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1、第四節(jié)第四節(jié) 常見(jiàn)工業(yè)用鋼的性能及用途常見(jiàn)工業(yè)用鋼的性能及用途一、結(jié)構(gòu)鋼一、結(jié)構(gòu)鋼 二、工具鋼二、工具鋼 三、特殊性能鋼三、特殊性能鋼 一、結(jié)構(gòu)鋼一、結(jié)構(gòu)鋼 1.1.工程構(gòu)件用鋼工程構(gòu)件用鋼 (1)普通碳素工程構(gòu)件用鋼)普通碳素工程構(gòu)件用鋼(2)低合金高強(qiáng)度鋼)低合金高強(qiáng)度鋼 2.2.機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼 (1)滲碳鋼)滲碳鋼 (2)調(diào)質(zhì)鋼)調(diào)質(zhì)鋼 (3)彈簧鋼)彈簧鋼 (4)滾動(dòng)軸承鋼)滾動(dòng)軸承鋼 一、結(jié)構(gòu)鋼一、結(jié)構(gòu)鋼 1.1.工程構(gòu)件用鋼工程構(gòu)件用鋼 工程構(gòu)件用鋼是應(yīng)用較廣泛的鋼種之一,用工程構(gòu)件用鋼是應(yīng)用較廣泛的鋼種之一,用于國(guó)防、化工、石油、電站、車輛、造船、橋梁、于國(guó)防、化工、石

2、油、電站、車輛、造船、橋梁、建筑等國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門(mén),制造各種重要構(gòu)件。建筑等國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門(mén),制造各種重要構(gòu)件。建筑構(gòu)件建筑構(gòu)件鋼橋梁鋼橋梁(1)普通碳素工程構(gòu)件用鋼)普通碳素工程構(gòu)件用鋼(2)低合金高強(qiáng)度鋼)低合金高強(qiáng)度鋼 高的彈性極限、剛度、可焊性和冷變形高的彈性極限、剛度、可焊性和冷變形性,好的耐大氣、水腐蝕性,低的屈強(qiáng)比性,好的耐大氣、水腐蝕性,低的屈強(qiáng)比s/b以防脆斷。以防脆斷。成分要求:成分要求:C% 0.25%加入微量的加入微量的V、Ti、Nb、Zr、Ca、RE性能要求性能要求:(1)普通碳素工程構(gòu)件用鋼)普通碳素工程構(gòu)件用鋼 普碳鋼易于冶煉、價(jià)格低廉,性能也基本普碳鋼易于冶煉、價(jià)格低廉

3、,性能也基本滿足了一般工程構(gòu)件的要求,所以在工程上滿足了一般工程構(gòu)件的要求,所以在工程上用量很大。產(chǎn)量約占鋼總產(chǎn)量的用量很大。產(chǎn)量約占鋼總產(chǎn)量的70% 普碳鋼含碳量較低;通常以熱軋狀態(tài)供普碳鋼含碳量較低;通常以熱軋狀態(tài)供應(yīng),一般不經(jīng)熱處理強(qiáng)化,只保證機(jī)械性能應(yīng),一般不經(jīng)熱處理強(qiáng)化,只保證機(jī)械性能及工藝性能便可。及工藝性能便可。 Q235,既有較高的塑性又有適中的強(qiáng)度,是既有較高的塑性又有適中的強(qiáng)度,是應(yīng)用最廣泛的一種普碳鋼,即可用做較重要的建應(yīng)用最廣泛的一種普碳鋼,即可用做較重要的建筑構(gòu)件、車輛及橋梁等的各種型材,又可用于制筑構(gòu)件、車輛及橋梁等的各種型材,又可用于制做一般的機(jī)器零件,也可進(jìn)行熱

4、處理。做一般的機(jī)器零件,也可進(jìn)行熱處理。Q195、Q215,有較高的延伸率,易于加工,有較高的延伸率,易于加工,常用作螺釘、農(nóng)業(yè)機(jī)械等。常用作螺釘、農(nóng)業(yè)機(jī)械等。 Q235Q275具有較高的強(qiáng)度和硬度,延伸率具有較高的強(qiáng)度和硬度,延伸率也較大,大量用做建筑結(jié)構(gòu),軋制成各種型材。也較大,大量用做建筑結(jié)構(gòu),軋制成各種型材。多邊型角鋼多邊型角鋼鋼筋鋼筋螺紋鋼螺紋鋼螺釘螺釘(2)低合金高強(qiáng)度鋼)低合金高強(qiáng)度鋼 低合金高強(qiáng)度鋼含有少量合金元素,具有較低合金高強(qiáng)度鋼含有少量合金元素,具有較高強(qiáng)度,高強(qiáng)度,1噸低合金高強(qiáng)度鋼可頂噸低合金高強(qiáng)度鋼可頂1.22.0噸普碳噸普碳鋼使用,從而可減輕構(gòu)件重量,提高使用的

5、可靠鋼使用,從而可減輕構(gòu)件重量,提高使用的可靠性并節(jié)約鋼材。這類鋼主要用來(lái)制造各種要求強(qiáng)性并節(jié)約鋼材。這類鋼主要用來(lái)制造各種要求強(qiáng)度較高的工程結(jié)構(gòu),例如船舶、車輛、高壓容器、度較高的工程結(jié)構(gòu),例如船舶、車輛、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結(jié)構(gòu)等。它在建筑、石油、輸油輸氣管道、大型鋼結(jié)構(gòu)等。它在建筑、石油、化工、鐵道、造船、機(jī)車車輛、鍋爐容器、農(nóng)機(jī)化工、鐵道、造船、機(jī)車車輛、鍋爐容器、農(nóng)機(jī)農(nóng)具等許多部門(mén)得到廣泛的應(yīng)用。農(nóng)具等許多部門(mén)得到廣泛的應(yīng)用。萬(wàn)噸遠(yuǎn)洋萬(wàn)噸遠(yuǎn)洋輪輪壓力容器壓力容器南京長(zhǎng)江大橋南京長(zhǎng)江大橋 16Mn最具有代表性。最具有代表性。16Mn是二十世紀(jì)三是二十世紀(jì)三十年代發(fā)展起來(lái)的世界

6、上第一種低合金高強(qiáng)十年代發(fā)展起來(lái)的世界上第一種低合金高強(qiáng)度鋼,它屬于度鋼,它屬于350 MPa級(jí)別,它是目前我國(guó)級(jí)別,它是目前我國(guó)用量最多,產(chǎn)量最大的一種低合金高強(qiáng)度鋼。用量最多,產(chǎn)量最大的一種低合金高強(qiáng)度鋼。熱處理:熱處理:高壓容器高壓容器調(diào)質(zhì)處理;調(diào)質(zhì)處理;S回;回;一般工件一般工件熱軋狀態(tài)下使用熱軋狀態(tài)下使用(或正火或正火),F(xiàn)P;發(fā)展趨勢(shì):發(fā)展趨勢(shì):1 1)微合金化與軋制合理結(jié)合,達(dá)到更高的強(qiáng)度;)微合金化與軋制合理結(jié)合,達(dá)到更高的強(qiáng)度;2 2)通過(guò)合金化改變基體組織;)通過(guò)合金化改變基體組織;3 3)超低碳化。)超低碳化。 指用于制造各種機(jī)器零件、如軸類、齒輪、指用于制造各種機(jī)器零件

7、、如軸類、齒輪、彈簧和軸承等所用的鋼種。彈簧和軸承等所用的鋼種。機(jī)械性能要求機(jī)械性能要求具有高的強(qiáng)度、塑性和韌具有高的強(qiáng)度、塑性和韌 性,具有良好的疲勞強(qiáng)度和耐磨性。一般性,具有良好的疲勞強(qiáng)度和耐磨性。一般 都經(jīng)過(guò)熱處理后使用。都經(jīng)過(guò)熱處理后使用。工藝性能工藝性能具有良好的切削加工性能和熱具有良好的切削加工性能和熱 處理工藝性能。處理工藝性能。 機(jī)器零件用鋼包括:機(jī)器零件用鋼包括: 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。2.2.機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼 (1)滲碳鋼)滲碳鋼 (2)調(diào)質(zhì)鋼)調(diào)質(zhì)鋼 (3)彈簧鋼)彈簧鋼 (4)滾動(dòng)軸承鋼)滾動(dòng)軸承鋼 (1)滲碳鋼)滲碳鋼 滲碳鋼

8、常用在受沖擊和磨損條件下工作的一滲碳鋼常用在受沖擊和磨損條件下工作的一些機(jī)械零件,如汽車、拖拉機(jī)上的變速齒輪、內(nèi)些機(jī)械零件,如汽車、拖拉機(jī)上的變速齒輪、內(nèi)燃機(jī)上的凸輪、活塞銷等,要求表面硬、耐磨,燃機(jī)上的凸輪、活塞銷等,要求表面硬、耐磨,而零件心部則要求有較高的韌性和強(qiáng)度以承受沖而零件心部則要求有較高的韌性和強(qiáng)度以承受沖擊。通常尺寸小的、受力小的,采用低碳鋼,而擊。通常尺寸小的、受力小的,采用低碳鋼,而尺寸大的、受力大的則采用低碳合金鋼。尺寸大的、受力大的則采用低碳合金鋼。 a.a.滲碳鋼的工作條件及對(duì)性能的要求滲碳鋼的工作條件及對(duì)性能的要求 為了滿足為了滿足“外硬內(nèi)韌外硬內(nèi)韌”的要求,這類鋼

9、一般都的要求,這類鋼一般都采用低碳鋼采用低碳鋼(WC0.10.25%),經(jīng)過(guò)滲碳后,零件的,經(jīng)過(guò)滲碳后,零件的表面變?yōu)楦咛嫉?,而心部仍是低碳的,通過(guò)淬火表面變?yōu)楦咛嫉?,而心部仍是低碳的,通過(guò)淬火+低溫回火后使用。零件低溫回火后使用。零件表面組織表面組織為回火為回火M+碳化物碳化物+少量殘余少量殘余A,硬度達(dá),硬度達(dá)HRC5862,滿足耐磨的要,滿足耐磨的要求,而求,而心部組織心部組織是低碳是低碳M,保持較高的韌性,滿,保持較高的韌性,滿足承受沖擊載荷的要求。對(duì)于大尺寸的零件,由足承受沖擊載荷的要求。對(duì)于大尺寸的零件,由于淬透性不足,零件的心部淬不透,仍保持原來(lái)于淬透性不足,零件的心部淬不透,仍

10、保持原來(lái)的珠光體的珠光體+鐵素體組織;這時(shí)由于是低碳的,組織鐵素體組織;這時(shí)由于是低碳的,組織中鐵素體占比例很大,因而韌性指標(biāo)比較高,能中鐵素體占比例很大,因而韌性指標(biāo)比較高,能滿足滿足“外硬內(nèi)韌外硬內(nèi)韌”的要求。的要求。b.b.滲碳鋼的成分和鋼種滲碳鋼的成分和鋼種 低淬透性滲碳鋼:低淬透性滲碳鋼: WMe2%,D水水=2025,如如20Cr、 20Mn2等,用于小尺寸、等,用于小尺寸、小載荷的小齒輪、凸輪、活塞銷等;小載荷的小齒輪、凸輪、活塞銷等;中淬透性滲碳鋼:中淬透性滲碳鋼: WMe4%,D油油=2560,如如20CrMnTi、20CrMn等,用于制造承受中等載荷、有足夠等,用于制造承受

11、中等載荷、有足夠沖擊韌性和耐磨性的汽車、拖拉機(jī)齒輪等零件;沖擊韌性和耐磨性的汽車、拖拉機(jī)齒輪等零件;高淬透性滲碳鋼:高淬透性滲碳鋼: WMe7.5%,D油油100,如如18Cr2Ni4WA,用用于制造高載荷、高摩擦的飛機(jī)、坦克的主軸和于制造高載荷、高摩擦的飛機(jī)、坦克的主軸和主動(dòng)齒輪;主動(dòng)齒輪;活塞銷活塞銷( 20Cr )c.c.滲碳鋼的熱處理滲碳鋼的熱處理 滲碳滲碳+淬火淬火+低溫(低溫(180200)回火)回火下料下料鍛造鍛造正火正火加工齒形加工齒形滲碳滲碳預(yù)冷淬火低回預(yù)冷淬火低回磨齒磨齒20CrMnTi20CrMnTi鋼制造齒輪的熱處理工藝分析鋼制造齒輪的熱處理工藝分析制造工制造工藝路線藝

12、路線熱處理工藝曲線熱處理工藝曲線表層:表層:高高M(jìn)回回A碳化物;碳化物;5864HRC;心部:心部:F低低M回;回;3545HRC;1) 正火:正火:使組織均勻化、細(xì)化、改善切削加工性能;使組織均勻化、細(xì)化、改善切削加工性能;2) 滲碳:滲碳:在在930滲碳滲碳7小時(shí),滲層厚小時(shí),滲層厚1.21.6mm;3) 預(yù)冷至預(yù)冷至870,油淬低回:,油淬低回:提高齒輪表面的含碳量,為淬火作準(zhǔn)備;提高齒輪表面的含碳量,為淬火作準(zhǔn)備;預(yù)冷的目的在于減少淬火變形,滲層中可以析預(yù)冷的目的在于減少淬火變形,滲層中可以析出二次滲碳體,減少殘余出二次滲碳體,減少殘余A量。經(jīng)淬火和低溫量。經(jīng)淬火和低溫回火后獲得高齒面

13、硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度,回火后獲得高齒面硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度,并保持心部的強(qiáng)度和韌性;并保持心部的強(qiáng)度和韌性;20CrMnTi鋼經(jīng)上述處理后可獲得高耐磨性滲鋼經(jīng)上述處理后可獲得高耐磨性滲層,心部有較高的強(qiáng)度和良好的韌性,適宜制層,心部有較高的強(qiáng)度和良好的韌性,適宜制造承受高速中載并且抗沖擊和耐磨損的零件。造承受高速中載并且抗沖擊和耐磨損的零件。如汽車、拖拉機(jī)的后橋和變速箱齒輪、離合器如汽車、拖拉機(jī)的后橋和變速箱齒輪、離合器軸、傘齒輪和一些重要的軸類零件。軸、傘齒輪和一些重要的軸類零件。(2)調(diào)質(zhì)鋼)調(diào)質(zhì)鋼 a.a.調(diào)質(zhì)鋼的工作條件及對(duì)性能的要求調(diào)質(zhì)鋼的工作條件及對(duì)性能的要求 淬火后組織:淬火

14、后組織:馬氏體馬氏體+殘余奧氏體殘余奧氏體+碳化物。碳化物。高溫回火后:高溫回火后:回火索氏體(回火索氏體(M分解,碳化物彌分解,碳化物彌 散析出,殘余散析出,殘余A轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變) 綜合力學(xué)性能好,用于受力較復(fù)雜的重要結(jié)綜合力學(xué)性能好,用于受力較復(fù)雜的重要結(jié)構(gòu)零件。如汽車后橋半軸、連桿、螺栓以及各構(gòu)零件。如汽車后橋半軸、連桿、螺栓以及各種軸類零件。種軸類零件。 調(diào)質(zhì)鋼即淬火調(diào)質(zhì)鋼即淬火+高溫回火后使用的優(yōu)質(zhì)碳高溫回火后使用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。汽輪機(jī)主軸b.b.調(diào)質(zhì)鋼的成分特點(diǎn)和鋼種調(diào)質(zhì)鋼的成分特點(diǎn)和鋼種 調(diào)質(zhì)鋼的調(diào)質(zhì)鋼的C%=0.300.50%,屬中碳鋼,含,屬中碳鋼,含碳

15、量在這一范圍內(nèi)可保證鋼的綜合性能,過(guò)低碳量在這一范圍內(nèi)可保證鋼的綜合性能,過(guò)低則影響鋼的強(qiáng)度指標(biāo),過(guò)高則韌性顯得不足。則影響鋼的強(qiáng)度指標(biāo),過(guò)高則韌性顯得不足。 一般碳素調(diào)質(zhì)鋼的含碳量偏上限,對(duì)于合一般碳素調(diào)質(zhì)鋼的含碳量偏上限,對(duì)于合金調(diào)質(zhì)鋼,隨合金元素的增加,含碳量趨于下金調(diào)質(zhì)鋼,隨合金元素的增加,含碳量趨于下限。限。高淬透性調(diào)質(zhì)鋼:高淬透性調(diào)質(zhì)鋼:典型鋼種為典型鋼種為40CrNiMoA, WMe 為為4 %10%,D油油= 60100mm,多半為鉻鎳鋼。,多半為鉻鎳鋼。 鉻、鎳的適當(dāng)配合,可大大提高淬透性,并能獲得鉻、鎳的適當(dāng)配合,可大大提高淬透性,并能獲得 比較優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。用于制造

16、大截面、承受比較優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。用于制造大截面、承受 重負(fù)荷的重要零件,如汽輪機(jī)主軸、壓力機(jī)曲軸、重負(fù)荷的重要零件,如汽輪機(jī)主軸、壓力機(jī)曲軸、 航空發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸等。航空發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸等。低淬透性調(diào)質(zhì)鋼:低淬透性調(diào)質(zhì)鋼:典型鋼種是典型鋼種是40Cr, WMe2.5 % , D油油=3040 mm,廣泛用于制造一般尺寸的,廣泛用于制造一般尺寸的 重要零件,如軸、齒輪、連桿螺栓等。重要零件,如軸、齒輪、連桿螺栓等。35SiMn、 40MnB是為節(jié)約鉻而發(fā)展的代用鋼種。是為節(jié)約鉻而發(fā)展的代用鋼種。中淬透性調(diào)質(zhì)鋼:中淬透性調(diào)質(zhì)鋼:典型鋼種為典型鋼種為40CrNi,D油油= 40 60mm,WMe4%,用于

17、制造截面較大、承受較,用于制造截面較大、承受較 重載荷的零件,如曲軸、連桿等。重載荷的零件,如曲軸、連桿等。c.c.調(diào)質(zhì)鋼的熱處理調(diào)質(zhì)鋼的熱處理 預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理正火或退火正火或退火最終熱處理最終熱處理淬火淬火+高溫回火(調(diào)質(zhì))高溫回火(調(diào)質(zhì)) S回回 要求具有良好綜合機(jī)械性能要求具有良好綜合機(jī)械性能表面淬火表面淬火+低溫回火低溫回火 (中碳(中碳M體)體) 要求零件具有特別高的強(qiáng)度要求零件具有特別高的強(qiáng)度調(diào)質(zhì):調(diào)質(zhì):830加熱、油淬、得到加熱、油淬、得到M,然后在,然后在525回火,為防止第二類回火脆性,在回回火,為防止第二類回火脆性,在回火的冷卻過(guò)程中采用水冷,最終使用狀態(tài)下火的冷卻過(guò)

18、程中采用水冷,最終使用狀態(tài)下的組織為的組織為S回,綜合力學(xué)性能好,耐沖擊?;?,綜合力學(xué)性能好,耐沖擊。下料下料鍛造鍛造退火退火粗機(jī)加工粗機(jī)加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精加工精加工裝配裝配40Cr鋼制造拖拉機(jī)上的連桿、螺栓工藝路線:鋼制造拖拉機(jī)上的連桿、螺栓工藝路線:退火(或正火):退火(或正火):預(yù)備熱處理改善鍛造組織,預(yù)備熱處理改善鍛造組織,消除缺陷,細(xì)化晶粒;調(diào)整硬度、便于切削消除缺陷,細(xì)化晶粒;調(diào)整硬度、便于切削加工;為淬火做好組織準(zhǔn)備。加工;為淬火做好組織準(zhǔn)備。(3)彈簧鋼)彈簧鋼 彈簧是各種機(jī)器和儀表中的重要零件。它是利彈簧是各種機(jī)器和儀表中的重要零件。它是利用彈性變形用彈性變形吸收能量吸收能量以緩

19、和振動(dòng)和沖擊,或依靠以緩和振動(dòng)和沖擊,或依靠彈性彈性儲(chǔ)存能量?jī)?chǔ)存能量來(lái)起驅(qū)動(dòng)作用。故要來(lái)起驅(qū)動(dòng)作用。故要求制造彈簧的材料具有高的彈性極求制造彈簧的材料具有高的彈性極(即具有高的屈服點(diǎn)或屈強(qiáng)比),(即具有高的屈服點(diǎn)或屈強(qiáng)比),高的疲勞極限與足夠的塑性和韌性。高的疲勞極限與足夠的塑性和韌性。a.a.彈簧鋼的工作條件及對(duì)性能的要求彈簧鋼的工作條件及對(duì)性能的要求大型熱卷彈簧大型熱卷彈簧簧彈絲簧彈絲 汽車板簧汽車板簧火車螺旋彈簧火車螺旋彈簧b.b.彈簧鋼的成分特點(diǎn)和鋼種彈簧鋼的成分特點(diǎn)和鋼種 C0.450.7%加入加入Si Si 、MnMn: 提高淬透性和屈強(qiáng)比。但提高淬透性和屈強(qiáng)比。但Si會(huì)促使鋼材表

20、面會(huì)促使鋼材表面在加熱時(shí)脫碳,在加熱時(shí)脫碳, Mn則使鋼易于過(guò)熱。則使鋼易于過(guò)熱。重要的彈簧加入重要的彈簧加入 CrCr、V V和和W W: 更高的淬透性,不易脫碳和過(guò)熱,而且有更更高的淬透性,不易脫碳和過(guò)熱,而且有更高的高溫強(qiáng)度和韌性。高的高溫強(qiáng)度和韌性。c.c.彈簧鋼的熱處理彈簧鋼的熱處理 熱成形彈簧熱成形彈簧 熱卷成形熱卷成形淬火中回淬火中回噴丸噴丸成品成品回火:回火:得到得到T回組織,具有很高的屈服強(qiáng)度和回組織,具有很高的屈服強(qiáng)度和 彈性極限,并有一定的塑性和韌性。彈性極限,并有一定的塑性和韌性。噴丸:噴丸:使表面強(qiáng)化并在表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力,使表面強(qiáng)化并在表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力, 以提高疲

21、勞強(qiáng)度。以提高疲勞強(qiáng)度。冷成形彈簧冷成形彈簧 冷拔(或冷拉)后冷卷成型冷拔(或冷拉)后冷卷成型去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火是消除內(nèi)應(yīng)力和穩(wěn)定尺寸的定型處理,即加熱是消除內(nèi)應(yīng)力和穩(wěn)定尺寸的定型處理,即加熱到到250300,保溫一段時(shí)間,從爐內(nèi)取出空,保溫一段時(shí)間,從爐內(nèi)取出空冷即可使用。冷即可使用。 (4)滾動(dòng)軸承鋼)滾動(dòng)軸承鋼 a.a.滾動(dòng)軸承鋼的工作條件及對(duì)性能的要求滾動(dòng)軸承鋼的工作條件及對(duì)性能的要求 工作時(shí)承受很高、很集中的周期性交變載荷,工作時(shí)承受很高、很集中的周期性交變載荷,所以常常是接觸疲勞破壞。因此要求滾動(dòng)軸承所以常常是接觸疲勞破壞。因此要求滾動(dòng)軸承鋼具有高而均勻的硬度,高的彈性極限和接觸鋼具有高而均勻的硬度,高的彈性極限和接觸疲勞強(qiáng)度,足夠的韌性和淬透性,一定的抗腐疲勞強(qiáng)度,足夠的韌性和淬透性,一定的抗腐蝕能力。蝕能力。用于制造滾動(dòng)軸承的鋼。用于制造滾動(dòng)軸承的鋼。滾珠軸滾珠軸承承滾針軸承滾針軸承滾柱軸承滾柱軸承b.b.滾動(dòng)軸承鋼的成分特點(diǎn)及鋼種滾動(dòng)軸承鋼的成分

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