工业分析技术教学课件作者李赞忠4

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1、第章 钢铁分析,2,. 概述,. 钢铁定性分析,. 钢铁定量分析,返回,. 概述,. 基础知识 金属材料通常分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属材料是指铁、铬、锰及它们的合金，通常称为钢铁材料。各类钢铁是由铁矿石及其他辅助原料在高炉、转炉、电炉等各种冶金炉中冶炼而成的。 .钢铁材料的分类 （）钢的分类 钢是指含碳量低于的铁碳合金，其成分除铁碳外，还有少量硅、锰、硫、磷等杂质元素，合金钢还含有其他合金元素。一般工业用钢含碳量不超过.。常用分类方法有以下几种。 按化学成分分类 钢铁材料可分为碳素钢和合金钢两种。,下一页,返回,. 概述, 按品质分类 钢铁材料可分为普通钢（）.，（）.）、优质钢（

2、）.、（）.）和高级优质钢（）.，（）.）。 按冶炼方法分类 按炉别分类，钢铁材料可分为：平炉钢、转炉钢、电炉钢等。,上一页,下一页,返回,. 概述, 按脱氧程度分类 钢铁材料可分为：沸腾钢、镇静钢、半镇静钢。 按用途分类 钢铁材料可分为：结构钢（建筑及工程用钢、机械制造用钢）、工具钢（刃具、量具、模具等用钢）、特殊性能钢（耐酸、低温、耐热、电工、超高强钢等） （）生铁的分类 生铁是含碳量高于的铁碳合金，通常按用途分为炼钢生铁和铸造生铁两类。 （）铁合金的分类,上一页,下一页,返回,. 概述,铁合金是含有炼钢时所需的各种合金元素的特种生铁，用作炼钢时的脱氧剂或合金元素添加剂。铁合金主要是以所含

3、的合金元素来分，如硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钨铁、铌铁、钍铁、硅锰合金、稀土合金等，用量最大的是硅铁、锰铁、铬铁。 （）铸铁的分类 铸铁也是一种含碳量高于的铁碳合金，是用铸造生铁原料经重熔调配成分再浇注而成的机件，一般称为铸铁件。 .钢铁中主要元素的存在形式及影响 碳、硫、磷、硅、锰是生铁及碳素钢中的主要元素，俗称为“五大元素”。 （）碳,上一页,下一页,返回,. 概述,碳在钢铁中主要以固溶体状态存在，有的生成碳化物（、等）。碳是决定钢铁性能的主要元素之一，一般含碳量高，硬度增强，延性及冲击韧性降低，熔点较低；含碳量低，则硬度较弱，延性及韧性增强，熔点较高。正是由于碳的存在，才能用热处理的方法来

4、调节和改善钢铁的机械性能。 （）硫 硫在钢铁中主要以、状态存在，其中的熔点低，最后凝固，夹杂于钢铁的晶格之间，当加热压制时，熔融，钢铁的晶粒失去连接作用而碎裂。硫的存在所引起的这种“热脆性”严重影响钢铁的性能。国家标准规定碳素钢中含硫量不得超过.，优质钢中含硫量不超过.。,上一页,下一页,返回,. 概述,（）磷 磷在钢铁中以或状态存在，其中磷化铁硬度较强，以致钢铁难于加工，并使钢铁产生“冷脆性”，也是有害杂质之一，应控制其含量不得超过.。当钢铁中磷含量稍高时，能使材料流动性增强而易于铸造，并可避免在轧钢时轧辊与轧件黏合，所以在特殊情况下又常有意加入一定量的磷。 （）硅 硅在钢铁中主要以、等状态

5、存在，有的也以固溶体或非金属夹杂物状态存在，如、硅酸盐，在高碳硅钢中有一部分以状态存在。硅可以增强钢的硬度、弹性及强度，并可以提高钢的抗氧化力及耐酸性；另外，硅还可以促使碳游离为石墨状态，使钢铁富于流动性，易于铸造。,上一页,下一页,返回,. 概述,生铁中一般含硅. ，当含硅高于而锰低于时，则其中的碳主要以游离的石墨状态存在，熔点较高，约为，且因为含硅量较高，钢铁流动性较好，而且质软，易于车削加工，多用于铸造；如果含硅量低于.而含锰量高于，则锰阻止碳以石墨状态析出而主要以碳化物状态存在，熔点较低，约为，易于炼钢；含硅 的铁合金称为硅铁；含硅、锰的铁合金称为硅锰铁，主要用作炼钢的脱氧剂。 （）锰

6、,上一页,下一页,返回,. 概述,锰在钢铁中主要以、或固溶体状态存在。生铁中一般含锰. ，普通碳素钢中锰含量较低，含锰. 的为高锰钢，含锰 的铁合金称为镜铁，含锰 的铁合金称为锰铁。锰能增强钢的硬度，减弱展性，因此高锰钢具有良好的弹性及耐磨性，常用于制造弹簧、齿轮、磨机的钢球、钢棒等。 .钢铁产品牌号表示方法 目前，我国钢铁产品牌号表示方法是依据国家标准规定的。标准规定采用汉语拼音字母、化学元素符号及阿拉伯数字相结合的方法表示，其中汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺方法，元素符号表示钢的化学成分，阿拉伯数字表示成分含量或作其他代号。,上一页,下一页,返回,. 概述,（）钢 普通碳素结构

7、钢 钢类名称（、），冶炼方法（、），顺序号（），脱氧程度（、）。 甲类钢，按机械性能供应的钢。 乙类钢，按化学成分供应的钢。 特类钢，既按机械性能又按化学成分供应的钢。 优质碳素结构钢 含碳量（.），含锰量（.），脱氧程度或专门用途 碳素工具钢 钢类名称（），含碳量（.），含锰量（.），钢品质（、）,上一页,下一页,返回,. 概述,合金结构钢 含碳量（.），合金元素（元素符号），合金元素含量（），品质说明（）。 滚动轴承钢 、含量（.），其他合金元素含量（）。 合金工具钢 含碳量以.为单位，（）.不标，其余同合金结构钢。 高速工具钢 不标含碳量，其余同合金结构钢，如。 不锈钢 与合金结构钢基本

8、相同，但含碳量以.为单位，且当（）.以“”表示，（）.以“”表示，如、。,上一页,下一页,返回,. 概述,（）生铁 产品名称符号，含硅量（.）。 （）铁合金 主元素名称符号，主元素含量（）或顺序号（铬铁、锰铁）。 . 钢铁试样的采取和制备 钢或生铁的铸锭、铁水、钢水在取样时，均需按一定的步骤采取，才能得到平均试样。 .术语 （）熔炼分析,上一页,下一页,返回,. 概述,熔炼分析是指在钢液浇注过程中采样取锭，然后进一步测定试样，并以其进行的化学分析结果表示同一炉或同一罐钢液的平均化学成分的化学分析。 （）成品分析 成品分析是指在加工过的成品钢材上采取试样，然后对其进行的化学分析。成品分析主要用于

9、验证化学成分，又称验证分析。由于钢液在结晶过程中产生元素不均匀分布（偏析），成品分析的值有时与熔炼分析的值不同。 （）成品化学成分允许偏差 成品化学成分允许偏差是指熔炼分析的值虽在标准规定的范围内，但由于钢偏析，成品分析的值可能超出标准规定的成分范围，对超出的范围规定一个允许的数值。,上一页,下一页,返回,. 概述,.试样的采取规则 （）用于钢的化学成分熔炼分析和成品分析的试样，必须在钢液或钢材具有代表性的部位采取，试样应均匀一致，能充分代表每一熔炼号或每批钢材的化学成分，并有足够的数量，以满足全分析的要求； （）收到试样和送检单时，认真检查分析项目、试样状态，如有问题应及时向送检人员提出，明

10、确后才能收样登记，及时取样妥善保管，防止试样搞混； （）制样前检查加工现场、工具及设备是否干燥清洁，有无油污及其他杂物，以确保试样的纯净；,上一页,下一页,返回,. 概述,（）若金属表面有油污，取样前应以汽油、乙醚等有机溶剂洗净，风干；若有锈垢及其他附着物，应将表面除去；若遇到特殊涂层，如渗层或复合层（如材料表面有喷涂漆层、电镀或化学镀层，渗渗磁化层等复合层） 时，必须予以处理，要避免这些成分混入基体试样中，同时还要将试样表面可能存在的包砂氧化油污等不洁净物除掉，可以用砂纸砂轮或钢丝刷清理直到露出金属光泽，清理后的试样以磁铁反复吸取干净后放入试样袋中； （）如遇钢铁试样有缩孔或气泡（这种试样往

11、往有严重的成分偏析） 应重新取样；,上一页,下一页,返回,. 概述,（）制样过程中，不能接触水、油、润滑剂等，钻取的试样速度不宜过快，防止金属氧化；若发现试样是蓝黑色则重新取样，制取的试样应为细铁屑，不能制成大块的薄片或长卷试样；有的金属不适合钻取，应采取刨或车等方法，如球墨铸铁，测的试样，不能采取钻取，否则石墨会从其基体上脱落飞散，使结果严重偏低； （）当采用钻头采样时，对熔炼分析和小断面钢材分析，钻头直径不小于；大断面钢材成品分析，钻头直径不小于。 .试样的采取和制备 （）熔炼分析 测定钢的熔炼化学成分时，从每一罐钢液采取两个制取试样的钢锭，第二个样锭供复验用。样锭是在钢液浇注中期采取。,

12、上一页,下一页,返回,. 概述, 常用的取样工具有钢制长柄取样勺（容积约为）、铸模（尺寸为）砂模或钢制模，等； 在出铁口取样是用长柄勺臼取铁水，预热取样勺后重新臼取铁水，浇入砂模内，此铸件作为送检样； 在高炉容积较大的情况下可将一次出铁划分为初、中、末三期，在每一阶段的中间各取一次作为送检样； 在铁水包或混铁车中取样时应在铁水装至时取一个样，或更严格一点，在装入铁水的初、中、末期各阶段的中点各取一个样； 当用铸铁机生产商品铸铁时考虑到从炉前到铸铁厂的过程中铁水成分的变化，应选择在从铁水包倒入铸铁机的中间时刻取样；,上一页,下一页,返回,. 概述, 从炼钢炉内的钢水中取样一般是用取样勺从炉内臼出

13、钢水，清除表面的渣子之后浇入金属铸模中，凝固后作为送检样；为了防止钢水和空气接触时，钢中易氧化元素发生变化，有时采用浸入式铸模或取样枪在炉内取送检样； 一般采用钻取厚度不超过的试样屑。 （）成品分析 试样的抽检 从冷的生铁块中取送检样时，一般是随机地从一批铁块中取个以上的铁块作为送检样。当一批的总量超过时，每超过增加一个铁块，每批的送检样由个铁块组成。钢坯一般不取送检样，其化学成分由钢水包中取样分析决定，因为钢锭中会带有各种缺陷（沉淀、偏析、非金属夹杂物及裂痕）。,上一页,下一页,返回,. 概述, 试样的制备 试样的制取方法有钻取法、刨取法、车取法、捣碎法、压延法、锯取法、抢取法、锉取法等。

14、.生铁试样的制备 白口铁：由于白口铁硬度大，只能用大锤打下，砂轮机磨光表面，再用冲击钵碎至过目筛。 .钢样的制备 大断面的初轧坯、方坯、扁坯、圆钢、方钢、锻钢件等，样屑应从钢材的整个横断面或半个横断面上刨取，或从钢材横断面中心至边缘的中间部位（或对角线处）平行于轴线钻取，或从钢材侧面垂直于轴中心线钻取，此时钻孔深度应达钢材或钢坯轴心处。,上一页,下一页,返回,. 概述,. 钢铁试样的分解 .元素在不同的钢种中，酸的选择也不一样 （）的分解 一般钢种、普通碳钢、低合金钢（）.）采用稀硝酸（或）溶解，但含量较高（. .）的弹簧钢、硅钢用稀溶解易生成硅酸脱水而沉淀，应改为稀溶解；不锈钢、高速钢一般用或硝酸混合酸溶解；含、 等不锈钢、耐热钢，单以、难溶解，以 （）溶解能力很强，且（）的钢样加热过程中硅酸不会析出，但温度不宜过高，特别是在分解时，否则硅酸会在高温下脱水析出。,上一页,下一页,返回,. 概述,（）的分解 一般碳素钢、低合金钢、生铁试样常以 （）或硫磷混酸溶解；难溶的高合金钢以王水溶解，加或冒烟溶解。溶解试样的酸