全面读懂钢材知识


  • 一、什么是钢铁
  1. 1.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。其中除铁(Fe)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的、用量最大的金属材料。

  1. 2.钢的含义

        钢的碳含量为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SiMnCrNiMoVTi等。

  1. 3.生铁的含义

        含碳量在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。

  • 二、钢铁生产工艺
  1.  1.钢铁冶炼

现代钢铁冶炼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。

  1.  2. 钢铁联合企业

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。

  • 三、炼铁原料及工艺
  1.  1.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)、溶剂(石灰石和白云石)。冶炼一吨生铁大概需要品味为63%的铁矿石1.60-1.65吨,0.3-0.6吨焦炭,0.2-0.4吨溶剂。

  1.  2.炼铁工艺

高炉炼铁是以焦炭为能源基础的传统炼铁方法。它与转炉炼铁相配合,是目前生产炼铁的主要方法。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还原为液态生铁。

  1.  3.炼铁过程

   冶炼过程中,炉料(矿石、溶剂、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,周期地从高炉中排出。上升过程中,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。

  • 四、炼钢原料与工艺
  1. 1.炼钢任务

脱碳—脱磷—脱硫—脱氧—脱氮、氢等—去除非金属夹杂物—合金化—升温—凝固成型

  1. 2.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、溶剂(石灰石)、脱氧剂(硅铁、锰铁、铝等)、合金料等。

  1. 3.炼钢工艺

铁水预处理—转炉或电弧炉炼钢—炉外精炼(二次精炼)—连铸

  • 五、炼钢工艺
  1.   1.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:简化工序、节能。铸坯切头率降低、金属收得率比模铸高7-12%。高效凝固。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未液态的铸坯。铸坯下部与伸入结晶器底部的引锭杆衔接,浇注开始后,拉胚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,由输送道运出。

  1.  2. 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。

  • 六、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

  1. 1.屈服点

     钢材或试样在拉伸时,当应力超过弹性极限时,即使应力不再增加,而钢材或试样仍继续发生明显的塑性形变,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。

  1. 2.屈服强度

有的金属材料的屈服点屈服点及不明显,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。

  1. 3.抗拉强度

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。

  1. 4.伸长率

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。

  1. 5.屈强比

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

  1. 6.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。

  • 七、影响钢铁性能的因素

化学成分对钢铁性能的影响

  1.  1. 

碳是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。因此结构用钢的碳含量一般不超过0.22%,对焊接结构应低于0.2%

  1.   2.

     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%

  1.   3.

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、冷弯性能和可焊接性无明显不良影响,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。

  1.  4. 钒、铌、钛

钒、铌、钛都能使钢材品粒细化。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。

  1.  5. 氧、氮

     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。

  • 八、钢铁的分类
  1.   1.按品质分类

普通钢(P<=0.045%,S<=0.05%

优质钢(PS<=0.035%

高级优质钢(P<=0.035%,S<=0.03%

  1.   2.按化学成分分类

碳素钢

  1. 低碳钢(C<=0.25%
  2. 中碳钢(C<=0.25-0.6%
  3. 高碳钢(C<=0.6%

合金钢

  1.  低合金钢(合金元素总含量<=5%
  2.  中合金钢(合金元素总含量>5-10%
  3.  高合金钢(合金元素总含量>10%)