钢铁材料学1～3概要
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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、
有色金属：年产量8100万吨(中国1635万吨)
高分子材料：塑料年产量2.12亿吨(中国2199 万吨)
中国水泥产量发展
中国水泥年产量
万吨
120000 100000
80000 60000 40000 20000
0 1975
1980
1985
1990 年
1995
2000
2005
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
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
我国2003年人均占有钢已达到世界平均水 平约160kg/人，总产量达到2.24亿吨。2005 年钢产量为3.52亿吨，人均267kg。预计近 年内将达到5亿吨左右的峰值，人均占有钢 达到350-400kg/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200-300亿吨（人均15-20吨）
crude steel tonnage, 140 ton s
211111111111099999999999099999888887197531975319
CC ratio, %
降低生产成本提高成材率： 连铸比与粗钢产量
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
地区结构调整
年份 华北 东北 东部 中南 西南 西北
1950 12.72 82.83 1.95 0.90 1.61
0
1970 19.96 37.32 23.70 13.57 4.51 0.94
Biblioteka Baidu
1980 21.51 26.44 24.74 15.05 10.34 1.91
1990 22.69 20.89 27.57 16.64 9.38 2.82
1998 26.10 14.30 31.60 15.80 8.80 3.40
稳定的形态（温度、湿度、外力作用下稳 定）
－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
中国后工业化社会仍需保持200kg/人年，即 3亿吨/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%
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?
主要结构材料
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22.1亿吨 (中国10.6亿吨，占48%)，陶瓷1.85亿吨(中 国0.96亿吨，占52%)
木材：天然材，但涉及环境保护，年消耗量 约40亿立方米 (中国约5亿立方米）
钢铁材料：年产量11.29亿吨(中国3.5239亿吨， 占31%）
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
提高产量
production, million metric tons
1200 1000 800 600 400 200
01980 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
钢铁材料学
2006年 9月
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
China World
中国钢铁产量的发展空间
目前世界人均钢产量160kg/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
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.
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）
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、
有色金属：年产量8100万吨(中国1635万吨)
高分子材料：塑料年产量2.12亿吨(中国2199 万吨)
中国水泥产量发展
中国水泥年产量
万吨
120000 100000
80000 60000 40000 20000
0 1975
1980
1985
1990 年
1995
2000
2005
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
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
我国2003年人均占有钢已达到世界平均水 平约160kg/人，总产量达到2.24亿吨。2005 年钢产量为3.52亿吨，人均267kg。预计近 年内将达到5亿吨左右的峰值，人均占有钢 达到350-400kg/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200-300亿吨（人均15-20吨）
crude steel tonnage, 140 ton s
211111111111099999999999099999888887197531975319
CC ratio, %
降低生产成本提高成材率： 连铸比与粗钢产量
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
地区结构调整
年份 华北 东北 东部 中南 西南 西北
1950 12.72 82.83 1.95 0.90 1.61
0
1970 19.96 37.32 23.70 13.57 4.51 0.94
Biblioteka Baidu
1980 21.51 26.44 24.74 15.05 10.34 1.91
1990 22.69 20.89 27.57 16.64 9.38 2.82
1998 26.10 14.30 31.60 15.80 8.80 3.40
稳定的形态（温度、湿度、外力作用下稳 定）
－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
中国后工业化社会仍需保持200kg/人年，即 3亿吨/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%
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?
主要结构材料
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22.1亿吨 (中国10.6亿吨，占48%)，陶瓷1.85亿吨(中 国0.96亿吨，占52%)
木材：天然材，但涉及环境保护，年消耗量 约40亿立方米 (中国约5亿立方米）
钢铁材料：年产量11.29亿吨(中国3.5239亿吨， 占31%）
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
提高产量
production, million metric tons
1200 1000 800 600 400 200
01980 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
钢铁材料学
2006年 9月
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
China World
中国钢铁产量的发展空间
目前世界人均钢产量160kg/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
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.
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）