純鐵是很軟的金屬，既不能制刀槍，也不能鑄鐵鍋、犁鋤。但當(dāng)純鐵中含有一定量的碳后，就變成我們在各方面使用的鋼鐵了。純鐵中含碳在0.02%以上就變成硬度較低的能拔鐵絲、軋制薄白鐵板等用的低碳鋼。鐵中含碳量0.25%至0.6%的范圍內(nèi)的鋼叫中碳鋼，其硬度中等，可軋成建筑鋼材，鋼板、鐵釘?shù)戎破贰ｈF中含碳量0.6%至2.0%時(shí)就成為硬度很高的、可制刀槍、模具等的高碳鋼了。低、中、高碳鋼合在一起就叫“碳素鋼”。如果鐵中碳含量超過2.0%就變成又硬又脆的可鑄鐵鍋、暖氣片、犁等的生鐵了。一般生鐵含碳量為3.5%—5.5%。所以純鐵、鋼和生鐵的區(qū)別主要就在于鐵中的含碳量的不同。
在鐵與鋼的生產(chǎn)中，首先是把鐵礦石在煉鐵高爐中用碳還原成鐵的同時(shí)鐵中也吸收了4.5%—5.5%的碳，然后再把生鐵裝入煉鋼爐中把碳和其他雜質(zhì)用氧氣氧化去除降低到所需要的含量，即煉成各種含碳量的碳素鋼。據(jù)《世界金屬導(dǎo)報(bào)》報(bào)告的“國際鋼協(xié)”統(tǒng)計(jì)2002年上半年（1至6月）累計(jì)我國鋼產(chǎn)量為8480萬t，居世界首位；同期世界的十大產(chǎn)鋼國排列順序?yàn)椋旱?名日本5230萬t，第3美國4440萬t，第4俄羅斯2840萬t（獨(dú)聯(lián)體為4840萬噸），第5德國2240萬t（歐盟15國總計(jì)8040萬t），第6韓國2230萬t，第7烏克蘭1650萬t，第8巴西1410萬t，第9印度1400萬t，第10意大利1340萬t；英國607萬t，居第17位。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，碳素鋼在強(qiáng)度、硬度、韌性、彈性、抗腐蝕性等各方面都不能滿足現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)和國防上的需要了。冶金工作者們研究發(fā)現(xiàn)在鋼中加入一些其他元素可改善碳素鋼的性能，使碳鋼獲得更優(yōu)異的和特殊的性能，擴(kuò)充其用途和使用范圍，從而研制出各種合金鋼。在普通碳素鋼的基礎(chǔ)上，只要加入小于5%的總含量的硅、錳、鐵、鈦、鈮、硼、稀土等合金元素就可煉出強(qiáng)度高于同等含碳量的普通碳素鋼30—40%的低合金高強(qiáng)度鋼，一噸鋼可頂1.3—1.4%噸普通碳素鋼用。若在含碳1%的碳素鋼中加入6—15%鉻，能煉出各種高級滾珠鋼和滾動(dòng)軸承鋼。鋼中加入13—19%鉻就成為有磁性不銹鋼，如在這種鋼中再加入9%鎳就變成無磁性不銹鋼了；所以不能用有無磁來鑒別是否是不銹鋼，因生活上用的大部分不銹鋼是有磁的，可被磁鐵吸起來。含碳低于0.06%的鋼中加入8—27%鉻和4.5—6.5%鋁的鋼稱為電熱合金，拔成絲纏成電爐，最高的可加熱到1200。中碳鋼中加1%錳煉成的鋼制彈簧，彈性特別好。高碳鋼中加2%錳和少量鉬可煉成硬度特別高可做刀槍、模具和破碎機(jī)顎板壽命特別長。鋼中加9—18%鎢和少量釩就成為高速鋼。低碳鋼中加少量鉬和鉻成為高溫下耐熱并不起皮的鋼。低碳鋼中加2.5—4%的硅可煉成導(dǎo)磁性能非常好，可軋制制造電機(jī)，變壓器的硅鋼片。而低碳鋼中加12%鋁和25%鎳煉出的就是永磁合金，可制永久性強(qiáng)磁鐵。在高碳鋼中加入適量硅可生產(chǎn)出石墨鋼，既耐磨又有潤滑作用，可制造在使用過程中不宜使用潤滑油，而又需要耐磨的機(jī)械零件和軸承等部件。鋼中加入稀土金屬能提高鋼的韌性；而生鐵中加入稀土金屬和鎂則可變成和鋼一樣強(qiáng)度高，又有韌性的球墨鑄鐵。硼則是非晶合金和高科技釹鐵硼合金中不可缺少的非金屬元素。鐵和鋼中加入各種金屬和非金屬元素后可使其性能變幻無窮，用途多樣。在鋼鐵中加入各種金屬和非金屬元素，能創(chuàng)造出多種多樣的高科技新金屬材料供工農(nóng)業(yè)、國防、科學(xué)技術(shù)、生活上等各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用。
在鐵鋼中加入各種金屬和非金屬元素，能創(chuàng)造出各種不同性能，多種用途的各種高科技材料。但這些金屬和非金屬在煉鋼時(shí)大部都不能或不宜以純金屬和非金屬元素單體狀態(tài)直接加入鋼液中。如鎢、鉬、鈮等金屬熔點(diǎn)太高，比煉鋼溫度高一倍以上，煉鋼溫度為1600左右，而鎢熔點(diǎn)高達(dá)3380，鉬熔點(diǎn)為2600，鈮熔點(diǎn)為2500，所以在鋼液中難熔化，另外這些金屬比重又太高，液態(tài)鋼比重約7克/毫升，而鎢比重高達(dá)19.3克/毫升，釩、鈦比重低，鈦比重4.5克/毫升，釩6.1克/毫升；熔點(diǎn)又高，釩為1860、鈦為1690，又易氧化，在鋼液面上被氧化燒掉很多，損失太大，又不易控制含量，并且單體金屬制取工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，價(jià)格昂貴等等。因此都不適合以純金屬和非金屬單體狀態(tài)在煉鋼時(shí)直接加入鋼液中。為此冶金工作者們研究制出了這些元素和鐵的合金，就叫做“鐵合金”。這些元素和鐵的合金熔點(diǎn)和鋼接近，比重和鋼差不多，又不易氧化，其生產(chǎn)工藝又比生產(chǎn)該純金屬和非金屬簡單，生產(chǎn)成本比純的單體金屬和非金屬低的多，價(jià)格低，特別適合于煉鋼和生產(chǎn)各種高科技材料中使用。因此鐵合金成為煉鋼和新材料工業(yè)中的重要材料。
鐵合金的品種是根據(jù)鋼鐵和新金屬材料工業(yè)的發(fā)展需要而發(fā)展和開發(fā)的，目前的鐵合金品種有二元的和多元的鐵合金數(shù)十種，其中用量最大的二元鐵合金有：硅鐵、錳鐵、鉻鐵、鎢鐵、鉬鐵、鈮鐵、釩鐵、鈦鐵、硼鐵、磷鐵、鋁鐵等，三元以上的有：錳硅（鐵）、硅鈣（鐵）、硅鉻（鐵）、硅鋁（鐵）、硅鋇（鐵）、稀土硅鐵、稀土硅鎂鐵等。
鐵合金有兩大用途：用途之一是做脫氧劑；煉鋼和生產(chǎn)各種新金屬材料時(shí)要用氧氣氧化除去鋼和金屬液中的雜質(zhì)的同時(shí)鋼和金屬液中也吸收了氧，這就大大降低了鋼和金屬材料的性能，因此需要添加一些與氧結(jié)合力比較強(qiáng)，且其氧化物又能順利的從鋼和金屬材料液中排除，從而使鋼和金屬材料液中的氧含量降低的元素，這個(gè)過程叫鋼和金屬材料的脫氧，而用于脫氧的鐵合金叫脫氧劑。常用的脫氧劑有硅鐵、錳鐵、鋁鐵、硅鈣（鐵）、硅錳（鐵）、硅鋇（鐵）、硅鋁（鐵）等。用途之二是做合金劑，在碳素鋼中加入各種鐵合金調(diào)整其化學(xué)成份，可生產(chǎn)出各種合金鋼和新金屬材料。
鐵合金除少量特殊鐵合金如金屬鉻，鈦鐵等用鉛熱還原法生產(chǎn)，另有一部分錳鐵用高爐外，其絕大部分是用電爐生產(chǎn)，耗電量非常大，因此俗稱“電老虎”。比如生產(chǎn)1t硅鐵，耗電量約8500千瓦時(shí)（度），把這些電如用于煉鋼可煉電爐鋼20噸，即為煉電爐鋼的20倍，如用于生活中能供1臺200升電冰箱用23年，可見用電量之大。因此，雖然鐵合金用途很大，在國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)及國防上非常重要，但從1995年以來，由于我國鐵合金發(fā)展較快，產(chǎn)量已居世界第1位。2001年全世界鐵合金產(chǎn)量為1620萬t，而我國產(chǎn)量為450萬t，占全世界產(chǎn)量的四分之一，全世界鐵合金產(chǎn)量最多的前5名為：第2名獨(dú)聯(lián)體（主要是俄羅斯）280萬t，第3名南非250萬t，第4位日本120萬t，第5位印度75萬t。我國鐵合金產(chǎn)量除能滿足我國鋼鐵和新金屬材料工業(yè)的需要外，并每年有總產(chǎn)量的10—12%出口。當(dāng)然也創(chuàng)匯不少，但由于其能耗太高，尤其耗電量很大，因此不宜再大量建廠和大量增加產(chǎn)量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前鐵合金耗電量已占全國總發(fā)電量的1%，占鋼鐵工業(yè)總耗電量的4%，其節(jié)能潛力極大。今天我國的科研工作者已在目前產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，開展節(jié)能降耗的科學(xué)研究，進(jìn)一步開發(fā)節(jié)能的生產(chǎn)新工藝及進(jìn)一步開創(chuàng)適用于高科技新材料和國防科學(xué)及國防工業(yè)上用的特種高效鐵合金新品種，并已取得很大進(jìn)步，已達(dá)到和接近國際先進(jìn)水平。
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