紧固件、轴承、齿轮、弹簧和工模具是机械制造的基础组件,它们对机械产品的质量和可靠性有着至关重要的影响。钢材是制造这些基础元件不可或缺的材料,目前我国每年用于这些基础元件的钢材总量约为2400万吨,属于特种钢材的重要类别。不同的机械基础元件由于其特定的应用环境,对钢材的质量要求各不相同。
紧固件被比喻为“工业之米”,是用量最大的基础元件之一。2023年的多个方面数据显示,我国紧固件行业消耗的钢材达到了1250万吨。这些钢材包括冷镦钢、合金结构钢、不锈钢和耐热钢等多种类型,强度等级覆盖了400至1200兆帕之间。紧固件通常通过冷镦工艺制造,因此就需要钢材拥有非常良好的成型性能。此外,根据不同的应用领域,紧固件还在大多数情况下要抗疲劳、延缓断裂、耐腐蚀、耐高低温等特性。目前,低成本的MnB钢正在慢慢地取代CrMo钢的地位。虽然现行标准规定的紧固件最高等级为12.9级,但随机械轻量化趋势的发展,需要研发更高级别的高强度紧固件,以解决延迟断裂和疲劳问题。
轴承在运行过程中主要面临的是接触疲劳和磨损的问题。鉴于此,轴承钢必须拥有高硬度、出色的疲劳性能以及高可靠性。对于特殊环境下工作的轴承,还需具备抗冲击、耐高低温变化、抗腐蚀和抗磁性等特性。根据用途分类,轴承钢可分为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈钢轴承钢和高温轴承钢。近年来,国内一些特钢企业通过改进生产的基本工艺,如采用超纯净冶炼技术,大大降低了钢材中的杂质含量,提高了钢材的整体质量,使其能够很好的满足国际市场对轴承钢的严苛要求。
齿轮钢大多数都用在制造需要经过表面渗碳处理的齿轮,常见的钢种包括20CrMnTi、CrMn、CrMo、CrNiMo系列等。这类钢材的关键性能指标包括淬透性、纯净度、晶粒度等。为了改善齿轮钢的质量,需要关注元素偏析和带状组织对表面处理效果的影响,以及提高齿轮的抗弯疲劳性能和抗接触疲劳性能。此外,还需开发适用于高温环境下使用的微合金化齿轮钢。
弹簧钢主要用来制造各种弹簧,常见的钢种有65Mn、60Si2Mn、50CrV、55SiCr等。对于弹簧钢而言,控制其中的夹杂物含量是确保其质量的重要的条件。降低氧含量和酸溶铝含量是减少夹杂物的有效途径。虽然我国已经能够在某些特定的程度上生产出高质量的弹簧钢,但在某些高性能弹簧钢方面,任旧存在依赖进口的情况。未来的目标是开发更高强度的弹簧钢材料。
随着工模具钢纯净度和均匀性的提高,我国部分领先公司制作的冷作模具钢,如Cr8Mo2VSi(DC53),已达到了国际领先水平,还可以大量出口至欧美和东南亚市场。同时,我国还开发出了符合国际标准的优质热作模具钢。不过,在高耐蚀性塑料模具钢、耐高温航空模具材料、高导热模具钢以及高耐磨高韧性冷作模具钢等领域,仍有较大的发展空间。
