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一、鋼鐵基礎(chǔ)知識
1. 金屬的一般特性
·金屬在常溫下除汞為液體外，其余都是晶態(tài)固體。
·金屬具有導(dǎo)電性，但其電阻隨溫度升高而增加。
·金屬內(nèi)部是由原子核和電子構(gòu)成，原子核失去電子成正離子，電子成自由電子，依靠正離子和自由電子間相互作用使金屬原子間結(jié)合起來，這種結(jié)合的方式稱金屬鍵。
·固態(tài)金屬都是晶體結(jié)構(gòu)，不同元素晶體結(jié)構(gòu)是不一樣的，即使是同種元素由于晶體結(jié)構(gòu)不同，它們的性能也有很大差異，例如金剛石和石墨。
·金屬具有良好的導(dǎo)熱性。
·金屬中的自由電子能吸收可見光的能量，所以即使是很薄的金屬片也是不透明的。
2. 鐵的晶體結(jié)構(gòu)
鐵具有一般金屬晶體結(jié)構(gòu)的特性，最基本的有以下二種形式：
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3．鐵碳合金的組元及基本相
所謂合金是指由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。鐵碳合金即由鐵和碳兩種元素熔合而成。組元就是組成合金的元素。
·鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：
在常壓下純鐵在固態(tài)加熱和冷卻過程中將發(fā)生兩次同素異晶轉(zhuǎn)變：
低于912℃時鐵的晶體結(jié)構(gòu)為體心立方晶格稱αfe，912℃時體心立方晶格向面心立方晶格轉(zhuǎn)變，高于912℃時鐵的晶體結(jié)構(gòu)為面心立方晶格稱γFe
·鐵的磁性轉(zhuǎn)變 770℃以上αFe是無磁性的
·鐵碳合金的基本相，所謂“相”指合金中具有相同的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的均勻部分。
鐵素體(F) —碳熔于體心立方晶格的鐵中形成的固溶體
但碳的溶解量極微在0.0057～0.0218%之間
奧氏體(A) —碳熔于面心立方晶格的鐵中形成的固熔體
在1184℃時最大碳溶解量達(dá)2.11%
滲碳體(C) —鐵與碳形成的穩(wěn)定化合物Fe3C
屬復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物，碳含量可達(dá)6.69%
珠光體(P) —由鐵素體與滲碳體兩相呈片層相間組成的細(xì)密混合物，其中鐵素體占88.5%，滲碳體占11.2%，珠光體是奧氏體冷卻到727℃時共析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。
·在熱處理過程中，由于鐵碳合金中組元不同，熱處理的制度不同，還可以得到室溫組織馬氏體，貝氏體，索氏體和屈氏體等組織。
·晶粒度概念
a) 合金在極緩慢地冷卻條件下進(jìn)行結(jié)晶過程，而且隨著結(jié)晶過程的進(jìn)行，合金中各相的成分及其相對質(zhì)量都在不斷地發(fā)生變化。這種結(jié)晶過程可以是液相向固相轉(zhuǎn)變，也可以是固相中兩種或多種“相或體”的轉(zhuǎn)變。
平衡組織—固溶體合金，在極其緩慢冷卻，原子進(jìn)行充分?jǐn)U散最終才能得到和合金成分相同的αFe固溶體。
不平衡組織—實際冷卻速度比較快，致使在每一溫度下結(jié)晶出來的固溶體，其平均成份都偏離平衡成份。反映在鐵碳合金產(chǎn)品的性能不一致。所以無縫鋼管的性能與鋼管經(jīng)過的熱處理過程關(guān)系密切。
b) 隨著實際結(jié)晶溫度降低，過冷度△T增大，晶核的臨界半徑變小，形核率越高，生成的晶粒也就愈細(xì)小。所謂晶粒就是在結(jié)晶完成后，每個晶核成長為一個外形不規(guī)則的小晶體。
c) 所以在生產(chǎn)中就可以通過改變結(jié)晶條件，控制晶核數(shù)目及其長大速度從而控制晶粒的大小，如奧氏體晶粒均勻而細(xì)小，則冷卻時，奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織也均勻而細(xì)小，其強(qiáng)度、塑性、韌性都比較高。
·鐵碳合金中基本“相”的力學(xué)性能：
鐵素體：由于其溶碳量很小，有時可以把它看作是純鐵，強(qiáng)度和硬度低，塑性和韌性好。
σb：180～230Mpa
σ0.2：100～170Mpa
δ：30%～50%
奧氏體：硬度較低而塑性較高。
滲碳體：Fe3c中碳的質(zhì)量為6.69%，是一個高碳相。由于碳在α-Fe中溶解度小，所以常溫下，碳在鐵碳合金中主要以滲碳體式存在。硬度很高，脆性大，塑性極低，是一個硬而脆的相。
珠光體—珠光體中滲碳體的數(shù)量較鐵素體少，所以在珠光體中滲碳體的層片較鐵素體的層片薄，珠光體的強(qiáng)度和硬度比鐵素體高，塑性和韌性比鐵素體低。在鐵碳合金中，珠光體的量隨著含碳量增加而增加，強(qiáng)度和硬度也隨著提高，在無縫鋼管中是一個重要特性。
4. 鐵碳合金相圖
·以20鋼為例說明在鐵碳合金相圖中的位置和冷卻結(jié)晶過程：
圖中的位置和冷卻結(jié)晶過程：
1 點位置(相當(dāng)于860℃左右) 以上為均勻奧氏體組織
1 — 2點間：自1點溫度下降，開始在奧氏體晶界上析出鐵素體，隨著溫度的下降，鐵素體量不斷增多，而奧氏體量不斷減少，當(dāng)接近2點溫度727℃時，剩余奧氏體中碳的含量接近0.77%。
2 點位置(727℃)剩余奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變
2 點位置以下：奧氏體全部轉(zhuǎn)變成珠光體，加上727℃以上轉(zhuǎn)變的鐵素體，室溫組織為鐵素體+珠光體
· 45號鋼的結(jié)晶過程與20號鋼相同，但鐵素體量減少，珠光體量增加，所以45號鋼的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度比20號鋼高，。
·以含碳量分 <0.25% 低碳鋼
0.25～0.6% 中碳鋼
0.6～1.4% 高碳鋼
以含S.P量分： S<0.045% P<0.045% 普通碳素鋼
S<0.035% P<0.035% 優(yōu)質(zhì)碳素鋼
S<0.030% P<0.030% 高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼
·含碳量<2.0%為鋼 含碳量 2-5%為生鐵
· 含合金元素總量：<5% 低合金鋼
5-10% 中合金鋼
>10% 高合金鋼
·三元合金鋼如 錳鋼、鉻鋼、硅鋼
·四元合金鋼：硅錳鋼、鉻鉬鋼、多元合金鋼如 硅錳鉬釩鋼、鉻錳鉬鋼。 | 
