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       在地殼中含量最多的10種元素及其所占的質量百分數（％）列出于下：

       由上可見，鐵在地殼中的含量僅次于氧、硅和鋁居第4位，它主要以＋2和＋3價的氧化物和硫化物等礦物形態(tài)存在。鐵的氧化物有3種：氧化亞鐵（FeO）、三氧化二鐵（Fe2O3）和四氧化三鐵（Fe3O4）。FeO是黑色晶體，不穩(wěn)定，在空氣中受熱會氧化成Fe3O4。Fe2O3是紅棕色晶體，俗稱赤鐵礦。Fe3O4是具有磁性的黑色晶體，俗稱磁鐵礦。赤鐵礦和磁鐵礦都稱鐵礦石，是煉鐵的主要原料。

       鋼鐵是鐵和碳形成的合金體系的總稱，是用量最大、對國計民生最重要的金屬材料。它的優(yōu)勢地位源于下列因素：

       （1）鐵在地殼中含量多，許多地方鐵礦富集，易于開采；

       （2）鐵礦石可通過熱化學方法冶煉成金屬，成本低廉；

       （3）金屬鐵富延展性及其他優(yōu)良的物理性質；

       （4）容易在冶煉中添加其他物料，得到適應各種用途需要的合金；

       （5）可通過澆鑄、壓模、鍛打、冷軋和淬火等多種處理工藝，改變其組成、形狀和物性，滿足使用的要求。

       大量的鐵是在煉鐵高爐中用焦炭還原鐵礦石得到的。冶煉時為了除去雜質和造渣的需要，需加石灰石和二氧化硅等原料。為了能源的充分利用和降低成本，煉鐵高爐規(guī)模很大，是人工制造的最大的化學反應器，一個大型高爐每天可生產一萬多噸生鐵，而且一旦開爐冶煉，就要求日夜不停地生產，不能停頓冷卻。圖5．1．1示出煉鐵高爐的結構及其中不同高度上主要的化學反應。

       純鐵是一種銀灰色光澤的金屬。常壓下熔點為1538℃，沸點2738℃。在20℃時，密度為7．87g／cm3。鐵是磁性物質，這源于原子結構中3d軌道上存在的未成對電子。純鐵質軟、強度差，只有把鐵煉成鋼并除去硫和磷等余質，才有較高的硬度和強度。鋼中的含碳量是影響鋼的性質的關鍵。鋼鐵中含碳量＜0．02％的叫純鐵，＞2．0％叫生鐵，在這中間的叫鋼。鋼中含碳＜0．25％為低碳鋼，介于0．25％－0．60％者為中碳鋼，＞0．6％者為高碳鋼。從高爐出來的鐵含碳約3％－4％，是生鐵。

       鋼的化學性質和物理性質，例如耐腐蝕性、磁性、強度和韌性等依賴于它的化學組成和熱處理工藝。在碳鋼中加入一定數量的一種或多種其他元素，形成品種多樣的合金鋼，它的品種數目超過千種。冶金化學家根據用戶訂貨時所要求的鋼的性能，以及煉鐵和煉鋼時所用原料的化學成分，精心地進行配料、設計冶煉和熱處理工藝，以達到用戶所需的性能。下面舉幾類不同用途的合金鋼。

       工具鋼：適用于制作刀、斧、銼等，鋼的性能要硬度高、耐磨性好。通常是在高碳鋼中加入鉬、鎢等元素。

       結構鋼：適用于架設橋梁鐵軌和建造房屋等，要求具有堅和韌的特點，堅是指它能經得起各種應力的考驗，韌是指它在承受巨大負荷的情況下也不斷裂，只是發(fā)生一點塑性變形。通常是在中碳鋼中加入錳、硅等元素形成。

       超高強度鋼：適用于制造裝甲車、坦克和潛艇等，它能較好地抵抗槍彈和炮彈。生產這類鋼材，除選用合適的化學成分的鋼外，特別要注意熱處理工藝。

       不銹鋼：在海水或酸性溶液中不會生銹的鋼，它具有耐熱性和抗氧化性，抗腐蝕能力高，適用于制造化工廠中的反應器、海水凈化裝置及多種家用設備。耐酸不銹鋼中通常含Cr 16％－18％，Ni 6％－8％及其他元素。

       硅鋼：用于制造電力變壓器中的鐵芯，它含硅量高。

       鋼鐵材料的生產從19世紀起產量不斷增加，成本不斷降低。在材料工業(yè)中，一直占統(tǒng)治性的主導地位。20世紀60年代，合成高分子材料的發(fā)展，部分取代了鋼鐵材料。但不同國家情況差別較大，到20世紀末，美國鋼鐵生產進入飽和期后，他們從經濟和環(huán)境保護出發(fā)，減少本國鋼產量，進口部分鋼鐵，并大力發(fā)展新材料。日本和歐共體也開始進入飽和期。在21世紀，我國鋼產量躍居世界第一，現在鋼鐵（成品的鋼和鐵）年產量超過6億噸，約占全球產量的40％，這為我國經濟和社會的高速發(fā)展提供了雄厚的物質基礎。

       在未來我國鋼鐵材料的生產中，化學仍起重要作用，要考慮原料的可持續(xù)供應；要努力降低能耗、降低二氧化碳和污染物的排放；要開發(fā)生產自主品牌新的超細晶、高均勻性、高性能的優(yōu)質特種鋼材。