第二节 生铁和钢

我们常见的生铁和钢，不是纯净的铁，而是铁与碳等元素熔合而成的具有金属特性的物质，即铁的合金。我们把由两种或两种以上的金属(或金属跟非金属)熔合而成的具有金属特性的物质叫做合金。

硬而脆的生铁

［实验 10—4］展示生铁、炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁的样品。生铁的含碳量在 2％～4.3％，还含有硅、锰及少量硫、磷等杂质，机械

性能硬而脆，易断裂，可铸不可锻。生铁可分下列几种。

炼钢生铁 这种生铁硬而脆，难于加工，用来炼钢。因为它的断口呈白色， 又叫白口铁。

铸造生铁 这种生铁有良好的铸造、耐磨和切削性能，可用于制造各种铸件，如机床座、炉子、铁管等，但不能锻轧。因为它的断口呈灰色，又叫灰口铁。

球墨铸铁 由铸造生铁经过特殊加工而成。它的性能比一般铸铁好，某些机械性能接近于钢，而价格比钢便宜得多。可用来代替一部分钢材制造曲轴、齿轮、阀门等。

性能优良的钢

钢中的含碳量一般在 0.03％～2％之间，其它杂质含量也比生铁少，基本上不含硫和磷。机械性能比生铁优良，硬而韧，有弹性，延展性好，可铸可锻，易加工。按化学成分钢可分为碳素钢和合金钢。

碳素钢就是普通钢。根据含碳量的多少，一般把含碳量低于 0.3％的叫低碳钢；含碳量在 0.3％～0.6％之间的叫中碳钢；含碳量在 0.6％以上的叫高碳钢。含碳量越高，硬度越大；含碳量越低，韧性越强。高碳钢用来制造刀具、量具和冲压模具等。低碳钢和中碳钢多用于制造机器零件、管材等。合金钢是在碳素钢中加入适量的硅、锰、钨、铬、镍等金属元素制成的

钢。不同的合金钢具有各自的特殊的性能。例如钨钢、锰钢硬度很大，可用来制造拖拉机履带和车轴等；锰硅钢韧性强，可用来制造弹簧；镍铬钢难氧化，是一种不锈钢，用来制造化工生产上用的耐酸塔、医疗器械及用具等。

【选学】

钢的热处理

钢的机械性能除了跟含碳量和含其它元素的量有关外，工业上还可以进一步用其它的方法来改善钢的性能。

取一枚钢针，用镊子夹住一端放在酒精灯火焰上烧至红热后，立即放入冷水中，这个过程叫淬火。经过淬火处理，难以将其弯曲成 90°。把淬过火的钢针用镊子夹住，放在酒精灯上微热(不使钢针烧红)片刻，然后放在空气中冷却，这个过程叫回火。经过回火处理，可将其弯曲 90°。

钢通过淬火或回火等不同的方法处理后可得到不同的性能，这种改变钢

的性能的方法叫钢的热处理。淬火以后的钢可提高硬度、强度。如弹簧经淬火后，承受外力的能力提高 1～2 倍，但脆性也增大，易折断。为了消除脆性， 淬火后还必须回火。经过淬火、回火等热处理，可提高钢的硬度、强度和韧性等优良性能，从而延长钢制品的使用寿命。像齿轮、镰刀、钳子、刀等都经过淬火、回火的热处理。回火总是在淬火后进行的，它不是一个独立工序。

钢铁的生锈

铁钉在水或干燥的空气(氧气)里不易生锈，在水和空气并存时易生锈， 发生一系列的化学反应，生成铁锈。铁锈是一种疏松多孔的物质，成分复杂， 主要成分是铁的氧化物的水化物，可用 Fe2O3·xH2O 表示。铁的生锈是一种缓慢的氧化过程。据统计，全世界每年由于铁的锈蚀而损失的钢铁达亿吨以上，约占钢铁年产量的 1/3。

钢铁制品的防锈

钢铁制品的防锈最常用的最简单的方法是使钢铁制品保持洁净、干燥， 防止与潮湿空气接触。另外还可采取下列措施：

1. 在钢里加入铬、镍等制成不锈钢。

2. 在钢铁表面覆盖保护层，使钢铁制品与周围物质隔离开来。如给机床、枪炮等涂上机油，船身、自行车架等喷涂油漆，脸盆、铁碗等覆盖一层搪瓷，

   自行车圈和车把等镀上一层不易生锈的铬或锌等等。

我国铁矿资源丰富，分布很广。鞍山、本溪、包头、大冶、攀枝花、莱芜等地有大型铁矿。我国冶铁炼钢的历史悠久，从出土的距今两千多年前的铁器看来，我们的祖先发明炼铁不仅早，而技术也较高(图 10—3)。但由于几千年来的封建统治，又加上帝国主义的侵略，在解放前，钢铁工业处在极端落后的状态。生铁最高年产量仅 180 万吨，钢只 92.3 万吨。钢铁品种也极少。解放后，我国钢铁工业有了很大发展。钢的年产量，1952 年为 135 万吨， 1957 年达 535 万吨。特别是十一届三中全会以来，我国的钢铁产量有了大幅度的提高，1990 年钢产量达到 6604 万吨，并且已能冶炼几百种钢和轧制几千种钢材。1990 年的平均每天的钢产量就比解放前年产量总和还多 7.5 万吨。1993 年，我国钢产量已突破 8868 万吨。

图 10-3 战国时代的铁范和农具