钢材基础知识与市场概况

第一部分钢材基础知识 1.钢材的性能和分类 /1 1.1钢材机械性能介绍 /1 1.2钢材的分类 /2 2.钢铁生产工艺 /4 2.1冶炼原料 /4 2.2炼铁工艺 /4 2.3炼钢 /5 2.4连铸 /5 2.5轧钢 /5 3.螺纹钢的生产工艺和用途 /6 3.1螺纹钢的生产工艺 /6 3.2螺纹钢的特性与质量 /7 3.3螺纹钢的用途 /8 4.线材的生产工艺和用途 /9 4.1线材的生产工艺 /9 4.2线材的特性与质量 /10 4.3线材的用途 /11第二部分我国钢材市场情况 1.二十一世纪以来我国钢铁行业 发展概况 /12 1.1钢铁生产实现跨越式增长， 占全球产量比重不断提高 /12 1.2钢材消费大幅增长， 是全球钢材消费的主要动力 /13 1.3钢材出口持续增加、进口下降， 2006年实现净出口 /13 2.我国螺纹钢市场 /15 2.1产量及分布 /15 2.2消费量及主要消费领域 /16 2.3进出口情况 /17 2.4流通特点 /17 3.我国线材市场 /18 3.1产量及分布 /18 3.2消费量及主要消费领域 /19 3.3进出口情况 /20 3.4流通特点 /20 4.钢材价格变化情况与影响因素 /21 4.1钢材价格变化情况 /21 4.2影响钢材价格变化的因素分析 /22钢材基础知识与市场概况(2009版)第一部分钢材基础知识1.钢材的性能和分类进入青铜时代以来，人类与金属材料及其制品的关系日益密切，可以说没有金属材料就没有人类的物质文明。在人类使用的所有金属材料中，钢铁是使用量最大、使用范围最广泛的基础材料。其主要原因是：1.铁的储藏量仅次于铝，且大多以巨大的铁矿床存在于自然界中；2.铁矿石的冶炼和加工与其他金属的生产相比，具有生产规模大、效率高、质量好、成本低等显著的优势；3.钢铁具有良好的物理、机械和工艺性能；4.将镍、铬、钒、锰等金属作为合金元素加入铁中，可获得具有各种性能的金属材料；5.钢铁通过热处理能调整其机械性能，可以满足国民经济各方面的需要；6.钢铁具有良好的可回收性。尽管钢铁也存在较容易锈蚀、密度较大等缺点，但纵观材料的物理、机械和工艺性能，及其技术性、经济性和可回收性等因素，在人类未来发展的相当长时期内，钢铁的基础原材料地位仍无可替代。1.1钢材机械性能介绍钢铁是以铁为基础，以碳为主要添加元素的铁碳合金。含碳量低于2.11%的铁碳合金称为钢，其他主要元素还有硅、锰、硫、磷等。钢具有良好的物理、机械和工艺性能，主要表现在以下六个方面：1.屈服点(σs)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。 2.屈服强度(σ0.2)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σ0.2。3.抗拉强度(σb)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。4.伸长率(δs)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。5.屈强比(σs/σb)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。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。1.2钢材的分类钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下七种：1.按品质分类 (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%)2.按化学成份分类 (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%)。3.按成形方法分类 (1)锻钢；(2)铸钢；(3)热轧钢；(4)冷拉钢。4.按用途分类 (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：(a)调质结构钢；(b)表面硬化结构钢：包括渗碳钢、渗氨钢、表面淬火用钢；(c)易切结构钢；(d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。 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。5. 综合分类 (1)普通钢 a.碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.特定用途的普通结构钢12 (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。 6. 按冶炼方法分类 (1)按炉种分 a.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。 b.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。 7. 按金相组织分类 (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+渗碳体)。 (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2.钢铁生产工艺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。一个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。钢铁生产工艺流程图炼铁炼钢轧钢主要产品型钢轧制钢轨钢板桩型钢棒材棒线材中厚板热轧板卷或薄板冷轧板卷或薄板焊管无缝管铸钢件棒线材轧制中厚板轧制热轧板卷轧制冷连轧机焊管无缝管轧制连铸小方坯直接轧制HDR大方坯板坯球团铁矿石高炉(BF)氧气转炉(BOF)石灰石废钢加热炉电弧炉(EAF)铁水烧结矿焦炭2.1冶炼原料原料是高炉冶炼的物质基础，精料是高炉操作稳定顺行，获得高产、优质、低耗及长寿的基本保证。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。2.2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。346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，成份逐渐变化，最后形成高炉煤气从炉顶排出。2.3炼钢钢与生铁都是以铁元素为主，并含有少量碳、硅、锰、磷、硫等元素的铁碳合金，二者差别就是C元素的含量。炼钢的主要任务包括以下几项：(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。炼钢工艺主要包括：(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。2.4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。2.5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：(1)加热炉；(2)粗轧；(3)中轧；(4)精轧；(5)精整。3.螺纹钢的生产工艺和用途3.1螺纹钢的生产工艺螺纹钢是表面带肋的钢筋，亦称带肋钢筋，通常带有2道纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋。横肋的外形为螺旋形、人字形、月牙形3种。用公称直径的毫米数表示。带肋钢筋的公称直径相当于横截面相等的光圆钢筋的公称直径。钢筋的公称直径为8-50毫米，推荐采用的直径为8、12、16、20、25、32、40毫米。带肋钢筋在混凝土中主要承受拉应力。带肋钢筋由于肋的作用，和混凝土有较大的粘结能力，因而能更好地承受外力的作用。带肋钢筋广泛用于各种建筑结构、特别是大型、重型、轻型薄壁和高层建筑结构。螺纹钢是由小型轧机生产的，小型轧机的主要类型分为：连续式、半连续式和横列式。目前世界上新建和在用的以全连续式小型轧机居多。当今流行的钢筋轧机有通用的高速轧制的钢筋轧机和4切分的高产量的钢筋轧机。棒材(螺纹钢)轧制工艺及设备示意图连续小型轧机所用坯料一般是连铸小方坯，其边长一般为130～160mm，长度一般在6～12米左右，坯料单重1.5～3吨。轧制线多为平-立交替布置，实现全线无扭转轧制。根据不同坯料规格和成品尺寸有18、20、22、24架的小型轧机，18架为主流。目前，棒材轧制多采用步进式加热炉、高压水除鳞、低温轧制、无头轧制等新工艺，粗轧、中轧向适应大坯料及提高轧制精度方向发展，精轧机主要是提高精度和速度(最高18m/s)。产品规格一般为10-40mm，也有6-32mm或12-50mm的。生产的钢种为市场大量需要的低中高碳钢、低合金钢；最高轧制速度为18m/s。其生产工艺流程如下：(1)步进式加热炉；(2)粗轧机；(3)中轧机；(4)精轧机；(5)水冷装置；(6)冷床；(7)冷剪；(8)自动计数装置；(9)打捆机；(10)卸料台架。HF-HX钢铁有限公司连续小型车间平面布置1-步进式加热炉(80t/h)；2-粗轧机组(6架悬臂式轧机，685mm/510mm，H/V布置)；3-中轧机组(6架470mm短应力线轧机，H/V布置)；4-精轧机组(6架370mm短应力线轧机，H、V和H/V布置