鋼鐵一詞源于原日耳曼形容詞stahlij 或者stakhlijan(鋼制的)。對于普通鐵-碳合金鋼,碳的含量在0.002%和2.14%之間。碳含量值根據合金元素(例如錳、鉻、鎳、鎢等)而變化。通常,鋼是一種不經(jīng)歷共晶反應的鐵碳合金。相反,鑄鐵經(jīng)歷過(guò)共晶反應。碳含量太低會(huì )使(純)鐵變得非常軟、有韌性和脆弱。高于鋼的碳含量會(huì )形成一種脆性合金,通常稱(chēng)為生鐵。鐵與碳形成的合金被稱(chēng)為碳鋼,合金鋼是為了改變鋼的特性而有意添加其他合金元素的鋼。常見(jiàn)的合金元素包括:錳、鎳、鉻、鉬、硼、鈦、釩、鎢、鈷和鈮。在鋼中,其它一些被認為是不需要的額外元素,如磷、硫、硅和痕量的氧、氮和銅,也很重要。
碳含量高于2.1%的普通碳鐵合金被稱(chēng)為鑄鐵,F代的煉鋼技術(shù),如粉末金屬成形,可以制造不常見(jiàn)的碳含量很高的鋼。即使在加熱時(shí)鑄鐵也不具有延展性,但它可以通過(guò)鑄造形成,因為它的熔點(diǎn)比鋼低,鑄造性能好。鑄鐵的某些成分在保持熔化和鑄造經(jīng)濟性的同時(shí),可以在鑄造后進(jìn)行熱處理,以制造可鍛鑄鐵或球墨鑄鐵物體。鋼不同于熟鐵,熟鐵可能含有少量的碳,但含有大量的爐渣。
鐵通常以礦石的形式存在于地殼中,通常是鐵的氧化物,例如磁鐵礦或者赤鐵礦。通過(guò)與優(yōu)選的化學(xué)組分結合除去氧,并將碳以二氧化碳的形式移除,將鐵從鐵礦石中提取出來(lái)。這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為熔煉,最早應用于低熔點(diǎn)金屬的提取,例如錫和銅,以及青銅。相比之下,鑄鐵的熔點(diǎn)大約為1,375 °C。在古代,少量的鐵是固態(tài)冶煉的,先用炭火加熱礦石,然后用錘子把塊狀物焊接在一起,然后在這個(gè)過(guò)程中把雜質(zhì)擠出來(lái)。碳含量可以通過(guò)在火中仔細的移動(dòng)來(lái)控制。與銅和錫不同,液態(tài)或固態(tài)的鐵很容易溶解碳。
現代鋼由不同組合的金屬合金構成,以滿(mǎn)足多種用途。 僅由鐵和碳組成的碳鋼占鋼產(chǎn)量的90%。低合金鋼與其他元素(通常為鉬、錳、鉻或鎳,重量比最高可達10%)形成合金,以提高厚截面的淬透性。高強度低合金鋼含有少量其他元素,通常為1.5%的錳,僅輕微提高成本便可以提供額外的強度。
最近的企業(yè)平均燃料經(jīng)濟性法規產(chǎn)生了一種新的鋼材品種,稱(chēng)為先進(jìn)高強度鋼。這種材料既堅固又有韌性,可以在使用較少材料的同時(shí)保持車(chē)輛結構當前的安全水平。有幾種市售等級的AHSS鋼,例如雙相鋼,經(jīng)熱處理后同時(shí)包含鐵素體和馬氏體顯微組織,從而生產(chǎn)出可成形的高強度鋼。相變誘發(fā)塑性鋼涉及特殊的合金化和熱處理,以穩定室溫下通常不含奧氏體的低合金鐵素體鋼中的奧氏體。通過(guò)施加應變,奧氏體可在不加熱的情況下通過(guò)相變轉化為馬氏體。孿晶誘導塑性鋼通過(guò)特定類(lèi)型的應變來(lái)提高合金的加工硬化效果。
碳鋼通常通過(guò)熱浸鍍或電鍍鋅來(lái)防銹。
鋼鐵廣泛用于道路、鐵路及其他基礎設施、電器和建筑的建設。大多數大型現代建筑,如體育館、摩天大樓、橋梁和機場(chǎng),都由鋼骨架支撐。即使是混凝土結構的建筑也用鋼加固。此外,它還廣泛應用于主要電器和汽車(chē)。盡管鋁的使用不斷增長(cháng),鋼仍然是車(chē)身的主要材料。鋼還用于各種其他建筑材料,如螺栓、釘子、螺釘和其他家用產(chǎn)品和炊具。
其他常見(jiàn)的應用包括造船、管道、采礦、海上建筑、航空航天、大型家用電器(如洗衣機)、重型設備(如推土機)、辦公家具、鋼絲絨、工具和背心或車(chē)輛裝甲形式的裝甲(更廣為人知的軋制同質(zhì)裝甲)。 |