第八章金属材料要点解析.ppt

8.1 钢材的生产与分类8.1.1 钢的生产 钢是由生铁冶炼而成。 生铁的主要成分是铁，炼钢的目的是将生铁中的含碳量降至2%以下，使硫、磷、等杂质含量降至一定范围内，改善技术性能，提高质量。 1. 炼铁 将铁矿石、焦碳、石灰石和少量锰矿石按一定比例装入高炉内，在高温条件下，焦碳中的碳与铁矿石中的铁化物发生还原反应生产生铁。 根据炼钢设备的不同，建筑钢材的冶炼方法可分为： 1、氧气转炉炼钢 2、平炉炼钢 3、电炉炼钢 Ⅰ氧气转炉炼钢 以熔融的铁水为原料，由炉顶向转炉内吹入高压氧气，使铁水中的碳和硫等杂质氧化除去，得到较纯净的钢水。转炉炼钢周期短，生产效率高，杂质清除较充分，钢的质量较好，已成为现代炼钢的主要方法。 Ⅱ平炉炼钢 以固态或液态生铁、适量铁矿石和废钢作原料，利用废钢铁和铁矿石中的氧使杂质氧化。冶炼时间长，有足够的时间调整和控制成分，去除杂质更为彻底，钢质量高。但设备一次投资大，燃料热效率较低，冶炼时间较长，成本较高。 Ⅲ 电炉炼钢 用电加热进行高温冶炼，原料主要是废钢及生铁，电炉熔炼温度高，温度可以自由调节，清除杂质较易。电炉钢的质量最好，但成本也最高。 脱氧：炼钢结束时应加入一定量的脱氧剂使氧化铁还原成铁。 化学偏析：铸锭冷却过程中，钢内某些元素在铁的液相中的溶解度大于固相，这些元素便向凝固较迟的钢锭中心集中，导致化学成分在钢锭中分布不均匀。 8.1.2 钢的分类（一）按化学成分分类 1、碳素钢：低碳钢、中碳钢、高碳钢 2、合金钢：低合金钢、中合金钢、高合金钢 碳素钢的主要成分是铁，其次为碳，此外尚含有极少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。 低碳钢（含碳量小于0.25%）、 中碳钢（含碳量为0.25%～0.60%）高碳钢（含碳量大于0.60%） 合金钢是在炼钢过程中，加入一种或多种能改善钢材性能的合金元素而制得的钢种。常用合金元素有：硅、锰、钛、钒、铌、铬等。 低合金钢（合金元素含量小于5%）、中合金钢（合金含量为5%~10%）高合金钢（合金元素含量大于10%） （二）按冶炼时脱氧程度分类 1、沸腾钢：脱氧不充分的钢，当钢液注入锭模时会有大量CO2逸出呈沸腾状。 2、镇静钢：脱氧完全的钢，注入锭模时钢液平静地冷却凝固。 3 、半镇静钢：介于沸腾钢与镇静钢之间。 4、特殊镇静钢 （三）按其主要性能及使用特性 1、结构钢 2、工具钢：含碳量一般较高，以便于进行热处理。主要用于刀具，模具等各种工具。 3、特殊性能钢： 4、专门用途钢 ：桥梁钢，铁道用钢，船舶用钢，压力容器用钢及低温压力容器用钢。 （四）按加工工艺分类 1、压钢：指用热轧、冷轧、冷拨等工艺加工所得的各种钢材。 2、锻钢：指经锤打或锻压成型的钢材。 3、铸钢： 钢液直接浇铸成型的钢。 （五）按钢材产品分类 1、型材（角钢、槽钢、工字钢） 2、板材 3、线材 4、管材 8.2 钢材的技术性质 1、力学性能 （1）抗拉性能 （2）硬度 （3）冲击韧性 （4）耐疲劳性 2、工艺性能 （1）焊接 性能 （2）冷弯性能 8.2.1 钢材的抗拉性能 （１）弹性阶段（OA段） 试件发生弹性变形，应力—应变呈线性关系，直线斜率为弹性模量，即σ/ε=E。Ａ点相对应的应力为弹性级限σp。 弹性模量是产生单位弹性应变时所需的应力大小，反映了钢材抵抗变形的能力。常用低碳钢的弹性模量E=（2.0～2.1）×105Mpa，弹性极限σp=180～200MPa。 弹性变形在卸载后可以完全恢复。 （２）屈服阶段（ＡＢ段） 应力超过σp时，应变增加的速度大于应力增长速度，应力与应变不再成比例，开始产生塑性变形。到达屈服点B后，应力发生很小的波动，应变却急剧增长，出现屈服台阶。 一般以比较稳定的屈服下限对应的应力作为屈服极限值σs。 常用低碳钢的σs为185～235MPa。 有些钢材没有明显的屈服台阶，一般取卸载后有0.2%残余应变所对应的应力为名义屈服极限值σ0.2 。 钢材受力达屈服点后，变形为弹塑性变形，且迅速发展，尽管尚未破坏但已不能满足使用要求。设计中一般以屈服点作为强度取值依据。 塑性变形在卸载后不能恢复。 （3）强化阶段（BC段） 超过屈服点以后，试件内部组织结构发生变化，抵抗变形能力又重新提高。对应的最高点C的应力称为抗拉极限强度σb。 常用低碳钢的σb为375～500 MPa。 σs /σb称为屈强比。屈强比越小，钢材在受力超过屈服点工作时的可靠性越大，结构愈安全；但如果屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成浪费。 常用碳素钢的屈强比为0.85～0.63，合金钢的屈强比为0.65～0.75。 （4）颈缩阶段（CD段） 钢材强化达到最高点后，在试件薄弱处的截面将显著缩小，产生“颈缩现象”。由于