钢材产品知识培训手册

河南新亚实业-内部员工培训材料2012版河南新亚实业-内部员工培训材料2012版1培训手册河南新亚实业-内部员工培训材料2012版河南新亚实业-内部员工培训材料2012版2目录河南新亚实业-内部员工培训材料2012版河南新亚实业-内部员工培训材料2012版3一、钢铁基础知识一、原材料铁矿砂是制造铁、钢的原材料，即铁元素（Fe）在自然界中的存在形式，纯粹的铁在自然界中是不存在的，铁矿砂主要分为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿三种，这些都是铁的氧化物，不同之处在于它们的氧化方式。铁矿砂中的含铁量越高越好，理论上铁矿砂中的最高含铁量在72%左右，含铁量在60%以上称为富铁矿。铁矿砂先在熔炉内还原成铁（铣铁），再送入炼钢炉内脱碳精炼成钢，废钢也可在炼钢炉熔炼再生。一般钢铁依使用用途制成性质、形状各异的商品，既所谓的钢铁制品。通常钢铁制品是将铁矿石还原，熔解成铣铁（炼铣），铣铁精炼成钢（炼钢），钢再轧延、加工后制成各种钢铁制品，广义的钢铁制品包含铸铁、铸钢、锻造钢品及钢材加工的制品。在讨论钢铁的原料之前，我们先要弄清楚，究竟钢和铁有什么不同？是否有不同的成份呢？在日常生活上大家总是把钢和铁联在一起称为“钢铁”，可见钢和铁应该是一种物质才对；事实上，由科学的眼光来看，钢和铁是有少许不同的，它们的主要成份都是铁元素，只是所含的碳元素量不同。我们通常以碳的含量在2%以上的叫“生铁”，低于这个数值的叫“钢”。因此，在冶炼钢铁的过程中，含铁的矿石先在鼓风炉（高炉）中被冶炼成熔融生铁，而后熔融生铁再放到炼钢炉中精炼成钢。生产钢铁所需要的原料分成四大类来分别讨论：第一类讨论的是各种含有铁质的矿石原料；第二类是煤和焦炭；第三类则讨论在冶炼的过程中用来制造熔碴（slag）的熔剂（或称助熔剂flux），如石灰石等；最后一类是各种辅助原料，如废钢料（scrap）、氧气等。二、铁矿石种类及分布在理论上来说，凡是含有铁元素或铁化合物的矿石都可以叫做铁矿石。但是，在工业上或者商业上来说，铁矿石不但是要含有铁的成份，而且必须有利用的价值才行。就是在工业上对于铁矿石判定的标准是随着地区性的供求关系、工业技术水准的改变及交通运输的状况而改变的。以目前的标准来看，矿石中的平均含铁量大约在25%以上，才被称为有利用价值的铁矿石。铁是以化合物的状态存在于自然界中，尤其是以氧化铁的状态存在的量特别多。现在将几种比较重要的铁矿石提出来说明：（前三种是主要种类）（1）磁铁矿（Magnetite）是一种氧化铁的矿石，主要成份为Fe3O4，是Fe2O3和FeO的复合物，呈黑灰色，比重大约5.15左右，含Fe72.4%，O27.6%，具有磁性。（2）赤铁矿（Hematite）也是一种氧化铁的矿石，主要成份为Fe2O3，呈暗红色，比重大约为5.26，含Fe70%，O30%，是最主要的铁矿石。（3）褐铁矿（Limonite）这是含有氢氧化铁的矿石。它是针铁矿（Goethite）HFeO2和鳞铁矿（Lepidocrocite）FeO（OH）两种不同结构矿石的统称，多半是附存在其它铁矿石之中。（4）菱铁矿（Siderite）（5）铁的硅酸盐矿（SilicateIron）（6）硫化铁矿（Sulphideiron）。铁在地球表面，分布非常广泛，而且存量也极为丰富，几乎所有的岩石和动植物的残骸之中都含有少许铁的成份；根据地质学家的估计，地壳中大约有4～5%是铁的元素。虽然这许多含铁的物质中只有极少部份是具有价值的铁矿石，但是它的存量已经是极为丰富。对于地球上铁矿石贮存量的估计，目前没有一个可以确信的数字。目前已经被发现的主要产铁矿国有美国、加拿大、巴西、澳洲、南非、印度、法国、英国、瑞典、西班牙、苏俄、中国、委内瑞拉等；世界上三大铁矿石巨头为：澳大利亚必亚比拓，澳大利亚力拓和巴西淡水河谷。中国铁矿资源有两个特点：一是贫矿多，贫矿出储量占总储量的80%；二是多元素共生的复河南新亚实业-内部员工培训材料2012版河南新亚实业-内部员工培训材料2012版4合矿石较多。此外矿体复杂，有些贫铁矿床上部为赤铁矿，下部为磁铁矿。以下是我国的各大铁矿石矿区：（1）东北地区铁矿：（2）华北地区铁矿：（3）中南地区铁矿：（4）华东地区铁矿：三、钢材的生产工艺1、钢中的元素含碳2%以下的铁碳合金称为钢。碳素钢中的五元素是指化学成份中的主要组成物，即C、Si、Mn、S、P（碳、硅、锰、硫、磷）。化学元素对钢性能的影响1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能。4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。2、生产工艺2.1钢铁是怎样炼成的？炼钢的主要任务是按所炼钢种的质量要求，调整钢中碳和合金元素含量到规定范围之内，并使P、S、H、O、N等杂质的含量降至允许限量之下。炼钢过程实质上是一个氧化过程，炉料中过剩的碳被氧化，燃烧成CO气体逸出，其它Si、P、Mn等氧化后进入炉渣中。S部份进入炼渣中，部份则生成SO2排出。当钢水成份和温度达到工艺要求后，即可出钢。为了除去钢中过剩的氧及调整化学成份，可以添加脱氧剂和铁合金或合金元素。附图：钢铁联合企业工艺流程图：铁矿山采矿（爆破、粉碎）矿石选矿（浮选、磁选）脉石白灰精粉白云石烧结（竖炉、带式烧结机）煤粉球团矿，烧结矿河南新亚实业-内部员工培训材料2012版河南新亚实业-内部员工培训材料2012版5熔剂炼铁焦炭、焦化煤粉（高炉）（焦炉）铁水炉渣增碳剂、灰石、脱氧剂、炼钢（转炉、连铸）钢坯炉渣轧钢（轧机）线材管材棒材型材2.2转炉炼钢简介从鱼雷车运来的铁水经过脱硫、挡渣等处理后即可倒入转炉中作为主要炉料，另加10%以下的废钢。然后，向转炉内吹氧燃烧，铁水中的过量碳被氧化并放出大量热量，当探头测得达到预定的低碳含量时，即停止吹氧并出钢。一般在钢包中需进行脱氧及调整成份操作；然后在钢液表面抛上碳化稻壳防止钢水被氧化，即可送往连铸或模铸工区。对要求高的钢种可增加底吹氩、RH真空处理、喷粉处理（喷SI—CA粉及变性石灰）可以有效降低钢中的气体与夹杂，并有进一步降碳及降硫的作用。在这些炉外精炼措施后还可以最终微调成份，满足优质钢材的需求。2.3初轧模铸钢锭采取热装、热送新工艺，进入均热炉加热，然后通过初轧机及钢坯连轧机轧成板坯、管坯、小方坯等初轧产品，经过切头、切尾、表面清理，（火焰清理、打磨）高品质产品则还需对初轧坯进行扒皮和探伤，检验合格后入库。目前初轧厂的产品有初轧板坯、轧制方坯、氧气瓶用钢坯、齿轮用圆管坯、铁路车辆用车轴坯及塑模用钢等。初轧板坯主要供应热轧厂作为原料；轧制方坯除部份外供，主要送往高速线材轧机作原料。由于连铸板坯的先进性，初轧板坯的需求量大为削减，因此转向上述其它产品了。2.4热连轧用连铸板坯或初轧板坯作原料，经步进式加热炉加热，高压水除鳞后进入粗轧机，粗轧料经切头、尾、再进入精轧机，实施计算机控制轧制，终轧后即经过层流冷却（计算机控制冷却速率）和卷取机卷取、成为直发卷。直发卷的头、尾往往呈舌状及鱼尾状，厚度、宽度精度较差，边部常存在浪形、折边、塔形等缺陷。其卷重较重、钢卷内径为760mm。(一般制管行业喜欢使用。)将直发卷经切头、切尾、切边及多道次的矫直、平整等精整线处理后，再切板或重卷，即成为：热轧钢板、平整热轧钢卷、纵切带等产品。热轧精整卷若经酸洗去除氧化皮并涂油后即成热轧酸洗板卷。该产品有局部替代冷轧板的趋向，价格适中，深受广大用户喜爱。2.5冷连轧用热轧钢卷为原料，经酸洗去除氧化皮后进行冷连轧，其成品为轧硬卷，由于连续冷变形引起的冷作硬化使轧硬卷的强度、硬度上升、韧塑指标下降，因此冲压性能将恶化，只能用于简单变形的零件。轧硬卷可作为热镀锌厂的原料，因为热镀锌机组均设置有退火线。轧硬卷重一般在6~13.5吨，钢卷内径为610mm。一般冷连轧板、卷均应经过连续退火（CAPL机组）或罩式炉退火消除冷作硬化及轧制应力，达到相应标准规定的力学性能指标。冷轧钢板的表面质量、外观、尺寸精度均优于热轧板，且其产品厚度右轧薄至0.18mm左右，因此深受广大用户青睐。以冷轧钢卷为基板进行产品的深加工，成为高附加值产品。河南新亚实业-内部员工培训材料2012版河南新亚实业-内部员工培训材料2012版6如电镀锌、热镀锌、耐指纹电镀锌、彩涂钢板卷及减振复合钢板、PVC复膜钢板等，使这些产品具有美观、高抗腐蚀等优良品质，得到了广泛应用。冷轧钢卷经退火后必须进行精整，包括切头、尾、切边、矫平、平整、重卷、或纵剪切板等。冷轧产品广泛应用于汽车制造、家电产品、仪表开关、建筑、办公家具等行业。钢板捆包后的每包重量为3~5吨。平整分卷重一般为3~10吨/卷。钢卷内径610mm。大部分钢材加工都是通过压力加工，使被加工的钢（坯、锭等）产生塑性变形。根据钢材加工温度不同以分冷加工和热加工两种。钢材的主要加工方法有：轧制：分冷轧、热轧；是将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法，这是生产钢材最常用的生产方式，主要用来生产型材、板材、管材。锻造：利用锻锤的往复冲击力或压力机的压力使坯料改变成我们所需的形状和尺寸的一种压力加工方法。一般分为自由锻和模锻，常用作生产大型材、开坯等截面尺寸较大的材料。拉拨：是将已经轧制的金属坯料（型、管、制品等）通过模孔拉拨成截面减小长度增加的加工方法大多用作冷加工。挤压：是将金属放在密闭的挤压筒内，一端施加压力，使金属从规定的模孔中挤出而得到有同形状和尺寸的成品的加工方法，多用于生产有色金属材料。3、钢的力学性能3.1拉力试验按标准制备的拉力试样，安装在拉力试验机的夹头内，对试样缓慢施加单轴向拉伸应力，直至试样被拉断为止的试验称作拉力试验。3.1.1强度金属材料在外力作用下，抵抗变形和断裂的能力叫强度。强度指标包括：比例极限、弹性极限、屈服强度、抗拉强度等。3.1.2比例极限对金属施加拉力，金属存在着力与变形成直线比例的阶段，而这个阶段的最大极限负荷Pp除以试样的原横截面积即为比例极限，用σp表示。3.1.3弹性极限金属受外力作用发生了变形，外力去掉后，能完全恢复原来的形状，这种变形称为弹性变形。金属能保持弹性变形的最大应力称为弹性极限，用σe表示。3.1.4抗拉强度试样拉伸时，在拉断前所承受的最大负荷除以原横截面积所得的应力，称作抗拉强度，用σb表示。当材料所受的外应力大于其抗拉强度时，将会发生断裂。因此σb越高，则表示它能承受愈大的外应力而不致于断裂。国外标准的结构钢常按抗拉强度来分类，如SS400，其中400即表示σb的最小值为400MPa超高强度钢是指σb≥1373Mpa的钢。6.1.5屈强比屈强比即屈服强度与抗拉强度之比值（σs/σb）。屈服比值越高，则该材料的强度愈高，屈强比值愈低则塑性愈佳，冲压成形性愈好。如深冲钢板的屈强比值为≤0.65。弹簧钢一般均在弹性极限范围内服役，受载荷时不允许产生塑性变形，因此要