7、工业用钢优秀PPT.ppt
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1、工业用钢工业用钢黑色金属材料黑色金属材料 我国钢铁工业的状况我国钢铁工业的状况 我国很早就驾驭了炼铁的冶炼技术,我国很早就驾驭了炼铁的冶炼技术,东汉时就出现了冶炼和锻造技术,南北朝东汉时就出现了冶炼和锻造技术,南北朝时期就驾驭了灌钢法,曾在世界范围内处时期就驾驭了灌钢法,曾在世界范围内处于领先地位。于领先地位。但旧中国钢铁工业特殊落后,产量很但旧中国钢铁工业特殊落后,产量很低,从低,从18901890年建设的汉阳钢铁厂至年建设的汉阳钢铁厂至19481948年年的半个世纪中,钢产量累计到的半个世纪中,钢产量累计到200200万吨,万吨,19491949年只有年只有15.815.8万吨。万吨。我国
2、钢产量的发展状况我国钢产量的发展状况 新中国成立后,特殊是改革开放以来,我国的钢铁事业得到快速发展,1980年钢产量达到3172万吨,1990年达到6500万吨,1996年首次突破1亿吨大关,成为世界第一产钢大国,2005年产量达到3.4亿吨,占世界产量的1/3。2004年日本的粗钢产量为1.26亿吨,欧盟25国为1.93亿吨,美国为9854万吨。而我国为2.73亿吨。中国汽车产量183.2万辆,快速发展到2005年的576万辆,2006年可望突破700万辆,7年来平均年增长率为21.5%;中国汽车市场地位已由1999年世界排位第9位,上升到今年的第3位;2005年,中国汽车产量占世界当年产量
3、的8.58%,排名第4位。汽车用钢市场巨大汽车用钢市场巨大 优特钢还需发展优特钢还需发展我国汽车工业的持续快速发展,拉动了钢材需我国汽车工业的持续快速发展,拉动了钢材需求。据与会专家分析,求。据与会专家分析,20102010年,我国汽车用各年,我国汽车用各类钢材需求量将达到类钢材需求量将达到2159.32159.3万吨,其中钢板万吨,其中钢板1079.61079.6万吨;型钢万吨;型钢129.5129.5万吨;钢带万吨;钢带140.3140.3万吨;万吨;钢管钢管64.764.7万吨;碳素结构钢万吨;碳素结构钢187.8187.8万吨;合金万吨;合金结构钢结构钢207.2207.2万吨;弹簧钢
4、万吨;弹簧钢161.9161.9万吨;冷镦钢万吨;冷镦钢45.345.3万吨;易切削钢万吨;易切削钢19.419.4万吨;耐热钢万吨;耐热钢6.46.4万万吨;金属制品吨;金属制品21.521.5万吨;其它万吨;其它95.095.0万吨。万吨。而到而到20152015年和年和20202020年,我国汽车用钢材的需求年,我国汽车用钢材的需求量将增加到量将增加到2159.32159.3万吨和万吨和3581.93581.9万吨。万吨。随着我国汽车工业的不断发展,除了对随着我国汽车工业的不断发展,除了对钢材需求的增长外,对钢材品种质量提钢材需求的增长外,对钢材品种质量提出了更高要求出了更高要求 汽车零
5、部件用钢高纯净化、高强韧性、汽车零部件用钢高纯净化、高强韧性、高匀整化、高表面质量、超细晶化方向高匀整化、高表面质量、超细晶化方向发展发展 一、钢材及其生产过程一、钢材及其生产过程铁矿石铁矿石 生铁生铁 钢钢(钢锭钢锭)型材型材 铸铁铸铁1 1、生铁的冶炼、生铁的冶炼原料:铁矿石原料:铁矿石燃料:焦炭燃料:焦炭熔剂:石灰石熔剂:石灰石设备:高炉设备:高炉2 2、钢的冶炼、钢的冶炼原料:生铁、废钢原料:生铁、废钢燃料:焦炭燃料:焦炭熔剂:石灰石;氧化剂,脱氧剂熔剂:石灰石;氧化剂,脱氧剂设备:炼钢炉设备:炼钢炉(钢板、型钢、钢管)铁的生产过程铁的生产过程炼铁过程实质上是将铁从其自然形态炼铁过程实
6、质上是将铁从其自然形态矿石等含铁化合物中还原出来的过程。矿石等含铁化合物中还原出来的过程。炼铁方法主要有高炉法、干脆还原法、炼铁方法主要有高炉法、干脆还原法、熔融还原法等,其原理是矿石在特定的熔融还原法等,其原理是矿石在特定的气氛中(还原物质气氛中(还原物质COCO、H2H2、C C;适宜温度;适宜温度等)通过反应获得还原后的生铁。等)通过反应获得还原后的生铁。高炉 钢与生铁的区分:首先是碳的含量,理论上一般把碳含量小于2.11%称之钢,它的熔点在1450-1500,而生铁的熔点在1100-1200。在钢中碳元素和铁元素形成Fe3C固熔体,随着碳含量的增加,其强度、硬度增加,而塑性和冲击韧性降
7、低。碳钢是指碳的质量分数小于碳钢是指碳的质量分数小于2.112.11的铁碳合金。实际生产中运用的碳的铁碳合金。实际生产中运用的碳钢含有少量的锰、硅、硫、磷等元钢含有少量的锰、硅、硫、磷等元素,这些元素是从矿石、燃料和冶素,这些元素是从矿石、燃料和冶炼等渠道进入钢中的。杂质对钢的炼等渠道进入钢中的。杂质对钢的性能有重要的影响。性能有重要的影响。炼钢的基本任务和生产过程炼钢的基本任务和生产过程 炼炼钢钢的的基基本本任任务务是是脱脱碳碳、脱脱磷磷、脱脱硫硫、脱脱氧氧,去去除除有有害害气气体体和和非非金金属属夹夹杂杂物物,提提高高温度和调整成分。温度和调整成分。炼钢把生铁中的含碳量去除到规定范围,炼钢
8、把生铁中的含碳量去除到规定范围,并使其它元素的含量削减或增加到规定并使其它元素的含量削减或增加到规定范围的过程。范围的过程。简洁地说,是对生铁降碳、去硫磷、调简洁地说,是对生铁降碳、去硫磷、调硅锰含量的过程。这一过程基本上是一硅锰含量的过程。这一过程基本上是一个氧化过程,是用不同来源的氧来氧化个氧化过程,是用不同来源的氧来氧化铁水中的碳、硅锰等元素。铁水中的碳、硅锰等元素。1.1.钢中的成分钢中的成分(碳碳)炼钢的重要任务之一就是要把熔池中的碳氧化脱炼钢的重要任务之一就是要把熔池中的碳氧化脱除至所炼钢钟的要求。从钢的性质可看出碳也是除至所炼钢钟的要求。从钢的性质可看出碳也是重要的合金元素,它可
9、以增加钢的强度和硬度,重要的合金元素,它可以增加钢的强度和硬度,但对韧性产生不利影响。但对韧性产生不利影响。钢中的碳确定了冶炼、轧制和热处理的温度制度。钢中的碳确定了冶炼、轧制和热处理的温度制度。C0.8%C0.8%时,每增时,每增0.1%0.1%的碳的碳 钢的熔点降低钢的熔点降低6.50C6.50C 密度削减密度削减4kg/m34kg/m3 N N的溶解度降低的溶解度降低0.001%0.001%H H的溶解度降低的溶解度降低0.4 cm3/100g0.4 cm3/100g 2 2、磷、磷 对钢性能的影响对钢性能的影响对于绝大多数钢种来说磷是有害元素。钢中磷的对于绝大多数钢种来说磷是有害元素。
10、钢中磷的含量高会引起钢的含量高会引起钢的“冷脆冷脆”,即从高温降到,即从高温降到00以下,钢的塑性和冲击韧性降低,并使钢的焊接以下,钢的塑性和冲击韧性降低,并使钢的焊接性能与冷弯性能变差。性能与冷弯性能变差。磷是仅次于硫在钢的中偏析度高的元素,偏析很磷是仅次于硫在钢的中偏析度高的元素,偏析很难消退,从而严峻影响钢的性能,所以脱磷是炼难消退,从而严峻影响钢的性能,所以脱磷是炼钢过程的重要任务之一。钢过程的重要任务之一。磷在钢中是以Fe3P或Fe2P形式存在,但通常是以P来表达。不同用途的钢对磷的含量有严格要求:非合金钢中一般质量级钢P0.045%;优质级钢 P0.035%;特殊质量级钢 P0.0
11、25%;有的甚至要求 P0.010%。有些钢种:炮弹钢,需加P元素。3 3、钢中的硫钢中的硫 硫对钢的性能会造成不良影响,钢中硫含量高,会使钢的热加工性能变坏,即造成钢的“热脆”性。硫在钢中以FeS的形式存在,Fe与FeS组成的共晶体的熔点只有985。当钢中的S0.020%时,在1150-1200的热加工过程中,晶界处的共晶体熔化,钢受压时造成晶界裂开,即发生“热脆”现象。锰锰与与硫硫作作用用生生成成MnSMnS,纯纯MnSMnS的的熔熔点点为为16101610,它它们们能能有有效效的的防防止止钢钢热热加加工工过过程程的的“热脆热脆”。冶冶炼炼一一般般钢钢种种时时要要求求将将MnMn限限制制在
12、在0.4%-0.4%-0.8%0.8%。在在实实际际生生产产中中还还将将Mn/SMn/S比比作作为为一一个个指指标进行限制,标进行限制,Mn/SMn/S对钢的热塑性影响很大。对钢的热塑性影响很大。从从 低低 碳碳 钢钢 高高 温温 下下 的的 拉拉 伸伸 试试 验验 发发 觉觉 提提 高高Mn/SMn/S比比 可可 以以 提提 高高 钢钢 的的 热热 延延 展展 性性。一一 般般Mn/S7Mn/S7时不产生热脆。时不产生热脆。不同钢种对硫含量有严格的规定:不同钢种对硫含量有严格的规定:非合金钢中一般质量级钢非合金钢中一般质量级钢S0.045%S0.045%优质级钢优质级钢 S0.035%S0.
13、035%,特殊质量级钢特殊质量级钢S0.025%S0.025%在使碳等元素降到规定范围后,钢在使碳等元素降到规定范围后,钢水中仍含有大量的氧,是有害的杂水中仍含有大量的氧,是有害的杂质,使钢塑性变坏,轧制时易产生质,使钢塑性变坏,轧制时易产生裂纹。故炼钢的最终阶段必需加入裂纹。故炼钢的最终阶段必需加入脱氧剂脱氧剂(例如锰铁、硅铁和铝等例如锰铁、硅铁和铝等),以除去钢液中多余的氧以除去钢液中多余的氧 3 3、氧对钢性能的影响氧对钢性能的影响在在炼炼钢钢过过程程中中,向向熔熔池池供供入入了了大大量量的的氧氧气气,到到吹吹炼炼终点时,钢水中含有过量的氧。终点时,钢水中含有过量的氧。如如不不脱脱氧氧,
14、在在出出钢钢、浇浇铸铸中中,温温度度降降低低,氧氧溶溶解解度度降降低低,促促使使碳碳氧氧反反应应,钢钢液液猛猛烈烈沸沸腾腾,使使浇浇铸铸困困难难,得不到正确凝固组织结构的连铸坯。得不到正确凝固组织结构的连铸坯。4 4、锰、锰(Mn)(Mn)对钢能的影响对钢能的影响 锰锰的的作作用用是是消消退退钢钢中中硫硫的的热热脆脆倾倾向向,变变更更硫硫化化物的形态和分布以提高钢质;物的形态和分布以提高钢质;锰锰是是一一种种特特殊殊弱弱的的脱脱氧氧剂剂,在在碳碳含含量量特特殊殊低低、氧氧含含量量很很高高时时,可可以以显显示示出出脱脱氧氧作作用用,帮帮助助脱脱氧氧,提高他们的脱氧实力;提高他们的脱氧实力;锰锰还
15、还可可以以略略微微提提高高钢钢的的强强度度,并并可可提提高高钢钢的的淬淬透透性性能能,稳稳定定并并扩扩大大奥奥氏氏体体区区,常常作作为为合合金金元元素素生生成奥氏体不锈钢、耐热钢等。成奥氏体不锈钢、耐热钢等。5 5、硅、硅 (Si)(Si)对钢能的影响对钢能的影响 硅硅是是钢钢中中最最基基本本的的脱脱氧氧剂剂。一一般般钢钢中含硅在中含硅在0.17%-0.37%0.17%-0.37%。生生 产产 沸沸 腾腾 钢钢 时时,SiSi为为 0.03%-0.03%-0.07%0.07%,MnMn为为0.25%-0.70%0.25%-0.70%。硅硅能能提提高高钢钢的的机机械械性性能能,增增加加了了钢钢的
16、电阻和导磁性。的电阻和导磁性。6 6、铝、铝(Al)(Al)对钢能的影响对钢能的影响 铝是终脱氧剂,生产冷静钢时,Al多在0.005%-0.05%,通常为0.01%-0.03%。钢中铝的加入量因氧量而异,对高碳钢应少加些,而低碳钢则应多加,加入量一般为:0.3-1.0kg/t钢。铝加到钢中将与氧发生反应生成Al2O3,在出钢、冷静和浇铸时生成的Al2O3大部分上浮解除,在凝固过程中大量细小分散的Al2O3还能促进形成细晶粒钢。铝是调整钢的晶粒度的有效元素。二、二、钢的分类与编号钢的分类与编号钢碳素钢碳素钢(非合金钢)合金钢合金钢 1、低合金钢、低合金钢,1、按含碳量分低碳钢低碳钢 0.0218
17、%C 0.25%中碳钢中碳钢 0.25%C 0.6%高碳钢高碳钢 0.6%C0.60%)(C0.60%)。合金钢是指钢中除含有硅和锰脱氧元素外,还加有其他合金元素的钢。依据钢中合金元素含量的多少,又可分为低合金钢,中合金钢和高合金钢。一般合金元素总含量小于3%的为一般低合金钢,总含量为3%5%的为低合金钢,大于10%的叫高合金钢,总含量介于5%10%之间为中合金钢。按钢中所含有的主要合金元素不同可分为锰钢、硅钢、硼钢、铬镍钨钢、铬锰硅钢等。2 2、按脱氧程度和质量水平分类、按脱氧程度和质量水平分类 按按脱脱氧氧程程度度不不同同可可分分为为沸沸腾腾钢钢(不不经经脱脱氧氧或或微微弱弱脱脱氧氧)、半
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