[材料科学]钢铁材料学1～3.ppt

钢铁材料学 一、引言 材料是人类社会发展的基础 材料、能源、信息构成人类文明，而材料是基础 任何物质只要能为人类经济地使用，就成为材料 结构材料是基础的基础 人类社会的发展是以材料作为基础标志的 －旧石器时代 －新石器时代（陶器） －铜器时代 －铁器时代 结构材料的性能要求1 稳定的形态（温度、湿度、外力作用下稳定） －较高的刚度（排除了气体和液体） －较高的承载能力（屈服强度与断裂强度，抗拉、抗压、抗弯、耐磨、抗疲劳，轻量化要求如高层建筑、运输工具） －温度稳定性（冷脆、热强性） －环境介质作用稳定性（耐候性） 结构材料的性能要求2 安全性 －韧性（冲击载荷作用下吸收能量） －耐温（不同使用条件下有不同要求，如低温钢、耐火钢） －耐蚀（不同使用条件下有不同要求，如耐候钢、耐海水腐蚀钢、耐酸钢） －自我修复（如加工硬化） 结构材料的性能要求3 易于成型和加工 －不同结构要求不同的形状 －流态成型（铸造、沉积） －半固态成型（带液芯轧制或锻造） －固态成型（压力加工：热加工与冷加工） －固态成型（机械加工：反复软化与硬化） －连接成型（焊接、粘合、机械结合、复合、涂饰） 结构材料的性能要求4 生产成本低廉且能大规模生产 －资源丰富且易于开采 －接近自然平衡态（硅酸盐材料具有特殊优势） －满足大规模生产要求（生产工艺技术、成型工艺技术、产品生产工艺技术、性能提高的工艺技术等） －环境友好 结构材料的性能要求5 舒适性与装饰性 －现代要求且是发展趋势 －表面质量与涂装 －金属光泽与抗氧化 －抗震降噪隔热 －色彩（如彩钢） －特殊性能（如抗菌、手感） 主要结构材料 硅酸盐材料：价格低廉，年用量上千亿吨；其中天然沙石量上千亿吨，水泥28.57亿吨(中国16.3亿吨，占60%)，建筑陶瓷85亿平方米吨(中国60亿平方米，占70%以上) 木材：天然材，但涉及环境保护，2005年生产量6.51亿立方米 (锯材4.17，人造板2.34）2006年中国1.04亿立方米(锯材0.2984原木0.6612，人造板0.7429) 钢铁材料：年产量12.2亿吨(中国5.6803亿吨，占47%） 有色金属：年产量约8100万吨(中国2650万吨) 高分子材料：塑料年产量2.45(08)亿吨(中国4479万吨) 中国水泥产量发展 钢铁材料的特点 资源丰富 地壳中5%的丰度 成本低廉 大部分钢材的售价在3000元/吨 便于回收 90%的钢铁材料可回收 性能优良且多样 强度和韧度 耐腐蚀性能 耐磨性能 低温性能 特殊功能 固态多形性相变使得性能可大幅改变 钢铁材料与技术的发展方向 提高产量 中国钢铁产量的发展空间 提高性能 改善钢材品种结构 增加品种：How many different types of steel grades are available? 生产结构调整 地区结构调整 降低生产成本提高成材率：连铸比与粗钢产量 采用先进钢铁生产工艺技术 高炉喷煤技术 10年多喷吹煤粉（重点高炉喷煤比达到120kg/t）节约焦炭712万吨，节约成本11亿元。 溅渣护炉技术 普通转炉最长炉龄已大于3万炉（重点企业平均3600炉），复吹炉最高大于2.9万炉。按年产1亿吨转炉钢计算年经济效益3亿元。 连铸工艺与装备技术 10年间连铸比增加61.9个百分点，节约成本约95亿元。 棒线材连轧 10年间共提高了45个百分点，节约成本17亿元。 综合节能技术 10年降低0.691吨标煤，节约成本356亿元。 高效化生产工艺 生产结构优化的重点： 缩短工艺优化流程，紧凑化、连续化 实现封闭生产，达到零排放 管理信息化，生产智能化 环境友好，建立节能型钢铁厂 薄板坯连铸连轧高效化生产工艺 国外薄板坯连铸连轧生产线水平为：单流130万吨，双流200万吨。 国内投产的7条薄板坯连铸连轧生产线，研究开发和采用高效化生产工艺，使单流产量达到150万吨/年，双流产量达到300万吨/年。 将对我国和世界薄板坯连铸连轧生产工艺产生巨大的影响 微合金钢与微合金化技术是钢铁材料发展的重要方向 电炉炼钢新技术 铜在钢中的应用与控制 AlN在钢中的作用研究 铝广泛用于脱氧，故在钢中普遍存在，合金化成本低廉 AlN不仅可能以六方ZnS晶体结构的形态存在，近年来发现还可能以面心立方NaCl晶体结构的形态出现，从而具有类似于微合金碳氮化物的作用 奥氏体区析出控制晶粒粗化并适当调节形变奥氏体再结晶行为，铁素体区析出产生强烈沉淀强化效果 N在钢中的作用研究 Fe-C相图与Fe-N相图的比较 扩大奥氏体区元素，替代镍用于生产不锈钢（不锈钢需求量的增长速度大致是钢产量增长速度的2~3倍，世界性镍资源匮乏，预计镍资源可用时间仅为数十年） 强烈的间隙固溶强化 氮化物比碳化物更稳定，颗粒尺寸更