钢铁的特性、种类和用途

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1.　钢铁的特性 
    铁（Fe）这元素占地壳元素总量的5.5％，世界上的金属总产量中钢铁占99.5％。自然界中自然铁极少，大部份和氧结合成铁矿石。纯铁呈灰白色，强度不是很大，故用处不大。通常我们所说的铁，或钢，其实是一种合金，这种合金主要成份为纯铁（Fe，含有锰，铬，钨等金属元素及碳，硅，硫磷等非金属元素。其中碳所扮演的角色最为重要，它决定铁是否有展延性，是不是很脆，容不容易熔化。 
    将铁矿石加入高炉还原而得的“熔铣”（hotmetal，即熔融生铁）含碳2到7.5％。将熔铣浇注到模中得一定的形状，称为铸铁（castiron）。铣铁（或生铁）无法锻造、轧制或压制，换句话说，它不允许作任何形式的机械变形。铣铁有白铣（whitepig iron）和灰铣（grey pig iron）的区别。白铣中的碳以碳化铁（Fe3C）的形式存在，故新的断口呈银白色；且因碳化铁硬而脆，所以白铣较硬且脆。至于灰铣中的碳以石墨的形式出现，故断口为灰色，且较白铣软。 
    磷与硫对铁来说，是很令人讨厌的元素，虽然磷可使铁之流动性变佳，但也使得铁变脆（此因磷与铁结合或硬脆的Fe3P）。至于硫呢？如果铁中含硫过多，则有热脆现象发生，即铁在高温加工的操作下脆裂（这是因为硫与铁结合成为硫化铁，铁与硫化铁成为共晶，形成网状，围绕在铁的晶体周围，因为共晶体的熔点较铁为低，所以在高温加工的温度下，铁与硫的共晶体熔融而铁未熔；此时若加以外力，铁即生裂痕）。 
    如果加入某些特定的合金元素——锰、铬、镍、钼等等，可以增加钢铁的延性、抗拉强度，硬度，改进其铸造性质，增加其对腐蚀与热的抵抗力。经过热处理（即将钢料加热至某一预定高温，再以各种速率使其冷却），可以改变钢料的机械性质和物理性质。再者，钢铁容易施以机械加工而得到所需要的尺寸和形状。钢铁因为具有这些特性，所以广泛地用来制造各种机械，设备及建筑楼房。 
    一般将含碳量高于2％的铣铁或铸铁称为铁，而将含量少于2％的称为钢。 
2.　钢铁的种类与用途 
    钢铁一般依照它的提炼方法可分为柏塞麦转炉钢（Bessemer converter），碱性转炉钢，平炉钢，电炉钢等。
    依所含成份则可分为碳钢，低合金钢，高合金钢等。
    依其产品形状则分为形钢（section），棒钢（bar），钢板（plat）。为了特殊目的，而加入各种合金元素可得特殊合金钢（special alloy steel）。下面对特殊合金钢的性质和用途，作一概略的说明。 
    （1） 高温钢（high-temperature steel）用于制造锅炉。在500℃到600℃的温度下连续使用，仍能保持其机械特性。铜是高温钢的主要合金元素。
    （2） 耐热钢（heat-resistant steel）。在钢中加入铬、镍和硅能使钢耐1300℃之高温。此种钢通常用于制造工业用炉及电阻丝等。 
    （3）不锈钢（stainless steel），在钢中加入少量铜可延缓钢在空气中的腐蚀率。若在钢中加12％以上之铬则可避免钢之腐蚀。若再加入镍则腐蚀性更好，且提高钢之勒性。目前食品工业及化学工业正广泛地使用不锈钢。厨房用具，餐具和外科用具也用不锈钢制造。
    （4）工具钢（Tool steels）工具钢的含碳量高于结构用钢，通常用于制锯条，钻头等。特殊钢则加入铬、钨、钴、钼、钒等合金元素，并经适当的热处理。