炼钢的基础知识
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炼钢的基础知识
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- 2020-08-31 15:44
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- 2020-08-31 15:44
一、钢和生铁 钢和生铁都是铁碳合金。理论上一般将含碳量<2.11%的铁碳合金称为钢，经常冶炼的钢铁的碳含量均低于1.4%，碳含量大于2.11%的铁碳合金叫做生铁，但碳含量超过5%以上的铁碳合金，因脆性太大而无使用价值。
二、工业纯铁和熟铁 碳含量低于0.02%的铁碳合金叫做工业纯铁。在目前的生产条件下，即使采用极纯的炉料和最先进的措施，通过冶金方法获得纯铁的纯度只能达到99.9%(如极软钢、阿姆克铁、瑞典铁等)。通过实验或采取化学方法提纯，纯铁中铁的含量最高也只能达到99.99%。通常，民间所谓的熟铁实际上是碳含量将近0.1%并含有大量夹杂的铁碳合金。
三、合金元素 钢并不是简单的铁碳二元合金，而是以铁碳为主要元素的多元合金。合金元素的存在对某些钢有时起到有益的作用，但有时也会产生不利的影响。以合金化为目的而使用的合金元素在钢中的作用，归纳于表1
四、钢的分类
1、按化学成分分类 按是否有目的地加入合金元素可分为碳素钢和合金钢两类。 按含碳量不同又把钢分为低碳钢、中碳钢、高碳钢三类，一般将碳含量小于0.25%的称为低碳钢，大于0.60%称为高碳钢，而碳含量位于0.25%~0.60%之间的称为中碳钢。 按钢中合金元素总含量的多少分为低合金钢、中合金钢和高合金钢。一般合金元素总含量小于3%的为普遍低合金钢，合金元素总量为3%~5%之间的为低合金钢，大于10%的叫做高合金钢，而合金元素总含量位于3%~10%之间的叫做中合金钢。 按钢中所含的主要合金元素不同可分为锰钢、硅钢、硼钢、铬镍钢、铬锰硅钢等。 2、按冶炼方法和质量水平分类 按炼钢炉设备不同分为平炉钢、转炉钢、电炉钢。其中电炉钢包括电弧炉钢、感应炉钢、电渣炉钢、电子速熔炼钢及有关的真空熔炼钢等。[font=ˎ̥] 按选用炉衬的材质不同，平炉钢、转炉钢、电炉钢均可分为酸性和碱性两类。 按脱氧程度不同分为沸腾钢(不经脱氧或只经微弱脱氧)、镇静钢(脱氧充分)、半镇静钢(脱氧不完全，介于镇静钢和沸腾钢之间，由于脱氧不完全，在浇注中仍有微弱的沸腾，故称为半镇静钢)。 此外，还有经真空等处理的氧含量极低的特殊镇静钢。[font=ˎ̥] 按质量水平不同可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。普通钢的S、P以及其它杂质的含量较高，如一般S≤0.050%、P≤0.045%。优质钢对 S、P及其它杂质含量均有较严格的限制，一般 S≤0.040%、P≤0.035%，对于优质合金钢则要求更严些。高级优质钢除对S、P等杂质含量有非常严格的限制外，还对力学性能、低倍和高倍组织更有相应的严格要求。 表1—1 合金元素在钢中的作用 元素 作 用 1、在低含量范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性 2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性 3、稍稍改善钢的低温韧性 4、在高含量范围内，作为主要的奥氏体化元素Si 1、强化铁素体，提高钢的强度和硬度 2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性 3、提高钢的氧化性腐蚀介质中的耐蚀性，提高钢的耐热性 4、磁钢中的主要合金元素(含量在0.40%范围内时，改善热裂倾向，含量高时，易形成柱状晶，增加热裂倾向。
1、在低合金范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性 2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性 3、提高钢的耐热性
4、在高合金范围内，使钢具有对强氧化性酸类等腐蚀介质的耐腐蚀能力
1、 强化铁素体，提高钢的强度和硬度
2、 降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性
3、 提高钢的耐热性和高温强度
1、 提高钢的强度，而不降低其塑性，改善钢的低温韧性
2、 降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透
3、 扩大奥氏体区，是奥氏体化的有效元素
4、 本身具有一定耐蚀性，对一些还原性酸类有良好的耐蚀能力
Al 1、 炼钢中起良好的脱氧作用 2、 细化钢的晶粒，提高钢的强度 3、提高钢的抗氧化性能，提高不锈钢对强氧化性酸类的耐蚀能力
1、炼钢中起脱硫、去气、净化钢液作用
2、细化钢的晶粒，改善铸态组织
3、按金相组织分类 按钢的奥氏体分解转变方式不同可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢。 按正火后的组织不同可分贝氏体钢、珠光体钢、马氏体钢及奥氏体钢。
4、按加工和热处理工艺分类 按加工成形的方式不同可分为压力加工用钢和切削加工用钢等。 按热处理工艺的不同可分为调质钢、低温回火钢、渗碳钢、氰化钢等。
5、按用途分类 (1)结构钢。目前生产最多，使用最广的是结构钢。它包括碳素结构钢和合金结构钢，主要用于制造机器和结构零件及建筑工程用的金属结构等。 (2)工具钢。它包括碳素工具钢和合金工具钢及高速钢。 (3)特殊性能钢。就是具有特殊物理性能或力学性能的钢，称为特殊性能钢。如轴承钢、不锈钢、弹簧钢及其他磁性钢或高温合金钢等。
二、工业纯铁和熟铁 碳含量低于0.02%的铁碳合金叫做工业纯铁。在目前的生产条件下，即使采用极纯的炉料和最先进的措施，通过冶金方法获得纯铁的纯度只能达到99.9%(如极软钢、阿姆克铁、瑞典铁等)。通过实验或采取化学方法提纯，纯铁中铁的含量最高也只能达到99.99%。通常，民间所谓的熟铁实际上是碳含量将近0.1%并含有大量夹杂的铁碳合金。
三、合金元素 钢并不是简单的铁碳二元合金，而是以铁碳为主要元素的多元合金。合金元素的存在对某些钢有时起到有益的作用，但有时也会产生不利的影响。以合金化为目的而使用的合金元素在钢中的作用，归纳于表1
四、钢的分类
1、按化学成分分类 按是否有目的地加入合金元素可分为碳素钢和合金钢两类。 按含碳量不同又把钢分为低碳钢、中碳钢、高碳钢三类，一般将碳含量小于0.25%的称为低碳钢，大于0.60%称为高碳钢，而碳含量位于0.25%~0.60%之间的称为中碳钢。 按钢中合金元素总含量的多少分为低合金钢、中合金钢和高合金钢。一般合金元素总含量小于3%的为普遍低合金钢，合金元素总量为3%~5%之间的为低合金钢，大于10%的叫做高合金钢，而合金元素总含量位于3%~10%之间的叫做中合金钢。 按钢中所含的主要合金元素不同可分为锰钢、硅钢、硼钢、铬镍钢、铬锰硅钢等。 2、按冶炼方法和质量水平分类 按炼钢炉设备不同分为平炉钢、转炉钢、电炉钢。其中电炉钢包括电弧炉钢、感应炉钢、电渣炉钢、电子速熔炼钢及有关的真空熔炼钢等。[font=ˎ̥] 按选用炉衬的材质不同，平炉钢、转炉钢、电炉钢均可分为酸性和碱性两类。 按脱氧程度不同分为沸腾钢(不经脱氧或只经微弱脱氧)、镇静钢(脱氧充分)、半镇静钢(脱氧不完全，介于镇静钢和沸腾钢之间，由于脱氧不完全，在浇注中仍有微弱的沸腾，故称为半镇静钢)。 此外，还有经真空等处理的氧含量极低的特殊镇静钢。[font=ˎ̥] 按质量水平不同可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。普通钢的S、P以及其它杂质的含量较高，如一般S≤0.050%、P≤0.045%。优质钢对 S、P及其它杂质含量均有较严格的限制，一般 S≤0.040%、P≤0.035%，对于优质合金钢则要求更严些。高级优质钢除对S、P等杂质含量有非常严格的限制外，还对力学性能、低倍和高倍组织更有相应的严格要求。 表1—1 合金元素在钢中的作用 元素 作 用 1、在低含量范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性 2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性 3、稍稍改善钢的低温韧性 4、在高含量范围内，作为主要的奥氏体化元素Si 1、强化铁素体，提高钢的强度和硬度 2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性 3、提高钢的氧化性腐蚀介质中的耐蚀性，提高钢的耐热性 4、磁钢中的主要合金元素(含量在0.40%范围内时，改善热裂倾向，含量高时，易形成柱状晶，增加热裂倾向。
1、在低合金范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性 2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性 3、提高钢的耐热性
4、在高合金范围内，使钢具有对强氧化性酸类等腐蚀介质的耐腐蚀能力
1、 强化铁素体，提高钢的强度和硬度
2、 降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性
3、 提高钢的耐热性和高温强度
1、 提高钢的强度，而不降低其塑性，改善钢的低温韧性
2、 降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透
3、 扩大奥氏体区，是奥氏体化的有效元素
4、 本身具有一定耐蚀性，对一些还原性酸类有良好的耐蚀能力
Al 1、 炼钢中起良好的脱氧作用 2、 细化钢的晶粒，提高钢的强度 3、提高钢的抗氧化性能，提高不锈钢对强氧化性酸类的耐蚀能力
1、炼钢中起脱硫、去气、净化钢液作用
2、细化钢的晶粒，改善铸态组织
3、按金相组织分类 按钢的奥氏体分解转变方式不同可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢。 按正火后的组织不同可分贝氏体钢、珠光体钢、马氏体钢及奥氏体钢。
4、按加工和热处理工艺分类 按加工成形的方式不同可分为压力加工用钢和切削加工用钢等。 按热处理工艺的不同可分为调质钢、低温回火钢、渗碳钢、氰化钢等。
5、按用途分类 (1)结构钢。目前生产最多，使用最广的是结构钢。它包括碳素结构钢和合金结构钢，主要用于制造机器和结构零件及建筑工程用的金属结构等。 (2)工具钢。它包括碳素工具钢和合金工具钢及高速钢。 (3)特殊性能钢。就是具有特殊物理性能或力学性能的钢，称为特殊性能钢。如轴承钢、不锈钢、弹簧钢及其他磁性钢或高温合金钢等。
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