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一、钢铁基础知识
1. 金属的一般特性
·金属在常温下除汞为液体外，其余都是晶态固体。
·金属具有导电性，但其电阻随温度升高而增加。
·金属内部是由原子核和电子构成，原子核失去电子成正离子，电子成自由电子，依靠正离子和自由电子间相互作用使金属原子间结合起来，这种结合的方式称金属键。
·固态金属都是晶体结构，不同元素晶体结构是不一样的，即使是同种元素由于晶体结构不同，它们的性能也有很大差异，例如金刚石和石墨。
·金属具有良好的导热性。
·金属中的自由电子能吸收可见光的能量，所以即使是很薄的金属片也是不透明的。
2. 铁的晶体结构
铁具有一般金属晶体结构的特性，最基本的有以下二种形式：
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3．铁碳合金的组元及基本相
所谓合金是指由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素熔合而成的具有金属特性的物质。铁碳合金即由铁和碳两种元素熔合而成。组元就是组成合金的元素。
·铁的同素异构转变：
在常压下纯铁在固态加热和冷却过程中将发生两次同素异晶转变：
低于912℃时铁的晶体结构为体心立方晶格称αfe，912℃时体心立方晶格向面心立方晶格转变，高于912℃时铁的晶体结构为面心立方晶格称γFe
·铁的磁性转变 770℃以上αFe是无磁性的
·铁碳合金的基本相，所谓“相”指合金中具有相同的化学成分和结构的均匀部分。
铁素体(F) —碳熔于体心立方晶格的铁中形成的固溶体
但碳的溶解量极微在0.0057～0.0218%之间
奥氏体(A) —碳熔于面心立方晶格的铁中形成的固熔体
在1184℃时最大碳溶解量达2.11%
渗碳体(C) —铁与碳形成的稳定化合物Fe3C
属复杂结构的间隙化合物，碳含量可达6.69%
珠光体(P) —由铁素体与渗碳体两相呈片层相间组成的细密混合物，其中铁素体占88.5%，渗碳体占11.2%，珠光体是奥氏体冷却到727℃时共析转变产物。
·在热处理过程中，由于铁碳合金中组元不同，热处理的制度不同，还可以得到室温组织马氏体，贝氏体，索氏体和屈氏体等组织。
·晶粒度概念
a) 合金在极缓慢地冷却条件下进行结晶过程，而且随着结晶过程的进行，合金中各相的成分及其相对质量都在不断地发生变化。这种结晶过程可以是液相向固相转变，也可以是固相中两种或多种“相或体”的转变。
平衡组织—固溶体合金，在极其缓慢冷却，原子进行充分扩散最终才能得到和合金成分相同的αFe固溶体。
不平衡组织—实际冷却速度比较快，致使在每一温度下结晶出来的固溶体，其平均成份都偏离平衡成份。反映在铁碳合金产品的性能不一致。所以无缝钢管的性能与钢管经过的热处理过程关系密切。
b) 随着实际结晶温度降低，过冷度△T增大，晶核的临界半径变小，形核率越高，生成的晶粒也就愈细小。所谓晶粒就是在结晶完成后，每个晶核成长为一个外形不规则的小晶体。
c) 所以在生产中就可以通过改变结晶条件，控制晶核数目及其长大速度从而控制晶粒的大小，如奥氏体晶粒均匀而细小，则冷却时，奥氏体转变产物的组织也均匀而细小，其强度、塑性、韧性都比较高。
·铁碳合金中基本“相”的力学性能：
铁素体：由于其溶碳量很小，有时可以把它看作是纯铁，强度和硬度低，塑性和韧性好。
σb：180～230Mpa
σ0.2：100～170Mpa
δ：30%～50%
奥氏体：硬度较低而塑性较高。
渗碳体：Fe3c中碳的质量为6.69%，是一个高碳相。由于碳在α-Fe中溶解度小，所以常温下，碳在铁碳合金中主要以渗碳体式存在。硬度很高，脆性大，塑性极低，是一个硬而脆的相。
珠光体—珠光体中渗碳体的数量较铁素体少，所以在珠光体中渗碳体的层片较铁素体的层片薄，珠光体的强度和硬度比铁素体高，塑性和韧性比铁素体低。在铁碳合金中，珠光体的量随着含碳量增加而增加，强度和硬度也随着提高，在无缝钢管中是一个重要特性。
4. 铁碳合金相图
·以20钢为例说明在铁碳合金相图中的位置和冷却结晶过程：
图中的位置和冷却结晶过程：
1 点位置(相当于860℃左右) 以上为均匀奥氏体组织
1 — 2点间：自1点温度下降，开始在奥氏体晶界上析出铁素体，随着温度的下降，铁素体量不断增多，而奥氏体量不断减少，当接近2点温度727℃时，剩余奥氏体中碳的含量接近0.77%。
2 点位置(727℃)剩余奥氏体向珠光体转变
2 点位置以下：奥氏体全部转变成珠光体，加上727℃以上转变的铁素体，室温组织为铁素体+珠光体
· 45号钢的结晶过程与20号钢相同，但铁素体量减少，珠光体量增加，所以45号钢的抗拉强度和屈服强度比20号钢高，。
·以含碳量分 <0.25% 低碳钢
0.25～0.6% 中碳钢
0.6～1.4% 高碳钢
以含S.P量分： S<0.045% P<0.045% 普通碳素钢
S<0.035% P<0.035% 优质碳素钢
S<0.030% P<0.030% 高级优质碳素钢
·含碳量<2.0%为钢 含碳量 2-5%为生铁
· 含合金元素总量：<5% 低合金钢
5-10% 中合金钢
>10% 高合金钢
·三元合金钢如 锰钢、铬钢、硅钢
·四元合金钢：硅锰钢、铬钼钢、多元合金钢如 硅锰钼钒钢、铬锰钼钢。 | 
