书城科普读物探究式科普丛书-工业的血液:钢铁
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第9章 无处不在——钢铁生活篇(1)

日常生活中,衣、食、住、行、娱乐、教育等很多方面都离不开钢铁,可以说钢铁贯穿了人类发展的历史长河,不断地推动人类社会的迅速发展,本章介绍了常用的钢铁制品及钢铁保养等知识。

走进钢铁生活篇,认识钢铁在日常生活中的应用。

第一节日常钢铁产品的种类与介绍

1.材线产品用途简介

(1)链条

用途名称:链条

主要钢种:低碳钢线材及铬钼合金钢

成品加工方式:冷锻、压扁、渗碳调质热处理

特性与产品应用:带动自行车的链条

骑车的时候,我们都有因链条太松而“掉链子”的经验。那时总是怀疑未定期润滑或修理人修理技术太差所致。其实链条原材料的选用及制作才是玄机所在。

一条简单的链条,包含了链轴、衬套、链滚及内外链板等四个各具特色的主要零组件。其设计及制造的重点在于耐磨耗、抗拉应力及耐冲击;造成链条松垮的原因是来自于链轴及衬套的磨损,产生节与节之间的间隙。随着中国自行车产业的发展,原材料供应厂在材料上的研发改进,以及链条制造厂技术的不断升级,现在的自行车发展成多功能、多型号自行车,如电动自行车、山地车等。其中电动自行车已经走进老百姓的生活,成为老百姓出行的常用交通工具,方便快捷。

(2)剪力钉

用途名称:剪力钉

主要钢种:低碳钢线材

成品加工方式:冷抽、压扁成型

特性与产品应用:

我们都有开车或坐车经过钢架桥的经验,但是除了看到平整的水泥路面和旁边冷硬的钢架外,看不出有何可观之处,殊不知水泥路面底下还暗藏玄机。现代的钢桥设计,为了避免钢架桥上的水泥路面于通车时产生滑移或裂痕,目前的施工作业,都会在钢梁上焊接密布的剪力钉,再覆以混凝土,使钢桥上的水泥路面既坚固又耐用。

目前,市场上生产的剪力钉都是经过酸洗、冷拔、冷打圆平头等加工过程,最后再在尾端植入焊药。钢桥现场施工焊接在钢梁上时,把剪力钉装入焊接枪中,通电作电弧焊接,并利用植焊机内的压缩弹簧将剪力钉强力压下,将剪力钉牢固地植焊在钢梁上。

剪力钉除了强度要求外,焊接性也很重要。剪力钉焊接后,焊接部位不能有裂痕产生,经九十度敲击弯曲试验不能有裂痕,通过以上试验后方能保证剪力钉的功效。

剪力钉除了用于钢桥外,钢混结构大楼楼层板也大量使用,可更加坚固钢混结构,提高安全性,是钢混建筑中不可或缺的基础零件。

(3)滚珠

用途名称:滚珠

主要钢种:低碳钢线材

成品加工方式:冷锻、研磨、渗碳热处理

特性与产品应用:

滚珠对机械性质要求极高,如表面硬度、抗压强度等都是评估的重要参数。表面品质是衡量滚珠质量的关键,要求尺寸分毫不差、真圆度、粗糙度等亦为产品检验的主要项目。滚珠系由冷锻成型,故原料需有相当好的冷锻性,即线材表面品质须佳。此外,滚珠作动中因承受磨损、压力极大,除表面须藉渗碳提升硬度外,内部的晶粒也必须细小以增加韧性,故原料成分须均匀,并且要以铝脱氧方式炼钢,使滚珠经长时间热处理,避免内部晶粒粗大。

滚珠使用范围极广,凡是轴承、自行车、摩托车、齿轮、输送设备、滑轮、玩具等,都是不可缺少的零件。国内生产滚珠的业者起步极早,早期从欧美发达国家进口主要原料,后来中国自主研发的钢线材品质提高,自20世纪90年代,已经不再进口。

(4)扬声器T形铁心

用途名称:扬声器T形铁心

主要钢种:低碳钢线材

成品加工方式:冷锻、退火、电镀

特性与产品应用:

扬声器俗称音响喇叭,一个完整的扬声器,由十几项组件组装而成,T形铁心是扬声器相当关键的组件,成本仅次于软磁铁,全部以大尺寸的棒线盘元为加工原料。

最典型的应用产品是20世纪中国的手摇式电话机,在农村使用的广播喇叭也都是以这种形铁心的扬声器为主要部件。绝大部分的T形铁心产品,主要供应通信、汽车摩托车、电脑、电器、专业音响及玩具等行业使用。随着科技的发展,尤其是集成电路的诞生和发展,目前已经很少使用这种T形铁心扬声器了。

T形铁心为了具备良好的导磁特性,一般都使用含碳量极低的低碳钢,另外因其加工变形量大,对原料品质的要求极为严格,如棒线原料不得残留线缝、重面及夹渣等表面或次表面的缺陷,以避免在冷锻成型时产生破裂。

(5)活动扳手

用途名称:活动扳手

主要钢种:低合金钢

成品加工方式:热锻、调质热处理、电镀

特性与产品应用:

活动扳手在手工具组中,是家庭工具箱中常用的手工具,也是机动维修不可缺少的工具。主要用于拆卸与锁紧螺丝螺帽。

活动扳手的生产加工过程相当复杂,首先需将直条棒钢剪切下料、高频感应加热、热锻成粗坯;然后将粗坯退火软化、车削成型、热处理硬化;最后经过电镀、组装、测试,前后将近十道加工工序,才能制作一件完整的产品。

一个好的活动扳手,除了拥有美丽的外表,还要有适当的硬度与高扭力强度,其中以扭力最为重要。高扭力的活动扳手,可以避免使用时扳手弯曲变形,甚至断裂,危害到操作者。

(6)自行车车轮

用途名称:自行车车轮

主要钢种:高碳钢线材;软钢冷轧

成品加工方式:冷抽、打头、轮缘成型、电镀

特性与产品应用:

自行车是19世纪末中国上流社会才能使用的奢侈品,后来逐渐从皇宫走进平民百姓生活。中国是自行车大国,尤其是新中国成立后,中国自主制造的整车和零部件技术已相当成熟,比如上海制造的永久、飞鸽牌自行车曾风靡一时。

自行车的前后车轮,除了轮胎外,其余大多是以钢铁制造的产品。车条系用以支撑车轮钢圈,所以要求断裂负荷强度,车条使用耐磨损的热轧线材,冷拔成2.9毫米以下的硬钢线,经整直、切断、搓牙、打头、头部弯曲及电镀等过程,生产成车条,电镀处理不良使车条容易产生锈蚀。车条头部弯曲断裂成为车条加工最大的困扰,需要特别注意冷拔钢线的表面品质与钢料的内部品质。

自行车的车轮圈,一般使用冷轧钢料,另外因轮圈要求电镀后具有光亮的表面,所以采用冷轧亮面板,节省轮圈的表面研磨加工费用,钢料经轮缘成型、接合、研磨、电镀等过程,生产出光洁亮丽的轮圈。至于车轮的轴心-车毂,其轴心采用中碳热轧条钢。

自行车是人类日常生活中最常用、最便捷的交通工具,足以见钢铁在人类生活中的广泛性和普遍性。

(7)弹簧

用途名称:弹簧

主要钢种:条线弹簧钢

成品加工方式:成形、热处理、涂装

特性与产品应用:

有句名言道:“时间就像弹簧”,可以缩短也可以伸长。日常生活里,弹簧处处可见,通过发生弹性变形而产生弹力,如汽车的悬吊系统、摩托车的减震弹簧、健身用的拉伸弹簧、汽车雨刷的扭转弹簧、沙发床垫弹簧等,不胜枚举。弹簧依形状可分类为常见的卷状弹簧与货车、火车专用的叶片弹簧。

卷状弹簧又可分为热间成形压缩弹簧与冷间成形压缩弹簧。热间成形弹簧一般是较难冷间成形的大圆径弹簧,主要使用在汽车与火车的避震悬吊系统。冷间成型压缩弹簧为最常见的加工方式,主要用于汽车雨刷、各类运动器材等。气门弹簧为使用于汽车、摩托车引擎的弹簧使用油回火处理的高品级线材,经冷间压缩成形便于使用。

汽车避震弹簧是为缓和路面传来的连续持久性振动,要求弹簧有很高的耐疲劳性能,汽车行驶时其应力集中于弹簧的表面,所以对钢料的表面缺陷、表面脱碳层要求极为严格。

(8)汽车前轮传动轴

用途名称:汽车前轮传动轴

主要钢种:条线碳钢、合金钢等

成品加工方式:热锻、车削、热处理

特性与产品应用:转化燃料为里程的前轮传动轴

当您手握方向盘,脚底轻踩油门,引擎转速逐渐变为轮胎的转动,汽车于是在道路上奔驰。而行驶中遇到状况时,踩住煞车板,轮胎随着引擎转速的降低而停止,靠的就是传动轴。由此不难了解,传动轴在汽车中是多么关键的组件。而目前的小轿车和越野车绝大多数为前轮传动,都是由前轮传动轴来带动整部车子,故其安全性能的考量自然不在话下。所以,如果遇到前轮传动故障,大多有保养维修经验的驾驶人应都知道,传动轴功能异常主要以防尘套破裂漏油为主,极少发生传动轴断裂的问题,其主要原因是传动轴使用的材料、加工制程及其检查等都有极严格的要求。

由于汽车前轮传动轴必须承受长时间及高速振动、转动摩擦,故对成品的表面品质及机械性质的稳定性要求极为严格。

(9)二氧化碳气体保护焊焊条

用途名称:二氧化碳气体保护焊焊条

主要钢种:焊条钢

成品加工方式:冷拔线、表面处理

特性与产品应用:科学的环保焊材-无镀铜实心二氧化碳焊接线

二氧化碳保护实心电弧焊接法广泛应用于铁架、管件、压力容器、板金、集装箱、车辆、造船、机械工具、产业机械、石油化学、电力设备、桥梁、建筑工程等的焊接,其主要优点是可以方便地进行各种位置的焊接,同时也具有焊接速度较快、熔敷率高等优点,加上自动化的引入,目前已成为焊接方法的主流。

无镀铜焊线的技术含量高,难倒了全球各大钢铁制造厂,主要原因是成本高,据说日本厂家是以极为繁杂的清洗技术、涂布材料与方法来处理,这也是造成十几年来无镀铜线在日本无法扩展的主要原因。

随着中国研发的气体保护无镀铜实心二氧化碳焊接线在全球上市,宣告了无镀铜气体保护实心焊线时代的来临,困扰全球焊接界60余年来的问题终于被解决了。

(10)汽车扣件螺丝螺帽

用途名称:汽车扣件螺丝螺帽

主要钢种:硼钢线材、合金钢

成品加工方式:冷锻、搓牙成形、热处理、电镀

特性与产品应用:紧扣住螺丝螺帽的未来汽车扣件

一辆汽车使用的螺丝螺帽不下2500个,约占全车总重量的4.5%,成本虽仅占整车的2%~3%,但没有螺丝螺帽将车子的重要零组件与车体紧缔在一起,车子必将松垮不成型,行驶中的汽车,车内的螺丝螺帽松动或断裂,小则交响乐团吵吵闹闹,大则自身安全不保。

汽车设计者希望,当零组件发生破坏时,只是缔结车体的扣件拉伸变形或断裂,不要对零组件产生破坏,所以,汽车扣件要求的是适中的强度,并不是强度高就是高级。

由于汽车装配线高度自动化,不允许出现螺丝质量问题,如无螺纹、尺寸偏差、混料或待料,造成无法装配而导致生产线停工,所以对汽车扣件的品质要求极高,尤其以引擎部位最严。汽车业者最担忧的是寒带冰点下的荒郊野外,车子发生故障时,引擎若停止工作,将无暖气以保暖,而造成驾驶人冻伤冻死,更不能因螺丝问题而导致熄火。故汽车的扣件,可称为扣件市场中的高级产品。目前中国台湾因其多样化的冷打材、享誉全球的冷锻、热处理制造技术以及优良的品质服务,成为欧美汽车扣件的制造中心。

前面所介绍的是钢铁在机械方面的应用,下面介绍钢铁在日常娱乐方面及生活用品电器等方面的应用。

2.冷轧产品用途简介

(1)高尔夫球杆

用途名称:高尔夫球杆

主要钢种:冷轧铬钼合金钢

成品加工方式:氩弧焊接、冷抽管、热处理、电镀

特性与产品应用:挥动小白球的“高杆”

高尔夫球是当今社会中高档、时尚的娱乐休闲工具,在中国上层阶层日益流行和普及。说到高球杆,以前碳纤维杆所占比例超过80%,但是近年来,因为考虑环保回收,制造铁杆比较容易,因此铁杆的使用比例逐渐上升,目前已超过60%。

在铁杆中,中管的制作流程很复杂,必须经过炼钢、连铸、热轧、冷轧、退火等制程,严密掌控,才能生产出符合需求的钢料。至于铁杆中管的加工流程则更长,从分条、管、焊接、退火、伸管、淬火回火、电镀、成品,达到二十几道工序。

中管送到组装厂组合成球杆后,还需要经过弹力测试、耐力测试、扭力测试、喷盐水测试,才能够成为真正合格的“高杆”。

目前全世界铁杆年需求量约2000万~3000万根,中国台湾制造约占20%。

(2)压缩机马达

用途名称:压缩机马达

主要钢种:电磁钢片

成品加工方式:冲片、铆合、退火后绕线圈

特性与产品应用:冷冻与空调压缩机马达

压缩机是空调与冰箱的“心脏”,靠压缩机马达循环冷媒带走热量,使周围环境温度下降,室内得以清爽宜人,食品冷藏不变质。

全世界压缩机年产量5000万台,国内需求就要1000万台以上,产量达1200万台,是非常重要的产业。

压缩机马达的转子与定子,由电磁钢片经冲片、铆合、退火后绕线圈而成。压缩机用的电磁钢片需绝对干净,绝缘涂膜不能与冷媒作用产生污泥阻塞管路,叠层厚度公差严格以避免转动噪音。

(3)滑轨

用途名称:滑轨

主要钢种:低碳钢材冷轧

成品加工方式:辊轮成形、冲孔、电镀、组合

特性与产品应用:安全平稳的“滑轨”

滑轨,就如同火车行走在铁轨原理一样,在铺设的道路上使承载物可安静、安全、平稳的运行。滑轨一般装在办公桌抽屉的侧边两旁或底部,用来增加抽屉推拉时的滑动性与方便性。其表面处理可经电镀或粉体涂装,赋予颜色,以配合办公桌及自身色泽,增进整体的美观。

滑轨的构造,依设计理念的不同,简单来说由内、外槽两者组合而成;内外槽间附加辊轮或钢珠,形成一般的辊轮滑轨或较复杂的滚珠滑轨。