钢材的生产工艺和钢结构对钢材的要求
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▪ 任何有关材料的研究，其终极目标都是应用。而材 料应用的最基本要求是其某一方面（或几个方面） 的性能达到规定要求，以满足工程需要。
钢材的生产工艺
▪ 钢铁: 是以Fe和C为主要组成元 素，同时还含有Si、Mn、P、S 等杂质元素的合金。包含生铁与 钢。
▪ 生铁: 碳质量分数较高 （wc>2.11%），杂质元素的含 量也较高的铁碳合金，生铁硬度 高、性脆，很少直接使用。
炼钢将生铁中的碳量控制在一定范围内，清除有害 元素S、P、O2、N2，同时保留或加入有益元素（Si、 Mn、Ni、Cr）并调整元素之间的比例，获得最佳性能。
炼钢在1700C进行，首先发生 2Fe+O2=2FeO
在铁液中被C、Mn、Si还原， C+FeO= CO+Fe Si+2FeO=SiO2+Fe Mn+FeO=MnO+Fe
▪ 半镇静钢：脱氧程度介于镇静钢与沸腾钢之间
钢的冶炼
炼钢将生铁中的碳量控制在一定范围内，清除有害 元素S、P、O2、N2，同时保留或加入有益元素（Si、Mn、 Ni、Cr）并调整元素之间的比例，获得最佳性能。
炼铁与炼钢
铁矿石在高炉中通过化学反应炼制成生铁，生铁碳 含量高于2%，其制品硬而耐磨，但很脆不易焊接；钢的 碳含量低于2%，其制品具有良好的综合性能。
钢材的生产流程-炼钢
▪ 氧气转炉炼钢 ▪ 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。它以转炉钢和废钢 作原料、以铁矿石和纯氧作氧化剂，以电极与金属 炉料间的电弧热提供冶炼热源。电弧炉冶炼温度高 （可达2000℃），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， 但电弧炉炼钢耗电量大，成本高。
电弧炉
钢铁材料的生产过程对比
铁矿石
生铁 钢钢锭） 型材
（钢板、型 钢、钢管）
铸铁
轧制、挤压、拉
拔、锻造等压力
1、生铁的冶炼
2、钢的冶炼 加工方法
原料：铁矿石
原料：生铁、废钢
燃料：焦炭
燃料：Байду номын сангаас炭
熔剂：石灰石
熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂
钢材的生产流程
▪ 电弧炉炼钢 ▪ 钢的浇注：钢液凝固成钢锭或
钢坯的过程。根据钢脱氧程度不
▪ 同镇，静可钢分：为指镇脱静钢氧和充沸分腾的钢钢。。镇静钢组织致密，性能 较好，加工时需切除钢锭头部，使成材率下降
▪ 沸腾钢：指脱氧不充分的钢。沸腾钢钢锭内多气孔， 组织疏松，性能比镇静钢差。但成材率高，轧 制 的板材表面质量好
钢材的生产流程
▪ 高炉 ▪ 主要产品是生铁，副产品有炉渣和炉气 ▪ 生铁 ▪ 炼钢生铁：硅的质量分数较低
（wSi<1.25%），断口呈银白色，主要用于 炼钢 ▪ 铸造生铁：硅的质量分数较高 （wSi>1.25%~3.2%），断口呈灰黑色，用 作铸造的原料
高炉
钢材的生产流程-炼钢
▪ 二、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，
（3）电炉炼钢：废钢做原料，冶炼高质量钢的方法。 平炉与转炉冶炼时都发生强氧化过程，合金元素烧损严 重，电炉利用电能做热源，避免元素烧损。冶炼时杂质 少、质量稳定、原材料消耗低，金属回收率高。
转炉炼钢三种炼钢方法比较
具有不同的特点，并且钢中杂质含量不同。含碳量 相同时三种钢的强度、伸长率无显著差别，但冲击韧性、 冷脆性、焊接性不同，其中普通转炉钢最差。选材时对 重要结构一般可用平炉、电炉或纯氧转炉冶炼。
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； ▪ 氧气顶吹转炉炼钢：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）
炭、溶剂等
▪
钢材的生产流程-炼铁
▪ 原料 ▪ 铁矿石：是主要的炼铁原料，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 ▪ 焦炭：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 ▪ 熔剂：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
钢材的生产工艺和钢结构对钢 材的要求
研究钢结构材料的意义
▪ 材料性能的研究意义：材料分为天然材料和人造材 料两大类。自然界赋予了天然材料以组成。结构和 天然属性（性能）。人造材料则经历成分选择确定、 制备工艺实施，达成相应组织结构，最终获得一定 性能的完整过程。成分、工艺、结构和性能这四个 材料链环中的环节被称为材料的四要素。成分的选 择大致决定了可行的制备工艺，工艺则决定了结构， 而结构又决定了性能。
▪ 钢: 碳的质量分数较低（wc <2.11%），杂质元素的含量也较 低的铁碳合金，钢一般具有较好 的强韧性，是常用的金属材料。
▪ 钢材: 钢锭或钢坯经压力加工 成各种形状规格的钢材。
钢材的生产流程-炼铁
▪ 一、炼铁 炼铁实质：是将铁从矿
石中还原的过程
▪ 炼铁方法：高炉炼铁 ▪ 炼铁原料：铁矿石、焦
（1）普通转炉炼钢：依靠炉底吹入空气将铁水中的碳、 硅、锰、磷等元素氧化时产生的热来炼钢的。特点是周 期短，生产效率高。氮的侵入、不能利用废钢，由于冶 炼时间短，质量不好控制。所以不能冶炼优质钢。
（2）纯氧顶吹转炉炼钢：采用纯氧从碱性转炉口吹进 铁水进行冶炼。原料为铁水，采用部分废钢做冷却剂。 加入石灰、萤石除S、P。用锰、硅或铝脱氧。
生成气体作为废气排出，氧化物成为炉渣排出。 最后加入脱氧剂脱氧，在适当的成分和温度下出钢。
平炉炼钢
主要原料是废钢和铁水，造渣剂（石灰、萤石）， 氧化剂（铁矿石），脱氧剂（铁合金）。炉气作为燃料 （煤气、高炉焦炉的高炉煤气、重油天然气等）。
熔化阶段为使炉料尽快熔化，需要消耗大量煤气提 供热量。
转炉炼钢
钢材的生产工艺
▪ 钢铁: 是以Fe和C为主要组成元 素，同时还含有Si、Mn、P、S 等杂质元素的合金。包含生铁与 钢。
▪ 生铁: 碳质量分数较高 （wc>2.11%），杂质元素的含 量也较高的铁碳合金，生铁硬度 高、性脆，很少直接使用。
炼钢将生铁中的碳量控制在一定范围内，清除有害 元素S、P、O2、N2，同时保留或加入有益元素（Si、 Mn、Ni、Cr）并调整元素之间的比例，获得最佳性能。
炼钢在1700C进行，首先发生 2Fe+O2=2FeO
在铁液中被C、Mn、Si还原， C+FeO= CO+Fe Si+2FeO=SiO2+Fe Mn+FeO=MnO+Fe
▪ 半镇静钢：脱氧程度介于镇静钢与沸腾钢之间
钢的冶炼
炼钢将生铁中的碳量控制在一定范围内，清除有害 元素S、P、O2、N2，同时保留或加入有益元素（Si、Mn、 Ni、Cr）并调整元素之间的比例，获得最佳性能。
炼铁与炼钢
铁矿石在高炉中通过化学反应炼制成生铁，生铁碳 含量高于2%，其制品硬而耐磨，但很脆不易焊接；钢的 碳含量低于2%，其制品具有良好的综合性能。
钢材的生产流程-炼钢
▪ 氧气转炉炼钢 ▪ 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。它以转炉钢和废钢 作原料、以铁矿石和纯氧作氧化剂，以电极与金属 炉料间的电弧热提供冶炼热源。电弧炉冶炼温度高 （可达2000℃），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， 但电弧炉炼钢耗电量大，成本高。
电弧炉
钢铁材料的生产过程对比
铁矿石
生铁 钢钢锭） 型材
（钢板、型 钢、钢管）
铸铁
轧制、挤压、拉
拔、锻造等压力
1、生铁的冶炼
2、钢的冶炼 加工方法
原料：铁矿石
原料：生铁、废钢
燃料：焦炭
燃料：Байду номын сангаас炭
熔剂：石灰石
熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂
钢材的生产流程
▪ 电弧炉炼钢 ▪ 钢的浇注：钢液凝固成钢锭或
钢坯的过程。根据钢脱氧程度不
▪ 同镇，静可钢分：为指镇脱静钢氧和充沸分腾的钢钢。。镇静钢组织致密，性能 较好，加工时需切除钢锭头部，使成材率下降
▪ 沸腾钢：指脱氧不充分的钢。沸腾钢钢锭内多气孔， 组织疏松，性能比镇静钢差。但成材率高，轧 制 的板材表面质量好
钢材的生产流程
▪ 高炉 ▪ 主要产品是生铁，副产品有炉渣和炉气 ▪ 生铁 ▪ 炼钢生铁：硅的质量分数较低
（wSi<1.25%），断口呈银白色，主要用于 炼钢 ▪ 铸造生铁：硅的质量分数较高 （wSi>1.25%~3.2%），断口呈灰黑色，用 作铸造的原料
高炉
钢材的生产流程-炼钢
▪ 二、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，
（3）电炉炼钢：废钢做原料，冶炼高质量钢的方法。 平炉与转炉冶炼时都发生强氧化过程，合金元素烧损严 重，电炉利用电能做热源，避免元素烧损。冶炼时杂质 少、质量稳定、原材料消耗低，金属回收率高。
转炉炼钢三种炼钢方法比较
具有不同的特点，并且钢中杂质含量不同。含碳量 相同时三种钢的强度、伸长率无显著差别，但冲击韧性、 冷脆性、焊接性不同，其中普通转炉钢最差。选材时对 重要结构一般可用平炉、电炉或纯氧转炉冶炼。
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； ▪ 氧气顶吹转炉炼钢：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）
炭、溶剂等
▪
钢材的生产流程-炼铁
▪ 原料 ▪ 铁矿石：是主要的炼铁原料，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 ▪ 焦炭：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 ▪ 熔剂：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
钢材的生产工艺和钢结构对钢 材的要求
研究钢结构材料的意义
▪ 材料性能的研究意义：材料分为天然材料和人造材 料两大类。自然界赋予了天然材料以组成。结构和 天然属性（性能）。人造材料则经历成分选择确定、 制备工艺实施，达成相应组织结构，最终获得一定 性能的完整过程。成分、工艺、结构和性能这四个 材料链环中的环节被称为材料的四要素。成分的选 择大致决定了可行的制备工艺，工艺则决定了结构， 而结构又决定了性能。
▪ 钢: 碳的质量分数较低（wc <2.11%），杂质元素的含量也较 低的铁碳合金，钢一般具有较好 的强韧性，是常用的金属材料。
▪ 钢材: 钢锭或钢坯经压力加工 成各种形状规格的钢材。
钢材的生产流程-炼铁
▪ 一、炼铁 炼铁实质：是将铁从矿
石中还原的过程
▪ 炼铁方法：高炉炼铁 ▪ 炼铁原料：铁矿石、焦
（1）普通转炉炼钢：依靠炉底吹入空气将铁水中的碳、 硅、锰、磷等元素氧化时产生的热来炼钢的。特点是周 期短，生产效率高。氮的侵入、不能利用废钢，由于冶 炼时间短，质量不好控制。所以不能冶炼优质钢。
（2）纯氧顶吹转炉炼钢：采用纯氧从碱性转炉口吹进 铁水进行冶炼。原料为铁水，采用部分废钢做冷却剂。 加入石灰、萤石除S、P。用锰、硅或铝脱氧。
生成气体作为废气排出，氧化物成为炉渣排出。 最后加入脱氧剂脱氧，在适当的成分和温度下出钢。
平炉炼钢
主要原料是废钢和铁水，造渣剂（石灰、萤石）， 氧化剂（铁矿石），脱氧剂（铁合金）。炉气作为燃料 （煤气、高炉焦炉的高炉煤气、重油天然气等）。
熔化阶段为使炉料尽快熔化，需要消耗大量煤气提 供热量。
转炉炼钢