作者：鋼鐵研究總院老科協(xié) 張惠棠
鐵是我們?nèi)粘Ｉ?、工農(nóng)業(yè)和國(guó)防等各方面都離不開的材料，自從人類進(jìn)入鐵器時(shí)代，鐵就成為劃時(shí)代的代表了。
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?cè)诟鞣矫媸褂玫匿撹F了。純鐵中含碳在0.02%以上就變成硬變較低的能拔鐵絲、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?。鐵中含碳量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(guò)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。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，只靠碳素鋼其在強(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(guó)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%噸鋼用。若在含碳1%的碳素鋼中加入6~15%鉻，能煉出各種高級(jí)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(wú)磁性不銹鋼了；所以不能用有無(wú)磁來(lái)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(lái)。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(zhǎng)。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(rùn)滑作用，可制造在使用過(guò)程中不宜使用潤(rùn)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(wú)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(guó)防、科學(xué)技術(shù)、生活上等各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用，創(chuàng)造更燦爛的新時(shí)代。
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，鉬比重10.2克/毫升，鈮比重8.5克/毫升，加入鋼液中就沉底了，增加煉鋼困難。鋁、硼、硅比重又太低，鋁比重2.7克/毫升，硼比重2.34克/毫升，硅比重2.33克/毫升，又易氧化，加入鋼液中易浮在鋼液表面上，在高溫下被氧化燒掉。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(jiǎn)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。另外單元金屬鉻、金屬錳因生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)鐵合金近似，也劃入鐵合金范疇。上述各種鐵合金大部分又由于其含碳量不同而分為高碳級(jí)、中碳級(jí)、低碳級(jí)和微碳級(jí)。
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(guò)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。上述的各種鐵合金除硅鈣（鐵）只做脫氧劑用外均可做合金劑使用。而單元的金屬鉻和金屬錳由于其價(jià)格昂貴，故只在合金鋼和新金屬材料冶煉的后期做微量調(diào)整化學(xué)成分中少量使用，因此用量不大。
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