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1、1材料学院陈铮学科讲座金属材料第九章第九章合金钢合金钢2西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料中国大型钢铁企业3西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料钢铁产业发展政策z 钢铁工业是国民经济的重要基础产业，我国已成为世界上最大的钢铁生产和消费国，促进钢铁工业结构调整、产业升级和提高国际竞争力等， 实现钢铁大国向钢铁强国转变。z 到2010年，国内排名前十名的钢铁企业钢产量占全国比重要达到50%以上，2020年力争达到70%以上。z 发展重心逐渐向沿海地区转移。4西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料钢铁产业z 还需要进口冷轧薄板、镀锌板、不锈钢板、冷轧硅钢片等高附加值板带材产品。z 轴承钢
2、、模具钢、齿轮钢等使用寿命与国外先进水平还有很大的差距。z 国外已停止使用的二级螺纹钢还大量使用，三级螺纹钢比例只有12%左右。z 高层建筑抗震耐火钢、0.23毫米高牌号冷轧取向硅钢片、30万千瓦以上电站锅炉用钢、高等级轿车面板等钢材品种还不能生产或生产能力不足.5西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料钢产量z2004年，米塔尔钢铁公司钢产量5800万吨；阿塞勒集团钢产量达到4690万吨，日本新日铁集团、JFE钢铁公司和韩国浦项集团的钢产量都超过3100万吨。z宝钢集团钢产量2141.20万吨，只占全国7.86%，世界排名第五位。6材料学院陈铮学科讲座金属材料第一节 铁合金及炼铁、炼钢7西北
3、工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料铁合金铁合金钢钢碳碳0.032生生铁铁碳碳24.3硅/ 锰/ 硫/ 磷 (较多 )质硬而脆、无韧性可铸不可锻硅、锰、硫、磷 (少量 )硬、韧性大、塑性可铸、可锻、可压延铁合金铁合金8西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料铁合金铁合金钢钢生生铁铁炼钢生铁炼钢生铁(白口铁白口铁) 碳以碳化铁的形式碳以碳化铁的形式炼钢炼钢铸造生铁铸造生铁(灰口铁灰口铁) 碳以片状石墨状态碳以片状石墨状态铸件铸件球墨铸铁球墨铸铁碳为球形石墨碳为球形石墨代替部分钢用于铸造代替部分钢用于铸造合金生铁合金生铁有硅锰或其它元素有硅锰或其它元素炼钢脱氧剂炼钢脱氧剂碳碳素素钢钢合金合金钢钢低
4、碳钢低碳钢碳低于碳低于0.3机器零件管子机器零件管子中碳钢中碳钢碳碳0.3 0.6机器零件管子机器零件管子中碳钢中碳钢碳碳0.6以上以上刀具、量具、模具刀具、量具、模具低合金钢低合金钢合金元素低于合金元素低于5 中合金钢中合金钢合金元素合金元素5 10中合金钢中合金钢合金元素合金元素10以上以上铁合金铁合金9西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料二、炼铁、炼钢原料原理设备化学反应铁矿石、焦炭、石灰石、空气生铁、氧化剂、生石灰、脱氧剂炼铁在高温下，用还原剂将铁从铁矿石中还原出来高温下，用氧化剂把生铁中的杂质氧化除去炼铁高炉 炼钢转炉C+O2=CO2 CO2+C=2COFe2O3+3CO=2Fe
5、+3CO2CaCO3=CaO+CO2CaO+SiO2=CaSiO32Fe+O2=2FeOFeO+C=Fe+CO2FeO+Si=2Fe+SiO22FeO+Si=2Fe+SiO2炼钢10西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料11西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料12西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料13西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料钢材品种基本介绍 板材 ：冷轧卷 冷轧板 热轧卷 热轧板 彩涂卷 彩涂板 中厚板涂镀 ：热镀锌板卷 电镀锌板卷 热镀锡板卷 电镀锡板卷 镀铬板卷 塑料复合钢 板卷 其它涂镀钢板卷马口铁型材盘条 ：螺纹钢 线材 圆钢 角钢 工字钢 扁钢H型钢 钢轨
6、 异型材 优质型材 其它型材14西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料钢材品种基本介绍 不锈钢 ：不锈钢板 不锈钢卷 不锈钢管 不锈钢型材 不锈钢线材 不锈钢坯 不锈钢金属制品 其它不锈钢材管材 ：无缝钢管 焊接钢管钢坯 ：板坯 方坯 管坯铁合金 ：硅铁锰铁钒铁铬铁钛铁其它钢材 ：硅钢片 金属制品 其它15材料学院陈铮学科讲座金属材料第二节 钢的合金化生物物理化学力学材料地学机械16西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料钢的合金化17西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料合金元素合金元素溶解于固溶体中溶解于固溶体中溶于渗碳体中，形成合金渗碳体或单独与溶于渗碳体中，形成合金渗碳体或单独与碳
7、、氮等作用形成碳、氮化合物；碳、氮等作用形成碳、氮化合物；形成金属间化合物形成金属间化合物形成氧化物、硫化物等夹杂物；形成氧化物、硫化物等夹杂物；以纯金属相存在，如以纯金属相存在，如Cu、Pb等等一、合金元素在钢中的分布18西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料合金元素合金元素与碳结合与碳结合的倾向的倾向在钢中的在钢中的存在形式存在形式非碳化物形成元素（非碳化物形成元素（CO、Ni、Si、Cu、B等）等）碳化物形成元素（碳化物形成元素（Ti、V、W、Mo、Cr、Mn等）等）溶解于钢中的基本相（铁素体、奥溶解于钢中的基本相（铁素体、奥氏体和渗碳体）氏体和渗碳体）形成特殊碳化物（如形成特殊碳化物
8、（如VC、TiC、Cr23c6等）等）合金元素对钢中的基本相的影响合金元素对钢中的基本相的影响19西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料合金元素合金元素形成合金铁 形成合金铁素体（或合 素体（或合金奥氏体） 金奥氏体）形成合金碳化形成合金碳化物物非碳化物形成元素非碳化物形成元素和大部分的锰基本上和大部分的锰基本上溶于铁素体（或奥氏体）中，产生固溶溶于铁素体（或奥氏体）中，产生固溶强化，使强度、硬度升高，塑性和韧性强化，使强度、硬度升高，塑性和韧性下降下降碳化物形成元素碳化物形成元素（除锰外）含量较低时（除锰外）含量较低时，主要溶入，主要溶入Fe3C中，提高渗碳体稳定性中，提高渗碳体稳定性强碳
9、化物形成元素强碳化物形成元素含量较高时，如含量较高时，如Cr 、Ti、V、W、Mo等等,形成稳定性高的碳化形成稳定性高的碳化物，物，Cr23c6、WC、VC、TiC等等,高熔高熔点、高硬度，提高强度、硬度和耐磨性点、高硬度，提高强度、硬度和耐磨性合金元素与碳或铁的相互作用合金元素与碳或铁的相互作用20西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料合金元素合金元素形成合金铁素 形成合金铁素 体（或合金奥 体（或合金奥氏体） 氏体）形成合金渗形成合金渗碳体碳体非碳化物形成元素非碳化物形成元素Ni、Si、Co、Al、Cu、N、P、S等，等，Cr、Ni、Mn含量少时塑性和韧性略有上升含量少时塑性和韧性略有上
10、升，Si、Mn、Ni的强化作用较大。的强化作用较大。碳化物形成元素碳化物形成元素按形成碳化物稳定按形成碳化物稳定性程度，由弱到强排列顺序为：性程度，由弱到强排列顺序为：Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti等。等。合金元素与碳或铁的相互作用合金元素与碳或铁的相互作用21西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料碳化物形成元素碳化物形成元素第一类第一类第二类第二类当当rc/rMe0.59 形成复杂结构碳形成复杂结构碳化物，如化物，如Cr23C6、Cr7C3、Fe3C等。等。当当rc/rMe0.59，形成简单结构碳化，形成简单结构碳化物间隙相，如物间隙相，如Ti、VC为面心立方，为面心立方
11、，W2C、Mo2C为密排六方。硬度高、熔为密排六方。硬度高、熔点高、稳定性高，加热时不易溶入奥点高、稳定性高，加热时不易溶入奥氏体，阻止奥氏体晶粒长大，回火析氏体，阻止奥氏体晶粒长大，回火析出起二次硬化作用，提高热强性。出起二次硬化作用，提高热强性。按形成碳化物的晶格类型分类22西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料合金元素合金元素扩大扩大相相区元素区元素缩小缩小相相区元素区元素使使A4点上升，点上升，A3点下降，奥点下降，奥氏体相区扩大，促进奥氏体形氏体相区扩大，促进奥氏体形成，成，Ni、Mn、Co、C、N、Cu等等使使A4点下降；点下降；A3点上升，缩点上升，缩小小相区，促进铁素体形成，
12、相区，促进铁素体形成，Cr、V、Mo、W、Ti、Si、Al、P、B、Nb等等对对奥氏体相区奥氏体相区的影响的影响23西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料扩大相区元素24西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料缩小缩小相区元素相区元素25西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料所有元素均使所有元素均使S点、点、E点左移点左移，强碳化物形强碳化物形成元素的作用成元素的作用最显著最显著扩大扩大相区元素相区元素,如如Mn、Ni等等，使使S、E点向左下方移动，A1 、A3线下移；线下移；缩小 相区元素相区元素,如如Cr、Mo、W、V、Ti、Si、等、等，使，使S、E点向左上方移动，点向左上方移动，A
13、1 、A3线线上移。上移。对对S、E点和点和A1 、A3线的影响线的影响26西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料对S点、E点的影响合金元素对铁碳相图的影响对临界点的影响S、E点的左移必然使 Acm线左移，27西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料合金元素对奥氏体的影响合金元素对奥氏体的影响奥氏体晶奥氏体晶粒大小粒大小奥氏体形奥氏体形成速度成速度大多数合金元素减缓大多数合金元素减缓Co、Ni等部分非碳化物加快等部分非碳化物加快Al、Si、Mn等影响不大等影响不大过冷奥氏过冷奥氏体分解体分解强碳化物形成元素强碳化物形成元素Mo、W、V、Ti等抑制长等抑制长大大非碳化物形成元素非碳化物形成元素
14、Si、Co、Ni等有弱阻止长等有弱阻止长大作用大作用Mn、P、C有促进长大的倾向有促进长大的倾向大多数合金元素（除大多数合金元素（除Co外）增大稳定性，外）增大稳定性，C曲线右移，临界冷却速度减少，提高淬透性曲线右移，临界冷却速度减少，提高淬透性。Cr、Mn、SI、NI和和B。除除Co、Al外，多数合金元素使外，多数合金元素使Ms、Mf点下点下降，残余奥氏体量增多降，残余奥氏体量增多28西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料3、合金元素对奥氏体形成和长大的影响29西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料3合金元素对过冷奥氏体分解的影响30西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料合金元素对回火
15、转变的影响碳化物形成元素及碳化物形成元素及Si提高回火稳定性提高回火稳定性，相同回，相同回火温度合金钢的硬度高于碳钢。火温度合金钢的硬度高于碳钢。提高残余奥氏体分解温度提高残余奥氏体分解温度，Cr、Mn、Si作用作用显著。显著。提高铁素体的再结晶温度提高铁素体的再结晶温度，使马氏体保持到很，使马氏体保持到很高温度，高温度，W、Mo、Cr、V、Co作用显著。作用显著。阻止碳化物析出及聚集长大阻止碳化物析出及聚集长大, 回火温度足够回火温度足够高，合金元素参与扩散，重新分配，析出特殊高，合金元素参与扩散，重新分配，析出特殊碳化物，硬度回升，称二次硬化碳化物，硬度回升，称二次硬化，提高红硬性，提高红硬性和高温强度。常用和高温强度。常用W、Mo、V 。Mn、Ni、Cr促进回火脆性促进回火脆性。Mo、W强烈阻碍强烈阻碍杂质元素向晶界迁移，杂质元素向晶界迁移，消除回火脆性消除回火脆性。31西北工业大学材料学院陈铮学科讲座金属材料1、合金元素对钢性能的影响32材料学院陈铮学科讲座金属材料第二节 加工工艺路线33西北工业大学材料学院
