介绍钢合金的生产和性能
根据世界钢铁协会，2019年生产了1869.9百万吨钢铁。这代表2018年产量增加3.4％，并于1999年的产量增加了两倍多。世界对钢铁的需求不断增长。它用于建筑，工业和制造业。既有强大又廉价，也适用于各种类型的制造。
钢是由什么制成的?
铁，钢的主要元素成分，是地壳中最丰富的元素之一。所有钢合金主要是铁和0.002-2.1％的碳重量。在该范围内，碳键与铁产生强的分子结构。所得到的晶格微观结构有助于实现我们依赖于钢的抗拉强度和硬度的某些材料特性。
尽管所有钢制由铁和碳制成，但不同类型的钢含有不同百分比的每个元素。钢还可包括其他元素，如镍，钼，锰，钛，硼，钴或钒。将不同的元素添加到钢合金的“配方”影响其材料特性。钢的制造和处理方法进一步增强了那些能力。
一组值得注意的钢合金中含有铬。所有这些合金通常被称为不锈钢。
如何制造钢铁
在最基本的情况下，通过将碳和铁混合在非常高的温度（高于2600°F以上）来制造。
原炼铁制造者用一种叫做生铁的产品制造钢。生铁是从矿石中熔炼出来的铁，它所含的碳比钢的含碳量要多。
这家钢铁制造商使用了一种使熔化的生铁中含有氧气的系统。这个过程在熔化的金属中产生相等的氧化。氧化除去多余的碳。它还会蒸发或束缚由硅、磷和锰等元素组成的杂质。
二级炼钢是在“勺子里”完成的。这是一个精炼和合金化钢的过程。二次炼钢可以从熔化废钢开始，也可以继续初级炼钢过程。添加元素可以得到特定的合金。钢铁工人还可以除去表面杂质(除渣)。钢包被加热和冷却到必要的化学过程所需的温度。
钻杆
在铸造厂，钢是用砂子或熔模浇铸成各种形状的。在炼钢厂，钢由连铸机浇铸成建筑原料。连铸机生产的是标准化的粗钢形状，而不是接近完成的零件。粗钢将被加工或加工成最终产品。钢铁厂通常铸造和成型薄板、钢坯、棒、坯、管、锭和线材。
磨坊也可能热轧钢或冷轧钢在生产过程中。这些过程创造了不同的形状和饰面。在装船之前，钢材在离开工厂之前可能会被切割、卷线或捆扎。
在铸造或工厂，钢可以热处理。最后的步骤如淬火、回火、正火和退火可以塑造合金在应用中的行为方式。
钢材发明
考古学家在这个地方发现了最早的钢，可以追溯到4000年前的土耳其。坩埚钢，如著名的南印度伍茨钢，早在公元4世纪就被一致地制造出来th公元前世纪。然而，直到19世纪中期，炼钢都是极具挑战性的。
钢在2700华氏度左右熔化。保持这种高温对古代炼钢炉来说是一个挑战。此外，在由硅和锰等元素构成的钢合金中也发现了杂质。管理这些仍然是一个挑战。在古代炼钢过程中，他们采用的是长而多步骤的过程。奠基人会花一整天的时间加热、搅拌、除渣、再加热他们的合金。钢铸成后，就交给铁匠去加工。在铁砧上被敲击形成了最终的形状。它还有助于分布和减轻碳的差异，孔隙或包裹体。
1856年，亨利·贝塞麦(Henry Bessemer)为一种新方法制造钢铁的工艺申请了专利。使用贝塞麦转炉，而不是传统的熔体容器，使钢铁制造商使空气通过熔融的金属气泡。杂质与空气发生反应时，会氧化并排出气体。氧化也有助于制造和维持炼钢所需的高温。
原来在铸造厂一天一次，在锻炉里多花些时间的工艺被20分钟的工艺所取代，这个工艺可以生产5吨的钢材。贝塞麦的钢也比大多数钢铁制造商所期望的更坚固、质量更高。这一创新支持了工业革命。
是钢磁?
大多数钢是磁性的，但并非全部。钢主要由铁制成，铁是磁性的。在“Lodestones” - 磁铁矿制成的氧化铁中首次在“Lodestones”，铁矿石中首次发现铁磁性。其他元素也是铁磁性，如钴和镍。这些元素也有时在钢中找到。
不锈钢是着名的非磁性，但所有不锈钢含有铁，许多都含有镍。如实，只有一些不锈钢合金是非磁性的。在大多数情况下，奥氏体不锈钢 - 含有镍 - 是非磁性的（尽管当工作时它可能变得非常温和。）类似于铁素体或马氏体合金的其他类型是不锈钢和磁性的。
钢材的性质
由于其特定的材料特性与其相对低成本相结合，因此常用钢。与其他许多其他建筑和工具制造材料相比（如木材，石材，混凝土或铸铁），钢铁优惠合金：
- 硬度:当压力逐渐增加时，不易压痕
- 韧性:当材料发生变形时，韧性描述的是它在断裂之前的强度
- 屈服强度：抗逐渐增加压力的同时抵抗变化的形状
- 抗拉强度：材料在突破前承受拉动的能力
- 可锻性:通过锤击或压制而不断裂的能力
- 延性在不失去韧性的情况下成形的能力——加工金属通常使它更脆，但延展性的材料在加工过程中不会很快脆化。
这些性能的测试范围因合金而异，但总体而言，与许多其他材料相比，钢既硬又硬(不那么脆)。
类型的钢
有四个主要分组的钢合金：碳，工具，合金和不锈钢。
- 碳钢-温和，中等和高碳钢主要根据硬度和延展性而变化。低碳钢与其他钢相比具有更强的延展性，但硬度也较低。另一方面，高碳钢的硬度更高。然而，高碳钢通常具有较低的延展性。
- 工具钢-添加了钨、钒或钼等元素的高碳钢，经过热处理和淬火后达到更高的硬度，用于工具钢。
- 合金钢- 这家钢的家族通常是指与特定材料的钢与特殊材料特性混合，在其他家庭普遍落下的那些外面。所有钢都是合金，许多人都有额外的元素。然而，合金钢是为特定应用而构建的异常钢板，并且可以从价值配方到用于喷射发动机的异种合金。
- 不锈钢-这些钢中加入了铬，使它们可以防锈钝化。
钢铁生产:一个循环利用的故事
钢(和其他金属)的一个最好的特点是废料可以变成全新的、高质量的金属。二次炼钢的过程可以制造出和生铁一样好的合金。金属物品在使用过程中可能会降解，但金属的元素化学意味着熔化和合金化可以创造一个全新的产品。
因此，炼钢输出的增长不需要匹配新矿石的熔炼中的生长（尽管猪生产仍然是钢铁供应链的重要组成部分。）回收和加工废钢意味着昨天的汽车面板可以是明天的i-梁。
98%的钢铁是可回收的，金属是世界上最可回收的产品之一。然而，这并非没有环境挑战。焦炭是煤的一种，通常被用作炼钢的碳输入。此外，熔炼、氧化和其他生产过程所需要的高能量确实会产生化学物质和二氧化碳。幸运的是，炼钢行业正在进行大量研究，以缓解生产问题。其中一些措施包括将二氧化碳回收到钢铁中，作为碳的来源，从而降低对焦炭等其他来源的需求。
随着这些技术的完善和实施，炼钢将继续是未来的主要行业之一。它巩固、推动和建设我们的经济。