钢铁基础知识 2016 9 1 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 1 2 3 4 2 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 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 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 3 4 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 钢铁联合企业一般包括原料处理 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 5 6 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 60 1 65吨 0 3 0 6吨焦炭 0 2 0 4吨熔剂 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 在高温下将铁矿石或含铁原料的铁 从氧化物或矿物状态 如Fe2O3 Fe3O4 Fe2SiO4 Fe3O4 TiO2等 还原为液态生铁 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 7 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 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 8 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7 12 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 9 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 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 10 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 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 11 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 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 12 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 13 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 1 2 钢铁简介 14 1 普通钢 P 0 045 S 0 050 2 优质钢 P S均 0 035 3 高级优质钢 P 0 035 S 0 030 按品质分类 1 碳素钢 a 低碳钢 C 0 25 b 中碳钢 C 0 25 0 60 c 高碳钢 C 0 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 5 10 c 高合金钢 合金元素总含量 10 15 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 按成形方法分类 1 锻钢 2 铸钢 3 热轧钢 4 冷拉钢 16 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 17 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 18 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 19 20 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 1 2 21 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 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 22 表1常用化学元素符号 23 表2产品名称 用途 特性和工艺方法表示符号 24 续表2产品名称 用途 特性和工艺方法表示符号 25 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235MPa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 1 碳素结构钢标号规则 26 钢号开头的两位数字表示钢的碳含量 以平均碳含量的万分之几表示 例如平均碳含量为0 45 的钢 钢号为 45 它不是顺序号 所以不能读成45号钢 锰含量较高的优质碳素结构钢 应将锰元素标出 例如50Mn 沸腾钢 半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出 例如平均碳含量为0 1 的半镇静钢 其钢号为10b 2 优质碳素钢标号规则 钢号冠以 T 以免与其他钢类相混 钢号中的数字表示碳含量 以平均碳含量的千分之几表示 例如 T8 表示平均碳含量为0 8 锰含量较高者 在钢号最后标出 Mn 例如 T8Mn 高级优质碳素工具钢的磷 硫含量 比一般优质碳素工具钢低 在钢号最后加注字母 A 以示区别 例如 T8MnA 3 碳素工具钢标号规则 27 钢号开头的两位数字表示钢的碳含量 以平均碳含量的万分之几表示 如40Cr 钢中主要合金元素 除个别微合金元素外 一般以百分之几表示 当平均合金含量 1 5 时 钢号中一般只标出元素符号 而不标明含量 但在特殊情况下易致混淆者 在元素符号后亦可标以数字 1 例如钢号 12CrMoV 和 12Cr1MoV 前者铬含量为0 4 0 6 后者为0 9 1 2 其余成分全部相同 当合金元素平均含量 1 5 2 5 3 5 时 在元素符号后面应标明含量 可相应表示为2 3 4 等 例如18Cr2Ni4WA 钢中的钒V 钛Ti 铝AL 硼B 稀土RE等合金元素 均属微合金元素 虽然含量很低 仍应在钢号中标出 例如20MnVB钢中 钒为0 07 0 12 硼为0 001 0 005 高级优质钢应在钢号最后加 A 以区别于一般优质钢 专门用途的合金结构钢 钢号冠以 或后缀 代表该钢种用途的符号 例如铆螺专用的30CrMnSi钢 钢号表示为ML30CrMnSi 4 合金结构钢标号规则 28 钢号的表示方法 基本上和合金结构钢相同 对专业用低合金高强度钢 应在钢号最后标明 例如16Mn钢 用于桥梁的专用钢种为 16Mnq 汽车大梁的专用钢种为 16MnL 压力容器的专用钢种为 16M