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機械材料Ⅰ教師手冊 Ch03（林版）

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機械材料Ⅰ教師手冊 Ch03（林版）

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第 3 章 鋼鐵概說 15 第 3 章 鋼鐵概說 一 相關知識補充 常見鐵礦石（Iron ore）中含鐵量在 50％以上之礦石可以用來提煉生鐵，50％以 下之礦石需要經過預備處理使其含鐵量提高方能提煉。常見有 1. 磁鐵礦（Magnetite，Fe3O4）：色黑且具磁性，含鐵量 60～80％，為含鐵量最 高。 2. 赤鐵礦（Hematite，Fe2O3）：因紅色而名，含鐵量 40～60％，為主要鐵礦石 之一。 3. 黃鐵礦（Pyrite，FeS2）：為金黃色礦石，純者含鐵量 47％。 4. 菱鐵礦（Siderite，FeCO3）：為灰褐色，純者含鐵量 48％，一般在 30～40％。 5. 褐鐵礦［Limonite，FeO（OH）］：為黑褐色，含鐵量 30～35％，具結晶水。 二 隨 堂 練 習 3－1 鋼鐵的製造 （ A ）1. 一般大約 1 公噸鐵的製造，需要約多少公噸的鐵礦砂？ (A)1.6 (B)2.6 (C)3.6 (D)4.6。 解析：鐵的製造大約是 1 公噸的鐵，需要約 1600 公斤的鐵礦砂。 （ A ）2. 鼓風爐（又稱高爐）是用來冶煉 (A)生鐵 (B)鑄鐵 (C)鑄鋼 (D) 合金鋼。
16 第 3 章 鋼鐵概說 （ D ）3. 下列熔鐵爐敘述何者有誤？ (A)冶煉鑄鐵 (B)具有構造簡單、操作容 易 (C)可持續熔解及維護費用低廉 (D)爐溫及鑄鐵成分容易控制。 解析：熔鐵爐缺點是爐溫及鑄鐵成分難控制。 （ A ）4. 下列電爐煉鋼法敘述何者有誤？ (A)煉鋼速度慢 (B)生產純度 高 (C)品質容易控制 (D)使用電力熔解金屬。 解析：電爐煉鋼法煉鋼速度快。 3－2 鋼鐵的分類 （ A ）5. 高速鋼合金主要為鐵元素，再加入下列哪些金屬元素？ (A)鎢、 鉻、釩 (B)鎢、鋅、鎂 (C)鋁、鉻、銅 (D)鋅、鉻、銅。 解析：高速鋼合金為鐵元素，再加入鎢、鉻、釩等金屬元素。 （ C ）6. 共 晶 鑄 鐵 含 碳 量 為 (A)0.025 ％ 以 下 (B)0.8 ％ (C)4.3 ％ (D)6.67％。 （ C ）7. 共析鋼結晶組織為 (A)肥粒體 (B)肥粒體與波來體混合 (C)波 來體 (D)粒滴斑體。 （ A ）8. 鋼鐵材料冶煉中，若凝固過程緩慢，組織為質軟之片狀石墨者為 (A)灰鑄鐵 (B)白鑄鐵 (C)熟鐵 (D)碳素鋼。 解析：灰鑄鐵是凝固過程緩慢，組織為質軟的片狀石墨，斷面呈 灰色。 （ D ）9. 高合金鋼之合金元素的總含量為 (A)＞2％ (B)＞4％ (C)＞6％ (D)＞8％。 3－3 鋼錠的種類及加工 （ B ）10. 下列全靜鋼敘述何者有誤？ (A)鋼錠內部不會產生氣孔 (B)最 後凝固位置上無收縮孔現象 (C)鋼質成分均勻且偏析現象較少 (D)鋼錠是添加多量去氧劑（如矽鐵、鋁），將鋼完全脫除氧。 解析：全靜鋼缺點是最後凝固位置上有大型收縮孔，須在軋鋼前 切除。
第 3 章 鋼鐵概說 17 3-1 3-2 （ B ）11. 下列未靜鋼敘述何者有誤？ (A)又稱靜面鋼 (B)內部氣孔及不 純物少，呈樹枝狀性組織 (C)未靜鋼的物理特性柔軟，容易加工 且表面潔淨 (D)適合使用於薄鋼板、鋼管、磨光棒以及軟鋼線材。 解析：未靜鋼內部氣孔及不純物多，呈多孔性組織。 （ B ）12. 用來製作普通結構用鋼及銲接結構用鋼等都採何種鋼？ (A)全靜 鋼 (B)半靜鋼 (C)未靜鋼 (D)靜面鋼。 （ D ）13. 下列何種不是鋼錠添加的去氧劑？ (A)矽 (B)錳 (C)鋁 (D) 鎂。 三 自 我 評 量 一、選擇題 題前標註＊，表示進階題 （ B ）1. 生鐵冶煉中熔劑主要目的為 (A)增加燃燒溫度 (B)使雜質熔化 成浮渣 (C)增加冶煉速度 (D)減少煙害。 （ B ）2. 熔鐵爐是用來冶煉 (A)生鐵 (B)鑄鐵 (C)鑄鋼 (D)合金鋼。 解析：熔鐵爐是用來冶煉鑄鐵；鼓風爐是用來冶煉生鐵。 （ A ）3. 煉鋼爐中最有效率的是何種煉鋼爐？ (A)轉爐 (B)平爐 (C)電 爐 (D)高爐。 （ B ）4. 共析鋼含碳量為 (A)0.025％以下 (B)0.8％ (C)4.3％ (D)6.67％。 （ A ）5. 純鐵結晶組織為 (A)肥粒體 (B)肥粒體與波來體混合 (C)波來 體 (D)粒滴斑體。 （ D ）6. 共晶鑄鐵結晶組織為 (A)肥粒體 (B)肥粒體與波來體混合 (C) 波來體 (D)粒滴斑體。 解析：共晶鑄鐵為粒滴斑體組織，共析鋼為波來體組織。 （ B ）7. 鋼鐵材料冶煉中，若凝固過程急速，組織為質硬而脆之雪明碳體 者為 (A)灰鑄鐵 (B)白鑄鐵 (C)熟鐵 (D)碳素鋼。
18 第 3 章 鋼鐵概說 3-3 ＊（ C ）8. 下列何種材料無法熱處理？ (A)灰鑄鐵 (B)白鑄鐵 (C)熟鐵 (D)碳素鋼。 解析：熟鐵含碳量太低，無法熱處理。 （ A ）9. 大鋼胚或扁鋼胚等半成品是屬於鋼胚的幾次製品？ (A)1 (B)2 (C)3 (D)4。 （ A ）10. 將鋼完全脫除氧，所澆鑄得的鋼錠內部不會產生氣孔，此種鋼稱 為 (A)全靜鋼 (B)半靜鋼 (C)靜面鋼 (D)未靜鋼。 解析：全靜鋼是將鋼完全去除氧，所澆鑄的鋼錠內部不會產生氣孔。 （ A ）11. 工具鋼、特殊鋼、機械結構用鋼、銲接性高強度鋼及含碳量 0.3％ 以上的碳素鋼等都採下列何種鋼？ (A)全靜鋼 (B)半靜鋼 (C) 靜面鋼 (D)未靜鋼。 ＊（ C ）12. 適合使用於薄鋼板、鋼管、磨光棒以及軟鋼線材等都採下列何種 鋼？ (A)全靜鋼 (B)半靜鋼 (C)未靜鋼 (D)脫氧鋼。 二、簡答題 1. 鋼鐵材料中以碳的含碳量與組織區分為 3 類，請以表格方式說明其種類、含 碳量與各結晶組織為何？ 答： 種類 含碳量 說明 純鐵 0.02％以下 結晶組織為肥粒體，結晶粒大，性質軟 碳鋼 亞共析鋼 0.02～0.8％ 結晶組織為肥粒體與波來體 共析鋼 0.8％ 結晶組織為波來體 過共析鋼 0.8％～2.0％ 結晶組織為波來體與雪明碳體 鑄鐵 亞共晶鑄鐵 2.0～4.3％ 結晶組織為波來體、粒滴斑體與雪明碳體 共晶鑄鐵 4.3％ 結晶組織為粒滴斑體 過共晶鑄鐵 4.3～6.67％ 結晶組織為粒滴斑體與雪明碳體
第 3 章 鋼鐵概說 19 2. 鋼錠按照不同的去氧程度分類為哪 3 種？並請敘述其優缺點。 答： 名稱 作業說明 全靜鋼（脫 氧鋼，全去 氧鋼） (1)鋼錠是添加多量脫氧劑（如矽鐵、錳、鋁），將鋼完全 去除氧氣，所澆鑄得的鋼錠內部不會產生氣孔。 (2)缺點是最後凝固位置上有大型收縮孔，須在軋鋼前切 除。 (3)全靜鋼的鋼質成分均勻，無氣孔且偏析現象較少。 (4)工具鋼、特殊鋼、機械結構用鋼、銲接性高強度鋼及含 碳量 0.3％以上的碳素鋼等都採全靜鋼。 半靜鋼（半 脫氧鋼） (1)鋼錠脫氧程度介於全靜鋼和未靜鋼之間。 (2)鋼錠凝固時上部產生少量 CO 氣體，致生成氣孔，但下 凹收縮現象較少，適合用來製作普通結構用鋼及銲接結 構用鋼。 未靜鋼（靜 面鋼） (1)由不去氧或只去少部分氧的鋼液澆鑄而成。 (2)內部氣孔（氣泡）及不純物多，呈多孔性組織。 (3)未靜鋼的物理特性柔軟，容易加工且表面潔淨，所以適 合使用於薄鋼板、鋼管、磨光棒以及軟鋼線材。 ＊3. 鐵與鋼的製造有一定的生產流程，請簡述。 答：礦山開採→選礦→燒結→煉鐵→煉鋼→連鑄→軋鋼→冷卻。

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  • 1. 第 3 章 鋼鐵概說 15 第 3 章 鋼鐵概說 一 相關知識補充 常見鐵礦石（Iron ore）中含鐵量在 50％以上之礦石可以用來提煉生鐵，50％以 下之礦石需要經過預備處理使其含鐵量提高方能提煉。常見有 1. 磁鐵礦（Magnetite，Fe3O4）：色黑且具磁性，含鐵量 60～80％，為含鐵量最 高。 2. 赤鐵礦（Hematite，Fe2O3）：因紅色而名，含鐵量 40～60％，為主要鐵礦石 之一。 3. 黃鐵礦（Pyrite，FeS2）：為金黃色礦石，純者含鐵量 47％。 4. 菱鐵礦（Siderite，FeCO3）：為灰褐色，純者含鐵量 48％，一般在 30～40％。 5. 褐鐵礦［Limonite，FeO（OH）］：為黑褐色，含鐵量 30～35％，具結晶水。 二 隨 堂 練 習 3－1 鋼鐵的製造 （ A ）1. 一般大約 1 公噸鐵的製造，需要約多少公噸的鐵礦砂？ (A)1.6 (B)2.6 (C)3.6 (D)4.6。 解析：鐵的製造大約是 1 公噸的鐵，需要約 1600 公斤的鐵礦砂。 （ A ）2. 鼓風爐（又稱高爐）是用來冶煉 (A)生鐵 (B)鑄鐵 (C)鑄鋼 (D) 合金鋼。
  • 2. 16 第 3 章 鋼鐵概說 （ D ）3. 下列熔鐵爐敘述何者有誤？ (A)冶煉鑄鐵 (B)具有構造簡單、操作容 易 (C)可持續熔解及維護費用低廉 (D)爐溫及鑄鐵成分容易控制。 解析：熔鐵爐缺點是爐溫及鑄鐵成分難控制。 （ A ）4. 下列電爐煉鋼法敘述何者有誤？ (A)煉鋼速度慢 (B)生產純度 高 (C)品質容易控制 (D)使用電力熔解金屬。 解析：電爐煉鋼法煉鋼速度快。 3－2 鋼鐵的分類 （ A ）5. 高速鋼合金主要為鐵元素，再加入下列哪些金屬元素？ (A)鎢、 鉻、釩 (B)鎢、鋅、鎂 (C)鋁、鉻、銅 (D)鋅、鉻、銅。 解析：高速鋼合金為鐵元素，再加入鎢、鉻、釩等金屬元素。 （ C ）6. 共 晶 鑄 鐵 含 碳 量 為 (A)0.025 ％ 以 下 (B)0.8 ％ (C)4.3 ％ (D)6.67％。 （ C ）7. 共析鋼結晶組織為 (A)肥粒體 (B)肥粒體與波來體混合 (C)波 來體 (D)粒滴斑體。 （ A ）8. 鋼鐵材料冶煉中，若凝固過程緩慢，組織為質軟之片狀石墨者為 (A)灰鑄鐵 (B)白鑄鐵 (C)熟鐵 (D)碳素鋼。 解析：灰鑄鐵是凝固過程緩慢，組織為質軟的片狀石墨，斷面呈 灰色。 （ D ）9. 高合金鋼之合金元素的總含量為 (A)＞2％ (B)＞4％ (C)＞6％ (D)＞8％。 3－3 鋼錠的種類及加工 （ B ）10. 下列全靜鋼敘述何者有誤？ (A)鋼錠內部不會產生氣孔 (B)最 後凝固位置上無收縮孔現象 (C)鋼質成分均勻且偏析現象較少 (D)鋼錠是添加多量去氧劑（如矽鐵、鋁），將鋼完全脫除氧。 解析：全靜鋼缺點是最後凝固位置上有大型收縮孔，須在軋鋼前 切除。
  • 3. 第 3 章 鋼鐵概說 17 3-1 3-2 （ B ）11. 下列未靜鋼敘述何者有誤？ (A)又稱靜面鋼 (B)內部氣孔及不 純物少，呈樹枝狀性組織 (C)未靜鋼的物理特性柔軟，容易加工 且表面潔淨 (D)適合使用於薄鋼板、鋼管、磨光棒以及軟鋼線材。 解析：未靜鋼內部氣孔及不純物多，呈多孔性組織。 （ B ）12. 用來製作普通結構用鋼及銲接結構用鋼等都採何種鋼？ (A)全靜 鋼 (B)半靜鋼 (C)未靜鋼 (D)靜面鋼。 （ D ）13. 下列何種不是鋼錠添加的去氧劑？ (A)矽 (B)錳 (C)鋁 (D) 鎂。 三 自 我 評 量 一、選擇題 題前標註＊，表示進階題 （ B ）1. 生鐵冶煉中熔劑主要目的為 (A)增加燃燒溫度 (B)使雜質熔化 成浮渣 (C)增加冶煉速度 (D)減少煙害。 （ B ）2. 熔鐵爐是用來冶煉 (A)生鐵 (B)鑄鐵 (C)鑄鋼 (D)合金鋼。 解析：熔鐵爐是用來冶煉鑄鐵；鼓風爐是用來冶煉生鐵。 （ A ）3. 煉鋼爐中最有效率的是何種煉鋼爐？ (A)轉爐 (B)平爐 (C)電 爐 (D)高爐。 （ B ）4. 共析鋼含碳量為 (A)0.025％以下 (B)0.8％ (C)4.3％ (D)6.67％。 （ A ）5. 純鐵結晶組織為 (A)肥粒體 (B)肥粒體與波來體混合 (C)波來 體 (D)粒滴斑體。 （ D ）6. 共晶鑄鐵結晶組織為 (A)肥粒體 (B)肥粒體與波來體混合 (C) 波來體 (D)粒滴斑體。 解析：共晶鑄鐵為粒滴斑體組織，共析鋼為波來體組織。 （ B ）7. 鋼鐵材料冶煉中，若凝固過程急速，組織為質硬而脆之雪明碳體 者為 (A)灰鑄鐵 (B)白鑄鐵 (C)熟鐵 (D)碳素鋼。
  • 4. 18 第 3 章 鋼鐵概說 3-3 ＊（ C ）8. 下列何種材料無法熱處理？ (A)灰鑄鐵 (B)白鑄鐵 (C)熟鐵 (D)碳素鋼。 解析：熟鐵含碳量太低，無法熱處理。 （ A ）9. 大鋼胚或扁鋼胚等半成品是屬於鋼胚的幾次製品？ (A)1 (B)2 (C)3 (D)4。 （ A ）10. 將鋼完全脫除氧，所澆鑄得的鋼錠內部不會產生氣孔，此種鋼稱 為 (A)全靜鋼 (B)半靜鋼 (C)靜面鋼 (D)未靜鋼。 解析：全靜鋼是將鋼完全去除氧，所澆鑄的鋼錠內部不會產生氣孔。 （ A ）11. 工具鋼、特殊鋼、機械結構用鋼、銲接性高強度鋼及含碳量 0.3％ 以上的碳素鋼等都採下列何種鋼？ (A)全靜鋼 (B)半靜鋼 (C) 靜面鋼 (D)未靜鋼。 ＊（ C ）12. 適合使用於薄鋼板、鋼管、磨光棒以及軟鋼線材等都採下列何種 鋼？ (A)全靜鋼 (B)半靜鋼 (C)未靜鋼 (D)脫氧鋼。 二、簡答題 1. 鋼鐵材料中以碳的含碳量與組織區分為 3 類，請以表格方式說明其種類、含 碳量與各結晶組織為何？ 答： 種類 含碳量 說明 純鐵 0.02％以下 結晶組織為肥粒體，結晶粒大，性質軟 碳鋼 亞共析鋼 0.02～0.8％ 結晶組織為肥粒體與波來體 共析鋼 0.8％ 結晶組織為波來體 過共析鋼 0.8％～2.0％ 結晶組織為波來體與雪明碳體 鑄鐵 亞共晶鑄鐵 2.0～4.3％ 結晶組織為波來體、粒滴斑體與雪明碳體 共晶鑄鐵 4.3％ 結晶組織為粒滴斑體 過共晶鑄鐵 4.3～6.67％ 結晶組織為粒滴斑體與雪明碳體
  • 5. 第 3 章 鋼鐵概說 19 2. 鋼錠按照不同的去氧程度分類為哪 3 種？並請敘述其優缺點。 答： 名稱 作業說明 全靜鋼（脫 氧鋼，全去 氧鋼） (1)鋼錠是添加多量脫氧劑（如矽鐵、錳、鋁），將鋼完全 去除氧氣，所澆鑄得的鋼錠內部不會產生氣孔。 (2)缺點是最後凝固位置上有大型收縮孔，須在軋鋼前切 除。 (3)全靜鋼的鋼質成分均勻，無氣孔且偏析現象較少。 (4)工具鋼、特殊鋼、機械結構用鋼、銲接性高強度鋼及含 碳量 0.3％以上的碳素鋼等都採全靜鋼。 半靜鋼（半 脫氧鋼） (1)鋼錠脫氧程度介於全靜鋼和未靜鋼之間。 (2)鋼錠凝固時上部產生少量 CO 氣體，致生成氣孔，但下 凹收縮現象較少，適合用來製作普通結構用鋼及銲接結 構用鋼。 未靜鋼（靜 面鋼） (1)由不去氧或只去少部分氧的鋼液澆鑄而成。 (2)內部氣孔（氣泡）及不純物多，呈多孔性組織。 (3)未靜鋼的物理特性柔軟，容易加工且表面潔淨，所以適 合使用於薄鋼板、鋼管、磨光棒以及軟鋼線材。 ＊3. 鐵與鋼的製造有一定的生產流程，請簡述。 答：礦山開採→選礦→燒結→煉鐵→煉鋼→連鑄→軋鋼→冷卻。