金屬材料鋼鐵的冶煉及應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上大學(xué)生課程論文課程名稱： 工程材料 論文題目：金屬材料鋼鐵的冶煉及應(yīng)用姓 名： 陳平 專 業(yè)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2013-12-12專心-專注-專業(yè) 金屬材料鋼鐵的冶煉及應(yīng)用陳平摘要：鋼鐵是人類生產(chǎn)生活中應(yīng)用最廣泛的金屬材料，隨著近些年來(lái)全球金融危機(jī)的沖擊，和全球經(jīng)濟(jì)放緩導(dǎo)致對(duì)鋼鐵的需求減少，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)同行相互之間競(jìng)爭(zhēng)加劇，如何加強(qiáng)鋼材行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，這與鋼材的技術(shù)發(fā)展有著決定性關(guān)系。 鋼鐵材料是支撐經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)材料，是其他工業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。鋼鐵材料在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有絕對(duì)重要的地位。我們要重視鋼鐵材料并密切關(guān)注它的發(fā)展！ 一、鋼鐵材料的定義 

2、;鋼鐵是鋼和生鐵的統(tǒng)稱。鋼和鐵都是以鐵和碳為主要元素組成的合金。鋼鐵材料是工業(yè)中應(yīng)用最廣、 用量最大的金屬材料。鋼鐵材料分為生鐵、 鑄鐵和鋼三類。 二、鋼鐵材料的冶煉和分類 1鋼鐵材料的冶煉鋼鐵冶煉在中國(guó)后很長(zhǎng)的歷史淵源，據(jù)專家考證在中國(guó)春秋時(shí)代鐵器制作就及其繁榮，出現(xiàn)大量的鐵鋸。而且后來(lái)大量出土的文物證明了中國(guó)鐵器材料的冶煉發(fā)展到極高水平，在當(dāng)時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于世界各國(guó)?；靖攀觯轰撹F冶煉是鋼鐵治金工藝的總稱。工業(yè)生產(chǎn)的鐵根據(jù)含碳量分為生鐵（含碳量2以上）和鋼（含碳量低于2）?；旧a(chǎn)過程是在煉鐵爐內(nèi)把鐵礦石煉成生鐵，再以生鐵為原料，用不同方法煉成鋼，再鑄成

3、鋼錠或連鑄坯。鋼鐵冶煉過程是將含鐵原料經(jīng)過物理化學(xué)方面的冶金操作，煉制成用于各種形態(tài)鋼鐵制品的原材料粗鋼坯的工藝過程。含鐵原料有鐵礦石和廢鋼鐵。以礦石為主要原料的冶金過程(不只限于鐵)一般大致分為三個(gè)工序。（1） 從礦石（出于氧化物或硫化物等狀態(tài)）中提取所需要的金屬而得到粗金屬的冶煉過程；（2） 去除在冶煉過程中必然伴隨在粗金屬中的共有元素，得到盡可能純的金屬精練過程；（3） 調(diào)整已得到的金屬成分的最后精練，以及根據(jù)需要進(jìn)而制作高級(jí)原材料的特殊精煉過程?，F(xiàn)代煉鐵絕大部分采用高爐煉鐵，個(gè)別采用直接還原煉鐵法和電爐煉鐵法。三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，高爐煉鐵需要優(yōu)質(zhì)煤、但耗能低，大量生產(chǎn)，還原煉鐵法利用半

4、融化的海綿鐵做還原劑，電爐煉鐵法低級(jí)焦炭，但耗電量大，只能在電力充足、電價(jià)低廉的條件下使用。煉鋼主要是以高爐煉成的生鐵和直接還原煉鐵法煉成的海綿鐵以及廢鋼為原料，用不同的方法煉成鋼。主要的煉鋼方法有轉(zhuǎn)爐煉鋼法、平爐煉鋼法、電弧爐煉鋼法3類，轉(zhuǎn)爐，平爐，電弧爐以上3種煉鋼工藝可滿足一般用戶對(duì)鋼質(zhì)量的要求。為了滿足更高質(zhì)量、更多品種的高級(jí)鋼，便出現(xiàn)了多種鋼水爐外處理（又稱爐外精煉）的方法。如吹氬處理、真空脫氣、爐外脫硫等，對(duì)轉(zhuǎn)爐、平爐、電弧爐煉出的鋼水進(jìn)行附加處理之后，都可以生產(chǎn)高級(jí)的鋼種。對(duì)某些特殊用途，要求特高質(zhì)量的鋼，用爐外處理仍達(dá)不到要求，則要用特殊煉鋼法煉制。如電渣重熔，是把轉(zhuǎn)爐、平爐、

5、電弧爐等冶煉的鋼，鑄造或鍛壓成為電極，通過熔渣電阻熱進(jìn)行二次重熔的精煉工藝；真空冶金，即在低于1個(gè)大氣壓直至超高真空條件下進(jìn)行的冶金過程，包括金屬及合金的冶煉、提純、精煉、成型和處理。 制造, 加工&精整 使用各種各樣的"二次"成形工藝來(lái)獲得鋼材的最終形狀和性能。這些工藝可以進(jìn)一步細(xì)分為：1. 成形 (例如冷軋) 2. 加工 (例如鉆孔) 3. 連接 (例如焊接) 4. 涂鍍 (例如鍍鋅) 5. 熱處理 (例如回火) 6. 表面處理  (例如滲碳) 2鋼鐵材料分類（1）、生鐵的分類碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2%的鐵碳合金稱為生鐵。按用途可將生鐵分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵

6、； 按化學(xué)成分可將生鐵分為普通生鐵和特種生鐵 （包括天然合金生鐵和鐵合金）。 （2）、鑄鐵的分類碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過2%（一般為2.5%-3.5%）的鐵碳合金稱為鑄鐵。鑄鐵一般用鑄造生鐵經(jīng)沖天爐等設(shè)備重熔， 用于澆注機(jī)器零件。按斷口顏色可將鑄鐵分為性灰鑄鐵、 白口鑄鐵和麻口鑄鐵； 按化學(xué)成分可將鑄鐵分為普通鑄鐵和合金鑄鐵； 按生產(chǎn)工藝和組織性能可將鑄鐵分為普通灰鑄鐵、 孕育鑄鐵、 可鍛鑄鐵、 球墨鑄鐵和特 殊性能鑄鐵。（3）、鋼鐵的分類 鋼鐵種類的區(qū)分按含碳量不同區(qū)分鐵碳合金分為鋼與生鐵兩

7、大類，鋼是含碳量為0.03%2%的鐵碳合金。 碳鋼是最常用的普通鋼按含碳量不同，碳鋼又分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。含碳量2%4.3%的鐵碳合金稱生鐵。生鐵硬而脆，但耐壓耐磨。根據(jù)生鐵中 碳存在的形態(tài)不同又可分為白口鐵、灰口鐵和球墨鑄鐵。白口鐵中碳以Fe3C形態(tài)分布，斷口呈銀白色，質(zhì)硬而脆，不能進(jìn)行機(jī)械加工，是煉鋼的原料，故又稱煉鋼生鐵。碳以片狀石墨形態(tài)分布的稱灰口鐵，斷口呈銀灰色，易切削，易鑄，耐磨。若碳以球狀石墨分布則稱球墨鑄鐵，其機(jī)械性能、加工性能接近于鋼。  按化學(xué)成分分  一、碳素鋼 碳素鋼是指鋼中除鐵、碳外，還含有

8、少量錳、硅、硫、磷等元素的鐵碳合金，按其含碳量的不同，可分為： （1)低碳鋼-含碳量wc0.25% （2)中碳鋼-含碳量wc>0.25%0.60% （3)高碳鋼-含碳量wc>0.60%高碳鋼 二、合金鋼 為了改善鋼的性能，在冶煉碳素鋼的基礎(chǔ)上，加入一些合金元素而煉成的鋼，如鉻鋼、錳鋼、鉻錳鋼、鉻鎳鋼等。按其合金元素的總含量，可分為：（1）低合金鋼-合金元素的總含量5%（2)中合金鋼-合金元素的總含量5%10%  （3)高合金鋼-合金元素的總含量>10% 按冶煉設(shè)備分 （1)轉(zhuǎn)爐鋼 用轉(zhuǎn)爐

9、吹煉的鋼，可分為底吹、側(cè)吹、頂吹和空氣吹煉、純氧吹練等轉(zhuǎn)爐鋼；根據(jù)爐襯的不同，又分酸性和堿性兩種。 （2)平爐鋼 用平爐煉制的鋼，按爐襯材料的不同分為酸性和堿性兩種，一般平爐鋼多為堿性 （3)電爐鋼 用電爐煉制的鋼，有電弧爐鋼、感應(yīng)爐鋼及真空感應(yīng)爐鋼等。工業(yè)上大量生產(chǎn)的，是堿性電弧爐鋼。 按澆注前脫氧程度分 (1)沸騰鋼屬脫氧不完全的鋼，澆注時(shí)在鋼錠模里產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象。 (2)鎮(zhèn)靜鋼屬脫氧完全的鋼，澆注時(shí)在鋼錠模里鋼液鎮(zhèn)靜，沒有沸騰現(xiàn)象。其優(yōu)點(diǎn)是成分和質(zhì)量均勻；缺點(diǎn)是金屬的收得率低，成本較高。一般合金鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼都為鎮(zhèn)靜

10、鋼。  (3)半鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間的鋼。 按鋼的品質(zhì)分 (1)普通鋼 鋼中含雜質(zhì)元素較多，含硫量ws一般O.05%，含磷量wP0.045%，如碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼等  (2)優(yōu)質(zhì)鋼 鋼中含雜質(zhì)元素較少，含硫及磷量ws、wp，一般均0.04%，如優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼和合金工具鋼、軸承鋼等 (3)高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼 鋼中含雜質(zhì)元素極少，含硫量ws一般O.03%，含磷量wP0.035%，如合金結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼等。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號(hào)后面，通常加符號(hào)“A”或漢字“高”以便識(shí)別。

11、 按鋼的用途分 一、結(jié)構(gòu)鋼 （1)建筑及工程用結(jié)構(gòu)鋼簡(jiǎn)稱建造用鋼，它是指用于建筑、橋梁、船舶、鍋爐或其他工程上制作金屬結(jié)構(gòu)件的鋼。如碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼、鋼筋鋼等。 （2)機(jī)械制造用結(jié)構(gòu)鋼-是指用于制造機(jī)械設(shè)備上結(jié)構(gòu)零件的鋼。這類鋼基本上都是優(yōu)質(zhì)鋼或高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，主要有優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、易切結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼等 二、工具鋼  一般用于制造各種工具，如碳素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼等。按用 途又可分為刃具鋼、模具鋼、量具鋼。 三、特殊鋼 具有特殊性能的鋼，如不銹耐酸鋼、耐熱不起

12、皮鋼、高電阻合金、耐磨鋼、磁鋼等。 四、專業(yè)用鋼 這是指各個(gè)工業(yè)部門專業(yè)用途的鋼，如汽車用鋼、農(nóng)機(jī)用鋼、航空用鋼、化工機(jī)械用鋼、鍋爐用鋼、電工用鋼、焊條用鋼等。 按制造加工形式分（1）鑄鋼 鑄鋼是指采用鑄造方法而生產(chǎn)出來(lái)的一種鋼鑄件。 (2)鍛鋼 鍛鋼是指采用鍛造方法而生產(chǎn)出來(lái)的各種鍛材和鍛件。鍛鋼件的質(zhì)量比鑄鋼件高，能承受大的沖擊力作用，塑性、韌性和其他方面的力學(xué)性能也都比鑄鋼件高，所以凡是一些重要的機(jī)器零件都應(yīng)當(dāng)采用鍛鋼件。 (3)熱軋鋼 熱軋鋼是指用熱軋方法而生產(chǎn)出來(lái)的各種熱軋鋼材。 (4)冷軋鋼&

13、#160;冷軋鋼是指用冷軋方法而生產(chǎn)出來(lái)的各種冷軋鋼材。與 熱軋鋼相比，冷軋鋼的特點(diǎn)是表面光潔、尺寸精確、力學(xué)性能好。(5)冷拔鋼 冷拔鋼是指用冷拔方法而生產(chǎn)出來(lái)的各種冷拔鋼材。 三  鋼鐵材料的性能【1】  化學(xué)性能： 1 耐腐蝕性：耐腐蝕性是指金屬材料抵抗周圍介質(zhì)（大氣、水蒸氣、有害氣體、酸、堿鹽等）腐蝕作用的能力。金屬的耐腐蝕性與許多因素有關(guān)，如金屬的化學(xué)成分、加工性質(zhì)、熱處理?xiàng)l件、組織狀態(tài)及介質(zhì)和溫度等。 1） 電化學(xué)腐蝕： 2） 一般腐蝕 3）&

14、#160;晶間腐蝕 4） 點(diǎn)腐蝕 5） 應(yīng)力腐蝕 6） 腐蝕疲勞 7） 腐蝕速度 8） 腐蝕率 2 抗氧化性：金屬材料在室溫或高溫下抵抗氧化的能力。金屬的氧化過程實(shí)際上是屬于化學(xué)腐蝕的一種形式。它可直接用一定時(shí)間內(nèi)，金屬表面經(jīng)腐蝕之后重?fù)p失的大小，即用金屬減重的速度表示。 3  化學(xué)穩(wěn)定性： 系指金屬材料的耐腐蝕性和抗氧化性的總稱。金屬材料在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性叫作熱穩(wěn)定性。 【2】 工藝性能： 1 

15、;鑄造性2 切削加工型3 焊接性4 鍛性 5 沖壓性 6 頂鍛性 7 冷彎性 8 熱處理工藝性 【3】 物理性： （1） 密度； （2）熱比興；（3）電熱性； （4）磁能性； 【4】 力學(xué)性： （1） 抗拉強(qiáng)度； （2） 抗彎強(qiáng)度；（3） 抗壓強(qiáng)度； （4） 抗剪強(qiáng)度； （5） 抗扭強(qiáng)度； （6） 

16、屈服； （7） 屈服點(diǎn)； （8） 持久強(qiáng)度； （9） 蠕變強(qiáng)度；（10） 彈性； （11）韌性； 四  鋼鐵材料的應(yīng)用 1：工業(yè)與民用建筑鋼結(jié)構(gòu)中的梁、柱構(gòu)件。 2：工業(yè)構(gòu)筑物的鋼結(jié)構(gòu)承重支架。 3：地下工程的鋼樁及支護(hù)結(jié)構(gòu)。 4：石油化工及電力等工業(yè)設(shè)備結(jié)構(gòu)。 5：大跨度鋼橋構(gòu)件。 6：船舶、機(jī)械制造框架結(jié)構(gòu)。 7：火車、汽車、拖拉機(jī)大梁支架。 8：港口傳送帶、高速公路檔板支架。 五  

17、;鋼鐵材料在工業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要性 2008年 中國(guó)鋼產(chǎn)量5.1億噸，連續(xù)12年保持第一，比28名地總和還多！僅08年奧運(yùn)會(huì)的鳥巢就使用4.6萬(wàn)噸高強(qiáng)度鋼材。  鋼鐵是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的中流砥柱，是國(guó)家的命脈，是國(guó)家生存和發(fā)展的物質(zhì)保障。鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。隨著國(guó)際產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移和我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)鋼鐵工業(yè)取得了巨大成就。我國(guó)鋼鐵工業(yè)不僅為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)，也為世界經(jīng)濟(jì)的繁榮和世界鋼鐵工業(yè)的發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用！ 1、我國(guó)鋼鐵工業(yè)為保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn) 

18、;  近幾年，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)主要是靠固定資產(chǎn)投資和進(jìn)出口的超常增長(zhǎng)拉動(dòng)的，我國(guó)鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，已使我國(guó)徹底告別了鋼材短缺年代，能夠滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)用鋼基本需要。如果沒有我國(guó)鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，使我國(guó)從2003的凈進(jìn)口3462萬(wàn)噸的鋼坯材到2006年凈出口3317萬(wàn)噸的鋼坯材，就很難有我國(guó)的連續(xù)10的快速增長(zhǎng)，特別是鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，有力地支了我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程和城市化進(jìn)程，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。   2001-2006年，我國(guó)工業(yè)化發(fā)展加快，汽車產(chǎn)量由246萬(wàn)輛增加到728萬(wàn)輛，空調(diào)產(chǎn)量由2313萬(wàn)臺(tái)上升到7913萬(wàn)臺(tái)，電腦由877萬(wàn)臺(tái)上升到1.0395億臺(tái)，造船完工量2006年1452萬(wàn)載重口屯機(jī)電產(chǎn)品的出口額由1070低于進(jìn)口鋼材，大大降低了相關(guān)行業(yè)的制造成本。我國(guó)機(jī)械、運(yùn)輸、家電產(chǎn)品能夠大量出口，使用國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)廉價(jià)鋼材是一個(gè)重要因素。目前國(guó)際市場(chǎng)的鋼材平均價(jià)格大約比國(guó)內(nèi)市場(chǎng)高54.5，再加上國(guó)際運(yùn)費(fèi)等因素，每使用噸國(guó)產(chǎn)鋼材，比使用進(jìn)口鋼材節(jié)約25002600元人民幣。假如我國(guó)鋼鐵