1010钢材的冶炼分类及其化学成分

钢材的冶炼、分类及其化学成分

3.1.1钢材的冶炼

钢和铁的主要成分都是铁和碳，二者的主要区别在于含碳量不同。钢的含碳量在2．06％以下，而炼钢用的生铁含碳量一般在4％左右。炼钢的过程就是将生铁进行精炼，降低其含碳量，并除去其它杂质的过程。

根据炼钢设备的不同，建筑钢材的冶炼方法可分为氧气转炉、平炉和电炉三种。不同的冶炼方法，对钢的质量有着不同的影响。

(1)氧气转炉法

氧气转炉炼钢是由炉顶向炉内吹入高压氧气，使熔融铁水中的碳和硫等杂质被氧化除去，得到较纯净的钢水。氧气转炉炼钢周期短，生产效率高，杂质清除较充分，钢的质量较好，可以生产优质碳素钢和合金钢。

(2)平炉法

平炉炼钢是以固态或液态生铁、适量铁矿石和废钢作原料，用煤气或重油为燃料进行冶炼。平炉的冶炼时间长，去除杂质更为彻底，钢的质量高，但是成本较高。平炉用于制造优质碳素钢、合金钢及其它有特殊要求的专用钢。

(3)电炉法

电炉炼钢是用电加热进行的，其原料主要是废钢及生铁。电炉熔炼温度可以自由调节，清除杂质较容易，钢的质量最好，但是成本也最高。电炉用于冶炼优质碳素钢和特殊合金钢。根据脱氧程度的不同，钢可分沸腾钢、镇静钢和介于二者之间的半镇静钢以及特殊镇静钢。沸腾钢脱氧不完全，组织不够致密，成分不太均匀，质量较差，但是成本较低，产量高，其代号为“F”。镇静钢脱氧完全，组织致密，成分均匀，性能稳定，质量好，其代号为“Z”。半镇静钢脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，质量较好，其代号为“B”。特殊镇静钢脱氧程度比镇静钢还要充分彻底，其代号为“TZ"。

3.1.2 钢材的分类

1．按化学成分分类

按钢的化学成分的不同，钢材可分为碳素钢、合金钢两类。

(1)碳素钢

碳素钢的化学成分主要是铁，其次是碳，故也称铁一碳合金。其含碳量为0.02％～2.06％。此外，尚含有极少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。按含碳量不同，碳素钢又可分为低碳钢(含碳量小于0.25％)、中碳钢(含碳量为0.25％～0.60％) 和高碳钢(含碳量大于0.60％) 三种。

(2)合金钢

合金钢是指在炼钢过程中，有意识地加入一种或多种能改善钢材性能的合金元素而制得的钢种。常用合金元素有硅(S i)、锰(Mn)、钛(Ti)、钒(V)、铌(Nb)、铬(Cb)等。按合金元素总含量的不同，合金钢可分为低合金钢(合金元素总含量小于5％)、中合金钢(合金元素总含

量为5％一10％)和高合金钢(合金元素总含量大于10％)。

2．按有害杂质含量分类

按钢中有害杂质磷(P)和硫(S)含量的多少，钢材可分为普通钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢四类。

(1)普通钢

在普通钢中，磷和硫的含量分别为：P≤0.045％；S≤0.050％。

(2)优质钢

在优质钢中，磷和硫的含量分别为：P≤0.035％；S≤0.035％。

(3)高级优质钢

在高级优质钢中，磷和硫的含量分别为：P≤0.025％；S≤0.035％。

(4)特级优质钢

在特级优质钢中，磷和硫的含量分别为：P≤0.025％；S≤0.015％。

3．按用途分类

按钢的用途不同，钢材可分为结构钢、工具钢和特殊钢三类。

(1)结构钢

结构钢，是指主要用作工程结构构件及机械零件的钢。

(2)工具钢

工具钢，是指主要用于各种刀具、量具及模具的钢。

(3)特殊钢

特殊钢，是指具有特殊物理、化学或机械性能的钢。例如，不锈钢、耐热钢、耐酸钢、耐磨钢、磁性钢等。需要说明的是，建筑上所用的钢材，主要是普通碳素结构钢中的低碳钢和属于普通钢类的低合金结构钢。

3.1.3钢材的化学成分

钢材中铁(Fe)元素是最主要的成分，它在钢中起着决定性的作用。除铁以外，钢中还含有少量的碳(C)、硅(S i)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)、氧(O)、钒(V)等元素。

1．碳(C)

建筑钢材含碳量不大于0.8％。当含碳量在0.8％以下时，随着含碳量的提高，钢的强度和硬度提高，但塑性和韧性下降。

2．硅(Si)

当硅含量较低(小于1％)时，硅可提高钢材的强度。通常碳素钢含硅量小于0.3％，低合金钢含硅量小于1.8％。

3．锰(Mn)

锰能提高钢材的强度、硬度及耐磨性，消除硫和氧所引起的热脆性，从而改善钢材的热加工性能。在低合金钢中，锰的含量一般在1％～2％范围内。

4．磷(P)

磷是钢的有害杂质。磷的含量提高，钢材的强度和硬度提高，但塑性和韧性显著下降。

特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，从而显著加大钢材的冷脆性。但是，磷可以提高钢的耐磨性和耐蚀性能。建筑用钢一般要求含磷量小于0.045％。

5．硫(S)

硫是很有害的元素。它呈非金属的硫化物夹杂物存在于钢中，会降低各种机械性能。硫化物所造成的低熔点使钢在焊接时容易产生热裂纹，形成热脆现象，显著降低可焊性。建筑钢材要求硫的含量应小于0.045％。

6．氧(O)

氧也是钢的有害杂质，它能降低钢的机械性能，特别是韧性。氧有促进时效倾向的作用。氧化物所造成的低熔点使钢的可焊性变坏，通常要求钢的含氧量应小于0.03％。

7．钒(V)

钒使钢的强度和韧性同时得到改善，可提高钢的耐磨性和回火稳定性。