鋼鐵

鐵排列第4，說明地殼中鐵的資源是比較豐富的。地殼中鐵主要以氧化物、硫化物和碳酸鹽形式存在。重要的礦石有赤鐵礦(Fe₂O₃)、磁鐵礦(FeO·Fe₂O₃)、褐鐵礦(Fe₂O₃·2Fe(OH)₃)、菱鐵礦(FeCO₃)和黃鐵礦(FeS₂)等。

欲將鐵礦石中的鐵提煉出來，可置鐵礦石于高爐中冶煉，冶煉過程實(shí)為還原反應(yīng)，以焦炭為還原劑，再加一些石灰石和二氧化硅等作助熔劑。冶煉時先將處于高爐下層的焦炭點(diǎn)燃，使其生成CO₂，CO₂與灼熱的焦炭起反應(yīng)生成CO，反應(yīng)可表示如下：

C O₂→CO₂

CO₂ C→2CO

一氧化碳?xì)怏w能將鐵礦石中的鐵還原出來

Fe₂O₃ 3CO→2Fe 3CO₂

由于爐中溫度很高，還原出來的鐵被熔化為鐵水，鐵水可從高爐中放出。因為在爐中鐵水和碳接觸，鐵水中含碳量較高，約有3％～4％，這種鐵稱為生鐵。生鐵性脆，一般只能澆鑄成型，又稱鑄鐵。生鐵中還含硫、磷、硅、鎂等其他雜質(zhì)。處于熔融狀態(tài)的鐵水，其中碳以Fe₃C的形式存在，待鐵水慢慢冷卻，Fe₃C則分解為鐵和石墨，此時的鐵其斷口呈灰色，故稱灰口鐵。若將熔融的鐵水快速冷卻，Fe₃C來不及分解而保留下來，此時鐵的斷口呈白色，稱白口鐵。白口鐵質(zhì)硬且脆，不宜加工，一般用來煉鋼�；铱阼F柔軟，有韌性，可以切削加工或澆鑄零件。若在鐵水中加入0.05％鎂，使生鐵中的碳變成球狀，得到的是球墨鑄鐵。球墨鑄鐵可使灰口鐵的強(qiáng)度提高一倍，塑性提高20倍，它具有高的強(qiáng)度、塑性、韌性和熱加工性能，又保留了灰口鐵易切削加工等優(yōu)點(diǎn)。由于球墨鑄鐵的綜合性能好，在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。

從高爐冶煉得到的生鐵，含鐵約95％左右，要得到純鐵(含鐵99.9％以上)可采用電解還原鐵鹽的方法。純鐵是銀白色且有金屬光澤，性軟，有延展性，熔點(diǎn)為1535℃，沸點(diǎn)為3000℃。純鐵除了作為分析試劑外，其他用途很少。純鐵在室溫下是體心立方結(jié)構(gòu)，稱為α-Fe。將純鐵加熱，當(dāng)溫度到達(dá)910℃時，由α-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)?gamma;-Fe，γ-Fe是面心立方結(jié)構(gòu)。繼續(xù)升高溫度，到達(dá)1390℃時，γ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)?/font> δ-Fe，它的結(jié)構(gòu)與α-Fe一樣，是體心立方結(jié)構(gòu)。純鐵隨著溫度增加，由一種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象稱為相變。發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變時的溫度稱為相變溫度。鋼鐵是鐵和碳的合金體系總稱。其特點(diǎn)是強(qiáng)度高、價格便宜、應(yīng)用廣泛，鋼鐵約占金屬材料產(chǎn)量的90％，是世界上產(chǎn)量最大的金屬材料。鋼鐵中含碳量大于2.0％的叫生鐵，小于0.02％的叫純鐵，在這兩者之間的稱為鋼。鋼中含碳量小于0.25％的稱低碳鋼，介于0.25％～0.60％的稱中碳鋼，大于0.60％的稱高碳鋼。