第 3 章 鋼鐵概說 3-1 鋼鐵的製造 3-2 鋼鐵的分類 3-3 鋼錠的種類與加工 總目錄

3-1 鋼鐵的製造 1. 鋼鐵： (1) 強度、硬度、加工性等機械性質優良。 (2) 可以熱處理方式改良其機械性質。 3-1 鋼鐵的製造 1. 鋼鐵： (1) 強度、硬度、加工性等機械性質優良。 (2) 可以熱處理方式改良其機械性質。 (3) 原料充足、價廉。 2. 鋼鐵的煉製如圖3-1所示。 節目錄

《圖3-1 鋼及鑄鐵的製造流程》 上一頁 節目錄

3份 2份 1份 (1)磁鐵礦、赤鐵 礦、褐鐵礦。 (2)含鐵量必須在 40％以上。 一、生鐵煉製 上一頁 節目錄

3份 2份 1份 (1)焦炭、無煙煤、木炭、 天然氣、燃料油或電能。 (2)焦炭具高強度、多孔 性、燃燒高溫、純度高。 上一頁 節目錄

3份 2份 1份 (1)熔劑：石灰石、大 理石及螢石。 (2)雜質與熔劑反應生 成爐渣與鐵分離。 上一頁 節目錄

二、生鐵製造 化學反應順序為 3Fe2O3 ＋ CO → 2 Fe3O4 ＋ CO2 ↑ FeO ＋ CO → Fe ＋ CO2 ↑ FeO ＋ C → Fe ＋ CO ↑ 上一頁 節目錄

《鼓風爐圖示》 上一頁 節目錄

《鼓風爐內的化學反應》 上一頁 節目錄

三、煉鋼法 1. 生鐵含較多的不純物（C、Si、Mn、P、S ），不易滾軋或鍛造，可使用煉鋼法去除。 2. 煉鋼法：平爐煉鋼法、轉爐煉鋼法和電爐煉鋼法。 上一頁 節目錄

(2) 可任意改變生鐵和廢鐵的裝入比例，獲得優良鋼材。 (3) 容量以處理能力（噸）表示。 (4) 煉鋼時間5～12小時，如圖3-2所示。 1. 平爐煉鋼法 (1) 平爐：一種淺而寬的反射爐。 (2) 可任意改變生鐵和廢鐵的裝入比例，獲得優良鋼材。 (3) 容量以處理能力（噸）表示。 (4) 煉鋼時間5～12小時，如圖3-2所示。 上一頁 節目錄

加入生鐵、廢鐵、 鐵礦石、石灰石等。 《圖3-2 平爐內部構造》 上一頁 節目錄

(4) 煉鋼時間短（20～40分鐘），目前煉鋼法之主流，如圖3-3所示。 2. 轉爐煉鋼法 (1) Si＋ O2 → SiO2，Mn ＋ O → MnO (2) 2C ＋ O2 → 2CO，2P ＋ 5O → P2O5 (3) 不純物燃燒生熱，所以不需要燃料。 (4) 煉鋼時間短（20～40分鐘），目前煉鋼法之主流，如圖3-3所示。 上一頁 節目錄

《圖3-3 轉爐》 上一頁 節目錄

《圖3-3 轉爐》 上一頁 節目錄 圖片來源：http://baike.baidu.com/image/566d0fdf87e76c2b632798e1

(2) 電弧爐利用碳棒電極與金屬液體間所生弧光熱來加熱。 (3) 煉製合金鋼。 3. 電爐煉鋼法 (1) 電爐：電弧爐、電阻爐、感應電爐。 (2) 電弧爐利用碳棒電極與金屬液體間所生弧光熱來加熱。 (3) 煉製合金鋼。 《圖3-4 電爐》 上一頁 節目錄 圖片來源：http://www.xadcjxc.com.cn/HX.htm

3-2 鋼鐵的分類 1. 依冶煉方式分類。 灰生鐵：由肥粒體（α-Fe）、波來體及片狀石墨組成，斷面呈灰色，結晶粒粗大，性質軟。 生鐵 鐵類 3-2 鋼鐵的分類 1. 依冶煉方式分類。 依冶煉方式分類 鐵類 生鐵 灰生鐵：由肥粒體（α-Fe）、波來體及片狀石墨組成，斷面呈灰色，結晶粒粗大，性質軟。 白生鐵：含碳矽較低之生鐵，在砂模中急速冷卻，碳與鐵化合成雪明碳體，斷面呈白色，質脆硬難加工。 合金生鐵：生鐵中添加鎳、鉻、矽、鉬等合金元素，目的在改善耐熱、耐蝕、耐磨、提高電阻及磁性等化學、物理性質。 熟鐵：將生鐵在煉爐內熔煉，除去硫、磷、矽、錳、碳等雜質，使其具有韌性、延性、可鍛性及銲接性，但不能進行熱處理。 鋼類 碳鋼 純鐵：一般以電解法煉製，含鐵量約為99.93％，含碳量在0.02％以下。 低碳鋼：含碳量在0.25％以下。 中碳鋼：含碳量在0.25∼0.6％。 高碳鋼：含碳量在0.6∼2.0％。 合金鋼 低合金鋼：添加合金元素總量在8％以下者。 高合金鋼：添加合金元素總量在8％以上者。 節目錄

2. 依應用場合分類。 灰鑄鐵：鑄鐵凝固過程緩慢，生成薄片狀石墨，其斷面呈灰色、質軟，又可分為普通鑄鐵、高級鑄鐵、延性鑄鐵及合金鑄鐵等。 2. 依應用場合分類。 依應用場合分類 鑄鐵 灰鑄鐵：鑄鐵凝固過程緩慢，生成薄片狀石墨，其斷面呈灰色、質軟，又可分為普通鑄鐵、高級鑄鐵、延性鑄鐵及合金鑄鐵等。 白鑄鐵：鑄鐵凝固速度急速，碳與鐵化合生成化合碳，其斷面呈白色、質硬脆，可經退火處理變成展性鑄鐵。 斑鑄鐵：介於灰鑄鐵與白鑄鐵之間，其斷面呈灰色。 熟鐵（由肥粒體組成包括純鐵及低碳鋼） 鋼 構造用鋼：其組織為肥粒體與波來體，可施以熱處理發揮優良機械性質，包含低碳鋼、中碳鋼及合金鋼。 特殊用鋼：可分為 (1) 工具鋼：合金元素較多，在常溫及高溫時，硬度高、耐磨耗、韌性佳等，包含高碳鋼及合金鋼等。 (2) 合金鋼：具有特殊物理性質或化學性質，合金元素含量通常在12％以上，正常組織為肥粒體、麻田散體或沃斯田體包含耐熱鋼、耐蝕鋼、耐磨鋼、磁氣用鋼、不鏽鋼、不變形鋼、彈簧鋼等。 上一頁 節目錄

含碳量：純鐵<0.025％，鋼0.025～2.14％，鑄鐵2.14～6.67％。碳鋼硬度隨含碳量增加；可分為下列7類，如表3-4所示。 3. 依含碳量分類 　　含碳量：純鐵<0.025％，鋼0.025～2.14％，鑄鐵2.14～6.67％。碳鋼硬度隨含碳量增加；可分為下列7類，如表3-4所示。 上一頁 節目錄

類別 含碳量 （％） 抗拉強度 （N/mm2） 伸長率 硬度 （HB） 應用 極軟鋼 ＜0.12 320 ∼ 510 30 ∼ 40 80 ∼ 120 鍍錫鐵皮、鋼筋、鍍鋅鋼絲、鍍鋅鐵皮、鋼釘、鉚釘、螺釘、自來水管（小）、滲碳用鋼料等。 軟鋼 0.12 ∼ 0.20 370 ∼ 470 24 ∼ 36 100 ∼ 130 螺栓、螺帽、鍋爐用鐵桶、鋼帶、鋼鐵橋樑、鐵條、加油管、飛機吸氣管、自來水管（大）等。 半軟鋼 0.20 ∼ 0.30 430 ∼ 520 22 ∼ 32 120 ∼ 145 鐵柱、鍋爐管、起重機、鐵船殼、打水機、車架等。 半硬鋼 0.30 ∼ 0.40 490 ∼ 590 17 ∼ 30 140 ∼ 170 汽輪圓盤、連桿、鍵、活塞閥、軸、齒輪、螺栓、螺帽、凸輪、 軸等。 硬鋼 0.40 ∼ 0.50 570 ∼ 690 14 ∼ 26 160 ∼ 200 各種軸類、壓縮氣體容器、飛機噴氣筒、曲柄、滾筒等。 極硬鋼 0.50 ∼ 0.80 640 ∼ 980 11 ∼ 20 180 ∼ 235 鐵軌、軸、外輪殼、鑽床主軸、車輪圈、汽車軸、木工鋸、鍛造用模、鐵鎚、衝頭、鋸條、刀具、彈簧等。 最硬鋼 0.80 ∼ 1.70 670 ∼ 1100 4 ∼ 18 180 ∼ 320

3-3 鋼錠的種類與加工 將鋼液注入模內凝固而得鋼錠，斷面形狀有圓形、四方形、六角形和八角形等。 3-3 鋼錠的種類與加工 將鋼液注入模內凝固而得鋼錠，斷面形狀有圓形、四方形、六角形和八角形等。 2. 依還原程度可分為：未靜鋼錠、全靜鋼錠、半靜鋼錠。 節目錄

(2) 鋼錠內部存留很多氣泡及不純物，但外表因為冷卻快，純度較高且表面潔淨。 1. 未靜鋼錠 (1) 不添加還原劑 。 (2) 鋼錠內部存留很多氣泡及不純物，但外表因為冷卻快，純度較高且表面潔淨。 (3) 適用於薄鋼板、線材及磨光圓棒，如圖3-5(a)所示。 《圖3-5 鋼錠的種類》 上一頁 節目錄

(2) 鋼錠內不含氣泡，材質均勻，惟鋼錠上端產生全長10～20％的（收）縮管，須切除後使用。 2. 全靜鋼錠 (1) 添加矽鐵、鋁，充分還原。 (2) 鋼錠內不含氣泡，材質均勻，惟鋼錠上端產生全長10～20％的（收）縮管，須切除後使用。 (3) 供平爐或電爐製造高級鋼料，如圖3-5(b)所示。 《圖3-5 鋼錠的種類》 上一頁 節目錄

(4) 用於大型構造用鋼條及厚鋼板，如圖3-5(c)所示。 3. 半靜鋼錠 (1) 適當的調節還原程度（中度還原）。 (2) 收縮管較短，可以減少切除部分。 (3) 品質因介於全靜鋼錠和未靜鋼錠。 (4) 用於大型構造用鋼條及厚鋼板，如圖3-5(c)所示。 《圖3-5 鋼錠的種類》 上一頁 節目錄

二、鋼錠的加工，如圖3-6。 直接冷軋 成鋼板 先熱軋 再 冷軋 《圖3-6 中鋼公司鋼製品生產流程圖》 上一頁 節目錄 《圖3-6 中鋼公司鋼製品生產流程圖》 上一頁 節目錄 圖片來源：http://www.csc.com.tw/

中鋼公司的產品 《圖3-6 中鋼公司鋼製品生產流程圖》 上一頁 節目錄 圖片來源：http://www.csc.com.tw/

連續鑄造法：效率高、產量大，如圖3-7所示。 《圖3-7 連續鑄造法原理示意圖》 上一頁 節目錄

《小百科---鋼鐵製造流程圖》 上一頁 節目錄