我们周围有许多机械都是用钢铁制造的。但是，这并不意味着用的就是金属元素铁。我们日常所见到的各种各样的钢铁材料并不是纯度为100%的纯铁，而是添加了各种不同的合金元素冶炼而成的。理所当然，使用最多的钢铁材料是添加了适量碳元素的碳素钢，一般将其表示为钢。今天我们来讲讲“钢”“铁”是怎样炼成的。

炼钢先炼铁。钢铁材料的原材料是铁矿石，有赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O4）等种类。无论哪一种都是以氧化铁的形式存在的，为此，在冶炼过程中需要添加作为热源和还原剂的焦炭，同时，还需要加入去除杂质的石灰石，使三者在炉内燃烧而冶炼成生铁。这一冶炼过程是在高炉中进行的，高炉具有钢制的圆筒形外壳，内衬贴有耐火砖等耐火材料。大型高炉的高度可达100m以上。高炉的顶部装有排除炉内气体的通气孔和开闭装置，为防止有毒气体的排放而采用环境保护措施。

另外，在高炉的上部有被称为料斗的原料投入口，外部安装的倾斜式卷扬机将铁矿石等原材料边提升边运输到原料投入口。

高炉冶炼出来的生铁，因为硬而脆，不能直接使用。因此，需要在下面的工序中运送到转炉进行吹氧冶炼，或送到电炉使其与废钢发生反应，通过炼钢工艺炼成钢。

完成炼钢工艺后的钢水接着流入铸型，被制成钢锭或被送到连铸连轧工序而被轧制成板材或棒材。钢锭是半成品，为了制造板材或棒材需要进行再加热。另一方面，因为连铸连轧工艺是有效利用被加热材料余热的制造过程，从提高生产效率和节省能源的角度出发而被迅速推广。

炼钢先炼铁。钢铁材料的原材料是铁矿石，有赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O4）等种类。无论哪一种都是以氧化铁的形式存在的，为此，在冶炼过程中需要添加作为热源和还原剂的焦炭，同时，还需要加入去除杂质的石灰石，使三者在炉内燃烧而冶炼成生铁。这一冶炼过程是在高炉中进行的，高炉具有钢制的圆筒形外壳，内衬贴有耐火砖等耐火材料。大型高炉的高度可达100m以上。高炉的顶部装有排除炉内气体的通气孔和开闭装置，为防止有毒气体的排放而采用环境保护措施。

另外，在高炉的上部有被称为料斗的原料投入口，外部安装的倾斜式卷扬机将铁矿石等原材料边提升边运输到原料投入口。

高炉冶炼出来的生铁，因为硬而脆，不能直接使用。因此，需要在下面的工序中运送到转炉进行吹氧冶炼，或送到电炉使其与废钢发生反应，通过炼钢工艺炼成钢。

完成炼钢工艺后的钢水接着流入铸型，被制成钢锭或被送到连铸连轧工序而被轧制成板材或棒材。钢锭是半成品，为了制造板材或棒材需要进行再加热。另一方面，因为连铸连轧工艺是有效利用被加热材料余热的制造过程，从提高生产效率和节省能源的角度出发而被迅速推广。

另外，热处理是通过适当的温度去加热及冷却钢材，以改善钢材的力学性能的操作方法。热处理有淬火、回火、退火及正火等类型。利用这些热处理的方法可以提高钢材的硬度、强韧性。

合金钢（alloy steel）

为了提高钢材的性能，除了5种主要元素以外，再含有一种或两种以上元素的钢被称为合金钢。主要的合金成分有提高金属淬火性能和耐腐蚀性能的铬元素、提高耐摩擦性能的钼元素、钒

元素、钨元素等。

① 机械结构用合金钢材（Mlloy steel for machine structural use）

与SS材料相比，提高了拉伸强度和柔韧性的结构用合金钢被称为机械结构用合金钢材，分为强韧性钢和高强度钢等种类。

强韧性钢的种类有铬钢、铬钼钢、镍铬钢、镍铬钼钢、锰钢、锰铬钢等，无论哪一种钢都通过热处理提高了拉伸强度和强韧性能。另外，保证了淬火性能的合金钢称为H钢（日本的合金钢牌号后附H），这是保证了距离淬火端一定距离的材料的硬度上限、下限或范围的钢种。强韧性钢作为齿轮、螺栓、螺母、车轴类等零件的制造材料被广泛使用。

高强度钢是除碳元素外添加了镍元素、硅元素及锰元素等，强化了拉伸强度的合金钢。有时省略其英文High Tensile Steel称为高级钢（HTS），一般的高强度钢的拉伸强度在490 ～ 790MPa之间。主要应用于建筑、桥梁、船舶、车辆、其他的结构物以及压力容器或汽车用冷轧钢板等，使用范围十分广泛。

② 不锈钢（Stainless steel）

不锈钢是以提高耐腐蚀性和硬度为目的，含有单一的铬元素或铬、镍两种元素的合金钢。JIS 标准规定不锈钢的代号为SUS（一般SUS读为沙斯），如SUS304或SUS430，在SUS后面的数字表示其牌号。

一般的铬含量约达到10.5%以上的合金钢才能称为不锈钢，通过铬在钢的表面形成一层薄的氧化膜以提高钢的耐腐蚀性。

所谓的耐腐蚀性优良、不容易生锈就意味着不需要对产品表面进行电镀或涂装。含有13%铬的13Cr钢被应用于硬度要求高于防锈性能的情况，如要求高硬度的螺栓、螺母、刀具、叉子、餐具等。含有18%铬的18Cr被应用于对防锈性能有高要求的情况，如炊事机械、汽车零件、化学装置等。含有18%的铬和8%的镍的18Cr-8Ni不仅耐腐蚀性好，而且拉伸强度也好，被用于制造汽车、铁道等的结构件，以及作为建筑材料而广泛使用。

铸铁（cast iron）

铸铁是含碳量在2.14% ～ 6.67%范围内的铁合金，因为它具有比碳素钢熔点低的特点，故作为铸造材料使用。一般情况下，铸铁与碳素钢相比，其延伸率低、硬度高、脆性大，不适合作为结构材料使用，但它在硬度和耐磨性能方面具有优势。

① 灰口铸铁（日语的直译为老鼠铸铁）

灰口铸铁是不添加特别合金元素的一般性铸铁，通常称为铸铁。在JIS标准中记为FC，规定了FC100 ～ FC350的六种品种。

这里，符号FC后面的数字与SS材相同，是表示材料拉伸强度的最低保证值，将这一数值与SS400比较，就会发现铸铁的拉伸强度较低。

如果用显微镜观察灰口铸铁的断面，就能够看到分散在灰口铸铁材料内的石墨的形状。因为材料内的石墨是月牙形的，所以也被称为片状石墨铸铁。对于灰口铸铁这一名称有另一种说法是，其名称并不仅仅是来源于铸铁呈现老鼠灰的颜色，还包括其内部的石墨形状看起来像老鼠。

铸铁中的月牙形石墨起着润滑剂的作用，另外其热传导性也好，容易散发摩擦热，所以灰口铸铁的耐磨性优越。此外，因为灰口铸铁具有优良的吸收振动的能力，所以一直以来，对灰口铸铁的使用开始于制作机床的床身，逐渐应用到汽车的气缸及与制动器相关零件的制造，应用范围非常广泛。

② 球状石墨铸铁

观察灰口铸铁所见到的月牙形石墨的尖端是尖锐的，我们可以认为这是一种缺陷，这是灰口铸铁的脆性产生的原因。为此，对其进行改良，球状石墨铸铁就是将石墨的形状改进为球状，使其能耐某种程度的塑性变形。在JIS标准中球状石墨铸铁记为FCD，规定了FCD370 ～ FCD800的七种品种。另外，球状石墨铸铁有时也被称为可锻铸铁。

球状石墨铸铁的吸收振动能力低于灰口铸铁，但因其强韧性优越，广泛地应用于汽车零部件、机械设备的零部件、钢管接头、阀门等的制造。

另外，在铸铁里也有含镍、铬、锰、硅等元素的合金铸铁。