钢材基础知识培训

2009.9钢铁基础知识（上）目录第1章钢铁行业、钢铁生产及其产品第2章钢铁材料中的常存元素及其对钢铁的影响第3章钢的分类与牌号第4章钢的热处理基础知识第5章金属材料机械性能基础知识第6章钢材标准及其常用术语第7章钢材交货状态第8章钢材缺陷术语第1章钢铁行业、钢铁生产及其产品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：使用范围最广泛的基础材料-钢1、铁是一种化学元素，它是地球中最多的元素，约占35%。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。无可替代的基础原材料——钢铁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。亿吨2000200120022003200420052006200720082009（上）生铁1.311.471.712.142.523.454.144.694.72.46粗钢1.281.511.822.222.733.524.214.895.022.67钢材1.311.571.942.402.973.824.715.655.83.00钢铁行业定义是以从事黑色金属矿物采选和黑色金属冶炼加工等工业生产活动为主的工业行业，包括金属铁、铬、锰等的矿物采选业、炼铁业、炼钢业、钢加工业、铁合金冶炼业、钢丝及其制品业等细分行业，是国家重要的原材料工业之一。此外，由于钢铁生产还涉及非金属矿物采选和制品等其他一些工业门类，如焦化、耐火材料、炭素制品等，因此通常将这些工业门类也纳入钢铁工业范围中。钢铁生产原材料钢铁生产的主要原材料包括铁矿石、锰矿石、铬矿石、石灰石、耐火黏土、白云石、菱铁矿等矿物的原矿及其成品矿，人造块矿，铁合金，洗煤、焦炭、煤气及煤化工产品，耐火材料制品，炭素制品等。铁矿石主要的炼铁原料，有磁铁矿“Fe3O4”、赤铁矿“Fe2O3”、褐铁矿“2Fe2O3.3H2O”、菱铁矿“FeCO3”。铁矿石中除铁的化合物外，还含有硅、锰、磷、硫等的化合物，这些统称为脉石。磁铁矿菱铁矿褐铁矿赤铁矿铁矿的品位铁矿的品位定级：含铁50%以上称之为富矿，（赤铁矿达70%）35%至50%为低品矿，25%至35%为贫矿，25%以下为超贫矿。中国约有97%的铁矿储备的品位低于35%，属于低品甚至是超贫矿。超贫铁矿在过去是没有什么开采价值的，因为开采成本高于销售的铁矿价格。全球铁矿石资源估计地质储量在8000亿吨以上，而探明储量为4000多亿吨。按现有生产水平，可供应近400年。铁矿资源主要集中于十多个国家，探明储量的90％分布在10个国家和地区。依次是：独联体（探明储量1140亿吨，其中俄罗斯800多亿吨）、巴西（680亿吨）、中国（500亿吨）、加拿大（360亿吨以上）、澳大利亚（350亿吨）、印度（175.7亿吨）、美国（174亿吨）、法国（70亿吨）、瑞典（36.5亿吨）。此外，英国、委内瑞拉、智利、利比里亚、南非等国储量亦较丰富。世界上铁矿产量第一的国家：澳大利亚。世界上最大的富铁矿：南极，可供全世界开发利用200年，矿石平均品位达32%～58%。世界三大铁矿石巨头：BHPBilliton必和必拓公司、CompanhiaValeDoRioDoce巴西淡水河谷公司、RioTinto力拓矿业公司。我国四大富铁矿基地：河北省武安市、海南昌江县、四川攀枝花和本溪。我国炼钢需要的铁矿石约75%依靠进口。焦炭作用：燃烧热为炼铁提供热源；不完全燃烧产生的CO气体作为还原剂，将铁从矿石中还原出来。冶金焦是高炉焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统称。由于90%以上的冶金焦均用于高炉炼铁，因此往往把高炉焦称为冶金焦。焦炭石灰石石灰石（CaCO3）、荧石（CaF2）。其作用是与铁矿石中的脉石结合形成低熔点、密度小、流动性好的熔渣，使之与铁液分离，以便获得较纯净的生铁液。炼钢用生石灰做造渣剂，消除或降低硫、磷等有害杂质。石灰石钢铁生产流程1.---采矿（获得铁矿石）2.---选矿（将铁矿石破碎、磁选成铁精粉）3.---烧结（将铁精粉烧结成具有一定强度、粒度的烧结矿）4.---冶炼（将烧结矿运送至高炉，热风、焦碳使烧结矿还原成铁水，并脱硫）5.---炼钢（在转炉内高压氧气将铁水脱磷、去除夹杂，变成钢水）6.---精练（进一步脱磷、去除夹杂，提高纯净度）7.---连铸（热状态下将钢水铸成具有一定形状的连铸坯）8.---轧钢（将连铸坯轧制成用户要求的各种型号的钢材，如板材、线材、管材等）。冶金用焙烧、熔炼、电解以及使用化学药剂等方法把矿石中的金属提取出来；减少金属中所含的杂质或增加金属中某种成分，炼成所需要的金属的工艺。冶金方法火法冶炼又称为干式冶金，把矿石和必要的添加物一起在炉中加热至高温，熔化为液体，发生化学反应，从而分离出粗金属，然后再将粗金属精炼。湿法冶金或电化学沉积用酸、碱、盐类等溶剂，以化学方法（包括氧化、还原、中和、水解及络合等反应）从矿石中提取所需金属组分，然后用水溶液电解等方法制取金属。主要应用在低本位、难熔化或微粉状的矿石。炼铁炼铁实质：是将铁从矿石中还原的过程即焦炭作燃料和还原剂，在高温下将铁矿石从氧化物状态（Fe2O3）还原为液态生铁。其反应原理：Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2炼铁方法：高炉炼铁炼铁的方法就是从炉顶加入矿石、焦炭和石灰石，从炉底部向炉内通入加压空气，在焦炭燃烧时，矿石、石灰石与焦炭一起发生反应，最终形成铁水和炉渣。炼铁原料：铁矿石、焦炭、溶剂（石灰石）等炼铁产品：生铁液、副产品有炉渣和炉气高炉结构横断面为圆形的炼铁竖炉。用钢板作炉壳，壳内砌耐火砖内衬。高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸5部分。炼铁过程炼铁系统高炉炼铁的特点是以焦炭为能源基础的传统炼铁方法。规模大，如新首钢世界最大高炉5500m3,宝钢高炉是4063m3,日产生铁超万吨，炉渣4000多吨，日耗焦4000多吨。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。炼钢炼钢实质：是通过氧化降低生铁中的碳与杂质元素的含量，使之达到标准规定的成分和性能；炼钢原料：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；炼钢过程：主要包括氧化、造渣、脱氧等；炼钢方法：目前炼钢方法主要有氧气顶吹转炉炼钢和电炉炼钢等；炼钢产品：钢水（经浇注成铸锭或连铸成钢坯）副产品：钢渣、炉灰、沉积物等转炉炼钢在转炉里进行。转炉的外形就像个梨，内壁有耐火砖，根据风口位置不同有侧吹转炉——风口在炉侧。底吹转炉——风口在炉底。顶吹转炉——风口在炉顶。转炉结构顶吹转炉转炉炼钢的特点使用的氧化剂是氧气。把空气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。在氧化的过程中放出大量的热量（含1%的硅可使生铁的温度升高200℃），可使炉内达到足够高的温度。因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。主要以生铁液为原料，加适量的废钢，其特点是生产率高、节省能源、成本低，适合于大型钢铁联合企业，主要生产各类普通用途的非合金钢（碳钢）。电炉炼钢电炉炼钢有电弧炉炼钢、感应炉炼钢等方法，常用的是电弧炉炼钢。它利用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉。它以转炉钢和废钢作原料、以铁矿石和纯氧作氧化剂，电弧炉冶炼温度高（可达2000℃），气体放电形成电弧时能量很集中，弧区温度在3000℃以上。能有效地除去硫、磷等杂质，炉温容易控制，能冶炼含有高熔点合金元素的合金钢；由于采用的炉料较纯净，冶炼过程容易调节，化学成分易控制，能够冶炼高级优质钢和合金钢。电弧炉结构电弧炼钢炉的炉体由炉盖、炉门、出钢槽和炉体组成，炉底和炉壁用碱性耐火材料或酸性耐火材料砌筑。电弧炉炼钢及其特点电弧炉炼钢是通过石墨电极向电弧炼钢炉内输入电能，以电极端部和炉料之间发生的电弧为热源进行炼钢。电弧炉以电能为热源，可调整炉内气氛，对熔炼含有易氧化元素较多的钢种极为有利。平炉炼钢以煤气或重油为燃料，在燃烧火焰直接加热的状态下，将生铁和废钢等原料熔化并精炼成钢液的炼钢方法。平炉炼钢自1864年法国人P.马丁利用有蓄热室的火焰炉，用废钢、生铁成功地炼出钢液起，直到1960年一直是世界上的主要炼钢方法，从20世纪60年代起平炉逐渐被氧气转炉和电炉炼钢所代替。平炉结构平炉由熔炼室、炉头、上升道、沉渣室、蓄热室、换向阀、烟道、烟囱等组成。熔炼室是平炉的中心部分，前面有装料炉门、后面底部有出钢口。熔炼室底部为熔池，是钢水聚集的地方。平炉炼钢的特点原料有废钢、废铁、铁矿石和溶剂（石灰石和生石灰）。平炉熔炼室内燃烧气体（炉气）中含有O2、CO2、H2O等氧化性气氛，对熔池起氧化作用，使炉渣始终有较高的氧化性。单靠炉气供氧，速度慢，加铁矿石或吹氧可加速反应过程。需要燃料从外部供给热量和使用预热空气燃烧燃料，以煤气或重油的火焰来加热生铁和废钢使之熔化，并精炼成钢水。要比转炉炼钢耗费能源。炉体庞大，冶炼时间长，炉墙散热损失和高温废气带走的热量大。炉渣介于炉气和钢液之间，是炉气向熔池传热和传氧的媒介，还有去除硫、磷等杂质，保护钢液不致过氧化和防止钢液吸收气体（H、N）等重要作用。因此，炉内应维持适量的渣量和渣层厚度，为造好渣，熔池中的铁水要保持适量的含碳量。能炼的钢种类比转炉多，质量也好。也可以吹进氧气加速精炼的速度与质量。中国最后一座平炉2005年1月7日,中国最后一座平炉——中信重型机械公司的2#平炉实施拆除，我国从此结束了平炉冶炼的历史。钢水炉外处理（炉外精炼）为了满足更高质量、更多品种的高级钢，对出炉后的钢水进行如吹氩处理、真空脱气、炉外脱硫等炉外处理。也叫二次冶金。初炼和精炼初炼：炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和主合金化。精炼：将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫，去除夹杂物和进行成分微调等。将炼钢分两步进行的好处是：可提高钢的质量，缩短冶炼时间，简化工艺过程并降低生产成本。炉外精炼的种类很多，大致可分为常压下炉外精炼和真空下炉外精炼。按处理方式的不同，又可分为钢包处理型炉外精炼及钢包精炼型炉外精炼等。广泛应用的炉外精炼方法目前得到公认并被广泛应用的炉外精炼方法有：LF法、RH法、VOD法：LF法：钢包炉精炼法。LF炉已成为炼钢炉与连铸机之间不可缺少的一种炉外精炼设备。RH法：循环法真空处理法。大容量钢包（＞80t）的钢水主要真空处理方法。VOD法：真空吹氧脱碳法一种在真空条件下吹氧脱碳并吹氩搅拌生产高铬不锈钢的炉外精炼技术。铸锭与连铸坯铸锭：钢液经盛钢桶（钢包）注入铸模，凝固成一定形状的钢锭。有压力浇铸和真空浇铸等新技术。连铸坯：钢液经盛钢桶（钢包）注入连铸机铸模，凝固成一定形状的连铸坯。得到钢锭或连铸坯后，可进行后续的塑性变形再加工（锻、轧、拉拔等）。炼钢过程钢铁产品是以铁元素（Fe）为基础组成成分的金属产品的统称，日常形态包括铁、粗钢、钢材、铁合金等。由于铁合金在钢铁工业生产过程中主要用做炼钢时的脱氧剂和合金添加剂，在管理和统计上通常将铁合金归入钢铁生产主要原材料而非钢铁产品。此外，钢丝、钢丝绳、钢绞线、铁丝、铁钉等钢丝及其制品属于钢铁产品的再加工产品，不属于金属基础产品。所以在统计上，钢铁产品仅包括生铁、粗钢、钢材三大类产品。生铁、熟铁、铸铁生铁——一般指