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7章钢铁分析.ppt

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第7章 钢铁分析,7.1 概述 7.2 碳的测定 7.3 磷的测定 7.4 硅的测定 7.5 锰的测定,§7.1 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。,焦炭还原铁矿石,石灰石CaCO3除SiO2,铁矿石被焦炭还原生成粗制铁成生铁,一、钢的生产过程,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:,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。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,硅锰等元素含量很低,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)。,,钨芯超速穿甲弹、 钝头穿甲弹、 空心装药穿甲弹、 贫铀弹、,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。,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。各种合金钢具有独特的性能而用于特殊用途。含有一定量V、Ti,而C又是以球状存在的,称“球墨铸铁”。具有和某些合金钢类似的特殊性能,可代替合金钢使用。,二、各元素在钢中的形态和作用 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,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。 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,(二)硅 1、来源 由原料矿石引入或脱氧及特殊需要而有意加入。 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。,3、性能 (1)增强钢的硬度、弹性及强度,提高抗氧化能力及耐酸性(2) 促使C以游离态石墨状态,使钢高于流动性,易于铸造,(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 – 14%的铁合金称硅铁含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。,3、性能 增强钢的硬度,减弱延展性。 4、类型 生铁Mn 0.5% - 6% 锰钢中Mn0.8% 碳素钢 Mn 0.3 – 0.8% 高锰钢高达13% - 14%,如含锰0.8% - 14%为各种型号的高锰钢,具有良好的弹性及耐腐蚀性。用于制造弹簧、齿轮、转轴、铁路道岔等。含Mn 12% - 20%的铁合金为镜铁 含Mn 60% - 80%的铁合金为锰铁 上两种主要用于炼钢做脱硫剂,(四)硫 1 来源 :主要由焦炭或原料矿石引入钢铁 2 形态 : 主要以MnS或FeS状态存在,3 性能 使钢产生“热脆性”——“有害成分” 原因:为什么产生热脆性?FeS的熔点较低,最后凝固,夹杂于钢铁的晶格之间。当加热压制钢铁时,FeS熔融,钢铁的晶粒失去连接作用而脆裂。,(五)磷 1 来源 :由原料中引入,有时也为了特殊需要而有意加入 2 形态:以Fe2P或Fe3P状态存在 3 性能:磷化铁硬度较强,以至钢铁难于加工,并使钢铁产生“冷脆性”也是有害杂质作用。 P↑ → 流动性↑ →易铸造 并可避免在轧钢时轧辊与压件粘合 。在特殊情况下常有意加入一定量P达此目
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