第五章钢铁分析1
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1. 钢铁材料的分类 (1)钢的分类 钢是指含碳量低于2％的铁碳合金，其成分除 铁碳外，还有少量硅、锰、硫、磷等杂质元素， 合金钢还含有其他合金元素。一般工业用钢含碳 量不超过1.4％。
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6.1.1 基础知识
①按化学成分分类 钢铁材料可分为碳素钢和合金钢 合金钢：低合金钢(合金元素总量≤5％)； 中合金钢(合金元素总量在5％～10％)； 高合金钢(合金元素总量〉10％)。 ②按品质分类 普通钢(磷含量≤0.045％，硫含量
≤0.055％)；优质钢(磷含量、硫含量≤0.040％)；高 级优质钢(磷含量≤0.035％，硫含量≤0.030％)。
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6.1.1 基础知识
(2)生铁的分类 生铁是含碳量高于2％的铁碳合金，通常按用 途分为炼钢生铁和铸造生铁两类。 炼钢生铁是指用于炼钢的生铁，一般含硅量较 低(<1.75％)，含硫量较高(<0.07％)。
多用于炼钢
铁矿石和焦炭、石灰石按一定比例配
合，经过高温煅烧、冶炼，则铁矿石被焦炭 还原，生成粗制的铁，称生铁。反应历程较 复杂，可用下式代表：
2F e2O 3+3C
4F e+3C O 2
C a C O 3 + S iO 2 C a S iO 3 + C O 2 除 掉 S iO 2
铁矿石主要含有硅酸盐状态存在的其他金 属或非金属杂质的氧化铁，经冶炼大部分杂质转 化成炉渣，分离除去，有少量杂质C、Mn、Si、S 、P等残存在生铁中。
高炉中生产出来的生铁主要用作炼钢生铁， 约占生铁产量的80％～90％，质硬而脆，断口成 白色，也叫白口铁。
铸造生铁是指用于铸造各种生铁、铸铁件的生 铁，一般含硅量较高(3.75％)，含硫量稍低(<0.06 ％)。因其断口呈灰色，所以也叫灰口铁。
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6.1.1 基础知识
(3)铁合金的分类 铁合金是含有炼钢时所需的各种合金元素的特 种生铁，用作炼钢时的脱氧剂或合金元素添加剂。 铁合金主要是以所含的合金元素来分，如硅铁、 锰铁、铬铁、钼铁、钨铁、铌铁、钍铁、硅锰合 金等。 用量最大的是硅铁、锰铁、铬铁。
高碳钢>1.7%（1.7-4%）
据Mn Si 量生铁一般分为
灰口生铁 （软而韧）
Si>2%,Mn<2% Smi促 p=使 12C00以oC游离断 态口 石灰 墨色 状存在 Si高流动性强，软易加工 用于铸造
白口生铁 （硬而脆） Si<0.5%,Mn>4% C以化合态存在（如Fe3C, Mn阻止以 mp=1100oC 断口银白色 Mn高硬难加工
2、形态
主要以硅化物：FeSi 、MnSi 、FeMnSi 存在
在高硅钢中，一部分以SiC存在，也有时形成固熔体 或硅酸盐。
（二）硅
3、性能
增强钢的硬度、弹性及强度，提高抗氧化 能力及耐酸性
(3) 、类型 a 一般生铁或碳素钢Si含量<1% b 电器用硅钢Si含量可达4% c 特殊用途的硅铁、硅钢等合金，
Si含量 高达12 – 95% 如：
含Si 12%，Mn 20%的铁合金称硅镜铁，主要用 于炼钢脱氧剂
(三)锰
1、来源 少量由原料矿石中引入，主要是在 冶炼钢铁过程中作为脱硫脱氧剂有意加入。
2、形态 钢铁中主要以MnS状态存在，如S含量 较低，过量的锰可能组成MnC、MnSi、FeMnSi等 ，成固熔体状态存在。
对存在状态的影响
灰口生铁，石墨C多，软而韧
白口生铁，化合物C多，硬而脆
碳素钢据C 含量分三类，低、中、高碳素钢
低 碳 钢<0.2%称 纯 铁 或 熟 铁 按 含 碳 量 分 钢 中 碳 钢0.2-1.7%(称 钢 )
高 碳 钢>1.7% （ 1.7-4%）
（二）硅
1、来源
由原料矿石引入或脱氧
主要讲述C 、S 、Si 、Mn 、P （一）碳 1 钢铁中的C来源：
碳是钢铁的主要成分之一，它直接影响 着钢铁的性能。碳是区别铁与钢，决定钢号 、品级的主要标志。 形态：两种
游离态
化合态Fe3C,Mn3C,Cr3C2,WC,MoC等
碳是对钢性能起决定作用的元素。碳在钢中可 作为硬化剂和加强剂，正是由于碳的存在，才能用 热处理的方法来调节和改善其机械性能。
第六章 钢铁分析
§6.1 §6.2 §6.3 §6.4 §6.5
§6.6
概述 碳的测定 硫的测定 磷的测定 锰的测定
硅的测定
§6.1 概述
了解钢的生产过程，从而进一步理解五大元素在 钢中的作用，证明测定的意义 。
钢铁是铁和碳的合金，其化学成分中大多数元素 是铁，还含有碳、硅、锰、磷、硫等元素。
一、钢的生产过程
加Ni、Cr、W、Ti等又分别称为Ni钢、 Cr钢、W钢、Ti钢。
加Ni增强钢的强度及韧性多用于承受 冲击或强大压力的制件含Ni 36%铸钢 受热时几乎不膨胀可制精密仪器
加Cr耐热耐腐蚀性较强多用于制造 多用于制造滚珠轴承或工具含Cr 12.5 – 18%的铬钢或含铬 0.6 – 1.75%、Ni 1.25%的镍铬钢，又称不锈钢，可制高 压锅。
铁矿石 石灰石 焦炭
碳素钢
配比 辅助材料 生铁
C控制在一定限度
高温燃烧
熔炼 S i M n 很 低
S P 杂 质 < 0.05%
焦炭还原铁矿石
铁矿石被焦炭还原生
石灰石CaCO3除SiO2
成粗制生铁
C 2.5 - 4%
生 铁 Mn 0.5 - 6% Si 0.5 - 3% S,P(少 量 )
低碳钢<0.2%称纯铁或熟铁 按含碳量分钢 中碳钢0.2-1.7%(称钢)
加W有极强的耐热性，受热至白热化仍 不软化常制运转的机件或刀具。
高速切削钢：含W 15–18% V 1–3% Cr 2–5%合金钢 含Mo、V、Ti等合金钢和钨钢性能相似。
6.1.1 基础知识
黑色金属材料是指铁、铬、锰及它们的合金，通 常称为钢铁材料。各类钢铁是由铁矿石及其他辅 助原料在高炉、转炉、电炉等各种冶金炉中冶炼 而成的产品。
如果将生铁的其他辅助材料配合，进一 步冶炼，则杂质被进一步氧化除去，同时控制 含碳量降至一定限度，硅猛等元素含量很低， 硫磷等杂质降至0.05%以下，则成为铁及碳的 合金碳素钢。
特种钢：
若适当提高钢中Si或Mn含量，或加入一定 量的Ni，Cr，W，Mo，V，Ti等金属，成为 特种钢（铁合金或合金钢）。
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6.1.1 基础知识
①按化学成分分类 钢铁材料可分为碳素钢和合金钢 合金钢：低合金钢(合金元素总量≤5％)； 中合金钢(合金元素总量在5％～10％)； 高合金钢(合金元素总量〉10％)。 ②按品质分类 普通钢(磷含量≤0.045％，硫含量
≤0.055％)；优质钢(磷含量、硫含量≤0.040％)；高 级优质钢(磷含量≤0.035％，硫含量≤0.030％)。
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6.1.1 基础知识
(2)生铁的分类 生铁是含碳量高于2％的铁碳合金，通常按用 途分为炼钢生铁和铸造生铁两类。 炼钢生铁是指用于炼钢的生铁，一般含硅量较 低(<1.75％)，含硫量较高(<0.07％)。
多用于炼钢
铁矿石和焦炭、石灰石按一定比例配
合，经过高温煅烧、冶炼，则铁矿石被焦炭 还原，生成粗制的铁，称生铁。反应历程较 复杂，可用下式代表：
2F e2O 3+3C
4F e+3C O 2
C a C O 3 + S iO 2 C a S iO 3 + C O 2 除 掉 S iO 2
铁矿石主要含有硅酸盐状态存在的其他金 属或非金属杂质的氧化铁，经冶炼大部分杂质转 化成炉渣，分离除去，有少量杂质C、Mn、Si、S 、P等残存在生铁中。
高炉中生产出来的生铁主要用作炼钢生铁， 约占生铁产量的80％～90％，质硬而脆，断口成 白色，也叫白口铁。
铸造生铁是指用于铸造各种生铁、铸铁件的生 铁，一般含硅量较高(3.75％)，含硫量稍低(<0.06 ％)。因其断口呈灰色，所以也叫灰口铁。
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6.1.1 基础知识
(3)铁合金的分类 铁合金是含有炼钢时所需的各种合金元素的特 种生铁，用作炼钢时的脱氧剂或合金元素添加剂。 铁合金主要是以所含的合金元素来分，如硅铁、 锰铁、铬铁、钼铁、钨铁、铌铁、钍铁、硅锰合 金等。 用量最大的是硅铁、锰铁、铬铁。
高碳钢>1.7%（1.7-4%）
据Mn Si 量生铁一般分为
灰口生铁 （软而韧）
Si>2%,Mn<2% Smi促 p=使 12C00以oC游离断 态口 石灰 墨色 状存在 Si高流动性强，软易加工 用于铸造
白口生铁 （硬而脆） Si<0.5%,Mn>4% C以化合态存在（如Fe3C, Mn阻止以 mp=1100oC 断口银白色 Mn高硬难加工
2、形态
主要以硅化物：FeSi 、MnSi 、FeMnSi 存在
在高硅钢中，一部分以SiC存在，也有时形成固熔体 或硅酸盐。
（二）硅
3、性能
增强钢的硬度、弹性及强度，提高抗氧化 能力及耐酸性
(3) 、类型 a 一般生铁或碳素钢Si含量<1% b 电器用硅钢Si含量可达4% c 特殊用途的硅铁、硅钢等合金，
Si含量 高达12 – 95% 如：
含Si 12%，Mn 20%的铁合金称硅镜铁，主要用 于炼钢脱氧剂
(三)锰
1、来源 少量由原料矿石中引入，主要是在 冶炼钢铁过程中作为脱硫脱氧剂有意加入。
2、形态 钢铁中主要以MnS状态存在，如S含量 较低，过量的锰可能组成MnC、MnSi、FeMnSi等 ，成固熔体状态存在。
对存在状态的影响
灰口生铁，石墨C多，软而韧
白口生铁，化合物C多，硬而脆
碳素钢据C 含量分三类，低、中、高碳素钢
低 碳 钢<0.2%称 纯 铁 或 熟 铁 按 含 碳 量 分 钢 中 碳 钢0.2-1.7%(称 钢 )
高 碳 钢>1.7% （ 1.7-4%）
（二）硅
1、来源
由原料矿石引入或脱氧
主要讲述C 、S 、Si 、Mn 、P （一）碳 1 钢铁中的C来源：
碳是钢铁的主要成分之一，它直接影响 着钢铁的性能。碳是区别铁与钢，决定钢号 、品级的主要标志。 形态：两种
游离态
化合态Fe3C,Mn3C,Cr3C2,WC,MoC等
碳是对钢性能起决定作用的元素。碳在钢中可 作为硬化剂和加强剂，正是由于碳的存在，才能用 热处理的方法来调节和改善其机械性能。
第六章 钢铁分析
§6.1 §6.2 §6.3 §6.4 §6.5
§6.6
概述 碳的测定 硫的测定 磷的测定 锰的测定
硅的测定
§6.1 概述
了解钢的生产过程，从而进一步理解五大元素在 钢中的作用，证明测定的意义 。
钢铁是铁和碳的合金，其化学成分中大多数元素 是铁，还含有碳、硅、锰、磷、硫等元素。
一、钢的生产过程
加Ni、Cr、W、Ti等又分别称为Ni钢、 Cr钢、W钢、Ti钢。
加Ni增强钢的强度及韧性多用于承受 冲击或强大压力的制件含Ni 36%铸钢 受热时几乎不膨胀可制精密仪器
加Cr耐热耐腐蚀性较强多用于制造 多用于制造滚珠轴承或工具含Cr 12.5 – 18%的铬钢或含铬 0.6 – 1.75%、Ni 1.25%的镍铬钢，又称不锈钢，可制高 压锅。
铁矿石 石灰石 焦炭
碳素钢
配比 辅助材料 生铁
C控制在一定限度
高温燃烧
熔炼 S i M n 很 低
S P 杂 质 < 0.05%
焦炭还原铁矿石
铁矿石被焦炭还原生
石灰石CaCO3除SiO2
成粗制生铁
C 2.5 - 4%
生 铁 Mn 0.5 - 6% Si 0.5 - 3% S,P(少 量 )
低碳钢<0.2%称纯铁或熟铁 按含碳量分钢 中碳钢0.2-1.7%(称钢)
加W有极强的耐热性，受热至白热化仍 不软化常制运转的机件或刀具。
高速切削钢：含W 15–18% V 1–3% Cr 2–5%合金钢 含Mo、V、Ti等合金钢和钨钢性能相似。
6.1.1 基础知识
黑色金属材料是指铁、铬、锰及它们的合金，通 常称为钢铁材料。各类钢铁是由铁矿石及其他辅 助原料在高炉、转炉、电炉等各种冶金炉中冶炼 而成的产品。
如果将生铁的其他辅助材料配合，进一 步冶炼，则杂质被进一步氧化除去，同时控制 含碳量降至一定限度，硅猛等元素含量很低， 硫磷等杂质降至0.05%以下，则成为铁及碳的 合金碳素钢。
特种钢：
若适当提高钢中Si或Mn含量，或加入一定 量的Ni，Cr，W，Mo，V，Ti等金属，成为 特种钢（铁合金或合金钢）。