鋼
鐵喺鋼鐵入面永遠都係主要嘅元素，不過都有好多其他元素可能會存在或者加落去。不鏽鋼，係可以抵抗腐蝕同氧化嘅，通常都有百分之十一嘅鉻。
鐵係鋼嘅基本金屬。視乎溫度，鐵可以呈現兩種晶體形態（同素異形體）：體心立方同面心立方。鐵嘅同素異形體同合金元素（主要係碳）之間嘅相互作用，令到鋼同鑄鐵有各種獨特嘅性質。喺純鐵入面，晶體結構對於鐵原子互相滑動嘅阻力相對較細，所以純鐵係幾有延展性，即係軟身同容易成形。喺鋼入面，少量嘅碳、其他元素，同埋鐵入面嘅夾雜物就起到硬化劑嘅作用，阻止位錯嘅移動。
一般鋼合金入面嘅碳含量可以佔到佢重量嘅百分之二點一四。改變碳嘅份量同埋好多其他合金元素，重有控制佢哋喺最終鋼材入面嘅化學同物理組成（以固溶體元素或者沉澱相嘅形式），就可以阻止令純鐵有延展性嘅位錯移動，從而控制同增強鋼嘅品質。呢啲品質包括硬度、淬火行為、對退火嘅需求、回火行為、屈服強度，同埋最終鋼材嘅抗拉強度。鋼嘅強度比起純鐵嘅強度增加，係通過降低鐵嘅延展性先至有可能做到。
幾千年嚟，鋼都係喺煉鐵爐入面生產嘅，但係佢嘅大規模工業用途，係直到十七世紀，當更有效率嘅生產方法被發明之後先至開始，當時鼓風爐同坩堝鋼嘅生產被引入。之後喺十九世紀中期，英倫出現咗 貝塞麥轉爐煉鋼法 ，然後係 平爐 。隨著貝塞麥轉爐煉鋼法嘅發明，大規模生產鋼嘅新時代開始咗。低碳鋼取代咗 熟鐵 。德國各邦喺十九世紀係歐洲主要嘅鋼鐵生產國。[1] 美國嘅鋼鐵生產中心喺 匹茲堡 、 伯利恆，賓夕法尼亞州 ，同埋 克里夫蘭 ，直到二十世紀後期。而家，世界鋼鐵生產中心喺中國，中國喺2023年生產咗世界鋼鐵嘅百分之五十四。
製程嘅進一步改良，例如 鹼性氧氣煉鋼法 (BOS)，通過進一步降低生產成本同提高最終產品嘅質量，基本上取代咗早期嘅方法。今日，每年生產超過十六億噸鋼。現代鋼材通常通過各種標準組織定義嘅唔同等級嚟識別。現代鋼鐵工業係世界上面最大嘅製造業之一，但同時都係能源同 溫室氣體排放 強度最高嘅工業之一，佔全球排放量嘅百分之八。[2] 然而，鋼都係非常之可以重複使用嘅：佢係世界上回收率最高嘅材料之一，全球嘅 回收率超過百分之六十。[3]
定義同相關材料
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名詞 steel 嘅詞源係嚟自 原始日耳曼語 形容詞 *stahliją 或者 *stakhlijan '用鋼製成嘅'，呢個詞同 *stahlaz 或者 *stahliją '企得穩' 有關。[4]
對於普通碳鋼（鐵-碳 合金 ），鋼嘅碳含量喺重量上介乎百分之零點零二到百分之二點一四之間。碳含量太少會令（純）鐵變得好軟、有延展性同埋弱。碳含量高過鋼嗰啲就會形成一種脆性合金，通常叫做 生鐵 。合金鋼 係指有意加入咗其他合金元素嚟改變鋼材特性嘅鋼。常見嘅合金元素包括：錳 、 鎳 、 鉻 、 鉬 、 硼 、 鈦 、 釩 、 鎢 、 鈷 ，同埋 鈮 。[5] 一啲額外嘅元素，通常被認為係唔受歡迎嘅，喺鋼入面都好重要： 磷 、 硫 、 矽 ，同埋少量嘅 氧 、 氮 ，同埋 銅 。
碳含量高過百分之二點一嘅普通碳鐵合金就叫做 鑄鐵 。用現代 煉鋼 技術，例如粉末冶金成形，係有可能製造出碳含量非常高（同埋其他合金材料）嘅鋼，但係呢啲鋼唔常見。鑄鐵即使喺熱嘅時候都唔係可塑嘅，但係佢可以通過 鑄造 嘅方式成形，因為佢嘅 熔點 比鋼低，而且有良好嘅 鑄造性 。[5] 某啲成分嘅鑄鐵，喺保留熔化同鑄造經濟性嘅同時，可以喺鑄造後進行熱處理，製成 展性鑄鐵 或者 球墨鑄鐵 製品。鋼同 熟鐵 （而家基本上已經過時）係可以區分開嘅，熟鐵可能含有少量嘅碳，但係含有大量嘅 爐渣 。
材料特性
[編輯]起源同生產
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鐵通常喺地球嘅 地殼 入面以 礦石 嘅形式存在，通常係氧化鐵，例如 磁鐵礦 或者 赤鐵礦 。鐵係通過將氧同碳等更易結合嘅化學物質結合嚟去除氧氣，從而從 鐵礦石 入面提取出嚟，然後以二氧化碳嘅形式釋放到大氣入面。呢個叫做 冶煉 嘅過程，最初係應用喺 熔點 較低嘅金屬上面，例如 錫 （熔點約為 250 °C（482 °F） ）同 銅 （熔點約為 1,100 °C（2,010 °F） ），以及佢哋嘅合金青銅（熔點低過 1,083 °C（1,981 °F） ）。相比之下，鑄鐵嘅熔點約為 1,375 °C（2,507 °F） 。[6] 喺古代，少量嘅鐵係以固態方式冶煉嘅，方法係將礦石喺 木炭 火入面加熱，然後用錘將結塊嘅鐵 焊接 埋一齊，喺呢個過程入面擠出雜質。小心啲嘅話，可以通過喺火入面移動鐵塊嚟控制碳含量。同銅同錫唔同，液態或者固態嘅鐵好容易溶解碳。[未記出處或冇根據]
所有呢啲溫度都可以用自 青銅時代 以來使用嘅古代方法達到。由於鐵嘅氧化速率喺超過 800 °C（1,470 °F） 之後會迅速增加，所以冶煉必須喺低氧環境入面進行。使用碳嚟還原氧化鐵嘅冶煉過程，會產生一種合金（ 生鐵 ），佢保留咗過多嘅碳，唔可以叫做鋼。[6] 過量嘅碳同埋其他雜質會喺後續嘅步驟入面去除。[未記出處或冇根據]
通常會喺鐵/碳混合物入面加入其他材料，嚟生產具有所需特性嘅鋼。鋼入面嘅 鎳 同 錳 可以增加佢嘅抗拉強度，令 奧氏體 形式嘅鐵碳固溶體更加穩定， 鉻 可以增加硬度同熔點，而 釩 都可以增加硬度，同時令佢冇咁容易 金屬疲勞 。[7]
為咗抑制腐蝕，至少可以喺鋼入面加入百分之十一嘅鉻，噉樣就可以喺金屬表面形成一層堅硬嘅 氧化物 ；呢種就叫做 不鏽鋼 。鎢可以減慢 滲碳體 嘅形成速度，將碳保留喺鐵基體入面，令 麻田散鐵 喺較慢嘅淬火速率下優先形成，從而產生 高速鋼 。加入 鉛 同 硫 會減少晶粒尺寸，從而令鋼更容易 車削 ，但同時都會令鋼變得更脆同更容易腐蝕。儘管如此，呢啲合金仍然經常喺組件入面使用，例如螺母、螺栓同埋墊圈，喺呢啲應用入面，韌性同埋耐腐蝕性唔係最重要嘅。然而，喺大多數情況下， p區 元素，例如硫、 氮 、 磷 同埋鉛，都被認為係污染物，會令鋼變得更脆，因此喺熔煉過程入面會將佢哋從鋼入面去除。[7]
特性
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鋼嘅 密度 根據合金成分而有所唔同，但通常喺 7,750、8,050 kg/m3（484、503 lb/cu ft） ，或者 7.75、8.05 g/cm3（4.48、4.65 oz/cu in） 之間。[8]
即使喺碳同鐵嘅混合物濃度範圍好窄嘅情況下，都可以形成幾種唔同嘅冶金結構，佢哋嘅特性差異好大。了解呢啲特性對於製造優質鋼材至關重要。喺 室溫 下，純鐵最穩定嘅形式係 體心立方 (BCC) 結構，叫做 α-鐵或者肥粒鐵。佢係一種相當軟嘅金屬，只能夠溶解少量嘅碳，喺 0 °C（32 °F） 時唔超過百分之零點零零五，喺 723 °C（1,333 °F） 時唔超過百分之零點零二一（重量百分比）。碳喺肥粒鐵入面嘅固溶體叫做 肥粒體 。喺 910 °C 時，純鐵會轉變成 面心立方 (FCC) 結構，叫做 γ-鐵或者奧氏體。碳喺奧氏體入面嘅固溶體叫做奧氏體。更開放嘅奧氏體 FCC 結構可以溶解更多嘅碳，喺 1,148 °C（2,098 °F） 時可以達到百分之二點一，[9] （係肥粒體嘅 38 倍）碳，呢個反映咗鋼嘅碳含量上限，超過呢個上限就係鑄鐵。[10] 當碳從鐵嘅固溶體入面析出嚟嗰陣，佢會形成一種非常之硬但係脆嘅材料，叫做滲碳體 (Fe3C)。[未記出處或冇根據]
當碳含量啱啱好係百分之零點八（叫做共析鋼）嘅鋼冷卻嗰陣，混合物嘅 奧氏體 相 (FCC) 會嘗試還原成肥粒體相 (BCC)。碳唔再適合喺 FCC 奧氏體結構入面，導致碳過剩。碳離開奧氏體嘅其中一種方法係以 滲碳體 嘅形式從固溶體入面 析出 ，留低周圍嘅 BCC 鐵相，叫做肥粒體，佢入面溶解咗少量嘅碳。滲碳體同肥粒體同時析出，產生一種叫做 珠光體 嘅層狀結構，因為佢嘅外觀似 珍珠母 而得名。喺過共析成分（碳含量大過百分之零點八）入面，碳首先會以滲碳體嘅形式喺奧氏體 晶界 處析出，直到 晶粒 入面嘅碳含量降低到共析成分（百分之零點八碳），到時珠光體結構就會形成。對於碳含量少過百分之零點八（亞共析）嘅鋼，肥粒體會首先喺晶粒入面形成，直到剩餘成分嘅碳含量上升到百分之零點八，到時珠光體結構就會形成。喺亞共析鋼入面，唔會喺晶界處形成大型嘅滲碳體夾雜物。[11] 以上假設冷卻過程非常之慢，俾咗足夠嘅時間俾碳遷移。[未記出處或冇根據]
隨著冷卻速率嘅增加，碳遷移形成晶界碳化物嘅時間會減少，但係晶粒入面嘅珠光體數量會越來越多，結構會越來越精細；因此，碳化物嘅分佈會更加廣泛，起到阻止呢啲晶粒入面缺陷滑移嘅作用，從而令鋼硬化。喺淬火產生嘅非常之高嘅冷卻速率下，碳冇時間遷移，但係會鎖定喺面心奧氏體入面，形成 麻田散鐵 。麻田散鐵係一種高度應變同受力嘅過飽和碳同鐵嘅固溶體，佢非常之硬但係脆。根據碳含量嘅唔同，麻田散鐵相會呈現唔同嘅形式。喺碳含量低過百分之零點二嘅情況下，佢會呈現肥粒體 BCC 晶體形式，但係喺碳含量較高嘅情況下，佢會呈現 體心四方 (BCT) 結構。奧氏體轉變成麻田散鐵唔需要熱 活化能 。[唔該解釋係乜東東] 成分冇變化，所以原子通常會保留佢哋相同嘅鄰居。[12]
麻田散鐵嘅密度比奧氏體低（佢喺冷卻過程入面會膨脹），所以佢哋之間嘅轉變會導致體積變化。喺呢種情況下，會發生膨脹。來自呢種膨脹嘅內部應力通常以 壓縮 嘅形式作用喺麻田散鐵嘅晶體上面，以 張力 嘅形式作用喺剩餘嘅肥粒體上面，同時喺兩種成分上面都有相當大嘅 剪切應力 。如果淬火處理唔當，內部應力可能會導致部件喺冷卻嘅時候破碎。至少，佢哋會引起內部 加工硬化 同埋其他微觀缺陷。當鋼喺水入面淬火嘅時候，通常會形成淬火裂紋，即使佢哋未必總是可見嘅。[13]
熱處理
[編輯]有好多種 熱處理 工藝可以用喺鋼上面。最常見嘅係 退火 、 淬火 ，同埋 回火 。
退火係將鋼加熱到足夠高嘅溫度嚟消除局部內部應力嘅過程。佢唔會令產品整體軟化，而只係局部消除材料內部鎖定嘅應變同應力。退火經歷三個階段： 回復 、 再結晶 ，同埋 晶粒長大 。退火特定鋼材所需嘅溫度取決於要達到嘅退火類型同合金成分。[14]
淬火包括將鋼加熱到形成奧氏體相，然後喺水或者 油 入面淬火。呢種快速冷卻會產生一種硬但係脆嘅麻田散鐵結構。[12] 然後將鋼進行回火處理，回火只係一種特殊類型嘅退火，用嚟降低脆性。喺呢個應用入面，退火（回火）過程會將一部分麻田散鐵轉變成滲碳體，或者 球狀體 ，因此佢會降低內部應力同缺陷。結果係鋼會變得更有延展性同抗斷裂性。[15]
生產
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當鐵從礦石入面 冶煉 出嚟嘅時候，佢會含有比所需量更多嘅碳。要變成鋼，佢必須重新加工嚟降低碳含量到正確嘅水平，到時就可以加入其他元素。喺過去，鋼鐵廠會將粗鋼產品 鑄造 成 鋼錠 ，鋼錠會儲存起嚟，直到喺進一步嘅精煉過程入面使用，最終得到成品。喺現代化嘅工廠入面，最初嘅產品已經接近最終成分，並且 連續鑄造 成長條板坯，切割同成形為鋼筋同擠壓件，然後進行熱處理嚟生產最終產品。今日，大約百分之九十六嘅鋼係連續鑄造嘅，只有百分之四係以鋼錠嘅形式生產嘅。[16]
然後將鋼錠喺均熱爐入面加熱， 熱軋 成板坯、 鋼坯 或者 鋼坯 。板坯熱軋或者 冷軋 成 金屬薄板 或者鋼板。鋼坯熱軋或者冷軋成鋼筋、鋼條同埋鋼線。鋼錠 (半成品) 熱軋或者冷軋成 結構鋼 ，例如 工字樑 同埋 鐵軌 。喺現代化嘅鋼鐵廠入面，呢啲過程通常喺一條 裝配線 上面進行，礦石進去，成品鋼材出嚟。[17] 有時喺鋼材嘅最終軋製之後，會進行熱處理嚟提高強度；但係，呢種情況相對較少。[18]
歷史
[編輯]古代
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鋼喺古代已經為人所知，並且喺 煉鐵爐 同 坩堝 入面生產。[19][20]
已知最早嘅鋼鐵生產喺 安納托利亞 （ 卡曼卡雷霍于克 ）嘅一個 考古遺址 入面出土嘅鐵器碎片入面發現，佢哋有將近四千年歷史，可以追溯到公元前 1800 年。[21][22]
烏茲鋼 喺公元前一千年喺 南印度 同 斯里蘭卡 發展出嚟。[19] 斯里蘭卡 嘅金屬生產基地採用季候風驅動嘅風爐，能夠生產高碳鋼。 印度 喺公元前六世紀已經開始大規模噉用坩堝生產烏茲鋼，係現代鋼鐵生產同冶金術嘅先驅。[19][20]
英國 喺公元前 490–375 年喺 布羅克斯茅斯山堡 生產高碳鋼，[23][24] 而 荷蘭 喺公元 2-4 世紀生產超高碳鋼。[25] 羅馬作家 賀拉斯 指出 伊比利亞半島 有鋼製武器，例如 法爾卡塔彎刀 ，而 諾里亞鋼 就俾 古羅馬軍隊 使用。[26]
中國 喺 戰國時期 （公元前 403–221 年）已經有 淬火 鋼，[27] 而 漢朝 （公元前 202 年—公元 220 年）嘅中國人通過將熟鐵同鑄鐵熔合埋一齊嚟製造鋼，從而喺公元 1 世紀生產出碳含量中等嘅鋼。[28][29]
有證據表明， 坦桑尼亞 西部嘅 哈亞族 嘅祖先早喺 2000 年前就已經用一種複雜嘅預熱過程製造碳鋼，令爐內溫度達到 1300 到 1400 °C。[30][31][32][33][34][35]
烏茲鋼同大馬士革鋼
[編輯]喺 南亞 ，喺 泰米爾納德邦 嘅 科杜馬納爾 、 安得拉邦 嘅 戈爾孔達 地區同 卡納塔克邦 、 印度 地區，以及喺 斯里蘭卡 嘅 薩瑪納拉瓦瓦 同德希加哈阿拉坎達地區，都發現咗最早生產高碳鋼嘅證據。[36] 呢種鋼後來被稱為 烏茲鋼 ，大約喺公元前六世紀喺南印度生產，並出口到全球各地。[37][38] 鋼鐵技術喺公元前 326 年之前已經喺呢個地區存在，因為佢哋喺 桑伽姆泰米爾語 、阿拉伯語同拉丁語文獻入面被提及為世界上最好嘅鋼，當時出口到羅馬、埃及、中國同阿拉伯世界——佢哋稱之為 Seric Iron。[39] 公元前 200 年喺斯里蘭卡東南部蒂瑟默哈拉馬嘅泰米爾貿易公會 ，將一啲最古老嘅鐵器同鋼鐵製品同生產工藝從 古典時代 帶到呢個島嶼。[40][41][42] 喺公元 5 世紀， 阿努拉德普勒 嘅中國人同當地人亦都採用咗 哲羅王朝 南印度泰米爾人創造烏茲鋼嘅生產方法。[43][44] 喺斯里蘭卡，呢種早期嘅煉鋼方法採用咗一種獨特嘅風爐，由季候風驅動，能夠生產高碳鋼。[45][46] 由於呢項技術係從南印度嘅 泰米爾人 嗰度學返嚟嘅，[47] 印度鋼鐵技術嘅起源可以保守噉估計喺公元前 400–500 年。[37][46]
烏茲鋼 同 大馬士革鋼 嘅製造，以其耐用性同保持鋒利度嘅能力而聞名，可能係阿拉伯人從波斯學到嘅，而波斯又係從印度學到嘅。 Template:Cns 公元前 327 年， 亞歷山大大帝 從戰敗嘅 老波拉斯 國王嗰度得到嘅獎賞，唔係黃金或者白銀，而係 30 磅鋼。[48] 最近嘅一項研究推測， 碳納米管 被包含喺佢嘅結構入面，呢個可能解釋咗佢一啲傳奇嘅品質，雖然，考慮到當時嘅技術，呢啲品質係偶然產生嘅，而唔係設計出嚟嘅。[49] 自然風被用嚟加熱含有鐵嘅土壤，木材就係燃料。 古代僧伽羅人 能夠從每 2 噸土壤入面提取 1 噸鋼，[45] 喺當時係一個非凡嘅壯舉。喺薩瑪納拉瓦瓦發現咗一個噉樣嘅爐，考古學家能夠像古代人噉生產鋼。[45][50]
坩堝鋼 係通過喺坩堝入面緩慢加熱同冷卻純鐵同碳（通常以木炭嘅形式）而形成嘅，喺公元 9 世紀到 10 世紀喺 梅爾夫 生產。[38] 喺 11 世紀，有證據表明 宋朝 嘅中國使用兩種技術生產鋼：一種貝爾加馬式方法，生產出質量較差、唔均勻嘅鋼，同埋一種現代 貝塞麥轉爐煉鋼法 嘅前身，佢通過喺 冷風 下重複鍛造嚟進行部分 脫碳 。[51]
現代
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自 17 世紀以來，歐洲鋼鐵生產嘅第一步就係喺 鼓風爐 入面將鐵礦石冶煉成 生鐵 。[52][未記頁數] 現代方法最初使用木炭，而家就用 焦炭 ，焦炭已經證明更經濟。[53][未記頁數][54][未記頁數][55][未記頁數]
從條鐵開始嘅製程
[編輯]喺呢啲製程入面，由原鐵礦石製成嘅 生鐵 會喺 精煉爐 入面精煉（精煉），生產 條鐵 ，然後條鐵會用喺煉鋼入面。[52]
滲碳鋼 嘅生產，喺 1574 年喺布拉格出版嘅一篇論文入面描述過，並且自 1601 年起喺 紐倫堡 使用。喺 1589 年喺 那不勒斯 出版嘅一本書入面，描述咗一種類似嘅 表面硬化 盔甲同銼刀嘅製程。呢個製程喺大約 1614 年引入英格蘭，並由 巴索·布魯克爵士 喺 1610 年代喺 科爾布魯克代爾 用嚟生產呢種鋼。[56]
呢個製程嘅原材料係條鐵。喺 17 世紀，人們意識到最好嘅鋼嚟自瑞典 斯德哥爾摩 以北地區嘅 礦石地面鐵 。直到 19 世紀，呢個仍然係常用嘅原材料來源，幾乎同呢個製程使用嘅時間一樣長。[57][58]
坩堝鋼係指喺 坩堝 入面熔化嘅鋼，而唔係經過 鍛造 ，結果佢嘅均勻性更高。以前嘅大多數爐都達唔到足夠高嘅溫度嚟熔化鋼。早期現代坩堝鋼工業源於 本傑明·亨茨曼 喺 1740 年代嘅發明。泡鋼（如上所述製造）喺坩堝或者爐入面熔化，並（通常）鑄造成鋼錠。[58][59][未記頁數]
從生鐵開始嘅製程
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煉鋼 嘅現代時代始於 1855 年 亨利·貝塞麥 製程 嘅引入，佢嘅原材料係生鐵。[60] 佢嘅方法令佢可以廉價噉大量生產鋼，因此 低碳鋼 開始喺以前使用熟鐵嘅大多數用途入面使用。[61] 吉爾克里斯特-托馬斯製程（或者鹼性貝塞麥製程）係對貝塞麥製程嘅改進，通過用 鹼性 材料襯砌轉爐嚟去除磷。
另一個 19 世紀嘅煉鋼製程係 西門子-馬丁製程 ，佢係對貝塞麥製程嘅補充。[58] 佢包括將條鐵（或者廢鋼）同生鐵共同熔化。
呢啲煉鋼方法俾 1952 年開發出嚟嘅 鹼性氧氣煉鋼法 （BOS）嘅 林茨-多納維茨製程 ，[62] 同埋其他氧氣煉鋼方法淘汰咗。鹼性氧氣煉鋼法比以前嘅煉鋼方法更優勝，因為泵入爐內嘅氧氣限制咗雜質，主要係氮，而以前嘅方法，氮係從使用嘅空氣入面進入嘅，[63] 而且，相對於平爐製程，BOS 製程生產相同數量嘅鋼嘅時間只有十二分之一。[62] 今日， 電弧爐 (EAF) 係一種常見嘅 廢金屬 再加工方法，用嚟製造新鋼。佢哋亦都可以用嚟將生鐵轉變成鋼，但佢哋會消耗大量電能（大約每公噸 440 kWh），因此通常只有喺廉價電力供應充足嘅情況下先至經濟。[64]
工業
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鋼鐵工業通常被認為係經濟進步嘅指標，因為鋼鐵喺基礎設施同整體 經濟發展 入面起著至關重要嘅作用。[65] 喺 1980 年，美國有超過 50 萬名鋼鐵工人。到 2000 年，鋼鐵工人嘅數量已經下降到 224,000 人。[66]
中國同印度嘅 經濟繁榮 導致鋼鐵需求大幅增加。喺 2000 年到 2005 年之間，世界鋼鐵需求增長咗百分之六。自 2000 年以來，幾間印度[67] 同中國[68] 鋼鐵公司已經擴張，嚟滿足需求，例如 塔塔鋼鐵公司 （喺 2007 年收購咗 科魯斯集團 ）、 寶鋼集團 同埋 沙鋼集團 。 Template:Asof ，雖然， 安賽樂米塔爾 係世界上 最大嘅鋼鐵生產商 。[69]
喺 2005 年， 英國地質調查局 表示 中國 係最大嘅鋼鐵生產國，約佔世界份額嘅三分之一；根據調查， 日本 、 俄羅斯 同埋 美國 分別排喺第二、第三同第四位。[70] 鋼鐵嘅龐大生產能力亦都導致大量嘅二氧化碳排放，呢個係主要生產途徑固有嘅問題。
喺 2008 年年底，鋼鐵工業面臨急劇下滑，導致好多削減。[71]
喺 2021 年，估計全球溫室氣體排放量嘅大約百分之七係嚟自鋼鐵工業。[72][73] 預計呢啲排放量嘅減少將會嚟自主要生產途徑嘅轉變，即係減少使用焦炭，增加鋼鐵回收，同埋應用 碳捕獲同封存 技術。
回收
[編輯]鋼係世界上回收率最高嘅材料之一，全球嘅 回收率 超過百分之六十；[3] 淨係喺美國，2008 年就回收咗超過 82,000,000公噸（81,000,000長噸；90,000,000短噸） ，總體回收率達到百分之八十三。[74]
由於生產嘅鋼多過報廢嘅鋼，回收原材料嘅數量約佔鋼鐵總產量嘅百分之四十——喺 2016 年，全球生產咗 1,628,000,000公噸（1.602×109長噸；1.795×109短噸） 粗鋼，其中回收咗 630,000,000公噸（620,000,000長噸；690,000,000短噸） 。[75]
當代
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碳鋼
[編輯]現代鋼材係用唔同嘅合金金屬組合製成嘅，嚟滿足好多用途。[7] 碳鋼 ，簡單噉由鐵同碳組成，佔鋼鐵產量嘅百分之九十。[5] 低合金鋼 係合金化咗其他元素嘅鋼，通常係 鉬 、錳、鉻或者鎳，含量高達重量嘅百分之十，嚟提高厚截面嘅淬透性。[5] 高強度低合金鋼 少量添加（通常少過重量嘅百分之二）其他元素，通常係百分之一點五嘅錳，嚟以適度嘅價格增長提供額外嘅強度。[76]
最近嘅 企業平均燃料效率 (CAFE) 法規催生咗一種新型鋼材，叫做先進高強度鋼 (AHSS)。呢種材料既堅固又有延展性，因此汽車結構可以喺使用較少材料嘅同時，保持佢哋目前嘅安全水平。有幾種商業上可獲得嘅 AHSS 等級，例如 雙相鋼 ，佢經過熱處理，包含肥粒體同麻田散鐵嘅微觀結構，嚟生產一種可成形嘅高強度鋼。[77] 轉變誘導塑性 (TRIP) 鋼涉及特殊嘅合金化同熱處理，嚟穩定通常喺無奧氏體嘅低合金肥粒體鋼入面喺室溫下嘅 奧氏體 嘅含量。通過施加應變，奧氏體會發生 相變 ，變成麻田散鐵，而唔需要額外嘅熱量。[78] 孿晶誘導塑性 (TWIP) 鋼使用一種特定類型嘅應變嚟提高合金加工硬化嘅效率。[79]
碳鋼通常會通過熱浸或者電鍍嘅方式 鍍鋅 ，喺 鋅 入面進行，嚟防止生鏽。[80]
合金鋼
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不鏽鋼 含有至少百分之十一嘅鉻，通常會同鎳結合埋一齊，嚟抵抗 腐蝕 。一啲不鏽鋼，例如 鐵素體 不鏽鋼係 磁性 嘅，而另啲，例如 奧氏體 不鏽鋼係非磁性嘅。[81] 耐腐蝕鋼嘅縮寫係 CRES。
合金鋼係普通碳鋼，入面加入咗少量嘅合金元素，例如鉻同釩。一啲更現代嘅鋼包括 工具鋼 ，佢哋合金化咗大量嘅鎢同 鈷 或者其他元素，嚟最大程度噉提高 固溶強化 。呢個亦都允許使用 沉澱硬化 ，並提高合金嘅耐溫性。[5] 工具鋼通常用於斧頭、鑽頭同埋其他需要鋒利、持久嘅刀刃嘅設備。其他特殊用途嘅合金包括 耐候鋼 ，例如 Cor-ten 鋼，佢哋通過獲得穩定嘅鏽蝕表面嚟耐候，因此可以唔噴漆噉使用。[82] 馬氏體時效鋼 係合金化咗鎳同其他元素嘅鋼，但係同大多數鋼唔同，佢幾乎唔含碳（百分之零點零一）。呢個創造咗一種非常之堅固但仍然 有展性 嘅鋼。[83]
埃格林鋼 使用超過十幾種唔同元素嘅組合，以唔同嘅量嚟創造一種相對低成本嘅鋼，用於 掩體剋星 武器。 哈德菲爾德鋼 ，以 羅伯特·哈德菲爾德 命名，或者叫做錳鋼，含有百分之十二到十四嘅錳，當佢被磨損嘅時候，會應變硬化，形成一層非常之硬嘅表皮，可以抵抗磨損。呢種特殊合金嘅用途包括 履帶 、 推土機刀片 邊緣，同埋 救生鉗 上面嘅刀片。[84]
標準
[編輯]大多數更常用嘅鋼合金都由標準組織分類為唔同嘅等級。例如， 美國汽車工程師協會 有一系列 SAE 鋼等級 ，定義咗好多種類型嘅鋼。[85] 美國材料與試驗協會 有一套獨立嘅標準，佢哋定義咗合金，例如 A36 鋼 ，A36 鋼係美國最常用嘅結構鋼。[86] 日本工業規格 亦都定義咗一系列鋼等級，呢啲鋼等級喺日本同埋發展中國家都得到廣泛使用。
用途
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鐵同鋼廣泛用於道路、鐵路、其他基礎設施、電器同建築物嘅建造。大多數大型現代建築物，例如 體育場 同摩天大樓、橋樑同機場，都係由鋼骨架支撐嘅。即使係混凝土結構嘅建築物，都會使用鋼嚟進行加固。佢喺 主要家用電器 同 汽車 入面得到廣泛使用。儘管 鋁 嘅使用量有所增長，但鋼仍然係汽車車身嘅主要材料。鋼用於各種其他建築材料，例如螺栓、 釘 同 螺絲 ，以及其他家居用品同炊具。[87]
其他常見嘅應用包括 造船 、 管道 、 採礦 、 海上建築 、 航空航天 、 白色家電 （例如 洗衣機 ）、 重型設備 （例如推土機）、辦公室傢俱、 鋼絲絨 、 工具 ，同埋 裝甲 ，以個人防護背心或者 車輛裝甲 （喺呢個角色入面更廣為人知嘅係 軋製均質裝甲 ）嘅形式。
歷史用途
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喺 貝塞麥轉爐煉鋼法 同其他現代生產技術引入之前，鋼好貴，只係喺冇更平嘅替代品嘅地方先至使用，尤其係 刀 、 剃刀 、 劍 ，同埋其他需要堅硬、鋒利刀刃嘅物品嘅刀刃。佢亦都用於 彈簧 ，包括 時鐘 同 手錶 入面使用嘅彈簧。[58]
隨著更快、更平價嘅生產方法嘅出現，鋼變得更容易獲得，而且平價得多。佢已經取代咗熟鐵，用於好多用途。然而，20 世紀後期 塑膠 嘅普及令呢啲材料喺一啲應用入面取代咗鋼，因為佢哋嘅製造成本同重量都比較低。[88] 碳纖維 喺一啲對成本唔敏感嘅應用入面取代咗鋼，例如運動器材同高端汽車。
長型材
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作為 鋼筋混凝土 入面嘅鋼筋同鋼網
現代建築物同橋樑入面嘅 結構鋼
重新鍛造應用嘅輸入材料
扁平材
[編輯]汽車、火車同輪船嘅內外車身。
耐候鋼 (COR-TEN)
[編輯]戶外雕塑
不鏽鋼
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低背景鋼
[編輯]第二次世界大戰 後生產嘅鋼材 污染 咗 放射性核素 ，因為鋼鐵生產使用空氣，而大氣受到 核武器試驗 產生嘅放射性塵埃污染。低背景鋼，即 1945 年之前生產嘅鋼，用於一啲對輻射敏感嘅應用，例如 蓋革計數器 同 輻射屏蔽 。
睇埋
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玉鋼 ，用於日本刀
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外部連結
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Official website of the World Steel Association (WorldSteel.org)
- SteelUniversity.org – online steel education resources, an initiative of World Steel Association
MATDAT Database of Properties of Unalloyed, Low-Alloy and High-Alloy Steels – obtained from published results of materials testing