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目录 1

绪论 1

第1篇 钢铁材料知识 7

1 钢的分类及性能 7

1.1 钢的分类和牌号 7

1.1.1 碳素钢的分类、牌号及用途 7

1.1.2 合金钢的分类、牌号及用途 10

1.2 钢的性能 14

1.2.1 钢的力学性能 15

1.2.2 钢的物理性能 21

1.2.3 钢的化学性能 22

1.2.4 钢的工艺性能 22

思考题 22

2 金属结构与结晶 24

2.1 晶体的结构 24

2.1.1 晶体结构的概念 24

2.1.2 金属晶格的类型 25

2.1.3 晶体结构的缺陷 26

2.2 金属的结晶 28

2.2.1 纯金属的冷却 29

2.2.2　纯金属的结晶 30

2.2.3 晶粒大小的控制 31

2.2.4　纯铁的同素异构转变 32

思考题 33

3　铁碳合金 34

3.1　合金组织 34

3.1.1 固溶体 34

3.1.2 金属化合物 36

3.1.3 多相混合物 37

3.2　二元合金相图 37

3.2.1 二元合金相图的建立 37

3.2.2　水平截线法则和杠杆定律 38

3.2.3 匀晶相图 40

3.2.4 共晶相图 41

3.3　铁碳合金相图 44

3.3.1 铁碳合金中的基本相 44

3.3.2　铁碳合金相图分析 46

3.3.3 典型的铁碳合金结晶过程及其组织 48

3.3.4 碳含量对铁碳合金组织与性能的影响 50

3.3.5 铁碳相图的应用 53

思考题 54

4　钢的热处理 56

4.1 钢在加热和冷却时的转变 56

4.1.1 钢在加热时的转变 56

4.1.2　钢在冷却时的转变 57

4.2　钢的退火和正火 59

4.2.1 退火 59

4.2.2　正火 60

4.2.3 退火与正火的选择 60

4.3.1 淬火 61

4.3　钢的淬火与回火 61

4.3.2 钢的回火 63

4.4　钢的表面处理 64

4.4.1 表面淬火 64

4.4.2　钢的化学热处理 65

思考题 66

5.1.3 硅的影响 68

5.1.2 锰的影响 68

5.1.1 碳的影响 68

5.1　钢中常存元素 68

5　钢中元素作用 68

5.1.4 硫的影响 69

5.1.5 磷的影响 69

5.2　钢中气体元素 69

5.2.1 氧的影响 69

5.2.2 氮的影响 69

5.3.1 合金元素在钢中存在形式 70

5.2.3 氢的影响 70

5.3　合金元素在钢中的作用 70

5.3.2 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 71

5.3.3 合金元素对钢热处理的影响 71

5.3.4 合金元素对钢性能的影响 75

思考题 78

第2篇　物理化学知识 81

6 炼钢过程的热能 81

6.1　热力学第一定律 81

6.1.1 炼钢过程的热效应 81

6.1.2 比热容与焓变计算 83

6.1.3 化学反应热效应和盖斯定律 85

6.1.4　基尔霍夫定律 85

6.1.5　标准生成热 85

6.2　热力学第二定律 86

6.2.1 热力学第二定律 86

6.3.1 理想溶液 87

6.2.2 自由能 87

6.3　溶液 87

6.3.2 稀溶液 88

6.3.3 真实溶液和活度 88

6.4　化学反应的方向、限度和速度 90

6.4.1 化学反应的方向 90

6.4.2 化学平衡及影响因素 91

6.4.3 氧化物的标准生成自由能和分解压 92

6.4.4 化学反应速率及影响因素 93

6.5　炼钢过程的表面现象 95

6.5.1 表面张力 95

6.5.2 润湿 96

6.5.3 吸附作用 97

思考题 97

7.1.2 金属熔体的结构 101

7.1.1 金属的三态及其转化 101

7.1 金属熔体的结构 101

7　金属熔体 101

7.2　金属熔体的物理性质 102

7.2.1 密度 102

7.2.2 熔点 103

7.2.3 黏度 105

7.2.4 表面张力 106

7.2.5 扩散系数 108

7.2.6 蒸气压 109

7.3 元素在铁液中的溶解 109

7.3.1 元素在铁液中的溶解度 109

7.3.2 溶解元素与铁形成的溶液 110

7.3.3 元素在铁液中溶解时的自由能变化 110

思考题 111

8.1.1 熔渣的来源和组成 113

8.1 熔渣的来源、组成和作用 113

8 炼钢熔渣 113

第3篇 炼钢基本原理 113

8.1.2 熔渣的作用 114

8.2 熔渣结构 114

8.2.1 熔渣结构的分子理论 114

8.2.2 熔渣结构的离子理论 115

8.2.3 分子-离子共存理论 118

8.3.1 炼钢中的主要二元系相图 119

8.3 熔渣相图 119

8.3.2 三元系熔渣相图 121

8.4 熔渣的化学性质 122

8.4.1 熔渣的碱度 122

8.4.2 熔渣的氧化性 124

8.4.3 熔渣的还原性 126

8.4.4 熔渣的透气性 127

8.5 熔渣的物理性质 128

8.5.1 熔渣的黏度 128

8.5.2 熔渣的密度 130

8.5.3 熔渣的表面张力和界面张力 131

8.5.4 熔渣中各组元的扩散 134

8.5.5 熔渣的导电性 135

8.5.6 熔渣的焓变量和导热性 135

8.6 造渣 136

8.6.1 造渣的目的及要求 136

8.6.2 熔渣的泡沫化 137

思考题 139

9 炼钢的基本反应 140

9.1 炼钢的基本任务 140

9.2 铁的氧化和氧的传输 141

9.2.1 铁的氧化 141

9.2.2 熔渣的传氧作用 141

9.2.3 杂质元素的氧化方式 142

9.3.1 硅的氧化与还原 143

9.3 硅和锰的氧化与还原 143

9.3.2 锰的氧化与还原 144

9.4 碳的氧化 145

9.4.1 碳-氧反应在炼钢中的作用 145

9.4.2 碳-氧反应的热力学 145

9.4.3 碳-氧反应的动力学 148

9.4.4 氧气顶吹转炉的碳-氧反应机理和特点 151

9.5 去磷 154

9.5.1 磷对钢性能的影响 154

9.5.2 去磷反应热力学 155

9.5.3 还原性脱磷 160

9.5.4 回磷 162

9.6 去硫 163

9.6.1 硫对钢性能的影响 163

9.6.2 去硫的热力学 164

9.6.3 去硫和去磷的动力学 170

9.7.1 铬的氧化 171

9.7 其他元素的氧化 171

9.7.2 钒的氧化 174

思考题 175

10 钢的脱氧及合金化 177

10.1 脱氧的目的和任务 177

10.1.1 氧对钢质量的影响 177

10.1.2 脱氧的目的 177

10.1.3 脱氧的基本任务 178

10.2 元素的脱氧能力及常用脱氧元素 179

10.2.1 元素的脱氧能力 179

10.2.2 常用的脱氧元素 180

10.3 各元素的单独脱氧和复合脱氧 181

10.3.1 各元素单独脱氧的特点 181

10.3.2 复合脱氧及其特点 183

10.4 脱氧产物的排除 184

10.5.1 脱氧方法及其特点 186

10.5 扩散脱氧 186

10.5.2 扩散脱氧的基本原理 187

思考题 188

11 钢中的非金属夹杂物 189

11.1 非金属夹杂物的分类 189

11.1.1 按照夹杂物的组成分类 189

11.1.2 按照夹杂物的来源分类 192

11.1.3 按照夹杂物的变形性能分类 192

11.2.1 夹杂物对钢力学性能的影响 193

11.1.4 按照夹杂物的尺寸大小分类 193

11.2 非金属夹杂物对钢性能的影响 193

11.2.2 夹杂物对钢工艺性能的影响 195

11.3 减少钢中非金属夹杂物的途径 196

11.3.1 减少钢中的氧化物夹杂 196

11.3.2 减少钢中的硫化物夹杂 197

思考题 197

12.1.2 氮在钢中的溶解 198

12.1.1 钢中氮的来源 198

12.1 钢中的氮 198

12 钢中气体 198

12.1.3 氮对钢性能的影响 200

12.1.4 影响钢中氮含量的主要因素 200

12.2 钢中的氢 202

12.2.1 钢中氢的来源 202

12.2.2 氢在钢中的溶解 203

12.2.3 氢对钢性能的影响 204

12.2.4 减少钢中含氢量的措施 205

12.3 常压下的钢液脱气 207

12.3.1 转炉吹炼中钢液气体含量的变化 207

12.3.2 电炉冶炼中钢液气体含量的变化 208

思考题 209

13 钢液的炉外精炼原理 210

13.1 真空精炼理论 210

13.1.1 真空下的脱氧和脱气 211

13.1.2 真空精炼中的钢液搅拌 214

13.1.3 真空精炼中的钢液加热 215

13.1.4 真空下钢中元素的挥发 216

13.1.5 真空下耐火材料的分解与还原 219

13.2 非真空精炼原理 220

13.2.1 钢包吹氩 220

13.2.2 氩氧精炼 221

13.3 减少钢中气体的措施 222

13.3.1 加强原材料的干燥及烘烤 222

13.3.2 采用合理的生产工艺 222

思考题 224

第4篇 传热知识 225

14 炼钢热能 225

14.1 转炉炼钢热能 225

14.2 电弧炉炼钢热能 226

14.3 炼钢用辅助热能 227

14.3.1 冶金生产常用燃料 227

14.3.2 燃料组成和发热量 228

14.3.3 燃烧的基本概念及燃烧温度 230

思考题 233

15 传热原理 235

15.1 稳定态传导传热 235

15.1.1 传导传热的基本定律 235

15.1.2 平壁导热 237

15.1.3 圆筒壁导热 239

15.2.1 对流给热的本质 240

15.2 对流给热 240

15.2.2 对流给热基本公式 241

15.2.3 对流给热系数的几个实验公式 241

15.3 辐射传热 244

15.3.1 辐射传热的基本概念 244

15.3.2 辐射的基本定律 245

15.3.3 两物体间的辐射热交换 247

15.3.4 气体与固体间的辐射热交换 250

15.4.1 气体与表面间的热交换 253

15.4 稳定态综合传热 253

15.4.2 流体通过固体壁对另一流体的传热 254

思考题 255

16 炼钢炉的热工分析 257

16.1 氧气顶吹转炉 257

16.1.1 氧气转炉内氧流股与传热的关系 257

16.1.2 提高转炉炼钢热能的利用率 258

16.2 电弧炉热工分析 258

16.2.1 电弧炉炉膛内的热交换 258

16.2.2 电弧炉冶炼的能量供给制度 260

思考题 261

附录 262

附录1 化合物的标准生成吉布斯自由能附录 262

附录2 常用物理化学常数表 267

附录3 物理量的单位及两种单位制的转换关系 267

附录4 （？）4＝（？）4的计算值 268

参考文献 270