ASTM A311 1018 钢——冷拔、应力消除退火与退火态高性能规格
ASTM A311 1018 冷拔钢概述
ASTM A311 标准覆盖冷加工碳钢棒材，1018 牌号 (C ≈ 0.18%) 是最常用的低碳冷拔钢之一。通过冷拔、应力消除退火或全退火，可获得不同强度韧性组合，广泛用于机加工零件、轴类、销轴、紧固件、液压缸杆等。
化学成分 (wt%)
| 元素 | 含量范围 |
|---|---|
| 碳 (C) | 0.15 - 0.20 % |
| 锰 (Mn) | 0.60 - 0.90 % |
| 磷 (P) | ≤ 0.04 % |
| 硫 (S) | ≤ 0.05 % |
不同供货状态力学性能对比 (典型值，23°C)
| 性能 | 冷拔态 | 冷拔+应力消除 | 全退火态 | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| 抗拉强度 | 440-550 MPa | 380-485 MPa | 350-420 MPa | 冷拔硬化显著 |
| 屈服强度 | 370-480 MPa | 310-415 MPa | 200-250 MPa | |
| 延伸率 A50 | 10-15 % | 15-18 % | 25-30 % | |
| 断面收缩率 | 30-40 % | 35-40 % | 50-60 % | |
| 布氏硬度 | 160-200 HBW | 140-180 HBW | 120-150 HBW | |
| 弹性模量 | 200-215 GPa | 200-215 GPa | 200-215 GPa | |
| 泊松比 | 0.29 | 0.29 | 0.29 | |
| 剪切模量 | 82 GPa | 82 GPa | 82 GPa |
物理性能 (各状态一致)
| 性能 | 数值 | 备注 |
|---|---|---|
| 密度 | 7.8-7.9 g/cm³ | |
| 热膨胀系数 | 1.32-1.38E-5 1/K | |
| 最高使用温度 | 500 °C | 碳钢典型值 |
| 熔点 | 1480-1526 °C | |
| 比热容 | 465 J/(kg·K) | |
| 热导率 | 25-93 W/(m·K) | 约 52 W/(m·K) |
| 电阻率 | 1.43-1.74E-7 Ω·m | |
| 居里温度 | 770 °C |
供货状态选择指南
| 应用需求 | 推荐状态 | 理由 |
|---|---|---|
| 高强度、高耐磨、尺寸精度要求高 | 冷拔态 (CD) | 加工硬化强化，表面光洁 |
| 需后续机加工、焊接、中等强度 | 冷拔+应力消除 (CD+SR) | 消除残余应力，防止加工变形 |
| 严重冷成形(冷镦、挤压)、最大塑性 | 全退火态 (A) | 最低硬度，最佳成形性 |
| 表面镀铬、渗氮等表面强化 | 冷拔态或 CD+SR | 基体强度配合表面处理 |
典型应用实例
- 冷拔态：导轨、滑块、精密轴、液压缸活塞杆 (后续镀铬)、直线运动轴。
- 冷拔+应力消除：车削零件毛坯、螺栓螺柱、联轴器、齿轮毛坯、焊接结构件预制棒料。
- 全退火态：冷镦螺丝坯料、挤压件、深拉伸套筒、复杂弯管坯料。
热处理工艺参数
- 应力消除退火：550-650°C × 1-2h，空冷。消除冷拔残余应力，硬度下降 10-20 HBW。
- 全退火：870-910°C 炉冷至 650°C 空冷。获得铁素体+珠光体均匀组织，硬度 ≤ 150 HBW。
- 正火：890-930°C 空冷。细化晶粒，改善切削性能，硬度 140-180 HBW。
加工性能评价
- 切削加工性：冷拔态最佳 (短屑，刀具寿命长) > 正火态 > 退火态 (长屑，易缠绕)。
- 焊接性：全状态均良好，低碳当量 (Ceq ≈ 0.30%)，无需预热，焊后一般不需 PWHT。
- 表面处理：冷拔表面适合直接镀铬、发黑、氧化、电镀锌；退火态表面需酸洗钝化后处理。
对比参考：1018 vs 1020 vs 1045
| 牌号 | C% | 冷拔抗拉 MPa | 退火抗拉 MPa | 典型用途 |
|---|---|---|---|---|
| 1018 | 0.18 | 440-550 | 350-420 | 通用机加工、轴类、销轴 |
| 1020 | 0.20 | 470-580 | 380-450 | 略高强度、渗碳件 |
| 1045 | 0.45 | 650-800 | 550-650 | 高强度轴、齿轮、调质件 |
金属
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- EN 10277-5 25CrMoS4 冷拔/车削/软退火钢——高强度易切削工程钢
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- DIN 1651 45SPb20 钢——冷拔应力消除态高强度易切削结构钢
- DIN 1651 60SPb20 钢——冷拔应力消除态最高强度易切削结构钢