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2013-12-12
金属材料钢铁的冶炼及应用
陈平
摘要：钢铁是人类生产生活中应用最广泛的金属材料，随着近些年来全球金融危机的冲击，和全球经济放缓导致对钢铁的需求减少，导致国内同行相互之间竞争加剧，如何加强钢材行业竞争力，这与钢材的技术发展有着决定性关系。
钢铁材料是支撑经济和社会发展的基础材料，是其他工业发展的物质基础。钢铁材料在经济建设中占有绝对重要的地位。我们要重视钢铁材料并密切关注它的发展！
一、钢铁材料的定义
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。钢铁材料是工业中应用最广、 用量最大的金属材料。钢铁材料分为生铁、 铸铁和钢三类。 二、钢铁材料的冶炼和分类
1钢铁材料的冶炼
钢铁冶炼在中国后很长的历史渊源，据专家考证在中国春秋时代铁器制作就及其繁荣，出现大量的铁锯。而且后来大量出土的文物证明了中国铁器材料的冶炼发展到极高水平，在当时远远领先于世界各国。
基本概述：钢铁冶炼是钢铁治金工艺的总称。工业生产的铁根据含碳量分为生铁（含碳量2％以上）和钢（含碳量低于2％）。基本生产过程是在炼铁炉内把铁矿石炼成生铁，再以生铁为原料，用不同方法炼成钢，再铸成钢
闪光灯柔光罩锭或连铸坯。钢铁冶炼过程是将含铁原料经过物理化学方面的冶金操作，炼制成用于各种形态钢铁制品的原材料—粗钢坯的工艺过程。含铁原料有铁矿石和废钢铁。以矿石为主要原料的冶金过程(不只限于铁)一般大致分为三个工序。
（1）从矿石（出于氧化物或硫化物等状态）中提取所需要的金属而得到粗金属的冶炼过程；
（2）去除在冶炼过程中必然伴随在粗金属中的共有元素，得到尽可能纯的金属精练过程；
（3）调整已得到的金属成分的最后精练，以及根据需要进而制作高级原材料的特殊精炼过程。
现代炼铁绝大部分采用高炉炼铁，个别采用直接还原炼铁法和电炉炼铁法。三种方法各有优缺点，高炉炼铁需要优质煤、但耗能低，大量生产，还原炼铁法利用半融化的海绵铁做
还原剂，电炉炼铁法低级焦炭，但耗电量大，只能在电力充足、电价低廉的条件下使用。
炼钢主要是以高炉炼成的生铁和直接还原炼铁法炼成的海绵铁以及废钢为原料，用不同的方法炼成钢。主要的炼钢方法有转炉炼钢法、平炉炼钢法、电弧炉炼钢法3类，转炉，平炉，电弧炉以上3种炼钢工艺可满足一般用户对钢质量的要求。为了满足更高质量、更多品种的高级钢，便出现了多种钢水炉外处理（又称炉外精炼）的方法。如吹氩处理、真空脱气、炉外脱硫等，对转炉、平炉、电弧炉炼出的钢水进行附加处理之后，都可以生产高级的钢种。对某些特殊用途，要求特高质量的钢，用炉外处理仍达不到要求，则要用特殊炼钢法炼制。如电渣重熔，是把转炉、平炉、电弧炉等冶炼的钢，铸造或锻压成为电极，通过熔渣电阻热进行二次重熔的精炼工艺；真空冶金，即在低于1个大气压直至超高真空条件下进行的冶金过程，包括金属及合金的冶炼、提纯、精炼、成型和处理。
制造, 加工&精整
使用各种各样的"二次"成形工艺来获得钢材的最终形状和性能。这些工艺可以进一步细分为：
1.成形 (例如冷轧)
2.加工 (例如钻孔)
3.连接 (例如焊接)
4.涂镀 (例如镀锌)
5.热处理 (例如回火)
6.表面处理 (例如渗碳)
2钢铁材料分类
（1）、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）。
（2）、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， 网页游戏开发技术用于浇注机器零件。按断口颜可将铸铁分为性灰铸铁、 白口铸铁和麻口铸铁； 按化学成分可将铸铁分为普通铸铁和合金铸铁； 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。
（3）、钢铁的分类
钢铁种类的区分按含碳量不同区分铁碳合金分为钢与生铁两大类，钢是含碳量为0.03%～2%的铁碳合金。 碳钢是最常用的普通钢按含碳量不同，碳钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。含碳量2%～4.3%的铁碳合金称生铁。生铁硬而脆，但耐压耐磨。根据生铁中 碳存在的形态不同又可分为白口铁、灰口铁和球墨铸铁。白口铁中碳以Fe3C形态分布，断口呈银白，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。碳以片状石墨形态分布的称灰口铁，断口呈银灰，易切削，易铸，耐磨。若碳以球状石墨分布则称球墨铸铁，其机械性能、加工性能接近于钢。 按化学成分分 一、碳素钢 碳素钢是指钢中除铁、碳外，还含有少量锰、硅、硫、磷等元素的铁碳合金，
按其含碳量的不同，可分为： （1)低碳钢--含碳量wc≤0.25% （2)中碳钢--含碳量wc>0.25%～0.60% （3)高碳钢--含碳量wc>0.60%高碳钢 二、合金钢 为了改善钢的性能，在冶炼碳素钢的基础上，加入一些合金元素而炼成的钢，如铬钢、锰钢、铬锰钢、铬镍钢等。按其合金元素的总含量，可分为：
（1）低合金钢--合金元素的总含量≤5%
（2)中合金钢--合金元素的总含量5%～10%
（3)高合金钢--合金元素的总含量>10% 按冶炼设备分
（1)转炉钢 用转炉吹炼的钢，可分为底吹、侧吹、顶吹和空气吹炼、纯氧吹练等转炉钢；根据炉衬的不同，又分酸性和碱性两种。 （2)平炉钢 用平炉炼制的钢，按炉衬材料的不同分为酸性和碱性两种，一般平炉钢多为碱性 （3)电炉钢 用电炉炼制的钢，有电弧炉钢、感应炉钢及真空感应炉钢等。工业上大量生产的，是碱性电弧炉钢。 按浇注前脱氧程度分 (1)沸腾钢属脱氧不完全的钢，浇注时在钢锭模里产生沸腾现象。 (2)镇静钢属脱氧完全的钢，浇注时在钢锭模里钢液镇静，没有沸腾现象。其优点是成分和质量均匀；缺点是金
属的收得率低，成本较高。一般合金钢和优质碳素结构钢都为镇静钢。 (3)半镇静钢脱氧程度介于镇静钢和沸腾钢之间的钢。 按钢的品质分 (1)普通钢 钢中含杂质元素较多，含硫量ws一般≤O.05%，含磷量wP≤0.045%，如碳素结构钢、低合金结构钢等 (2)优质钢 钢中含杂质元素较少，含硫及磷量ws、wp，一般均≤0.04%，如优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢和合金工具钢、轴承钢等 QDFILM(3)高级优质钢 绿隔热玻璃钢中含杂质元素极少，含硫量ws一般≤O.03%，含磷量wP≤0.035%，如合金结构钢和工具钢等。高级优质钢在钢号后面，通常加符号“A”或汉字“高”以便识别。 按钢的用途分 一、结构钢 （1)建筑及工程用结构钢简称建造用钢，它是指用于建筑、桥梁、船舶、锅炉或其他工程上制作金属结构件的钢。如碳素结构钢、低合金钢、钢筋钢等。 （2)机械制造用结构钢--是指用于制造机械设备上结构零件的钢。这类钢基本上都是优质钢或高级优质钢，主要有优质碳素结构钢、合金结构钢、易切结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢等 二、工具钢 一般用于制造各种工具，如碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢等。按用 途又可分为刃具钢、模具钢、量具钢。 三、特殊钢 具有特殊性能的钢，如不锈耐酸钢、耐热不起皮钢、高电阻合金、耐磨钢、磁钢等。 四、专业用钢 这是指各个工业部门专业用途的钢，如汽车用钢、农机用钢、航空用钢、化工机械用钢、锅炉用钢、电工用钢、焊条用钢等。 按制造加工形式分（1）铸钢 铸
钢是指采用铸造方法而生产出来的一种钢铸件。 (2)锻钢 锻钢是指采用锻造方法而生产出来的各种锻材和锻件。锻钢件的质量比铸钢件高，能承受大的冲击力作用，塑性、韧性和其他方面的力学性能也都比铸钢件高，所以凡是一些重要的机器零件都应当采用锻钢件。 (3)热轧钢 热轧钢是指用热轧方法而生产出来的各种热轧钢材。 (4)冷轧钢 冷轧钢是指用冷轧方法而生产出来的各种冷轧钢材。与 热轧钢相比，冷轧钢的特点是表面光洁、尺寸精确、力学性能好。(5)冷拔钢 冷拔钢是指用冷拔方法而生产出来的各种冷拔钢材。
三 钢铁材料的性能
【1】 化学性能：隔磁片
1 耐腐蚀性：耐腐蚀性是指金属材料抵抗周围介质（大气、水蒸气、有害气体、酸、碱盐等）腐蚀作用的能力。金属的耐腐蚀性与许多因素有关，如金属的化学成分、加工性质、热处理条件、组织状态及介质和温度等。 1） 电化学腐蚀： 2） 一般腐蚀 3） 晶间腐蚀 4） 点腐蚀 5） 应力腐蚀 6） 腐蚀疲劳 7） 腐蚀速度 8） 腐蚀率
2 抗氧化性：金属材料在室温或高温下抵抗氧化的能力。金属的氧化过程实际上是属于化
学腐蚀的一种形式。它可直接用一定时间内，金属表面经腐蚀之后重损失的大小，即用金属减重的速度表示。 3 化学稳定性：
系指金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。金属材料在高温下的化学稳定性叫作热稳定性。
【2】 工艺性能： 1 铸造性
2 切削加工型
3 焊接性
4 锻性
5 冲压性
6 顶锻性
7 冷弯性
8 热处理工艺性
【3】 物理性：
（1） 密度； （2）热比兴；
（3）电热性； （4）磁能性；
【4】 力学性： （1） 抗拉强度； （2） 抗弯强度；
（3） 抗压强度； （4） 抗剪强度；
（5） 抗扭强度； （6） 屈服；
（7） 屈服点； （8） 持久强度；
（9） 蠕变强度；（10）宠物清洗机 弹性； （11）韧性；
四 钢铁材料的应用
1：工业与民用建筑钢结构中的梁、柱构件。 2：工业构筑物的钢结构承重支架。 3：地下工程的钢桩及支护结构。 4：石油化工及电力等工业设备结构。 5：大跨度钢桥构件。
6：船舶、机械制造框架结构。 7：火车、汽车、拖拉机大梁支架。 8：港口传送带、高速公路档板支架。
五 钢铁材料在工业生产和国民经济发展中的重要性
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