钢铁材料学详解
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固态多形性相变使 得性能可大幅改变
钢铁材料与技术的发展方向
提高产量－满足经济建设发展需求 高性能－高强度、高韧性、长寿命 高内部质量－高洁净度、高均匀性、超细
晶粒 高表面质量－高尺寸精度和光洁度 微合金化－改善组织和性能 多品种－钢种和材型 低成本－降低合金含量和工艺操作成本 绿色化－易于回收和利用、可持续发展
有色金属：年产量11000万吨，原铝5390精 炼铜2301(中国4417万吨，铝2810铜796)
高分子材料：塑料制品年产量3亿吨(中国 7387.8万吨)
钢铁材料的特点
资源丰富
地壳中5%的丰度
成本低廉
大部分钢材的售价 在3000元/吨
便于回收
90%的钢铁材料可 回收
性能优良且多样
强度和韧度 耐腐蚀性能 耐磨性能 低温性能 特殊功能
我国2003年人均占有钢已达到当时世界平 均水平约160kg/人，总产量达到2.24亿吨。 2014年钢产量为8.2270亿吨，人均600kg。 预计近年内将保持8亿吨左右的峰值，人均 占有钢达到600kg/人
中国要实现全面工业化，达到发达国家整 体水平，基础设施建设时间约需50年，累 积用钢应达到400亿吨（人均30吨），故钢 铁产业平稳发展还有20~30年
－较高的刚度（排除了气体和液体） －较高的承载能力（屈服强度与断裂强度，
抗拉、抗压、抗弯、耐磨、抗疲劳，轻量 化要求如高层建筑、运输工具） －温度稳定性（冷脆、热强性） －环境介质作用稳定性（耐候性）
结构材料的性能要求2
安全性 －韧性（冲击载荷作用下吸收能量） －耐温（不同使用条件下有不同要求，如低
一、引言
材料是人类社会发展的基础
材料、能源、信息 构成人类文明，而 材料是基础
任何物质只要能为 人类经济地使用， 就成为材料
结构材料是基础的 基础
人类社会的发展是 以材料作为基础标 志的
－旧石器时代
－新石器时代（陶 器）
－铜器时代
－铁器时代
结构材料的性能要求1
稳定的形态（温度、湿度、外力作用下稳 定）
Sources: http://www.worldsteel.org
生产结构调整
产品结构变化 工艺装备调整
棒线材转向扁平材 开发高质量和新型钢材 小方坯连铸-棒线材轧制 板坯连铸-扁平材轧制 扩大高炉炉容 转炉大型化 超高功率电炉
crude steel tonnage, 140 ton s
211111111111099999999999099999888887197531975319
中国钢铁产量的发展空间
目前世界人均钢产量240kg/年 发达国家在实现工业化期间，人均钢产量
300-1000kg/年，持续生产时间为50-80年， 人均累积用钢25-50吨 发达国家基础设施建设达到饱和后，仍保 持人均300-500kg/年的生产供应水平 在后工业化社会，钢铁材料仍占全部金属 材料的90%以上
CC ratio, %
降低生产成本提高成材率： 连铸比与粗钢产量
18000
100
16000
crude steel
90
14000 12000
CC ratio
80 70
10000 8000
60 50 40
6000
30
4000
20
2000
10
0
0
year
采用先进钢铁生产工艺技术
炼铁 Ironmaking
主要结构材料（2014）
硅酸盐材料：价格低廉，年用量上千亿吨； 其中天然沙石量上千亿吨，水泥41.8亿吨 (中国24.7619亿吨，占59.2%)，陶瓷砖140亿 平米(中国102.3亿平米，占70%)
木材：天然锯材，但涉及环境保护，年消耗 量约4.21亿立方米 (中国约8178万立方米）
钢铁材料：年产量16.615亿吨(中国8.2270亿 吨，占49.5%）
高炉喷煤技术
10年多喷吹煤粉（重点高炉喷煤比达到120kg/t） 节约焦炭712万吨，节约成本11亿元。
溅渣护炉技术
普通转炉最长炉龄已大于3万炉（重点企业平均 3600炉），复吹炉最高大于2.9万炉。按年产1亿 吨转炉钢计算年经济效益3亿元。
炼钢 Steelmaking
连铸 Continuous casting
轧钢 Hot rolling
高炉喷吹煤粉技术 降低炼铁各工序能耗
溅渣护炉技术 转炉复吹技术 电炉炼钢技术 二次精炼技术
传统连铸生产的高效化 新型连铸技术
确立先进轧钢生产流程 生产装备和技术的现代化 开发新型轧钢生产技术 超快冷技术
涂饰）
结构材料的性能要求4
生产成本低廉且能大规模生产 －资源丰富且易于开采 －接近自然平衡态（硅酸盐材料具有特殊优
势） －满足大规模生产要求（生产工艺技术、成
型工艺技术、产品生产工艺技术、性能提 高的工艺技术等） －环境友好
结构材料的性能要求5
舒适性与装饰性 －现代要求且是发展趋势 －表面质量与涂装 －金属光泽与抗氧化 －抗震降噪隔热 －色彩（如彩钢） －特殊性能（如抗菌、手感）
温钢、耐火钢） －耐蚀（不同使用条件下有不同要求，如耐
候钢、耐海水腐蚀钢、耐酸钢） －自我修复（如加工硬化）
结构材料的性能要求3
易于成型和加工 －不同结构要求不同的形状 －流态成型（铸造、沉积） －半固态成型（带液芯轧制或锻造） －固态成型（压力加工：热加工与冷加工） －固态成型（机械加工：反复软化与硬化） －连接成型（焊接、粘合、机械结合、复合、
Steel is not a single product. There are currently more than 3,500 different grades of steel with many different properties-physical, chemical, environmental, 75% of which have been developed in the last 20 years.
中国后工业化社会仍需保持300kg/人年，即 5亿吨/年的钢铁材料生产供应水平
提高性能
改善钢材品种结构
钢带 6%
中厚钢板 13%
wk.baidu.com钢管 7%
其他 1%
线材 19%
优质型材 6%
薄钢板 13%
普通型材 35%
增加品种：How many different types of steel grades are available?
钢铁材料与技术的发展方向
提高产量－满足经济建设发展需求 高性能－高强度、高韧性、长寿命 高内部质量－高洁净度、高均匀性、超细
晶粒 高表面质量－高尺寸精度和光洁度 微合金化－改善组织和性能 多品种－钢种和材型 低成本－降低合金含量和工艺操作成本 绿色化－易于回收和利用、可持续发展
有色金属：年产量11000万吨，原铝5390精 炼铜2301(中国4417万吨，铝2810铜796)
高分子材料：塑料制品年产量3亿吨(中国 7387.8万吨)
钢铁材料的特点
资源丰富
地壳中5%的丰度
成本低廉
大部分钢材的售价 在3000元/吨
便于回收
90%的钢铁材料可 回收
性能优良且多样
强度和韧度 耐腐蚀性能 耐磨性能 低温性能 特殊功能
我国2003年人均占有钢已达到当时世界平 均水平约160kg/人，总产量达到2.24亿吨。 2014年钢产量为8.2270亿吨，人均600kg。 预计近年内将保持8亿吨左右的峰值，人均 占有钢达到600kg/人
中国要实现全面工业化，达到发达国家整 体水平，基础设施建设时间约需50年，累 积用钢应达到400亿吨（人均30吨），故钢 铁产业平稳发展还有20~30年
－较高的刚度（排除了气体和液体） －较高的承载能力（屈服强度与断裂强度，
抗拉、抗压、抗弯、耐磨、抗疲劳，轻量 化要求如高层建筑、运输工具） －温度稳定性（冷脆、热强性） －环境介质作用稳定性（耐候性）
结构材料的性能要求2
安全性 －韧性（冲击载荷作用下吸收能量） －耐温（不同使用条件下有不同要求，如低
一、引言
材料是人类社会发展的基础
材料、能源、信息 构成人类文明，而 材料是基础
任何物质只要能为 人类经济地使用， 就成为材料
结构材料是基础的 基础
人类社会的发展是 以材料作为基础标 志的
－旧石器时代
－新石器时代（陶 器）
－铜器时代
－铁器时代
结构材料的性能要求1
稳定的形态（温度、湿度、外力作用下稳 定）
Sources: http://www.worldsteel.org
生产结构调整
产品结构变化 工艺装备调整
棒线材转向扁平材 开发高质量和新型钢材 小方坯连铸-棒线材轧制 板坯连铸-扁平材轧制 扩大高炉炉容 转炉大型化 超高功率电炉
crude steel tonnage, 140 ton s
211111111111099999999999099999888887197531975319
中国钢铁产量的发展空间
目前世界人均钢产量240kg/年 发达国家在实现工业化期间，人均钢产量
300-1000kg/年，持续生产时间为50-80年， 人均累积用钢25-50吨 发达国家基础设施建设达到饱和后，仍保 持人均300-500kg/年的生产供应水平 在后工业化社会，钢铁材料仍占全部金属 材料的90%以上
CC ratio, %
降低生产成本提高成材率： 连铸比与粗钢产量
18000
100
16000
crude steel
90
14000 12000
CC ratio
80 70
10000 8000
60 50 40
6000
30
4000
20
2000
10
0
0
year
采用先进钢铁生产工艺技术
炼铁 Ironmaking
主要结构材料（2014）
硅酸盐材料：价格低廉，年用量上千亿吨； 其中天然沙石量上千亿吨，水泥41.8亿吨 (中国24.7619亿吨，占59.2%)，陶瓷砖140亿 平米(中国102.3亿平米，占70%)
木材：天然锯材，但涉及环境保护，年消耗 量约4.21亿立方米 (中国约8178万立方米）
钢铁材料：年产量16.615亿吨(中国8.2270亿 吨，占49.5%）
高炉喷煤技术
10年多喷吹煤粉（重点高炉喷煤比达到120kg/t） 节约焦炭712万吨，节约成本11亿元。
溅渣护炉技术
普通转炉最长炉龄已大于3万炉（重点企业平均 3600炉），复吹炉最高大于2.9万炉。按年产1亿 吨转炉钢计算年经济效益3亿元。
炼钢 Steelmaking
连铸 Continuous casting
轧钢 Hot rolling
高炉喷吹煤粉技术 降低炼铁各工序能耗
溅渣护炉技术 转炉复吹技术 电炉炼钢技术 二次精炼技术
传统连铸生产的高效化 新型连铸技术
确立先进轧钢生产流程 生产装备和技术的现代化 开发新型轧钢生产技术 超快冷技术
涂饰）
结构材料的性能要求4
生产成本低廉且能大规模生产 －资源丰富且易于开采 －接近自然平衡态（硅酸盐材料具有特殊优
势） －满足大规模生产要求（生产工艺技术、成
型工艺技术、产品生产工艺技术、性能提 高的工艺技术等） －环境友好
结构材料的性能要求5
舒适性与装饰性 －现代要求且是发展趋势 －表面质量与涂装 －金属光泽与抗氧化 －抗震降噪隔热 －色彩（如彩钢） －特殊性能（如抗菌、手感）
温钢、耐火钢） －耐蚀（不同使用条件下有不同要求，如耐
候钢、耐海水腐蚀钢、耐酸钢） －自我修复（如加工硬化）
结构材料的性能要求3
易于成型和加工 －不同结构要求不同的形状 －流态成型（铸造、沉积） －半固态成型（带液芯轧制或锻造） －固态成型（压力加工：热加工与冷加工） －固态成型（机械加工：反复软化与硬化） －连接成型（焊接、粘合、机械结合、复合、
Steel is not a single product. There are currently more than 3,500 different grades of steel with many different properties-physical, chemical, environmental, 75% of which have been developed in the last 20 years.
中国后工业化社会仍需保持300kg/人年，即 5亿吨/年的钢铁材料生产供应水平
提高性能
改善钢材品种结构
钢带 6%
中厚钢板 13%
wk.baidu.com钢管 7%
其他 1%
线材 19%
优质型材 6%
薄钢板 13%
普通型材 35%
增加品种：How many different types of steel grades are available?