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1、工程材料与应用钢铁材料,钢铁材料及应用：,1. 钢铁是怎样炼成的 2、钢铁材料的分类 3 钢铁材料的应用 4、钢铁热点 5. 钢铁材料的发展趋势,钢铁是怎样炼成的？,主讲人,青铜器时代早期,青铜器时代早期，具有原始欧洲人种成分的居民已定居在罗布泊地区。考古工作者曾在楼兰古城以及附近地区出土数具古人干尸，其中最著名的就是那具“楼兰美女”干尸。约在距今3000年前后，哈密地区已经出现了蒙古人种成分的居民。而在新源县巩乃斯河南岸出土的一尊栩栩如生的跪姿武士像，其外貌形象与塔里木盆地南缘各地发现的古尸迥然有别。另据文献资料所记，曾同中原地区的周人有血缘关系的羌人应是塔里木盆地早期的居民之一。新疆特殊的
2、地理区位和生态环境，使新疆地区在史前时期就已呈现出种族多源、文化各具特色的人文历史格局，它直接影响到汉代以后乃至现代新疆居民的人种特征,青铜炼制过程,最初是使用自然铜，商代早期已能用火法炼制铜锡合金的青铜。 冶炼青铜的过程较复杂，简单来说，就是根据熔沸点不同层层炼取。 大概是先把选好的矿石加入熔剂，再放在炼炉内，燃木炭熔炼，等火候成熟，取精炼铜液，弃去炼渣，即得初铜。 初铜仍比较粗，需再经提炼才能获得纯净的红铜。红铜加锡、铅熔成合金，即是青铜,哇，作为国宝的我都惊呆了,青铜文物展示,马踏飞燕又名“马超龙雀”、 “铜奔马”，为东汉青铜器， 1969年出土于甘肃省武威 雷台墓。东汉时期镇守张 掖的
3、军事长官张某及其妻 合葬墓中出土，现藏甘肃 省博物馆。奔马身高34.5 厘米，身长45厘米，宽13厘米。,钢铁的历史,我国最早的青铜器发现于河南偃师二里头遗址中，其所处年代约当公元前21世纪至前17世纪，相当于史籍所载夏王朝的时代，是为奴隶制国家建立时期。至商代，则为高度发达的青铜时代。我国的青铜时代结束于春秋时期，至战国时期始被铁器时代所取代，基本贯穿于奴隶制社会始终。这一时代，农业、手工业有较快的发展，并出现了文字。国家政权建设逐步完善。,钢铁文物展示,此物是河南省 最早出土的铁 质器皿,铁器时代,世界上最早制造铁器的,是小亚细亚(今土耳其境内）的赫梯人,时间在公元前1400年左右。约在公
4、元前1000年代，古希腊和古罗马开始普遍使用铁制的工具和兵器。约在公元前500年左右，欧洲大陆普遍使用铁器。中国最早的关于使用铁制工具的文字记载，是左传中的晋国铸铁鼎。在春秋时期，中国已经在农业、手工业生产上广泛使用铁器。,铁器取代了青铜,铁器坚硬、韧性高、锋利，胜过石器和青铜器。铁器的广泛使用，使人类的工具制造进入了一个全新的领域，生产力得到极大的提高。铁器的使用，导致了世界上一些民族从原始社会发展到奴隶社会，也推动了一些民族脱离了奴隶制的枷锁而进入了封建社会。,古代钢铁冶炼,第一，能够制造1200度以上的高温炉，从而可以进行高温下的精练。第二，发明了向炼炉输送连续充足空气的装置风箱，从而实
5、现了高温下的冶炼。第三，中国早从古代就不使用木炭，而是把煤作为炼铁的燃料，这样能很容易的得到高温冶炼的效果。 在实践中，汉代发明了把提炼中的铁用风箱吹入微量元素来控制铁的性质的“炒钢法”，即利用生铁“炒”成熟铁或钢的新工艺，产品称为炒钢。同时，还兴起“百炼钢”技术。从而能够生产质量稳定且含碳量低的生铁和含碳量高的钢。,到了晋朝又发明了 “灌钢法”，这是中国古代炼钢技术的又一重大成就，采用这种炼铁法为原料制造出来的刀，就是著名的优质兵器“宿铁刀”。 把加热的铁急剧冷却，提高硬度的淬火技术，早在中国的古代就为人们所掌握，并普遍采用这种处理方法来提高兵刃的硬度。中国人发明了用不同的液体来淬火，从而提
6、高兵刃质量的方式。其中包括用不同河流，不同月份的水。而且还把野兽的尿液和脂肪作为冷却剂，用于淬火处理上，起到了惊人的效果。 此外，在中国很早的古代就掌握了把加热的铁漫漫冷却处理的回火技术，并广泛用于不同用途的兵器的制造中。,钢铁冶炼技术史,中国古代钢铁发展的特点与其他各国不同。世界上长期采用固态还原的块炼铁和固体渗碳钢，而中国铸铁和生铁炼钢一直是主要方法。由于铸铁和生铁炼钢法的发明与发展，中国的冶金技术在明代中叶以前一直居世界先进水平。 我国古代炼钢技术至迟发明于春秋晚期。由先秦到西汉中晚期，主要制钢工艺是块铁渗碳法；由汉代到明清，主要又是炒钢法和灌钢法，其次还有百炼钢法和炒铁渗碳法，汉魏南北
7、朝时还有“铸铁脱碳钢”，汉代还有坩埚炼钢法。炒钢工艺主要生产一般的可锻铁(包括钢和熟铁)，灌钢工艺主要生产含碳较高的刃钢，百炼钢是对普通炒钢的再加工。,春秋时期的炼铁方法是块炼铁，即在较低的冶炼温度下，将铁矿石固态还原获得海绵铁，再经锻打成的铁块。冶炼块炼铁，一般采用地炉、平地筑炉和竖炉3种。铁矿石在温度较高的炼铁炉中高温还原并渗碳，得到含碳达到34的液态生铁。战国初期，我国已掌握了脱碳、热处理技术方法，发明了韧性铸铁。 在中国，钢铁的总产量在唐代年产已达到1200吨，宋朝为4700吨，明朝最多达到4万吨。在13世纪，中国是世界上最大的铁的生产国和消费国，直到17世纪仍保持着这一领先地位。从汉
8、代到明朝，中国人不仅在数量上处于领先地位，而且还拥有世界上最先进的钢铁冶炼技术。,在中国铁的最早使用也是从陨石提取的陨铁。而正式开始铁的生产是在战国时代，但是在战国时代，作为制造兵器的原材料，还不能认为已经完全从青铜发展到铁的阶段。因为在当时，铁的生产技术尚未成熟。直至汉朝以后的中国已经掌握了很高的炼铁技术，能够大量生产铁了，这时铁兵才真正的取代了铜兵。 中国的炼铁技术之所以能够居于世界领先地位，是和自古以来的不断进步分不开的。,这一讲结束，谢谢大家！,钢铁材料的冶炼, 冶炼的主要反应：,3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2,CO2+C=2CO,C+O2=CO2,钢 铁 材 料 的 分 类,钢
9、铁材料是工业中应用最广、 用量最大的金属材料。钢铁是钢和生铁的统称。钢和铁都是以铁和碳为主要元素组成的合金。钢铁材料分为生铁、 铸铁和钢三类。,一、生铁的分类,碳的质量分数大于2%的铁碳合金称为生铁。按用途可将生铁分为炼钢生铁和铸造生铁； 按化学成分可将生铁分为普通生铁和特种生铁 （包括天然合金生铁和铁合金）。,二、铸铁的分类,碳的质量分数超过2%（一般为2.5%-3.5%）的铁碳合金称为铸铁。铸铁一般用铸造生铁经冲天炉等设备重熔， 用于浇注机器零件。按断口颜色（碳在铸铁中的存在形态）可将铸铁分为灰铸铁（片状石墨）、 白口铸铁（渗碳体）和麻口铸铁（球状石墨）；按化学成分可将铸铁分为普通铸铁和合
10、金铸铁； 按生产工艺和组织性能可将铸铁分为普通灰铸铁、 孕育铸铁、 可锻铸铁、 球墨铸铁和特殊性能铸铁。,三、钢的分类,碳的质量分数不超过2%的铁碳合金称为钢。按用途可将钢分为结构钢、工具钢、特殊钢和专业钢； 按化学成分可将钢分为碳素钢和合金钢。,（1）碳素钢的分类 碳素钢简称碳钢，它的分类有很多种，按照化学成份可以这样分类： 按含碳量来分的方法 ： 0.02%的铁碳合金纯铁； 0.02%0.25%低碳钢； 0.25%0.6%中碳钢 ； 0.6%2.11%高碳钢； 大于2.11%的是铸铁。,按钢的杂质多少来分：有害杂质硫、磷的含量 普通钢 S 0.05% P 0.045% ； 优质钢S 0.0
11、35% P0.035%； 高级优质钢 S 0.025% P0.025%； 特级质量钢 S 0.015% P0.025%。,碳素钢,3）按用途分为： 碳素结构钢：制造各种机器零件及工程构件，大都是低碳钢、中碳钢，属普通碳素钢或优质碳素钢。 碳素工具钢：制造各种刃具、量具和模具等，大都是高碳钢，属优质钢或高级优质钢。,合金钢,合金钢是指在碳素钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时特意加入一些合金元素（如铬、镍、硅、锰、钼、钨、 钒、钛、硼等）而炼成的钢按其合金元素的种类不同，可分为：铬钢、锰钢、铬锰钢、铬镍钢、铬钼钢、硅锰钢、 硅锰钼钒钢等 按其合金元素的总含量，可分为： 1）低合金钢这类钢的合金
12、元素总质量分数5% 2）中合金钢这类钢的合金元素总质量分数5%-10% 3）高合金钢这类钢的合金元素总质量分数10%,合金钢,按照钢中主要合金元素的种类，又可分为： 1）三元合金钢指除铁、碳以外，还含有另一种合金元素的钢，如锰钢、铬钢、硼钢、钼钢、硅钢、镍钢等 2）四元合金钢指除铁、碳以外，还含有另外两种合金元素的钢，如：硅锰钢、锰硼钢、铬锰钢、铬镍钢等 3）多元合金钢指除铁、碳以外，还含有另外三种或三种以上合金元素的钢，如：铬锰钛钢、硅锰钼钒钢等,按用途来分：,A、普通碳素结构钢： 因为价格便宜，这类钢材大量用于金属结构和一般机械零件的制造。它的塑性和韧性好，焊接性也好，但是机械强度一般。共
13、有A、B、C、D四个质量等级 B、优质碳素结构钢： 一般用来制造重要的机械零件。使用前一般都要经过热处理来改善力学性能。优质碳素结构钢牌号用两位数字表示，这两位数字表示该钢平均含碳量的万分之几。如45号钢表示平均含碳量0.45%。 C、碳素工具钢： 碳素工具钢的牌号有T7等，牌号后的数字表示平均含碳的质量分数千分量。如T8表示平均含碳质量分数为0。8%的碳素工具钢。工具钢在淬火热处理后可以获得很高的强度，经常用来制造木工刀具和一些尺寸不大的模具。,金属材料的分类(用途),钢,钢铁的应用,钢铁时代,浦东国际机场,神舟9号,6月16日18时37分，中国“长征二号F”运载火箭在酒泉卫星发射中心发射，
14、将“神舟九号”飞船成功送入预定轨道。重钢、太钢、包钢稀土等国内企业均有产品运用于“神舟九号”飞船及其运载火箭改进型“长征二号F”组合体上。 据了解，重钢集团下属的重庆钢铁研究所，为神九飞行器和长征二F运载火箭生产黑色金属材料。重研所的研发材料包括黑色金属材料和专用磁性材料，主要用于我国航天、航空、军工和新能源领域。在2006年至2008年期间，重研所主要研发黑色金属材料，大规模提供磁性材料和黑色金属材料是在神六、神七、神八、嫦娥二号、天宫一号，直到现在的神九。,神舟9号与钢铁,太钢一直是中国长征系列火箭不锈钢、电磁纯铁的唯一供货商。从2003年“神舟五号”开始，到“神六”、“神七”、“天宫一号
15、”、“神八”系列航天工程，太钢产品都频频现身，以独特的优势受到航天部门青睐。此次，太钢产品再次出现在“神舟九号”飞船及长征二F运载火箭上。 从上世纪80年代初期开始，包钢稀土院就开始为长征系列运载火箭提供用于火箭定位、导航的关键器件钐钴永磁辐射环，长征系列运载火箭上百次的成功发射见证了稀土院强大的科研实力。此次，包钢稀土院蒙稀磁业公司研制的钐钴永磁辐射环精确为火箭提供定位、导航服务，助力“神舟九号”飞船成功进入预定轨道。 据悉，包钢稀土院蒙稀磁业公司是国防军工定点配套提供钐钴永磁材料的企业，公司主要生产稀土永磁磁钢、稀土永磁辐射环、稀土永磁多级环及其磁性器件等，广泛应用于航天、航空、航海、兵器
16、等领域。多年来一直为长征系列运载火箭、“神舟”系列和“嫦娥一号”、“嫦娥二号”“天宫一号”等的成功发射提供了优质的钐钴稀土永磁材料和永磁器件。,2008奥运,国家体育场位于北京奥林匹克公园中心区南部，为2008年第29届奥林匹克运动会的主体育场。工程总占地面积21公顷，建筑面积258,000M。场内观众坐席约为91000个，其中临时坐席约11000个。将举行奥运会、残奥会开闭幕式、田径比赛及足球比赛决赛。奥运会后将成为北京市民广泛参与体育活动及享受体育娱乐的大型专业场所，并成为具有地标性的体育建筑和奥运遗产。 国家体育场工程为特级体育建筑，主体结构设计使用年限100年，耐火等级为一级,抗震设防烈度8度,地下工程防水等级1级。工
