表示 ひょうじ 形式 けいしき 各 かく 种相态所需条件 じょうけん 的 てき 铁碳合金 ごうきん 相 しょう 图 ,其中粒 つぶ 滴 しずく 斑 むら 铁 为奥氏 し 体 たい 与 あずか 滲碳體 たい 的 てき 共 きょう 熔混合 こんごう 物 ぶつ ,而α あるふぁ 、β べーた 及δ でるた 为不同 どう 种类的 てき 铁素体 たい
钢桥
钢 或 ある 称 しょう 钢铁 、钢材 ,是 ぜ 一 いち 种由铁 与 あずか 其他元素 げんそ 结合而成的 てき 合金 ごうきん ,当 とう 中 ちゅう 最 さい 普遍 ふへん 的 てき 是 ぜ 碳 ,亦 また 是 ぜ 现时最 さい 受广泛应用 よう 的 てき 金属 きんぞく 材料 ざいりょう 。碳约占 うらない 钢材重量 じゅうりょう 的 てき 0.02%至 いたり 2.0%,视乎钢材的 てき 等 とう 级 。其他有 ゆう 时会用 よう 到 いた 的 てき 合金 ごうきん 元素 げんそ 还包括 ほうかつ 锰 、铬 、钒 和 わ 钨 [ 1] 。碳与其他元素 げんそ 有 ゆう 硬化 こうか 剂的作用 さよう ,能 のう 够防止 ぼうし 铁原子 げんし 的 てき 晶 あきら 格 かく 因 いん 原子 げんし 滑 すべり 移 うつり 过其他 た 原子 げんし 而出现位 くらい 错 。调整合金 ごうきん 元素 げんそ 的 てき 量 りょう ,及其存在 そんざい 于钢中 ちゅう 的 てき 形式 けいしき (溶质元素 げんそ 及参与 さんよ 相 そう ),就能够控制 せい 钢成品 ひん 的 てき 特性 とくせい ,例 れい 如硬度 こうど 、延 のべ 展性 てんせい 及强度 きょうど 。加 か 了 りょう 碳的钢会比 ひ 纯铁更 さら 硬 かた 更 さら 强 きょう ,但 ただし 是 ぜ 这种钢的延 のべ 展性 てんせい 会 かい 比 ひ 铁差。
含碳量 りょう 高 だか 于2.0%的 てき 合金 ごうきん 叫 さけべ 铸铁 ,因 いん 为这种合金的 きんてき 熔点 较低,可 か 铸性强 つよ [ 1] 。钢又跟熟 じゅく 铁不同 ふどう ,熟 じゅく 铁可以含有 がんゆう 少量 しょうりょう 的 てき 碳,但 ただし 这些碳杂质都是 ぜ 夹杂在 ざい 钢中的 てき 残留 ざんりゅう 熔渣 。钢有两种跟铸铁和熟 じゅく 铁不同 ふどう 的 てき 特性 とくせい ,就是钢的耐 たい 锈 度 ど 较高,以及可 か 焊度更 さら 佳 よ 。
尽 つき 管 かん 在 ざい 文 ぶん 艺复兴之 これ 前 ぜん 很久,人 にん 们已经懂得 とく 使用 しよう 各 かく 种低效 こう 的 てき 方法 ほうほう 来生 きすぎ 产钢,但 ただし 是 ぜ 钢的普及 ふきゅう 化 か 要 よう 等 とう 到 いた 十 じゅう 七 なな 世 せい 纪,也就是 ぜ 有 ゆう 了 りょう 更 さら 高 だか 效 こう 的 てき 生 なま 产方法 ほう 之 の 后 きさき 。自 じ 从在十 じゅう 九世纪发明了贝塞麦 むぎ 炼钢法 ほう 之 これ 后 きさき ,钢就成 なり 了 りょう 一 いち 种可大量 たいりょう 生 せい 产的 てき 廉 かど 价材料 りょう 。后 きさき 来 らい 炼钢法 ほう 经过更 さら 多 た 的 てき 改 あらため 进,例 れい 如碱性氧气炼钢法 ほう ,使 つかい 得 とく 钢的生 せい 产价格 かく 更 さら 低 ひく ,但 ただし 同 どう 时品质更好 このみ 。时至今日 きょう ,钢已经成为世界 かい 上 じょう 普遍 ふへん 的 てき 材 ざい 质,年生 ねんせい 产量达十 じゅう 三 さん 亿吨。在 ざい 各 かく 种建筑、基 もと 础设施 ほどこせ 、工具 こうぐ 、船 ふね 只 ただ 、汽车、机 つくえ 械、电器及武器 き 中 ちゅう ,钢都是 ぜ 一 いち 种主要 しゅよう 的 てき 成分 せいぶん 。现代钢铁一般 いっぱん 用 よう 各 かく 种标准化 か 团体 所 ところ 制定 せいてい 的 てき 不同 ふどう 品 ひん 质标准 じゅん 来 らい 区分 くぶん 。
煤 すす 矿提 ひさげ 升 ます 塔 とう 上 うえ 的 てき 钢缆
地球 ちきゅう 地 ち 壳上 うえ 所有 しょゆう 的 てき 天然 てんねん 铁 都 みやこ 是 ただし 以矿石 的 てき 形式 けいしき 存在 そんざい ,一 いち 般为氧化铁 ,例 れい 如磁铁矿 及赤 あか 铁矿等 ひとし 。要 よう 提 ひっさげ 取 ど 铁,就要把 わ 铁矿 中 なか 的 てき 氧移除 じょ ,让氧与其他的 てき 化学 かがく 元素 げんそ 结合,例 れい 如碳。这个过程叫 さけべ 熔炼 ,最早 もはや 应用于熔点 较低的 てき 金属 きんぞく ,例 れい 如熔点 てん 约为250 °C的 てき 锡 及熔点 てん 约为1,100 ℃的 てき 铜 。而铸铁的熔点则为1,375 ℃。这种温度 おんど 用 よう 于青 あお 铜时代 だい 就已经有古老 ころう 的 てき 方法 ほうほう 就可以达到。由 よし 于氧化 か 率 りつ 在 ざい 800 ℃以上 いじょう 时就会 かい 急 きゅう 剧增加 ぞうか ,所以 ゆえん 保持 ほじ 冶炼环境低 てい 氧是很重要 じゅうよう 的 てき 。跟铜与锡不同 ふどう 的 てき 是 ぜ ,液 えき 态铁能 のう 够很容易 ようい 地 ち 溶解 ようかい 碳。熔炼所 しょ 生成 せいせい 的 てき 合金 ごうきん (生 なま 铁 )含碳量 りょう 过高,因 いん 此还不能 ふのう 叫 さけべ 作 さく 钢[ 2] 。后 きさき 续的步 ふ 骤会把 わ 多 た 余 あまり 的 てき 碳和氧除掉。
很多时候会 かい 向 こう 铁/碳化合 かごう 物 ぶつ 加入 かにゅう 其他材料 ざいりょう ,来 らい 达至所 しょ 需的特性 とくせい 。在 ざい 钢里加入 かにゅう 镍 和 わ 锰 会 かい 增加 ぞうか 钢的强度 きょうど ,并使奥 おく 氏 し 体 たい 的 てき 化学 かがく 性 せい 质更加 か 稳定,加入 かにゅう 铬 会 かい 使 し 硬度 こうど 及熔点 てん 上 じょう 升 ます ,加入 かにゅう 钒 也可以使硬度 こうど 上 じょう 升 ます ,但 ただし 同 どう 时更会 かい 减轻金属 きんぞく 疲 つかれ 劳所 ところ 带来的 てき 效 こう 应。为了防止 ぼうし 腐 くさ 蚀,最少 さいしょう 会 かい 要 よう 加入 かにゅう 11%的 てき 铬,这样表面 ひょうめん 就会生成 せいせい 一 いち 层硬的 てき 氧化物 ぶつ ;这种合金 ごうきん 叫 さけべ 不 ふ 锈钢 。钨能干 ひ 预滲碳體 たい 的 てき 生成 せいせい ,使 つかい 马氏体 たい 得 とく 以在较低的 てき 淬火 率 りつ 下 か 生成 せいせい ,这样的 てき 成 なり 品 ひん 叫 さけべ 高速 こうそく 钢 。另一方面 ほうめん ,硫 、氮 与 あずか 磷 会 かい 使 し 钢变得 どく 更 さら 脆弱 ぜいじゃく ,因 いん 此必须从矿石中 ちゅう 除 じょ 掉这些普遍 ふへん 存在 そんざい 的 てき 元素 げんそ [ 3] 。
钢的密度 みつど 会 かい 随 ずい 合金 ごうきん 的 てき 成分 せいぶん 而改变,但 ただし 一般 いっぱん 介 かい 于7,750至 いたり 8,050 kg/m3 [ 4] 。
即 そく 使 つかい 在 ざい 不同 ふどう 钢里面 めん 的 てき 浓度差 さ 异是如此的 てき 小 しょう ,碳-钢混合 こんごう 物 ぶつ 还是可 か 以形成 けいせい 一些不同的结构,这些结构各自 かくじ 有 ゆう 着 ぎ 很不一 いち 样的特性 とくせい 。要 よう 炼出高品 たかしな 质的钢,是 ぜ 必须明白 めいはく 这些特性 とくせい 的 てき 。在 ざい 室温 しつおん 下 した ,铁最稳定的 てき 形式 けいしき 是 ぜ 体 からだ 心 こころ 立方 りっぽう 晶 あきら 格 かく 结构的 てき α あるふぁ -铁素体 たい 。这是一种颇软的金属材料,而且只 ただ 能 のう 溶解 ようかい 很小量的 りょうてき 碳,于723 ℃时上限 げん 为0.021 wt% ,而0 ℃时则为0.005%。在 ざい 炼的温度 おんど 下 か ,若 わか 钢的含碳量 りょう 超 ちょう 过0.021%,它就会 かい 转化为面 めん 心 こころ 立方 りっぽう 晶 あきら 格 かく 的 てき 结构,叫 さけべ 奥 おく 氏 し 体 たい ,或 ある γ がんま -铁。它亦是 ぜ 一 いち 种软的 てき 金属 きんぞく 材料 ざいりょう ,但 ただし 是 ぜ 它能溶解 ようかい 相当 そうとう 多 おお 的 てき 碳,于1,148 ℃达2.1%[ 5] ,反映 はんえい 出 で 钢的含碳量 りょう 上限 じょうげん [ 6] 。
当 とう 钢的含碳量 りょう 少 しょう 于0.8%时(叫 さけべ 亚共析钢 ),混合 こんごう 物 ぶつ 会 かい 从奥氏 し 体 たい 相 しょう 冷却 れいきゃく 下 か 来 らい ,尝试回 かい 到 いた 铁素体 からだ 相 しょう ,并因此会有 ゆう 多 た 余 あまり 的 てき 碳。其中一种能让碳脱离奥氏体的方法是,等 とう 滲碳體 たい 因 いん 沉淀 离开混合 こんごう 物 ぶつ ,这样剩下 か 的 てき 铁纯度 ど 若 わか 足 あし 够地高 だか ,就能形成 けいせい 铁素体 たい ,得 とく 出 で 滲碳體 たい -铁素体 たい 混合 こんごう 物 ぶつ 。滲碳體 たい 是 ぜ 一种既硬且脆的金属 きんぞく 互化物 ぶつ ,化学 かがく 式 しき 为Fe3 C。当 とう 钢的含碳量 りょう 为0.8%时(共 きょう 析钢),冷却 れいきゃく 的 てき 结构会 かい 形成 けいせい 珠 たま 光 こう 体 からだ ,名称 めいしょう 来 き 自 じ 于与珍 ちん 珠 たま 母 はは 类似的 てき 光 ひかり 泽。当 とう 钢的含碳量 りょう 超 ちょう 过0.8%(过共析钢),冷却 れいきゃく 的 てき 结构则会形成 けいせい 珠 たま 光 こう 体 からだ 和 わ 渗碳体 たい [ 7] 。
也许最 さい 重要 じゅうよう 的 てき 同 どう 质多形体 けいたい 是 これ 马氏体 たい ,因 いん 为它是 ぜ 一 いち 种介 かい 稳相 ,所以 ゆえん 比 ひ 其他钢相的 てき 强度 きょうど 要 よう 高 だか 很多。当 とう 钢处于奥 おく 氏 し 体 たい 相 あい 时,再 さい 受到淬火 后 きさき 会 かい 形成 けいせい 马氏体 たい ,这是因 いん 为当晶 あきら 格 かく 架 か 构从面 めん 心 こころ 立方 りっぽう 转成体 せいたい 心 こころ 立方 りっぽう 时,原子 げんし 需要 じゅよう 被 ひ “冻结”在原 ありわら 位 い 的 てき 缘故。视乎奥 おく 氏 し 体 たい 相 しょう 的 てき 碳含量 りょう ,会 かい 形成 けいせい 不同 ふどう 的 てき 结构。当 とう 含碳量 りょう 低 てい 于0.2%时,会 かい 形成 けいせい 体 たい 心 こころ 立方 りっぽう 结构的 てき α あるふぁ -铁素体 たい ,而当含碳量 りょう 较高时则会 かい 形成 けいせい 体 からだ 心 こころ 四方 しほう 结构。从奥氏 し 体 たい 到 いた 马氏体 たい 的 てき 变换,并不需要 じゅよう 活 かつ 化 か 能 のう 。而且没 ぼつ 有 ゆう 成分 せいぶん 改 あらため 变,因 いん 此原子 げんし 一般保留变换前的邻居[ 8] 。
马氏体 たい 的 てき 密度 みつど 比 ひ 奥 おく 氏 し 体 たい 低 てい ,因 いん 此两者 しゃ 在 ざい 互相变换时体积也会 かい 改 あらため 变。所以 ゆえん 在 ざい 奥 おく 氏 し 体 たい 转成马氏体 たい 时,会 かい 发生膨胀。这种膨胀所 しょ 做成的 てき 内部 ないぶ 应力 ,一般会对马氏体的晶体进行压缩 ,同 どう 时对余 あまり 下 か 的 てき 铁素体 たい 施行 しこう 张力 ,并且还有相当 そうとう 量的 りょうてき 剪应力 りょく 作用 さよう 于这两种成分 せいぶん 上 じょう 。如果淬火做得不完全 ふかんぜん 的 てき 话,内部 ないぶ 应力可能 かのう 把 わ 会 かい 在 ざい 冷却 れいきゃく 时导致断裂 きれ 。在 ざい 最低 さいてい 限度 げんど 上 じょう ,还会导致内部 ないぶ 加工 かこう 硬化 こうか 及其他 た 微 ほろ 观上的 てき 瑕疵 かし 。用水 ようすい 作 さく 冷却 れいきゃく 处理时,很多时候会 かい 形成 けいせい 断 だん 裂 きれ ,尽 つき 管 かん 裂 きれ 痕 こん 不 ふ 一定 いってい 可 か 见[ 9] 。
钢有多 た 种不同 ふどう 的 てき 热处理 り 过程。最 さい 常 つね 见的是 ぜ 退 すさ 火 ひ 及调质 (淬火后 きさき 回 かい 火 ひ )。退 すさ 火 ひ 是 これ 把 わ 钢高温 こうおん 加 か 热到软化的 てき 过程。这个过程发生时会经过三 さん 个相:回 かい 复 、再 さい 结晶 及晶 あきら 粒 つぶ 成 なり 长 。钢退火 ひ 所 しょ 需的温度 おんど 取 と 决于退火 ひ 的 てき 类型,以及合金 ごうきん 的 てき 成分 せいぶん [ 10] 。
调质 (淬火后 きさき 回 かい 火 ひ )在 ざい 一开始时先把钢加热至奥 おく 氏 し 体 たい 相 そう ,再 さい 用 よう 水 みず 或 ある 油 あぶら 进行冷却 れいきゃく 。急速 きゅうそく 的 てき 冷却 れいきゃく 导致马氏体 たい 结构既 すんで 硬 かた 且脆[ 8] 。此时再 さい 把 わ 钢作回 かい 火 ひ 处理,其实就是一种更专门的退火形式。这样的 てき 退 すさ 火 ひ (回 かい 火 ひ )过程会 かい 把 わ 一部分的马氏体转化成滲碳體,或 ある 球 たま 化 か 珠 たま 光 こう 体 からだ ,转化会 かい 减少钢内部 ないぶ 的 てき 应力和 わ 瑕疵 かし ,因 いん 此钢最 さい 后 きさき 会 かい 变得更 さら 有 ゆう 韧性,更 さら 不易 ふえき 断 だん [ 9] 。
准 じゅん 备用来生 きすぎ 产钢的 てき 铁矿 堆 うずたか
当 とう 铁矿准 じゅん 备被商 しょう 业过程 ほど 提 ひさげ 炼前,铁矿的 てき 含碳量 りょう 仍然是 ぜ 太 たい 高 だか 。要 よう 得 え 到 いた 钢,必须把 わ 矿石熔掉,并重新 しん 处理来 らい 减低含碳量 りょう 至 いたり 适当水平 すいへい ,而在这个时候还可以加入 かにゅう 其他元素 げんそ 。然 しか 后 きさき 把 わ 液体 えきたい 用 よう 连续铸造法 ほう 铸成厚 あつ 钢板,又 また 或 ある 是 ぜ 用 よう 铸造法 ほう 铸成钢锭。大 だい 约96%的 てき 钢是用 よう 连续铸造法 ほう 处理,而只有 ゆう 4%的 てき 钢被铸成钢锭[ 11] 。之 これ 后 きさき 把 わ 钢放进均 ひとし 热炉里加 りか 热,再 さい 用 よう 热轧 轧成厚 あつ 钢板、钢块或 ある 钢坯 。厚 あつ 钢板会 かい 被 ひ 热或冷 ひや 轧成 なり 钢片或 ある 薄 うす 钢板。钢坯会 かい 被 ひ 热或冷 ひや 轧成钢条、钢棒及钢线。钢块则会被 ひ 热或冷 ひや 轧成结构钢 ,如工 こう 字 じ 梁 はり 及铁路轨道 。在 ざい 现代铸造厂 中 なか ,这些过程一般 いっぱん 会 かい 以装 そう 配 はい 线的 てき 形式 けいしき 运作,也就是 ぜ 铸造厂输入 にゅう 矿石,输出钢成品 ひん [ 12] 。有 ゆう 时钢在 ざい 轧完以后会 かい 再 さい 接受 せつじゅ 一 いち 次 じ 热处理 り ,来 らい 增加 ぞうか 强度 きょうど ,然 しか 而会这样做的厂商是 ぜ 相 しょう 对地少 すくな [ 13] 。
中世 ちゅうせい 纪 时的锻铁炉 ろ 熔炼
自 じ 古 いにしえ 以来 いらい ,人 にん 们就已 やめ 经知道 どう 钢的存在 そんざい ,当 とう 时的熔炼可能 かのう 是 ぜ 用 よう 炼钢炉 ろ ,或 ある 其他熔铁设施,而里面 めん 烧的是 ぜ 碳[ 14] 。
已 やめ 知 ち 最早 もはや 的 てき 钢成品 ひん 是 ぜ 一 いち 块铁器 き ,出土 しゅつど 于土 ど 耳 みみ 其安 やす 那 な 托 たく 利 り 亚的 てき 卡曼-卡莱赫于克 かつ 遗迹 ,约有四 よん 千 せん 年 ねん 的 てき 历史[ 15] 。其他古代 こだい 钢来自 じ 东非 ,可 か 追 おい 溯 さかのぼ 至 いたり 公 こう 元 もと 前 まえ 1400年 ねん [ 16] 。在 ざい 公 おおやけ 元 もと 前 まえ 4世 せい 纪,伊比 いび 利 とし 亚半岛出 で 产了像 ぞう 利刃 りじん 弯刀 这种钢兵器 き ,而古 こ 罗马军队 则在用 よう 诺里库姆 出 で 产的钢兵器 き [ 17] 。在 ざい 战国时代 (公 おおやけ 元 もと 前 まえ 403-221年 ねん )中国 ちゅうごく 用 よう 淬火来 らい 硬化 こうか 钢材[ 18] ,而到了 りょう 汉朝 (公 おおやけ 元 もと 前 まえ 202-公 こう 元 もと 220年 ねん ),采 さい 用 よう 熟 じゅく 铁和 わ 铸铁 熔在一 いち 起 おこり 炼钢,以此技 わざ 术在公 こう 元 もと 一世纪做出了中碳钢[ 19] [ 20] 。东非的 てき 哈亚人 じん 在 ざい 接近 せっきん 2,000年 ねん 前 まえ 发明了 りょう 一 いち 种高热高炉 ろ ,使 つかい 得 とく 他 た 们在那 な 个时候 こう 能 のう 用 よう 1,802 ℃的 てき 高温 こうおん 来 らい 锻造碳钢[ 21] 。
高 こう 碳钢最早 もはや 的 てき 生 なま 产证据 すえ 出 で 现于印度 いんど 次 じ 大 だい 陆 ,出土 しゅつど 地 ち 为斯里兰卡 的 てき 莎玛纳拉威 い 瓦 かわら 。[ 22] 印度 いんど 在 ざい 公 おおやけ 元 もと 前 まえ 300年 ねん 就开始 はじめ 生 なま 产乌兹钢 [ 23] 。自 じ 从乌兹钢的 てき 锻造法 ほう 在 ざい 公 おおやけ 元 もと 五世纪从印度传入了中国,中国人 ちゅうごくじん 除 じょ 了 りょう 使用 しよう 他 た 们本身 ほんみ 原 げん 创的锻钢法 ほう ,也采用 よう 了 りょう 乌兹钢的生 せい 产法[ 24] ,做出来 でき 的 てき 钢叫做镔铁。在 ざい 斯里兰卡,这种早期 そうき 的 てき 炼钢法 ほう 用 よう 到 いた 一种特殊的送风式炉,它用的 てき 风是季 き 风 ,能 のう 够生产出高 だか 碳钢[ 25] 。乌兹钢也叫 さけべ 大 だい 马士革 かわ 钢 ,以其耐用 たいよう 性 せい ,与 あずか 所 しょ 制 せい 刀 かたな 刃 ば 不易 ふえき 损而闻名。最早 もはや 是 ぜ 由 ゆかり 多 た 种不同 ふどう 的 てき 材料 ざいりょう 制 せい 成 なり ,当 とう 中 ちゅう 包括 ほうかつ 各 かく 种稀有 けう 元素 げんそ 。它本质上是 ぜ 一种以铁为主的复杂合金。最近 さいきん 研究 けんきゅう 指出 さしで ,它的内部 ないぶ 结构中 ちゅう 含有 がんゆう 碳纳米 まい 管 かん ,所 しょ 以这可能 かのう 就是它那有名 ゆうめい 特性 とくせい 的 てき 来 らい 源 げん ,介 かい 于当时的铸造技 わざ 术有限 げん ,做出这种结构大概 たいがい 是 ぜ 出 で 于偶然 ぐうぜん ,而不是 ぜ 有意 ゆうい [ 26] 。送 おく 风式炉 ろ 用 よう 的 てき 是 ぜ 天然 てんねん 风,炉 ろ 内 ない 放置 ほうち 含铁的 てき 土壤 どじょう ,并用木材 もくざい 加 か 热。古代 こだい 的 てき 僧 そう 伽 とぎ 罗人成功 せいこう 从每两吨的 てき 土壤 どじょう 中 ちゅう 提 ひさげ 炼出一整吨的钢材,在 ざい 当 とう 时来说可谓成就 じょうじゅ 卓越 たくえつ 。考古学 こうこがく 家 か 在 ざい 莎玛纳拉威 い 瓦 かわら 找到了 りょう 这样的 てき 一 いち 个炉,并成功 せいこう 用 よう 古人 こじん 的 てき 方法 ほうほう 来生 きすぎ 产钢铁[ 25] [ 27] 。
把 わ 纯铁与碳(一般 いっぱん 是 ぜ 木炭 もくたん )放 ひ 在 ざい 一 いち 起 おこり 于坩埚 内 うち 慢慢加 か 热,冷却 れいきゃく 后 きさき 就能得 え 到 いた 坩埚钢 ,在 ざい 公 おおやけ 元 もと 九 きゅう 至 いたり 十 じゅう 世 せい 纪前,梅 うめ 尔夫 这个地方 ちほう 就已经在生 せい 产坩埚钢。在 ざい 十 じゅう 一 いち 世 せい 纪,有 ゆう 证据指出 さしで 宋朝 そうちょう 的中 てきちゅう 国 こく 共有 きょうゆう 两种炼钢法 ほう :一种把小量熟铁跟铸铁熔在一起,用 よう 于生产不均 ひとし 匀的次 じ 等 とう 钢;另一种是现代贝塞麦炼钢法的前身,透 とおる 过在冷 ひや 炉 ろ 风下 した 的 てき 重 じゅう 复锻造 づくり ,达到不完全 ふかんぜん 除 じょ 碳的效果 こうか [ 28] 。
一座 いちざ 位 い 于英 えい 格 かく 兰锡菲尔德 的 てき 贝塞麦 むぎ 转炉
从十 じゅう 七 なな 世 せい 纪起,欧 おう 洲 しゅう 式 しき 炼钢的 てき 第一步 だいいっぽ 就是用 よう 高炉 こうろ 把 わ 铁矿炼成生 せい 铁[ 29] 。最 さい 早期 そうき 炉 ろ 子 こ 里 さと 烧的是 ぜ 木炭 もくたん ,现代方法 ほうほう 则改为烧焦 こげ 炭 ずみ ,事 こと 实证明 あかり 后 きさき 者 しゃ 要 よう 比 ひ 前者 ぜんしゃ 便宜 べんぎ 得 とく 多 おお [ 30] [ 31] [ 32] 。
在 ざい 这些过程中 ちゅう ,生 なま 铁需要 よう 在 ざい 精 せい 炼厂中 ちゅう 接受 せつじゅ 精 せい 炼,以生产出铁条 (熟 じゅく 铁),之 これ 后 きさき 再 さい 拿铁条 じょう 去 さ 炼钢[ 29] 。
用 よう 渗碳法 ほう 炼钢的 てき 程 ほど 序 じょ 被 ひ 记载于一 いち 篇 へん 在 ざい 1574年 ねん 布 ぬの 拉 ひしげ 格 かく 出版 しゅっぱん 的 てき 论文中 ちゅう ,并且早 はや 在 ざい 1601年 ねん 纽伦堡 人 ひと 就在用 よう 这方法 ほう 炼钢。一本 いっぽん 在 ざい 1589年 ねん 那 な 不 ふ 勒斯出版 しゅっぱん 的 てき 书中有 ちゅうう 提 ひさげ 及相近 ちか 的 てき 方法 ほうほう ,用 よう 于制作 せいさく 经表面 ひょうめん 硬化 こうか 的 てき 盔甲与 あずか 锉。这套程 ほど 序 じょ 在 ざい 1614年 ねん 被 ひ 引入英 えい 格 かく 兰,而巴 ともえ 兹尔·布 ぬの 鲁克 爵士于1610年代 ねんだい 在 ざい 什罗普 ひろし 郡 ぐん 的 てき 柯尔布 ぬの 鲁德尔 生 なま 产这种钢[ 33] 。这套方法 ほうほう 的 てき 原材料 げんざいりょう 是 ぜ 熟 じゅく 铁造的 てき 铁条。在 ざい 十 じゅう 七 なな 世 せい 纪期间,最 さい 好 このみ 的 てき 熟 じゅく 铁是瑞 みず 典 てん 斯德哥尔摩 ま 以北 いほく 所 しょ 产的厄 やく 勒格伦德铁 。到 いた 了 りょう 十 じゅう 九世纪这种铁还是最常用的原料,也就是 ぜ 在 ざい 用 よう 这套方法 ほうほう 的 てき 期 き 间,几乎用 よう 的 てき 都 と 是 ぜ 这种铁[ 34] [ 35] 。
在 ざい 坩埚 里 さと 烧出来 でき 的 てき 钢叫坩埚钢 ,它是没 ぼつ 有 ゆう 经过锻造 的 てき ,因 いん 此成品 ひん 会 かい 比 ひ 较均匀。以前 いぜん 大 だい 部分 ぶぶん 的 てき 炉 ろ 都 と 不能 ふのう 达到能 のう 熔掉钢的温度 おんど 。现代的 てき 坩埚钢工业最早 もはや 是 ぜ 由 ゆかり 本 ほん 杰明·汉特斯曼 于1740年代 ねんだい 的 てき 发明所 しょ 衍生的 てき 。一般 いっぱん 会 かい 把 わ 渗碳钢 (以渗碳法制 せい 成 なり 的 てき 钢)放 ひ 在 ざい 坩埚或 ある 熔炉 ようろ 里 さと 面 めん 熔掉,然 しか 后 きさき 铸成钢锭[ 35] [ 36] 。
位 くらい 于勃兰登 とう 堡 工 こう 业博物 ぶつ 馆的一 いち 台 だい 西 にし 门子-马丁烤钢炉 ろ
从电弧 こ 炉 ろ 倒 たおせ 出来 でき 的 てき 白 しろ 热钢
炼钢 的 てき 现代史 し 从1858年 ねん [ 37] [ 38]
引进亨 とおる 利 り ·贝塞麦 むぎ 的 てき 贝塞麦 むぎ 炼钢法 ほう 开始。他 た 的 てき 原料 げんりょう 是 ぜ 生 なま 铁[ 39] 。他 た 的 てき 炼钢法 ほう 让低成本 なりもと 大量 たいりょう 生 せい 产变得 とく 可 か 行 ぎょう ,因 いん 此从前 まえ 用 よう 熟 じゅく 铁的地方 ちほう 现在都 と 用 よう 软钢 [ 40] 。吉 よし 尔克莱斯特 とく -托 たく 马斯炼钢法 ほう (或 ある 基本 きほん 贝塞麦 むぎ 炼钢法 ほう )是 ぜ 贝塞麦 むぎ 炼钢法的 ほうてき 改良 かいりょう 版 ばん ,就是在 ざい 转炉内部 ないぶ 铺上一 いち 层盐基 材料 ざいりょう ,以达到除 じょ 磷的效果 こうか 。炼钢的 てき 另一项改良 かいりょう 就是西 にし 门子-马丁炼钢法 ほう ,能 のう 够补足 あし 贝塞麦 むぎ 炼钢法的 ほうてき 缺点 けってん [ 35] 。
在 ざい 使用 しよう 碱性氧气炼钢 的 てき 林 はやし 茨 いばら -多 た 纳维茨 いばら 炼钢法 ほう 出 で 现后,上述 じょうじゅつ 的 てき 炼钢法 ほう 都 と 被 ひ 淘汰 とうた 了 りょう ,碱性氧气炼钢法 ほう 及其他 た 氧气炼钢法 ほう 是 ぜ 在 ざい 1950年代 ねんだい 被 ひ 开发出来 でき 的 てき 。碱性氧气炼钢法 ほう 比 ひ 其他方法 ほうほう 优胜是 ぜ 因 いん 为,被 ひ 泵到表面 ひょうめん 上 じょう 的 てき 氧气会 かい 限 げん 制 せい 杂质,而从前 ぜん 杂质能 のう 够从所用 しょよう 的 てき 空 そら 气中进入[ 41] 。时至今日 きょう ,用 よう 电弧炉 ろ 来 き 重 おも 新 しん 处理废金属 きんぞく 是 ぜ 很常见的,处理后 きさき 能生 のう 产出新 しん 的 てき 钢。它也可用 かよう 于把生 せい 铁转化成 かせい 钢,但 ただし 需要 じゅよう 使用 しよう 大量 たいりょう 电力(每 まい 吨需要 よう 约440 kWh ),所以 ゆえん 一般只能在有大量廉价电力供应的情况下才有经济效益[ 42] 。
英国 えいこく 的 てき 一家 いっか 炼钢厂
2007年 ねん 各国 かっこく 钢铁产量
现在我 わが 们都把 わ 钢和铁工业合称 しょう 为“钢铁工 こう 业”,好 こう 像 ぞう 它们本身 ほんみ 就是一 いち 个个体 たい ,但 ただし 是 ぜ 在 ざい 历史上 しじょう 它们是 ぜ 不同 ふどう 的 てき 产品。钢工业通常 つうじょう 被 ひ 用作 ようさく 经济进度的 てき 指 ゆび 标,因 いん 为钢在 ざい 基 もと 础设施 ほどこせ 与 あずか 整体 せいたい 经济发展 中有 ちゅうう 着 ぎ 举足轻重的 てき 角 かく 色 しょく [ 43] 。
在 ざい 1980年 ねん ,美国 びくに 共有 きょうゆう 500,000名 めい 钢铁工 こう 人 じん 。到 いた 2000年 ねん ,数量 すうりょう 减至224,000人 にん [ 44] 。
中国 ちゅうごく 与 あずか 印度 いんど 经济的 てき 急 きゅう 剧增长,导致近年 きんねん 对钢铁的需求量 りょう 也跟着 ぎ 大量 たいりょう 增加 ぞうか 。在 ざい 2000年 ねん 至 いたり 2005年 ねん 之 の 间,世界 せかい 钢铁的 てき 需求量 りょう 共 ども 增加 ぞうか 了 りょう 6%。自 じ 2000年 ねん 起 おこり ,好 こう 几家印度 いんど [ 45] 及中国 ちゅうごく 钢铁商 しょう 成功 せいこう 突围而出,晋 すすむ 身 み 世界 せかい 一流 いちりゅう ,例 れい 如塔 とう 塔 とう 钢铁 (于2007年收 ねんしゅう 购柯以斯集团 )、上海 しゃんはい 宝 たから 钢集团 及江 こう 苏沙钢集团 。然 しか 而,安 やす 赛乐米 まい 塔 とう 尔 仍然是 ぜ 世界 せかい 最大 さいだい 的 てき 钢铁生 せい 产商。
英国 えいこく 地 ち 质调查局指出 さしで ,在 ざい 2005年 ねん 中国 ちゅうごく 是 ぜ 世界 せかい 第 だい 一名的钢铁生产国,占 うらない 全 ぜん 球 たま 总产量的 りょうてき 三 さん 分 ふん 之 の 一 いち ,而第二 に 、三 さん 、四 よん 名分 めいぶん 别为日本 にっぽん 、俄 にわか 罗斯及美国 こく [ 46] 。
伦敦金属 きんぞく 交易 こうえき 所 しょ 于2008年 ねん 开始将 はた 钢材列 れつ 入 にゅう 交易 こうえき 范围。在 ざい 2008年 ねん 底 そこ ,钢铁工 こう 业面对了一 いち 场激烈 げきれつ 的 てき 衰退 すいたい ,因 いん 此做了 りょう 不 ふ 少 しょう 削 そぎ 减[ 47] 。
在 ざい 2003年 ねん 关闭之 の 前 ぜん ,位 い 于美国 こく 宾夕法 ほう 尼 あま 亚州 伯 はく 利 り 恒 つね 市 し 的 てき 伯 はく 利 り 恒 つね 钢铁是 ぜ 世界 せかい 上 じょう 最大 さいだい 的 てき 钢铁生 せい 产商。
为了满足各 かく 样不同 ふどう 的 てき 用途 ようと ,现代钢材有 ゆう 着 ぎ 各 かく 种不同 ふどう 的 てき 合金 ごうきん 金属 きんぞく 组合[ 3] 。碳钢 的 てき 构成很简单,只 ただ 有 ゆう 碳和铁两种元素 げんそ ,占 うらない 钢材生 せい 产量的 てき 90% [ 1] 。高 こう 强度 きょうど 低 てい 合金 ごうきん 钢含有 がんゆう 小量 しょうりょう 其他元素 げんそ (正常 せいじょう 重量 じゅうりょう 最多 さいた 占 うらない 钢的2%),一 いち 般为1.5%锰,用 よう 于增加 ぞうか 钢的强度 きょうど ,这样价格会 かい 高 だか 一 いち 点 てん [ 48] 。低 てい 合金 ごうきん 钢是 ぜ 与 あずか 其他元素 げんそ 合成 ごうせい 的 てき 钢,通常 つうじょう 为钼 、镁、铬或镍,总加入 かにゅう 量 りょう 上限 じょうげん 为钢重量 じゅうりょう 的 てき 10%,用 よう 于加强 きょう 厚 あつ 部分 ぶぶん 的 てき 可 か 硬化 こうか 性 せい [ 1] 。不 ふ 锈钢 为了抵抗 ていこう 腐 くさ 蚀 (生 なま 锈),需要 じゅよう 加入 かにゅう 最少 さいしょう 11%的 てき 铬,通常 つうじょう 还会再 さい 加 か 镍。一 いち 些不锈钢,如铁素体 たい 不 ふ 锈钢带磁性 せい ,而奥 おく 氏 し 体 たい 不 ふ 锈钢则不带磁性 せい [ 49] 。
其他更 さら 现代的 てき 钢材还包括 ほうかつ 工具 こうぐ 钢 ,合金 ごうきん 元素 げんそ 为大量的 りょうてき 钨 与 あずか 钴 或 ある 其他元素 げんそ ,它们能 のう 够使固体 こたい 溶液 ようえき 强化 きょうか 的 てき 效果 こうか 最大 さいだい 化 か 。同 どう 时还使 し 析出 せきしゅつ 硬化 こうか 变得可 か 行 ぎょう ,并因此加强 きょう 了 りょう 钢的耐 たい 热性[ 1] 。工具 こうぐ 钢一般用于制作斧头、钻头及其他 た 需要 じゅよう 又 また 锋利又 また 耐久 たいきゅう 刃 は 面 めん 的 てき 设备。其他特殊 とくしゅ 用 よう 的 てき 钢还包括 ほうかつ 耐 たい 候 こう 钢 ,例 れい 如高登 とう 钢,在 ざい 风化作用 さよう 下 した 会 かい 生成 せいせい 一层稳定的氧化表层,因 いん 而可以在不 ふ 需涂漆 うるし 就能在 ざい 户外使用 しよう [ 50] 。
还有其他高 だか 强度 きょうど 钢,例 れい 如双 そう 相 しょう 钢 ,它是用 よう 热处理 り 来 らい 使 つかい 其钢体 たい 同 どう 时含有 がんゆう 铁素体 たい 及马氏 し 体 たい 微 ほろ 结构,因 いん 此强度 きょうど 较一般钢高 だか [ 51] 。相 あい 变诱发塑性 せい 钢 也就是 ぜ TRIP钢,是 ぜ 一种含有残余奥氏体的低碳、低 てい 合金 ごうきん 高 だか 强度 きょうど 钢。TRIP效 こう 应是指 ゆび 残余 ざんよ 奥 おく 氏 し 体 たい 向 こう 马氏体 たい 转变使 し 得 とく 强度 きょうど 和 わ 塑性 そせい 同 どう 时提高 だか 的 てき 效 こう 应。TRIP钢的典型 てんけい 显微组织主要 しゅよう 由 よし 铁素体 たい 、贝氏体 たい 、残余 ざんよ 奥 おく 氏 し 体 たい 组成,可能 かのう 还有少量 しょうりょう 马氏体 たい 。碳是奥 おく 氏 し 体 たい 的 てき 稳定化学 かがく 元素 げんそ ,碳含量 りょう 太 ふとし 低 てい ,则不会 かい 产生TRIP效 こう 应,但 ただし 是 ぜ 碳含量 りょう 过高,会 かい 造成 ぞうせい 焊接效能 こうのう 下降 かこう 。硅是铁素体 たい 元素 げんそ ,不 ふ 仅可以增加 ぞうか 参与 さんよ 奥 おく 氏 し 体 たい 稳定性 せい ,还能够抑制 よくせい 冷却 れいきゃく 过程中 ちゅう 滲碳體 たい 的 てき 形成 けいせい 。更 さら 高 だか 的 てき 硅和碳含量 りょう 会 かい 使 し TRIP钢中的 てき 残余 ざんよ 奥 おく 氏 し 体 たい 体 からだ 积分数 すう 提 ひさげ 高 だか 。[ 52] 。麻 あさ 时效钢是 ぜ 铁、镍及其他元素 げんそ 的 てき 合金 ごうきん ,但 ただし 与 あずか 其他钢不同 ふどう 的 てき 是 ぜ ,它基本上 ほんじょう 不 ふ 含碳,所 しょ 以就生成 せいせい 了 りょう 一 いち 种强度 ど 非常 ひじょう 高 だか ,但 ただし 同 どう 时带有 ゆう 延 のべ 展性 てんせい 的 てき 金属 きんぞく [ 53] 。双 そう 晶 あきら 诱发塑性 そせい 钢用 もちい 一种特殊的应变,来 らい 增加 ぞうか 加工 かこう 硬化 こうか 对合金的 きんてき 有效 ゆうこう 度 ど [ 54] 。埃 ほこり 格 かく 林 りん 钢用 もちい 了 りょう 超 ちょう 过十 じゅう 二 に 种的元素 げんそ ,以不同 どう 量的 りょうてき 组合来 らい 做出一 いち 种可用 よう 于碉堡破坏弹 等 とう 武器 ぶき 的 てき 合金 ごうきん ,而且成本 なりもと 相 しょう 对地低 ひく 。哈特菲钢 (以罗伯特 とく ·哈特菲 爵士命名 めいめい )含有 がんゆう 12-14%的 てき 锰,能 のう 在 ざい 磨 すり 损时生成 せいせい 一层极硬的表层,防止 ぼうし 磨耗 まもう 。应用例 れい 子 こ 包括 ほうかつ 坦 ひろし 克 かつ 履 くつ 带 、推土机 つくえ 上 うえ 的 てき 推土刀 がたな 边缘,以及生命 せいめい 之 の 钳的 てき 切 きり 割 わり 刃 ば [ 55] 。
大 だい 部分 ぶぶん 常用 じょうよう 钢铁合金 ごうきん ,一般 いっぱん 用 よう 各 かく 种标准化 か 团体 所 ところ 制定 せいてい 的 てき 不同 ふどう 品 ひん 质标准 じゅん 来 らい 区分 くぶん 。例 れい 如,汽车工程 こうてい 师协会 かい 有 ゆう 一 いち 系列 けいれつ 的 てき 等 とう 级 ,区分 くぶん 很多种不同 ふどう 的 てき 钢铁[ 56] 。美国 びくに 材料 ざいりょう 和 わ 试验协会有 ゆう 另外一 いち 套标准 なぞらえ ,将 はた 合金 ごうきん 进行区分 くぶん ,例 れい 如美国 こく 最 さい 常用 じょうよう 的 てき 结构钢A36钢 [ 57] 。
将 はた 钢热浸于锌 中 ちゅう 或 ある 在 ざい 钢上电镀 上 うえ 一 いち 层锌,这样能 のう 保 ほ 护表层防止 ぼうし 生 せい 锈,虽然这种镀锌钢 不 ふ 是 ぜ 一 いち 种合金 きん ,但 ただし 是 ぜ 它也是 ぜ 一种常用的钢[ 58] 。
钢棉
铁和钢都被 ひ 广泛地 ち 应用于建造 けんぞう 道路 どうろ 、铁路 、其他基 もと 础设施 ほどこせ 、设备与建 けん 筑。大 だい 部分 ぶぶん 的 てき 现代架 か 构,诸如体育 たいいく 场与 あずか 摩 ま 天 てん 大 だい 楼 ろう 、桥梁 与 あずか 机 つくえ 场 ,都 みやこ 是 ただし 用 よう 钢制的 てき 支 ささえ 架 か 来 らい 支 ささえ 撑。就算是 ぜ 用 よう 混 こん 凝 しこり 土 ど 的 てき 结构,也要用 よう 钢筋来 らい 加 か 固 かた 。此外,钢在家 いえ 用 よう 电器与 あずか 汽车 制 せい 造 づくり 都 と 有 ゆう 广泛应用。尽 つき 管 かん 用 よう 铝 的 てき 汽车主体 しゅたい 正 ただし 在 ざい 增加 ぞうか ,但 ただし 是 ぜ 它们的 てき 主要 しゅよう 材料 ざいりょう 仍然是 ぜ 钢。钢也被 ひ 用 よう 于各种建造 けんぞう 用 よう 的 てき 材料 ざいりょう ,例 れい 如螺 にし 栓 せん 、钉子 及螺 にし 丝[ 59] 。其他常 つね 见应用 よう 还包括 ほうかつ 造船 ぞうせん 、输送管 かん 道 どう 、采 さい 矿 、离岸建 けん 设 、航 こう 天 てん 、白色 はくしょく 家 か 电 (如洗 あらい 衣 ころも 机 つくえ )、工程 こうてい 作 さく 业车辆 (如推土机 つくえ )、办公室 しつ 家具 かぐ 、钢棉 、工具 こうぐ 及个人 じん 用 よう 背 せ 心 しん 式 しき 盔甲 或 ある 载具 用 よう 装甲 そうこう (当 とう 中 ちゅう 最 さい 有名 ゆうめい 的 てき 是 ぜ 轧压均 ひとし 质装甲 そうこう )。钢还是 ぜ 不 ふ 少 しょう 现代雕塑 家 いえ 喜 き 用 よう 的 てき 金属 きんぞく 素材 そざい 。
碳钢刀 かたな
在 ざい 引进贝塞麦 むぎ 炼钢法 ほう 及其他 た 现代方法 ほうほう 以前 いぜん ,钢是价值不 ふ 菲的,所以 ゆえん 只 ただ 在 ざい 没 ぼつ 有 ゆう 更 さら 便宜 べんぎ 替 がえ 代品 だいひん 的 てき 情 じょう 况下使用 しよう ,尤 ゆう 其是各 かく 种需要 じゅよう 又 また 硬 かた 又 また 锋利刀 がたな 刃 は 的 てき 切 きり 割 わり 工具 こうぐ ,例 れい 如刀子 こ 、刮胡刀 がたな 、剑等。钢也被 ひ 用 よう 于制作 せいさく 弹簧 ,包括 ほうかつ 钟表 里 さと 的 てき 弹簧[ 35] 。自 じ 从生产方法 ほう 改 あらため 进,变得更 さら 迅速 じんそく 更 さら 节约后 きさき ,要 よう 得 え 到 いた 钢就比 ひ 较容易 ようい ,价格也因而降下 こうか 来 らい ,二 に 十 じゅう 世 せい 纪后期 き 塑胶 的 まと 出 で 现,使 つかい 得 とく 钢的一些应用被取代,因 いん 为塑胶成本 ほん 更 さら 低 ひく ,而且重量 じゅうりょう 更 さら 轻[ 60] 。
悬挂着 ぎ 架空 かくう 高 だか 压线的 てき 钢塔
不 ふ 锈钢制 せい 的 てき 酱料船 せん
由 よし 于核 かく 试的 てき 关系,所以 ゆえん 在 ざい 第 だい 二 に 次 じ 世界 せかい 大 だい 战之 これ 后 きさき 生 せい 产的钢,会 かい 受到放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 的 てき 污染 。于是1945年 ねん 之 の 前生 ぜんしょう 产的钢,被 ひ 称 しょう 为低 てい 背景 はいけい 钢 ,这种钢材被 ひ 用 よう 于对辐射敏感 びんかん 的 てき 特定 とくてい 用途 ようと ,例 れい 如盖革计数器 き 及辐射屏 へい 蔽 。
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