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1、钢铁行业基础知识概述,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
2、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,09年我国企业粗钢产量超新日铁跃居世界第2、3、4,新日铁公司09年全年母公司的粗钢产量预计仅为2400万吨规模，包括子公司在内的整个集团也不会超过3000万吨。武汉钢铁集团 3030万吨，位居第四。宝钢集团 3887万吨，位居第三。河北钢铁集团 4020万吨，位居第二。安赛乐米塔尔 7320万吨，继续位居全球钢铁企业
3、粗钢产量第一置；108个上榜企业中，51个来自中国。中国09年汽车销量已突破1200万辆，居世界第一。另一方面，日本由于各大汽车厂商纷纷大幅减产，建筑业也处于低迷状态，粗钢产量较上年度减少近30%，为1971年以来的最低水平。新日铁位居第六，2760万吨。韩国浦项位居第五，产量为2950万吨。7.江苏沙钢集团：2639万吨8.山东钢铁集团：2638万吨9.日本JEF钢铁公司：2628万吨10.塔塔钢铁公司：2190万吨,2008 2009,安赛乐米塔尔公司10330万吨 7320新日本制铁公司 3688万吨 2760宝钢集团 3544万吨 3898韩国浦项制铁公司 3470万吨 2950日本J
4、EF钢铁公司 3380万吨 2628河北钢铁集团 3328万吨 4020 武汉钢铁集团 2773万吨 3030 塔塔钢铁公司 2439万吨 2190江苏沙钢集团 2330万吨 2639 美国钢铁公司 2322万吨,1印度安赛乐米塔尔2日本新日铁 3宝钢集团5日本JFE 6河北钢铁集团7武汉钢铁9江苏沙钢集团,2008年世界钢企粗钢产量排名,据国际钢铁协会统计数据，2009年以来，中国单月粗钢产量均占全球粗钢产量的40%以上。09年7月中国粗钢产量达0.51亿吨，同比增长12.6%，占全球当月粗钢产量的50%。虽然7月全球粗钢产量同比下降11.1%至1.04亿吨，但主要粗钢生产国中国、日本、德国
5、、美国、巴西、土耳其、俄罗斯和乌克兰的粗钢产量均达到2009年以来月产量最高值。,2009年我国国内钢材消费增长8000万吨，考虑到2010年钢材需求增长5000万吨，可以认为这两年我国钢材市场可能是最后一波强势需求上涨。但毕竟离钢材消费饱和点近了。几年后中国钢材消费将进入低增长阶段。2010 年我国实际粗钢产量预计将达到6.4亿吨。由于目前的钢材社会库存已创历史新高。至少明年上半年我国钢材市场仍面临新增产能和社会库存居高不下的压力。粗钢消费增加将超过8000万吨。,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、
6、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。黑色金属：包括铁、锰、铬及它们的合金。有色金属：除铁、锰、铬以外的八十三种金属都叫做有色金属。,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、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿。铁矿石中除铁的化合物外，还
7、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,磁铁矿“Fe3O4”,因其本身具有强磁性而命名，其化学式为Fe3O4,理论含铁量为72.4%。一般来说，开采出来的磁铁矿含铁量为30%-60%。通常当含铁量大于45%，粒度大于5-8mm时，可以直接供高炉冶炼，称为富矿；粒度小于5-8mm的称为富矿粉，可以供烧结造块。当含铁量低于45%，或者含有有害杂质数量超过规格值时，必须经过选矿获得精矿去杂后造块。,磁铁矿,赤铁矿“Fe2O3”,为无水氧化铁矿石，其化学式为Fe2O3，理论含铁量为70%。开采出的赤铁矿含铁量一般为40%60%，含有害杂质硫和磷比较少，还原较磁铁
8、矿好，因此，赤铁矿是一种比较优良的炼铁原料。在自然界中经常形成巨大的矿床，从埋藏和开采量来说，它都是工业生产的主要矿石。密度为4.85.3g/cm3。钢灰色和铁黑色条痕暗红色，其它形式赤铁矿为暗红色。片状赤铁矿表面有金属光泽、明亮如镜者称镜铁矿，细小片状的称云母片状赤铁矿，红土状赤铁矿叫铁赭石。,赤铁矿,褐铁矿“2Fe2O33H2O”,外表颜色为黄褐色、暗褐色和黑色，黄褐色条痕，密度3.04.2g/cm3。富矿很少，一般品位3755%。当品位低于35%时需要选矿。褐铁矿的含铁量虽低于磁铁矿和赤铁矿，但因它较疏松，易于冶炼，所以也是重要的铁矿石。世界著名矿产地是法国的洛林、德国的巴伐利亚、瑞典等
9、地。,褐铁矿,菱铁矿“FeCO3”,是含有碳酸铁的矿石，主要成份为FeCO3，理论含铁量48.2%。比重3.9g/cm3左右FeCO3，FeO 62.01%，CO2 37.99%，常含Mg和Mn。在自然界中，有工业开采价值的菱铁矿比其他三种矿石都少。菱铁矿很容易被分解氧化成褐铁矿。一般含铁量不高，但受热分解出CO2以后，不仅含铁量显著提高而且也变得多孔，还原性很好。,菱铁矿,矿石的品位,矿石品位指单位体积或单位重量矿石中有用组分或有用矿物的含量。矿产品位是衡量矿床经济价值的主要指标。一般以重量百分比表示（如铁、铜、铅、锌等矿），克吨表示（如金、银等矿），克立方米表示（如砂金矿等），克升表示（如
10、碘、溴等化工原料矿产）。,铁矿石的品位,铁矿的品位定级：含铁45%以上称之为富矿，（赤铁矿达70%）35%至45%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。但是,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
11、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：BHP Billiton必和必拓公司、Companhia Vale Do Rio Doce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
12、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,炼焦生产流程,炼焦作业是将焦煤经混合，破碎后加入炼焦炉内经干馏后产生热焦碳及粗焦炉气之制程。,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,烧结生产流程,烧结作业系将粉铁矿，各类助熔剂及细焦炭经由混拌、造粒后，经由布料系统加入烧结机，由点火炉点燃细焦
13、炭，经由抽气风车抽风，完成烧结反应，高热之烧结矿经破碎冷却、筛选后，送往高炉作为冶炼铁水之主要原料,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.-炼铁（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.-精炼（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）。,从矿石到钢材,炼铁阶段,炼钢阶段,轧制阶段,钢材成品,冶金,用
14、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（干式冶金）湿法冶金或电化学沉积粉末冶金,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。典型的湿法冶金有铜、铅、锡、锌、钛、锰、钒、金、银、铂、钨、钼、钽、铌、钴、镍、稀
15、土等。水法炼铜湿法冶金术的先驱,粉末冶金,是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料以及各种类型制品的工艺技术。例如硬质合金刀具等。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方（1）备粉和配粉（2）通常加入增塑剂和粘接剂。（3）成型（压制等）（4）烧结。在保护气氛的高温炉或真空炉中进行。烧结不同于金属熔化，烧结时至少有一种元素仍处于固态。烧结过程中粉末颗粒间通过扩散、再结晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化学过程，成为具有一定孔隙度的冶金产品。（5）后处理。一般情况下，烧结好的制件可直接使用。但对于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨性的制件还要进行烧
16、结后处理。后处理包括精压、滚压、挤压、淬火、表面淬火、浸油、及熔渗等。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。,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
17、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,高炉生产流程,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、
18、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；,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、
19、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。
20、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
21、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
22、。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。炉外精炼技术是以冶金过程物理化学为理论基础的。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
23、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。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。,LF法钢包炉精炼法,LF装置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
24、主要真空处理方法。,宝钢股份宝钢分公司二炼钢5号RH真空脱气装置,宝钢股份宝钢分公司一炼钢4号RH真空脱气装置,韩国现代RH真空脱气装置,世界首次使用液压提升装置，顶枪装置带摄像头 300t,世界最大抽气能力1500kg/h 蒸汽泵水环泵300t,国内首次提出双工位概念295t,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
25、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。,铁、钢,铁是钢铁产品的“初级产品”，经过进一步冶炼就可得到钢，二者主要根据铁基产品中含碳量多少来区别。“钢是以铁为主要元素、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。（在铬钢中含碳量可能大于2%，但
26、2%通常是钢和铸铁的分界线。）”摘自GB/T13304.1-2008。铁经冶炼直接得到的产品为粗钢，固体状态称钢坯或钢锭,钢铁材料的生产过程,铁矿石 生铁 连铸钢坯、铸锭 型材,铸铁,轧制、挤压、拉拔、锻造等压力加工方法,1、生铁的冶炼原料：铁矿石燃料：焦炭熔剂：石灰石设备：高炉,2、钢的冶炼原料：生铁、废钢燃料：焦炭熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂设备：转炉、电弧炉,（长材、板材、管材等）,钢材的主要加工方法,粗钢通过铸、轧、锻、挤等方法处理加工后成为钢材。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。根据钢材的再结晶温度分冷加工和热加工两种。再结晶经塑性变形的钢材在温度
27、作用下，其原来的变形晶粒发生等轴细化的现象。钢材的主要加工方法轧制锻造拉拨挤压,钢铁生产及其产品,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（钢液经盛钢桶（钢包）注入连铸机铸模，凝固成一定形状）或钢锭（钢液经盛钢桶（钢包）注入铸模，凝固成一定形状），经轧、锻、拉、挤等塑性变形方法加工成各种用途的钢材。,轧制,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。分冷轧、热轧。轧辊表面：平直、斜锥、弧形、孔型等,轧板,轧棒,轧管,锻造,利用
28、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。,模锻,镦粗,拔长,胎模锻,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型材或成品的加工方法，多用于生产有色金属材料。,正,反,复合,径向,钢材,钢材是钢铁工业为社会生产和生活提供的最终产品的主要形式。由于钢材产品品种、规格复杂多样，为了适应统计、生产、营销、库存等多方面管理的需要，国际上通常将钢材分为长材(也称
29、“型材”)、扁平材(也称“板带材”或“钢板”)、钢管(也称“管材”)和其它（金属制品）等四大类。,长材(也称“型材”),轨道钢重轨每米重量大于30公斤，30公斤及以下为轻轨。钢板桩主要包括薄板桩、组合支撑桩和管状支承桩等。大型型钢是指高度不小于80毫米的I型钢(工字钢)、H型钢、U型钢(槽钢)、角钢、Z字钢、丁字钢、T型钢等。中小型型钢是指高度小于80毫米的I型钢(工字钢)、H型钢、U型钢(槽钢)、角钢、T型钢以及球扁钢、窗框钢等。冷弯型钢是指用钢板或带钢在冷状态下弯曲成的各种断面形状的成品钢材，,轨道钢,C0.65-0.77Si0.15-0.35Mn1.1-1.3P0.04S 0.04 热轧
30、热处理,钢板桩,钢板桩的连接,C型钢,C型钢生产设备,型钢种种,船用型钢,型钢车轮,型钢花键,冷弯彩色型钢,冷弯型钢,是一种经济的截面轻型薄壁钢材，也称为钢制冷弯型材或冷弯型材。它是以热轧或冷轧带钢为坯料经弯曲成型制成的各种截面形状尺寸的型钢。是制作轻型钢结构的主要材料。它的壁厚不仅可以制得很薄，而且大大简化了生产工艺，提高生产效率。,用途：建筑结构、车辆制造，农业机械制造、矿山、交通运输、桥梁、石油化工、轻工、电子等工业。,彩钢瓦,棒材是指产品断面形状为圆形、方形、扁形、六角形、八角形等简单断面，并以直条交货的钢材(混凝土用钢筋除外)。盘条(线材)是指热轧后成盘状交货的产品，又称线材，其横截
31、面通常为圆形、椭圆形、方形、矩形、六角形、八角形、半圆形等。在产量统计中，还包括企业自用于拔制钢丝的线材，但切断的直条列入型钢。钢筋是指钢筋混凝土用钢材和预应力钢筋混凝土用钢材，横截面为圆形，有时为带有圆角的方形，包括光圆钢筋、带肋钢筋、扭转钢筋等。,分类根据断面形状分,简单断面型钢复杂断面型钢(异型钢)周期断面,简单断面,特点：过断面周边上任意点作切线一般不交于断面之中。主要有：圆钢、方钢、六角钢、扁钢、三角钢、弓形钢和椭圆钢等。,复杂断面,包括角钢、工字钢、槽钢、T字钢、H型钢、Z型钢、钢轨、钢板桩、窗框钢及其他杂形断面型钢,周期断面,沿钢材长度方向断面的形状和尺寸发生周期性改变。例如螺纹
32、钢筋、车轴和犁铧钢等,扁平材,是指厚度与宽度、长度比相差较大的平板钢材，用“厚宽长”表示产品规格；按生产方法可分为热轧钢板、冷轧钢板。厚钢板是指厚度大于4毫米的钢板，其中厚度50毫米及以上的为特厚钢板，主要用于造船、锅炉、桥梁和高压容器壳体等；厚度450毫米的为中厚钢板。薄钢板是指厚度不大于4毫米的钢板，按轧制工艺分为热轧薄钢板和冷轧薄钢板钢带(带钢)是一种宽度一定呈长带状的钢材，大多卷成卷状，也称带钢。宽度600毫米及以上的为宽钢带，宽度小于600毫米的为窄钢带。,镀锡板俗称“马口铁”，是指表面镀有一薄层金属锡的钢板。镀锌板是指表面镀有一层锌的钢板。有机涂层钢板是指以镀锌板、镀铝板、镀锌铝合
33、金板、冷轧板等作为基体材料，表面涂上一或两层有机涂料（如环氧酯、聚酯、丙烯酸脂、塑料溶胶等）或者覆上一层塑料薄膜而得到的产品，可以制成不同的颜色或压出花纹，也叫彩色钢板。电工钢板又称“硅钢片”、“矽钢片”，是指一种含碳量极低的硅铁软磁合金，一般硅含量为0.5%4.5%,涂镀产品,为防止钢材腐蚀，对钢材表面涂镀是现今使用得最长久，最广泛，最有效的方式，其中对冷轧薄钢板涂镀应用得最普遍：镀类：镀锌、镀铝、镀锡、涂类：彩色有机涂层,电工钢板,一般有硅钢片等通过冲裁获得叠片,管材,是指两端开口并具有中空断面、长度与周边之比较大的钢材，规格用外形尺寸（如外径或边长）及壁厚表示。无缝钢管指由整块金属制成的
34、表面无接缝的钢管，按生产方法可分为热轧管、冷轧管、冷拔管、挤压管按断面形状可分为圆形和异形两种，按壁厚不同可分为厚壁管和薄壁管。焊接钢管指用钢带或钢板弯曲变形为圆形、方形等形状后焊接形成的、表面有接缝的钢管。按焊接方法不同可分为电弧焊管、高频或低频电阻焊管、气焊管、炉焊管、邦迪管等，按焊缝形状可分为直缝焊管和螺旋焊管。,无缝钢管的开创者,德国曼内斯曼兄弟1885年发明斜轧穿孔技术德国专利DRP 34617,分类,按生产方式不同分：热轧管、冷轧管、冷拔管、挤压管、顶管。按横截面积形状不同分：（1）简单断面钢管圆形钢管、方形钢管、椭圆形钢管、三角形钢管、六角形钢管、菱形钢管、八角形钢管、半圆形钢圆
35、、其他（2）复杂断面钢管不等边六角形钢管、五瓣梅花形钢管、双凸形钢管、双凹形钢管、瓜子形钢管、圆锥形钢管、波纹形钢管、表壳钢管、其他,钢铁冶炼生产成本,炼铁工艺的生产成本构成主要为原材料（球团、铁矿石等）、辅助材料（石灰石、硅石、耐火材料等）、燃料及动力（焦炭、煤粉、煤气、氧气、水、电等）、直接工资和福利、制造费用、成本抵扣（煤气回收、水渣回收、焦炭筛下物回收等）,钢铁冶炼生产成本,炼钢工艺的生产成本构成主要为生铁、废钢、合金、电极、耐火材料、辅助材料、电能、维检和其他等费用。中国目前主要的炼钢设备为转炉和电炉，基于冶炼原理的不同，转炉和电炉在主要的原料（生铁、废钢）配比有一定的差异，转炉工艺
36、废钢得使用量约10%，而电炉工艺废钢的使用量可占到80。,钢材成本,以螺纹钢为例铁矿石1.55吨+焦炭340kg+喷吹煤粉130kg+烧结矿煤焦65kg+加工费（折旧、财务费用、人工等其他费用）=1吨生铁；985kg生铁+100kg生铁矿+铁合金10kg+加工费=1吨钢坯1.03吨钢坯+加工费=1吨螺纹钢增值税17%以焦煤800-1100，焦炭1200计算，生铁成本约1800，钢坯约2400，螺纹钢成本约2700，加上税后3100（2008年统计）原料品级不同，钢厂大小不同，费用成本不一，例子仅为平均水平,影响钢材价格因素,（1）经济状况（2）成本状况（3）技术水平（4）供求状况及预期（5）国
37、际钢铁价格走势,（1）经济状况,从全球看，钢铁需求量随着世界经济的发展继续增长，从一个国家来说，钢铁行业的发展也与这个国家经济的发展成正相关的关系。经济增长速度的快慢直接影响社会对钢铁量的消费需求，从而影响钢铁产品的价格。可以说，钢铁行业发展受经济周期的影响是比较明显的，当国民经济处于快速增长时期，钢铁产品的市场需求旺盛，价格上涨；当国民经济进入调整时期，钢铁产品的价格也将随之下跌。,（2）成本状况,目前世界钢产量的23、我国钢产量的绝大部分是以铁矿石为基本原料生产的因此，铁矿石价格的变化是影响钢铁产品生产成本的关键因素。同时，钢铁行业生产经营过程中耗用的水、电、煤气等能源以及钢铁产品货物的运
38、输也构成了钢铁行业的经营成本及盈利能力。,（3）技术水平,技术水平是影响钢铁产品价格的重要因素之一。技术进步对钢铁产品价格的影响主要来自三个方面：一是对生产工艺的影响，进而对生产成本的影响；二是技术进步导致钢铁替代品的产生，从而减少对钢铁的需求；第三，技术进步导致钢铁产品对其他材料的替代，从而增加对钢铁的需求。,（4）供求状况及预期,任何商品的市场价格与供求状况有着密切的关系，钢铁产品也不例外，因此投资者，就应该密切注意钢铁产品的供求状况，分析钢铁的价格走势,（5）国际钢铁价格走势,国内相关钢材的价格与国际市场有着千丝万缕的联系，所以关注国际钢材现货市场价格变化和相关已推出钢材期货交易的交易所
39、公布的钢材价格，对于把握我国钢材价格走势不无裨益。,第2章 钢中常存元素及其对钢的影响,常存元素：Si,Mn,P,S1.有益元素,Si 有很强的固溶强化作用,能脱氧。,Mn 脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。,2.有害元素:,P 有很强的固溶强化作用,低温 韧性差(冷脆)。,S 能引起钢在热加工时或高温工作下开裂(热裂/热脆)。,一般说来，钢的质量主要看P、S含量的高低，愈是优质高级的钢种，其P、S含量愈低。,气体元素:,N：钢中过饱和N在常温放置过程中会发生时 效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除时效 倾向。O：钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。H：原子态的过饱和氢时将降低韧性,引起氢 脆。当氢在
40、缺陷处以 分子态析出时，会产 生很高内压，形成微 裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。,第3章 金属材料机械性能基础,机械零件和工具所用金属材料的使用性能一般指力学性能（机械性能）：力学性能是指材料在承受外力作用下所显示的性能，它包括强度、刚度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳抗力等。力性指标是选材、材料检验、零件设计计算、评定工艺质量或生产操作质量，尤其是热处理质量的重要依据。力学性能与受力状态，材料成分，组织及加工过程有关。,力学性能指标之一 强度,金属拉伸试样在逐渐增大的外力作用下，一般依次产生弹性变形、（塑性变形）和断裂。弹性变形是外力卸除后能完全消失的变形;塑性变形(永久变形)是外力卸除后仍
41、然保留的变形；断裂是试样被永久性地破坏的呈现形式。测定金属强度、刚度和塑性的常用方法是拉伸试验。,拉伸试验机,试样夹头,低碳钢拉伸试验过程示意图,固装试样 进行拉伸 出现颈缩 发生断裂（原始状态）（弹性变形）（塑性变形）（颈部断裂）,下夹具,上夹具,下夹具,上夹具,下夹具,上夹具,上夹具,下夹具,拉伸试样拉伸前后比较,l=L1 L0,过程特点：弹性、屈服、塑变、颈缩、断裂,从拉伸曲线可见：弹性变形阶段拉力Fe时，oe阶段变形量很小，伸长量与拉力成线性正比，若去除外力，试样仍可恢复原样；屈服阶段Fe拉力 Fs时，es阶段出现水平或锯齿状线段，试样继续被拉长，但拉力不增大甚至有所降低；塑性变形阶段
42、Fs拉力 Fb时，sb阶段外力继续增大，变形量均匀地、明显增加；颈缩阶段bk阶段的继续变形使试样局部截面缩小，载荷随之降低，变形不均匀，集中于颈部；断裂阶段拉力=Fk时，试样颈所部位发生断裂。,e,S,s,Fe,Fs,Fs,Fb,Fk,b,k,p,Fp,低碳钢的应力应变图,弹性阶段/=E p-弹性极限,屈服阶段 产生塑性变形B上屈服点B下屈服点s屈服强度,强化阶段：内部组织变化，恢复部分强度b-抗拉强度,颈缩阶段：过C点后，试件抵抗变形的能力下降，变形集中在某局部进行，产生颈缩破坏,0,低碳钢的应力应变图,强度的概念,金属在缓慢加载的静载荷作用下，抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。由拉伸试验测
43、得的强度指标主要有弹性极限、屈服点和抗拉强度。屈服点（屈服强度）是试样屈服时承受的拉应力，用符号s表示;单位为MPa，,退火低碳钢,低、中回火钢,淬火钢及铸铁,中碳调质钢,不同材料的拉伸曲线,屈服极限,对于无明显屈服现象的金属材料，难以测定s。国家标准规定，以产生0.2%残留应变时的拉应力作为条件屈服点(屈服强度)，用符号0.2表示。屈服点s或条件屈服点0.2是表征在拉伸力作用下，金属抵抗明显塑性变形的能力。,图解法求0.2,A,B,C,F0.2,L,0.2%l0,0,不同类型的强度,载荷作用方式：拉伸、压缩、弯曲、剪切和扭转。按作用力的性质不同分：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭
44、强度。工程上常用屈服强度和抗拉强度。,压缩试验示意图,原始状态,弹性变形,塑性变形,弯曲试验 示意图,剪切试验示意图,原始状态,上剪,下剪,剪切试样,剪切状态,剪断状态,扭转试验示意图,原始状态,扭断状态,扭转状态,抗拉强度b（抗压、抗弯、抗剪）,指金属材料在拉断前所承受的最大标称拉应力。表示金属材料抵抗断裂的能力。,力学性能指标之二 塑性,塑性的概念材料断裂前发生不可逆永久变形的能力。主要用断后伸长率、断面收缩率和冷弯角来表示。,伸长率,指试样被拉断后，标距的伸长量与原始标距长度的百分比。表示材料被拉伸后的纵向变形程度。,l=L1 L0,断面收缩率,指拉伸试样被拉断后，缩颈处横截面积的最大缩
45、减量与原始横截面积的百分比。表示材料被拉变细的程度。,S=S0-S1,力学性能指标之三 硬度,硬度(hardness):金属抵抗较硬物体压入其表面的能力。不是一个单纯的物理量，是反映材料强度、塑性、弹性的综合力学性能指标。试验方法主要有布氏硬度HB、洛氏硬度HR、维氏硬度HV、锉刀法等。,布氏硬度HB(Brinell-hardness),按照ISO(国际标准化组织)规定，用一定直径时钢球或硬质合金球，以相应的实验力压入试样表面，经规定的保持时间后，卸除试验力，用读数显微镜测量试样表面的压痕直径。在实际生产中，可根据测得的d值查表求出布氏硬度值。,布氏硬度符号,压头为淬火钢球时，布氏硬度用符号H
46、BS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料;压头为硬质合金球时，用HBW表示，适用于布氏硬度值在650以下的材料。符号HBS或HBW之前为硬度值，符号后面按以下顺序用数值表示试验条件:1球体直径;2试验力;3试验力保持时间(1015s不标注)。,布氏硬度表示实例,例如:125HBS10/l000/30表示用直径l0mm淬火钢球在10009.8N试验力作用下保持30s测得的布氏硬度值为125;500HBW5/750表示用直径5mm硬质合金球在750 9.8N试验力作用下保持1015s测得的布氏硬度值为500。布氏硬度值的单位为MPa，一般情况下可不标出。,(二)洛氏硬度HR(Rockwll h
47、ardness),洛氏硬度试验原理和布氏硬度试验一样，也是一种静载荷压入法。将顶角为120的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球，在一定的载荷作用下，压入被测金属表面，保持一定时间后卸掉载荷，根据压痕的深度确定被测金属的硬度值。,洛氏硬度试验的特点及硬度表示,硬度值的读取洛氏硬度是在洛氏硬度试验机上进行，其硬度值可直接从表盘上读出。硬度值的表示根据国标和ISO推荐标准规定，洛氏硬度符号HR前面的数宇为硬度值，后面的字母表示级数。如60HRC表示C标尺测定的洛氏硬度值为60；,洛氏硬度,（三）维氏硬度 HV,维氏硬度试验法可以在同一种硬度标尺上，测定从极软到极硬金属材料的硬度。其原理同样
48、是根据压痕单位面积上所受的平均载荷计量硬度值，不同的是维氏硬度的压头采用金刚石制成的锥面夹角为136的正四棱锥体。显微硬度计亦是在维氏硬度上发展而来。,维氏硬度值表示,根据国标(GB4340-84)和ISO推荐标准R81规定，维氏硬度符号HV前是硬度值，符号HV后附以试验载荷。如640HV30/20表示在309.8N作用下保持20s后测得的维氏硬度值为640；,(四)锉刀法:,一组硬度差为5HRC的锉刀。例如:25HRC、30HRC、35HRC等。,锉 刀,几种硬度间的关系,HB为200400时:1HRC=10HB;HV为200400时:1HB=1HV;1HRC=10HV;,力学性能指标之四
49、冲击韧度(notch toughness),许多机件，如枪管、炮管、冷冲模、锤头等都是在冲击载荷(载荷以很快的速度作用于机件)下工作。试验表明，载荷速度增加，材料的塑性、韧性下降，脆性增加，易发生突然性破断。因此，使用的材料就不能用静载荷下的性能来衡量，而必须用抵抗冲击载荷的作用而不破坏的能力，即冲击韧度来衡量。,冲击韧度试验,一种采用标准规格缺口（U、V形）试样在冲击试验机上进行的，用来测试金属材料的抗冲击载荷变形和断裂的力学性能试验。冲击方法摆锤一次冲击法冲击韧度小能量多次冲击法*冲击次数,V形(夏比)冲击试样形貌,冲击试验方法（2-1）,一次摆锤法,H2,H1,冲击示意图,*冲击试验方法
50、（2-2）,小能量多次冲击法,冷脆性,冲击韧度对材料的脆性转变情况很敏感，用系列冲击韧度试验可以确定其冷脆性，见示意图：,1943年美国T-2油轮发生断裂,力学性能指标之五 疲劳强度,疲劳断裂金属在交变外力的作用下，所承受的最大应力低于屈服点发生突然断裂的现象。衡量指标为疲劳极限。,钢材的循环次数一般取 N=107,有色金属的循环次数一般取 N=108,钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系:-1=(0.450.55)b,*比强度(specific strength):材料的强度值与密度值之比。,屈强比=屈服强度s/抗拉强度b,金属材料常用的机械性能指标,衡量金属材料强度高低方面：抗拉强度b屈服强
