什么是黑色金属材料?
本内容提供有关铁材料化学成分、强度和性能的信息。在工业金属合金中，铁的合金在结构方面有着广泛的应用。
黑色金属材料包括碳钢、不锈钢和低合金钢。根据ASTM黑色金属名称系统，“A”描述黑色金属，如A106，“A”前缀表示该材料是黑色材料。
这些材料是通过冶炼和熔炼从铁矿石中获得的，以去除其中的杂质，如硫、氧等。铁金属可以定义为其成分中至少含有50%铁的金属。
所有的商业形式的钢铁都含有一定数量的碳，是钢铁冶金的一个组成部分。碳的加入还降低了铁的熔点(1525°C/ 2777°F)。
在所有其他铁合金中，碳钢和不锈钢由于其高端性能，如强度和耐腐蚀，在工业和结构部分的主要应用。
美国钢铁协会(AISI)将钢铁分为以下四大类:
- 碳钢
- 不锈钢
- 合金钢
- 工具钢
碳钢
碳钢的化学成分含有0.6 - 1.4%的碳。它用于制作工具、薄板、结构、机器零件等。由于其铁磁性，其应用不仅限于工具，还可用于电机和电器。
在碳钢中碳和锰的含量可以变化，以发展广泛的强度，耐磨值和韧性。
低、中抗拉强度碳素钢板的规格见ASME II第a部分。碳素钢板又分为三类:
- 低碳钢(低碳钢)
- 中碳钢
- 高碳钢
低碳钢含碳量在0.04 ~ 0.30%之间。极限抗拉强度值为60 ~ 111 ksi。低碳钢是工业上使用最多的钢之一。
它可以被塑造成各种各样的形状，从平面板到结构梁。对于结构钢的应用，碳钢中碳和锰的含量增加。为了获得良好的拉伸性能，提高铝含量，降低碳含量。
中碳钢的含碳量为0.31 ~ 0.60%。锰的含量为0.61 ~ 1.50%。这种钢的机械性能比低碳钢强，用于制造曲轴、联轴器、齿轮、螺栓、螺柱、轴等。
高碳钢的含碳量为0.61 ~ 1.50%。它是上述两组中最强的，和脆性，用于刀具，高强度电线，发动机零件等。
不锈钢
不锈钢是一种含13%的铬和6%的镍的黑色材料，这使得它具有耐腐蚀性。不锈钢有以下两个子类:
- 奥氏体品位
- 铁素体年级
根据ASTM A240, 201 - 347型钢属于奥氏体级，409 - 441型钢属于铁素体级。
工业和商业应用中的316不锈钢成分。该钢的最大碳含量为0.03%，铬为16 - 18%，镍为10 - 14%，钼为2-4%，锰为2%。
钼的存在使其在氯化物环境中抗裂缝和点蚀。这种钢的极限抗拉强度的最小值是70 ksi。
在铁素体级中，不锈钢410用于制造手动工具、扁弹簧、螺栓、螺母、螺钉等。它的碳含量为0.08 ~ 0.15%，铬含量为11.5 ~ 13.5%，镍含量为0.75%，硅含量为1%，锰含量为1%。
这一等级的钢耐蒸汽，热气体，温和的酸碱和纯水。这种钢的极限抗拉强度的最小值是65 ksi。
低合金钢
低合金钢是另一类具有比碳钢优越的机械性能的黑色金属材料。合金钢有上千种，可用于不同的用途和条件。
以AISI 4340为例，其镍含量为1.65 ~ 2%，铬含量为0.7 ~ 0.9%，碳含量为0.37 ~ 0.43%，钼含量为0.2 ~ 0.3%，锰含量为0.6 ~ 0.8%。
该材料强度高，抗疲劳性能好。用于齿轮、轴、结构件和飞机起落架等。
黑色冶金材料
含铁物质是从以氧化铁(赤铁矿Fe2O3或磁铁矿Fe3O4)形式存在于地壳中的铁矿石中提取出来的。在高炉中加入石灰石和焦炭(碳的一种形式)来还原氧化铁。
高炉温度为1525°C(2777°F)。原料从炉顶进入，焦炭燃烧产生热量和二氧化碳，二氧化碳进一步与进入的焦炭反应生成一氧化碳，一氧化碳将氧化铁还原成铁。
石灰石的加入有助于去除二氧化硅。熔融铸铁从炉底获得，可用于制造各种黑色金属材料产品，包括碳钢和不锈钢。炼钢时，杂质如硫、碳和其他元素通过各种方法除去。
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