钢铁基础知识

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1、钢铁基础知识2009.6钢铁的基础知识提纲钢铁简介钢铁分类我国钢号的 表示方法钢材的尺 寸与重量不同类型 钢材介绍钢铁生产过程钢铁概念钢铁性能钢铁性能影响因素1234什么是钢铁钢铁的定义钢铁是铁与C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所组成 的合金。其中除Fe(铁)外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称 为铁碳合金。它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。 钢的含义钢是含碳量为0.03%2%的铁碳合金。碳钢是最常用的普通钢，冶炼方便、 加工容易。按含碳量不同，碳钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。合金钢 又叫特种钢，在碳钢的基础上加入一种或多种合金元素，

2、使钢的组织结构和性 能发生变化，常加入钢中的合金元素有Si、W、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等。 生铁的含义含碳量2%4.3%的铁碳合金称生铁。生铁硬而脆，耐压耐磨。分为白口铁、 灰口铁和球墨铸铁。白口铁中呈银白色，质硬而脆,不能进行机械加工，是炼 钢的原料，故又称炼钢生铁。灰口铁，断口呈银灰色，易切削，易铸，耐磨。 球墨铸铁，其性能接近于钢。在铸铁中加入特种合金元素可得特种铸铁。 钢铁如何产生钢铁生产工艺钢铁冶炼现代钢铁生产流程是将铁矿石在高炉中冶炼成生铁，将铁水注入转炉或电炉 冶炼成钢，再将钢水铸成连铸坯或钢锭，经轧制等塑性变形方法加工成各种 用途的钢材。钢铁联合企业钢铁联合企业一般包

3、括原料处理、炼铁、炼钢、轧钢、能源供应、交通运输 等生产环节，是一个复杂而庞大的生产体系。我国的钢铁企业一般都是这样 的全流程联合企业。 。 钢铁工艺流程炼铁原料及工艺原料高炉冶炼用的原料主要有铁矿石（天然富矿和人造富矿）、燃料（焦炭与喷 吹燃料）、熔剂（石灰石和白云石等）。冶炼一吨生铁大概需要品位为63% 的铁矿石1.601.65吨，0.30.6吨焦炭，0.20.4吨熔剂。炼铁工艺高炉炼铁是以焦炭为能源基础的传统炼铁方法。它与转炉炼钢相配合，是目 前生产钢铁的主要方法。高炉炼铁的这种主导地位预计在相当长时期之内不 会改变。高炉炼铁的本质是铁的还原过程，即焦炭做燃料和还原剂，在高温 下将铁矿石

4、或含铁原料的铁，从氧化物或矿物状态（如Fe2O3、Fe3O4、 Fe2SiO4、Fe3O4TiO2等）还原为液态生铁。炼铁过程冶炼过程中，炉料（矿石、熔剂、焦炭）按照确定的比例通过装料设备分批 地从炉顶装入炉内。从下部风口鼓入的高温热风与焦炭发生反应，产生的高 温还原性煤气上升，并使炉料加热、还原、熔化、造渣，产生一系列的物理 化学变化，最后生成液态渣、铁聚集于炉缸，周期地从高炉排出。上升过程中， 煤气流温度不断降低，成分逐渐变化，最后形成高炉煤气从炉顶排出。炼钢原料与工艺炼钢任务1）脱碳；2）脱磷；3）脱硫；4）脱氧；5）脱氮、氢等；6）去除非金属夹杂物；7）合金化；8）升温；9）凝固成型。

5、炼钢工艺1） 铁水预处理；2）转炉或电弧炉炼钢；3）炉外精炼（二次精炼）；4）连铸。 炼钢原理及原料炼钢过程是个氧化过程，其去除杂质的主要手段是向熔池吹入氧气并加入造 渣剂形成熔渣出来。脱碳反应是炼钢过程的主要手段，硅、锰、磷、硫等元 素也通过氧化反应去除。炼钢的原料有生铁、废钢、熔剂（石灰石等）、脱 氧剂（硅铁、锰铁、铝等）、合金料等。炼钢工艺连铸连续铸钢是通过连铸机将钢液连续地铸成钢坯的工序。与模铸相比，连铸具 有以下优越性： 1）简化工序、节能；2）铸坯切头率降低、金属收得率比模铸高712%；3）高效凝固；4）优化成型。连铸工艺的流程为：钢液通过中间包注入结晶器内，迅速冷却成具有一定厚度

6、 的凝固壳而内部仍为液态的铸坯。铸坯下部与伸入结晶器底部的引锭杆衔接， 浇注开始后，拉坯机通过引锭杆把结晶器内的铸坯以一定速度拉出。铸坯通 过连铸二次冷却区时，进一步是受到喷水冷却直到完全凝固。完全凝固后的铸坯 通过拉矫机矫直后，切割成规定长度，由输送辊道运出。轧钢轧制过程是轧件与轧辊之间的摩擦力将轧件拉进不同旋转方向的轧辊之间使之 产生塑性变形的过程。一般的轧钢工序可分为： 加热炉 粗轧 中轧 精轧 精整 钢铁的机械性能(1)钢铁具有良好的物理、机械和工艺性能：六大指标钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续 发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服

7、现象时的最小应力值即为屈服点。屈服点（s） 有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈 服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时 的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度0.2 。屈服强度（0.2）抗拉强度（b）材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材 抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。钢铁的机械性能(2)钢铁具有良好的物理、机械和工艺性能：六大指标钢材在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。伸长率（s） 钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比

8、越大， 结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为 0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。屈强比（s/b）硬度硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标 之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度 和维氏硬度。影响钢铁性能的因素(1)化学成分对钢铁性能的影响（1）碳中仅次于铁的主要元素，含碳量增加，钢材强度提高，而塑性和韧性、尤其 是低温冲击韧性下降，同时可焊性、抗腐蚀性、冷弯性能明显降低。因此结构 用钢的含碳量一般不应超过0.22%，对焊接结构应低于0.2%。碳（C） 锰是一种弱脱氧剂，适量的锰含量可以

9、有效地提高钢材的强度，又能消除硫 、氧对钢材的热脆影响，而不显著降低钢材的塑性和韧性。锰在碳素结构钢 中的含量为0.3%-0.8%，在低合金钢中一般为1.0%-1.7%。锰（Mn）硅（Si）硅是一种强脱氧剂，适量的硅可提高钢材的强度，而对塑性、韧性、冷弯性 能和可焊性无明显不良影响，但硅含量过大时，会降低钢材的塑性、韧性、 抗锈蚀性和可焊性。影响钢铁性能的因素(2)化学成分对钢铁性能的影响（2）钒、铌、钛都能使钢材晶粒细化。我国的低合金钢都含有这三种元素，作为 锰以外的合金元素，既可提高钢材强度，又保持良好的塑性、韧性。钒(V)、铌(Nb)、钛(Ti) 氧(O)、氮(N)氧和氮也是有害杂质，在

10、金属熔化的状态下可以从空气中进入。氧能使钢 热脆，其作用比硫剧烈，氮能使钢冷脆，与磷相似。钢铁的基础知识提纲钢铁分类我国钢号的 表示方法钢材的尺 寸与重量不同类型 钢材介绍钢材分类钢的分类12钢铁简介(1) 普通钢（P0.045%，S0.050%） (2) 优质钢（P、S均0.035%） (3) 高级优质钢（P0.035%，S0.030%）按品质分类 (1) 碳素钢：a.低碳钢（C0.25%）；b.中碳钢（C0.250.60%）；c.高碳钢（C0.60%）。 (2)合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量5%）；b.中合金钢（合金元素总含量510%）；c.高合金钢（合金元素总含量10%）。按化学成

11、份分类钢分类(1)(1) 退火状态的a.亚共析钢（铁素体+珠光体）b.共析钢（珠光体）c.过共析钢（珠光体+渗碳体）d.莱氏体钢（珠光体+渗体）。 (2) 正火状态的：a.珠光体钢；b.贝氏体钢；c.马氏体钢；d.奥氏体钢。 (3) 无相变或部分发生相变的按金相组织分类钢分类(2)按成形方法分类(1) 锻钢；(2) 铸钢；(3) 热轧钢；(4) 冷拉钢 (1)建筑及工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。 (2) 结构钢a.机械制造用钢：调质结构钢；表面硬化结构钢；易切结构钢；冷塑性成形用钢。b.弹簧钢c.轴承钢 (3) 工具钢：a.碳素工具钢；b.合金工具钢；c.高速工具

12、钢。 (4) 特殊性能钢：a.不锈耐酸钢 b.耐热钢包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢c.电热合金钢；d.耐磨钢；e.低温用钢；f.电工用钢 (5) 专业用钢如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。按用途分类钢分类(3)(1)普通钢a.碳素结构钢：(a) Q195；(b) Q215(A、B)；(c) Q235(A、B、C)；(d) Q255(A、B)；(e) Q275。b.低合金结构钢c.特定用途的普通结构钢 (2)优质钢（包括高级优质钢）a.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢； (d)易切钢；(e)轴承钢； (f)特定用途优质结构钢。b.工具钢：(a)碳

13、素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；(c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。综合分类钢分类(4)(1) 按炉种分a.平炉钢：(a)酸性平炉钢；(b)碱性平炉钢。b.转炉钢：(a)酸性转炉钢；(b)碱性转炉钢。或 (a)底吹转炉钢；(b)侧吹转炉钢；(c)顶吹转炉钢。c. 电炉钢：(a)电弧炉钢；(b)电渣炉钢；(c)感应炉钢；(d)真空自耗炉钢；(e)电子束炉钢。 (2)按脱氧程度和浇注制度分a.沸腾钢；b.半镇静钢；c.镇静钢；d.特殊镇静钢。 按冶炼方法分类钢分类(5)钢材分类：型材、板材、管材、金属制品类别品 种说 明

14、 型材重轨每米重量大于30千克的钢轨（包括起重机轨） 轻轨每米重量小于或等于30千克的钢轨 大型型钢普通钢圆钢、方钢、扁钢、六角钢、工字钢、槽钢、等边 和不等边角钢及螺纹钢等。按尺寸大小分为大、中、小型中型型钢小型型钢 线材直径5-10毫米的圆钢和盘条冷弯型钢将钢材或钢带冷弯成型制成的型钢优质型材优质钢圆钢、方钢、扁钢、六角钢等其它钢材包括重轨配件、车轴坯、轮箍等板材薄钢板厚度等于和小于4毫米的钢板 厚钢板厚度大于4毫米的钢板。 中板（厚度大于4mm小于20mm）、厚板（厚度大于20mm小于60mm）、特厚 板（厚度大于60mm） 钢带也叫带钢，实际上是长而窄并成卷供应的薄钢板 电工硅钢薄板也

15、叫硅钢片或矽钢片 管材无缝钢管用热轧、热轧冷拔或挤压等方法生产的管壁无接缝的钢管焊接钢管将钢板或钢带卷曲成型，然后焊接制成的钢管金属制品金属制品包括钢丝、钢丝绳、钢绞线等钢铁的基础知识提纲钢铁简介钢铁分类我国钢号的 表示方法钢材的尺 寸与重量不同类型 钢材介绍不同钢材钢号钢号表示方法12钢的牌号简称钢号，是对每一种具体钢产品所取的名称，是人们了解钢的一种 共同语言。我国的钢号表示方法，根据国家标准钢铁产品牌号表示方法（GB221-79）中规定，采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相 结合的方法表示。国家标准 钢号中化学元素采用国际化学符号表示，例如Si,Mn,Cr等。混合稀土元素用“RE

16、”（或“Xt”）表示。产品名称、用途、冶炼和浇注方法等，一般采用汉语拼音的缩写字母表示。钢中主要化学元素含量（%）采用阿拉伯数字表示。 标号细则钢分类(1)表1 常用化学元素符号表2 产品名称、用途、特性和工艺方法表示符号续表2 产品名称、用途、特性和工艺方法表示符号由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。它的钢号冠以“Q”，代 表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是MPa例如Q235 表示屈服点（s）为235 MPa的碳素结构钢。必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符 号分别为A、B、C、D。脱氧方法符号：F表示沸腾钢；b表示半镇静钢： Z表示镇静钢； TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可 不标。例如Q235-AF表示A级沸腾钢。专门用途的碳素钢，例如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构钢 的表示方法，但在钢号最后附加表示用途的字母