鋼導熱係數和其他鋼合金的熱性能和常見應用
鋼導熱係數 前言
鋼作為目前全球最受歡迎的金屬，使得鋼鐵公司不斷大規模生產，以應用到眾多行業之中。鋼的流行可以歸因於它能夠形成數千種不同的組合物，而這些組合物顯示出獨特的特性組合；鋼導熱係數的差異，使製造商能夠選擇最適合的合金用於製造業。
合金是指由兩種或兩種以上金屬元素結合而成的金屬，而鋼可以被描述為鐵和碳的合金。就鋼而言，可以形成不同的合金，以增強整體強度和耐腐蝕性。由於鋼的多功能性及其與多種不同元素結合的能力，它已經創造了3500多種不同等級的金屬，並根據它們的性質進行分類。這些等級是根據存在的碳量、金屬的加工方式以及金屬混合物中可能含有的其他合金而定。
(圖1) 位於歐洲的鋼鐵廠_源自塔塔鋼鐵歐洲公司
鋼導熱係數
熱導率描述了熱能通過材料傳輸的速率，以瓦特/米·開爾文（W/mK）為單位，也被稱為”K值”。與導熱係數低的材料相比，導熱係數高的材料可以更快、更有效地傳遞熱量。鋼導熱係數是所有金屬中導熱率值最低的材料之一，傳熱非常緩慢，這使其成為用於高溫環境（如車輛或飛機發動機）的理想材料。大多數金屬顯示出很高的導熱性，並含有許多快速移動的負責傳導熱量電子。鋼的導熱係數約為45 W/（mK），與銅398 W/(mK)和鋁235 W/(mK)的熱導率值相比，這是極低的。
(圖2) 示意飛機設計中使用鋼材的位置，亦為高溫暴露區域（例如發動機內部和周圍）_源自 Aviation.Stack Exchange
鋼材種類
鋼的多功能性以及其他具關鍵性的熱性能，讓其在多個行業中佔據主導應用的地位。在食品加工設備、醫療器械和廚房用具的生產過程中，經常使用鋼材。根據鋼的具體類型，其應用可以變得更加具體和專業化。鋼通常分為四類：碳鋼、合金鋼、工具鋼和不銹鋼。
碳鋼
碳鋼是一種含碳量很高的一種合金。這種鋼是最常用的，約佔鋼鐵產量的90%。根據碳含量，碳鋼可進一步分為三個類別。低碳鋼（含碳量高達0.3%），具有低強度和高延展性，是應用最廣泛的合金。低碳鋼：對於生產公司來說是一種用途廣泛且成本效益極高的選擇，適用於機械焊接、結構型材（L 型鋼、槽鋼和角鋼管道）、建築、橋樑組件和食品罐。中碳鋼（含碳0.3-0.6%）：比低碳鋼具有更高的強度和耐磨性，常用於鐵路軌道、火車車輪、齒輪和機械零件。高碳鋼（含碳量超過0.6%）：具有最高的耐磨性和強度，通常用於切割工具和彈簧。
在鋼導熱係數中，碳鋼代表平均導熱係數最高的一類，為45 W/（m/K）。含碳量超過0.1%（取決於厚度）的鋼可以通過熱處理硬化，以提高金屬的強度。最常用的熱處理包括退火、硬化和回火。
(圖三) 低碳鋼棒
合金鋼和工具鋼
合金鋼包含額外的元素，包括鎳、銅、鉻/鋁。添加這些金屬對鋼的強度和其他性能（如延展性、耐腐蝕性和可加工性）有重要影響。工具鋼是另一種主要的金屬類別，通常它們含有可顯著提高耐熱性和耐用性的鎢、鉬、鈷和釩，所以可以製造出色的切割和鑽孔設備。
不銹鋼導熱係數
不銹鋼具有15 W/（mK）的低導熱係數，這使得它比其他類型的鋼保留更多的熱能，從而更好地穩定環境溫度。由於不銹鋼在高溫下也能保持穩定的性能，它經常用於食品加工或高溫環境下的烤箱和輸送機等應用中。不銹鋼是在19世紀初被發現的，但人們花了80多年的時間才開發出一種可靠的工業方法來生產這種金屬。目前有超過150個等級的不銹鋼，但經常使用的只有其中的15個等級。
(圖四) 不銹鋼被腐蝕
不銹鋼等級之304和316
304和316是最常見的兩種不銹鋼類型，每種類型都顯示出在不同環境時的相關獨特屬性。 304不銹鋼 和 316不銹鋼都含有鐵和鉻的這兩種混合物，而這兩種金屬的比例，是這兩個等級之間明顯差異的原因。
304不銹鋼是用途最廣泛的金屬等級，非常適合在高溫環境中的應用。 304不銹鋼通常含有18%的鉻和8%的鎳，所以它是製造水槽、平底鍋、餐具、管道、釀酒設備、乳製品、食品加工機械和製藥設備的關鍵組成。
316不銹鋼含有較少的鉻（僅 16%），但含有較多的鎳和鉬。儘管316不銹鋼在銷量排名第二，但它對已知會腐蝕鋼材的有害氯化物和酸具有出色的耐腐蝕性。它是一種非常受歡迎的等級，可用於醫療設備、食品加工和製備、沿海環境、高鹽度地區以及高鹼和酸的環境中。 316不銹鋼這種耐腐蝕性，使得有害化學物質不太可能損壞鋼材的外觀，讓清潔也變得更容易。也因此，如果腐蝕損壞不是建築公司在建設時的主要關注點，那他們可能會選擇成本效益更低的304不銹鋼而不是316。
小結
鋼在多個行業有著廣泛的應用。鋼是一種合金，可以由各種金屬和元素組成，使其暴露於不同環境條件下時，能夠保持性能穩定。所有類別和等級的鋼，在金屬類別中，都顯示出極低的導熱率，這使鋼能夠在高溫和高腐蝕環境中保持其結構完整性。鋼的這些獨特的熱性能和其他關鍵特性，使它成為並繼續成為世界上最受歡迎的金屬。
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