブローホールはありません。一酸化炭素の形成を「殺す」ための主要な脱酸剤として、アルミニウムが取鍋または型に追加されます。ただし、完成品へのアルミニウムの添加が望ましくない用途があります。アルミニウムの代替品は、マンガンとシリコンのフェロアロイまたはケイ化カルシウムです。
3。キャスティング
従来の鋳造方法では、クレーンで取鍋を持ち上げて、溶鋼を鉄道車両に取り付けられた個々の型に詰め込むことができます。インゴットモールドは、凝固後のインゴットの除去を容易にするためにわずかに先細になっています。インゴットは浸漬ピットに移され、そこで再加熱されて熱間圧延されます。
鋳造機は、溶鋼を下流処理により適した形状に連続鋳造することを可能にします。取鍋は高架プラットフォームに持ち上げられ、そこで溶鋼をタンディッシュに排出し、鋳造機に供給します。溶鋼は、タンディッシュから可動底板を備えた水冷型に供給されます。鋼の外板が固化するにつれて、プレートはゆっくりと下げられ、より多くの溶鋼が金型に入ることができます。鋼は、連続鋳造機でスラブ、ブルーム、またはビレットに成形されます。固化した製品はローラーで引っ張られてから真っ直ぐになり、機械の端で切断されます。このプロセスは、中断することなく数日または数週間継続できます。
炭素鋼仕上げ
炭素鋼の製造プロセスが完了すると、圧延、熱処理、表面処理、または下流の二次処理を使用して終了します。
製品ローリング
固体鋳造インゴットは、連続鋳造で製造されるような、より有用な形状とサイズに圧延する必要があります。鋼は回転ロールによって圧縮され、引っ張られます。ロールは、鋼が機械に入るときに鋼よりも速いペースで回転するため、鋼を前方に押し出し、圧縮します。
熱間成形
鋼は再結晶温度以上に加熱され、鋳造されたままの微細構造を破壊します。これにより、より均一な結晶粒径と鋼内の炭素の均一な分布が得られます。
冷間成形
再結晶温度以下で冷間成形を行う。このプロセスにより、ひずみ硬化によって強度が最大20％向上し、仕上げが改善され、公差が厳しくなります。鋼は、最終的な寸法に応じて、ブルーム、ビレット、またはスラブの形で半製品として圧延プロセスから出現します。ブルームは非常に厚い長方形のスラブであり、ビレットは同様の厚さですが幅が狭く、スラブは薄くて幅の広い製品です。
半製品はさらに圧延機で中間製品に加工され、下流の企業による製造と最終処理の準備が整います。
冷間成形製品およびアプリケーション
製品
アプリケーション
花
構造用途
手すり
ガードレール
手すり
カスタム手すり
ロールバー
機械製造
建設
プレート （1/4インチを超える厚さ）
重工業
ボイラー
橋
工業用船
戦車
船
シート （1/4インチ未満の厚さ）
車体
家庭用器具
オフィス設備
飲料缶
丸棒/四角棒
建設フレームワーク
中かっこ
シャフト
車軸
鋼が圧延機を離れると、下流の企業は腐食を防ぎ、金属の特性を改善するためにさまざまな二次加工技術を使用します。これを行うための主な技術は熱処理です。
熱処理
鋼を熱処理する目的は、製品内の炭素の分布と内部の微細構造を変更することにより、その機械的特性を操作することです。鋼の機械的特性を操作する場合、延性が増すと硬度と強度が低下し、その逆も同様です。
正規化
鋼は、上限臨界温度より約130°F高い温度に加熱されます。製品全体が均一に加熱されるまで温度を維持し、その後空冷します。これは最も一般的な熱処理の形態であり、鋼に高い強度と硬度を与えます。
アニーリング
鋼の温度を1時間固溶体状態に上げてから、1時間あたり70°Fの速度で冷却します。柔らかく延性のある鋼は、内部応力なしで得られます。
焼入れ
正規化と同様のプロセスですが、鋼を水、塩水、または油で急冷することによって冷却が加速されます。得られた製品は非常に硬く、通常の鋼の最大4倍の硬さですが、非常に脆く、破損やひび割れの影響を受けやすくなっています。このため、通常、所定の温度まで急冷した後、焼き戻しまたは応力緩和と呼ばれるプロセスで、室温まで冷却速度を制御します。熱処理中の温度と冷却速度のパラメータを設計することにより、鋼の特性を正確に制御できます。
表面処理
製造された鋼の約3分の1は、腐食を防ぎ、溶接性と塗装性を向上させるために表面コーティングで処理されています。
溶融亜鉛めっき
亜鉛メッキは、亜鉛表面コートを鋼に塗布するプロセスです。鋼は亜鉛浴に入る前に加熱され、そこで液体亜鉛が製品の表面を層状にします。コーティングの厚さはガスナイフで制御されます。亜鉛コーティングのひび割れを防ぐために、亜鉛溶液に少量のアルミニウムを添加します。
電解亜鉛めっき
鉄鋼製品に亜鉛コートを塗布する別のプロセスは、電解亜鉛メッキによるものです。亜鉛は、電解液の電流を制御することによって鋼の表面に堆積します。この技術により、コーティングの厚さをより適切に制御できます。また、製品の両側に異なる厚さのディファレンシャルコーティングを適用したり、亜鉛合金コーティングを適用して目的の特性を最適化するためにも使用できます。
下流の二次処理
下流の企業は、鉄鋼原料をさらに加工して完成品にします。工作機械で表面の金属を均一に除去する機械加工など、さまざまな加工技術が使用されています。鋼の接合も一般的であり、さまざまな溶接技術を使用しています。
炭素鋼のリサイクル
金属のリサイクルは、持続可能な生活と人間の活動による環境への影響を最小限に抑えることのサクセスストーリーの1つです。鋼は地球上で最もリサイクルされた材料であり、他のすべての材料を組み合わせたものよりも多くなっています。
リサイクル鋼の供給源には、製鉄所、二次製造業者、および製品ライフサイクルの終わりの鉄鋼製品からのスクラップが含まれます。多くの場合、製造需要を満たすのに十分な再生鋼がないため、完成品の製造にはほとんどの場合、バージン鋼と再生鋼の組み合わせがあります。
鉄鋼のリサイクルも、完成品のコストを下げるので経済的です。このため、鉄鋼業界は、使用済み製品のリサイクルを容易にするためのリサイクルネットワークの促進と確立に積極的に取り組んできました。
鉄鋼の詳細について、またはカスタムプロジェクトの見積もりをリクエストするには、お問い合わせください。
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