• 一、什么是鋼鐵

1. 1.鋼鐵的定義

鋼鐵是鐵與C（碳）、Si（硅）、Mn（錳）、P（磷）、S(硫）以及少量的其他元素所組成的合金。其中除鐵（Fe）外，C的含量對(duì)鋼鐵的機(jī)械性能起著主要作用，故統(tǒng)稱為鐵碳合金。它是工程技術(shù)中最重要的、用量最大的金屬材料。

2. 2.鋼的含義

        鋼的碳含量為0.03%-2%的鐵碳合金。碳鋼是最常用的普通鋼，冶煉方便，加工容易。按含碳量不同，碳鋼又分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。合金鋼又叫特種鋼，在碳鋼的基礎(chǔ)上加入一種或多種合金元素，使鋼的組織結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，常加入鋼中的合金元素有Si、Mn、Cr、 Ni、Mo、V、Ti等。

3. 3.生鐵的含義

        含碳量在2%-4.3%的鐵碳合金稱生鐵。生鐵硬而脆，耐壓耐磨。分為白口鐵、灰口鐵和球墨鑄鐵。白口鐵中呈銀白色，質(zhì)硬而脆，不能進(jìn)行機(jī)械加工，是煉鋼的原料，故又稱煉鋼生鐵?；铱阼F，斷口呈銀灰色，易切削，易鑄，耐磨。球墨鑄鐵，其性能接近于鋼。在鑄鐵中加入特種合金元素可得特種鑄鐵。

• 二、鋼鐵生產(chǎn)工藝

1.  1.鋼鐵冶煉

現(xiàn)代鋼鐵冶煉生產(chǎn)流程是將鐵礦石在高爐中冶煉成生鐵，將鐵水注入轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉成鋼，再將鋼水鑄成連鑄坯或鋼錠，經(jīng)軋制等塑性變形方法加工成各種用途的鋼材。

2.  2. 鋼鐵聯(lián)合企業(yè)

鋼鐵聯(lián)合企業(yè)一般包括原料處理、煉鐵、煉鋼、軋鋼、能源供應(yīng)、交通運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)環(huán)節(jié)，是一個(gè)復(fù)雜而龐大的生產(chǎn)體系。我國(guó)的鋼鐵企業(yè)一般都是這樣的全流程聯(lián)合企業(yè)。

• 三、煉鐵原料及工藝

1.  1.原料

高爐冶煉用的原料主要有鐵礦石（天然富礦和人造富礦）、燃料（焦炭與噴吹燃料）、溶劑（石灰石和白云石）。冶煉一噸生鐵大概需要品味為63%的鐵礦石1.60-1.65噸，0.3-0.6噸焦炭，0.2-0.4噸溶劑。

2.  2.煉鐵工藝

高爐煉鐵是以焦炭為能源基礎(chǔ)的傳統(tǒng)煉鐵方法。它與轉(zhuǎn)爐煉鐵相配合，是目前生產(chǎn)煉鐵的主要方法。高爐煉鐵的這種主導(dǎo)地位預(yù)計(jì)在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期之內(nèi)不會(huì)改變。高爐煉鐵的本質(zhì)是鐵的還原過(guò)程，即焦炭做燃料和還原劑，在高溫下將鐵礦石或含鐵原料的鐵，從氧化物或礦物狀態(tài)還原為液態(tài)生鐵。

3.  3.煉鐵過(guò)程

   冶煉過(guò)程中，爐料（礦石、溶劑、焦炭）按照確定的比例通過(guò)裝料設(shè)備分批地從爐頂裝入爐內(nèi)。從下部風(fēng)口鼓入的高溫?zé)犸L(fēng)與焦炭發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的高溫還原性煤氣上升，并使?fàn)t料加熱、還原、熔化、造渣，產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)變化，最后生成液態(tài)渣、鐵聚集于爐缸，周期地從高爐中排出。上升過(guò)程中，氣流溫度不斷降低，成分逐漸變化，最后形成高爐煤氣從爐頂排出。

• 四、煉鋼原料與工藝

1. 1.煉鋼任務(wù)

脫碳—脫磷—脫硫—脫氧—脫氮、氫等—去除非金屬夾雜物—合金化—升溫—凝固成型

2. 2.煉鋼原理及原料

煉鋼過(guò)程是個(gè)氧化過(guò)程，其去除雜質(zhì)的主要手段是向熔池吹入氧氣并加入造渣劑形成熔渣出來(lái)。脫碳反應(yīng)是煉鋼過(guò)程的主要手段，硅、錳、磷、硫等元素也通過(guò)氧化反應(yīng)去除。煉鋼的原料有生鐵、廢鋼、溶劑（石灰石）、脫氧劑（硅鐵、錳鐵、鋁等）、合金料等。

3. 3.煉鋼工藝

鐵水預(yù)處理—轉(zhuǎn)爐或電弧爐煉鋼—爐外精煉（二次精煉）—連鑄

• 五、煉鋼工藝

1.   1.連鑄

     連續(xù)鑄鋼是通過(guò)連鑄機(jī)將鋼液連續(xù)地鑄成鋼坯的工序。與模鑄相比，連鑄具有以下優(yōu)越性：簡(jiǎn)化工序、節(jié)能。鑄坯切頭率降低、金屬收得率比模鑄高7-12%。高效凝固。優(yōu)化成型。

     連鑄工藝的流程為：鋼液通過(guò)中間包注入結(jié)晶器內(nèi)，迅速冷卻成具有一定厚度的凝固殼而內(nèi)部仍未液態(tài)的鑄坯。鑄坯下部與伸入結(jié)晶器底部的引錠桿銜接，澆注開始后，拉胚機(jī)通過(guò)引錠桿把結(jié)晶器內(nèi)的鑄坯以一定速度拉出。鑄坯通過(guò)連鑄二次冷卻區(qū)時(shí)，進(jìn)一步是受到噴水冷卻直到完全凝固。完全凝固后的鑄坯通過(guò)拉矯機(jī)矯直后，切割成規(guī)定長(zhǎng)度，由輸送道運(yùn)出。

2.  2. 軋鋼

     軋制過(guò)程是軋件與軋輥之間的摩擦力將軋件拉進(jìn)不同旋轉(zhuǎn)方向的軋輥之間使之產(chǎn)生塑性變形的過(guò)程。一般的軋鋼工序可分為：加熱爐、粗軋、中軋、精軋、精整。

• 六、鋼鐵的機(jī)械性能（2）

鋼鐵具有良好的物理、機(jī)械和工藝性能；六大指標(biāo)

1. 1.屈服點(diǎn)

     鋼材或試樣在拉伸時(shí)，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限時(shí)，即使應(yīng)力不再增加，而鋼材或試樣仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性形變，稱此現(xiàn)象為屈服，而產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最小應(yīng)力值即為屈服點(diǎn)。

2. 2.屈服強(qiáng)度

有的金屬材料的屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)及不明顯，在測(cè)量上有困難，因此為了衡量材料的屈服特性，規(guī)定產(chǎn)生永久殘余塑性變形等于一定值（一般為原長(zhǎng)度的0.2%）時(shí)的應(yīng)力，稱為條件屈服強(qiáng)度或簡(jiǎn)稱屈服強(qiáng)度。

3. 3.抗拉強(qiáng)度

材料在拉伸過(guò)程中，從開始到發(fā)生斷裂時(shí)所達(dá)到的最大應(yīng)力值。它表示鋼材抵抗斷裂的能力大小。與抗拉強(qiáng)度相應(yīng)的還有抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等。

4. 4.伸長(zhǎng)率

鋼材在拉斷后，其塑性伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度與原試樣長(zhǎng)度的百分比叫伸長(zhǎng)率或延伸率。

5. 5.屈強(qiáng)比

鋼材的屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度）與抗拉強(qiáng)度的比值，稱為屈強(qiáng)比。屈強(qiáng)比越大，結(jié)構(gòu)零件的可靠性越高，一般碳素鋼屈強(qiáng)比為0.6-0.65，低合金結(jié)構(gòu)鋼為0.65-0.75合金結(jié)構(gòu)鋼為0.84-0.86。

6. 6.硬度

硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是金屬材料的重要性能指標(biāo)之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。

• 七、影響鋼鐵性能的因素

化學(xué)成分對(duì)鋼鐵性能的影響

1.  1. 碳

碳是僅次于鐵的主要元素，含碳量增加，鋼材強(qiáng)度提高，而塑性和韌性、尤其是低溫沖擊韌性下降，同時(shí)可焊性、抗腐蝕性、冷彎性能明顯降低。因此結(jié)構(gòu)用鋼的碳含量一般不超過(guò)0.22%，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)低于0.2%。

2.   2.錳

     錳是一種弱脫氧劑，適量的錳含量可以有效地提高鋼材的強(qiáng)度，又能消除硫、氧對(duì)鋼材的熱脆影響，而不顯著降低鋼材的塑性和韌性。錳在碳素結(jié)構(gòu)鋼中的含量為0.3%-0.8%，在低合金鋼中一般為1.0%-1.7%。

3.   3.硅

硅是一種強(qiáng)脫氧劑，適量的硅可提高鋼材的強(qiáng)度，而對(duì)塑性、韌性、冷彎性能和可焊接性無(wú)明顯不良影響，但硅含量過(guò)大時(shí)，會(huì)降低鋼材的塑性、韌性、抗銹蝕性和可焊性。

4.  4. 釩、鈮、鈦

釩、鈮、鈦都能使鋼材品粒細(xì)化。我國(guó)的低合金鋼都含有這三種元素，作為錳以外的合金元素，既可提高鋼材強(qiáng)度，又保持良好的塑性、韌性。

5.  5. 氧、氮

     氧和氮也是有害雜質(zhì)，在金屬熔化的狀態(tài)下可以從空氣中進(jìn)入。氧能使鋼熱脆，其作用比硫劇烈，氮能使鋼冷脆，與磷相似。

• 八、鋼鐵的分類

1.   1.按品質(zhì)分類

普通鋼（P<=0.045%,S<=0.05%）

優(yōu)質(zhì)鋼（P、S均<=0.035%）

高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（P<=0.035%,S<=0.03%）

2.   2.按化學(xué)成分分類

碳素鋼

1. 低碳鋼（C<=0.25%）
2. 中碳鋼（C<=0.25-0.6%）
3. 高碳鋼（C<=0.6%）

合金鋼

1.  低合金鋼（合金元素總含量<=5%）
2.  中合金鋼（合金元素總含量>5-10%）
3.  高合金鋼（合金元素總含量>10%）