钢铁的定义钢铁是一种由铁与其他元素结合而成的合金，当中最普遍的元素是碳。碳含量约占 钢材重量的 0.2%至 2.1%，这关系到钢材的等级。其他可能含有的合金元素还包括锰、 铬、钒和钨。碳与其他元素还具有有硬化剂的作用，能够防止铁原子的晶格因原子滑移 过其他原子而出现位错。科学家发现通过调整合金元素的量，及其存在于钢中的形式66333

（溶质元素及参与相），我们就能够控制钢成品的特性，例如硬度、延展性及强度等。 加了碳的钢会比纯铁更硬更强，但是这种钢的的缺点就是延展性会比纯铁差。

2 钢铁的分类

钢是一种含碳量为 0.03%～2%的铁碳合金，铁碳合金分为钢与生铁两大类。 按含碳量不同区分：

碳钢可以分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。随着含碳量的升高，碳钢的硬度会增加而 韧性下降。

含碳量介于 2～4.2%的铁碳合金俗称为生铁。生铁硬度大、脆性高，但是却耐压和 耐磨损。根据生铁中碳的存在形态的不同可以分为灰口铁、白口铁以及球墨铸铁。在铸 铁中加入特种合金元素可得特种铸铁，例如加入 Cr,可使得钢的耐磨性大幅度提高，在 特定的条件下有十分重要的应用。

我们将生铁作为原料炼制成钢，该过程其实就是除去碳的过程，但是不能把碳除 尽，因为钢需要有一定含量的碳才能使其性能达到最佳。

按化学成分分可分为：

一、 碳素钢：碳素钢是指钢中除了铁、碳外，还含有少量锰、硅、硫、磷等元素的 铁碳合金，按其含碳量的不同，可分为：

（1）低碳钢--含碳量低于 0.25%。

（2）中碳钢--含碳量介于 0.25%～0.61%之间。

（3）高碳钢--含碳量大于 0.60%(在军工业和工业医疗业比较多)。 二、合金钢：为了改善钢的性能，在冶炼碳素钢的基础上，加入一些合金元素如铬

钢、锰钢、铬锰钢、铬镍钢等。按其合金元素占总体的含量，可分为：

（1）低合金钢--合金元素的总含量低于或等于 5%

（2）中合金钢--合金元素的总含量处在 5%～10%之间。

（3）高合金钢--合金元素的总含量大于 10%。

3 铁碳合金的各相

铁碳合金的基本相有三个即： (1)铁素体：碳在体心立方晶格"α"铁中形成的固溶体,代表符号 F。 (2)奥氏体：碳在面心立方晶格"γ"铁中形成的固溶体,代表符号 A。 (3)渗碳体：即碳与铁形成的化合物 Fe3C,代表符号 Cem。

铁碳合金中合金相的形成与纯铁的晶体结构以及碳在合金中的存在形式有关。总所 众知，纯铁有三种同素异构状态。与铁的三种同素异构物相对应，碳在铁中形成的固溶 体有三种：α固溶体(铁素体)、γ固溶体(奥氏体)和δ固溶体。在这些固溶体中，铁原子的 空间分布与α-Fe、γ-Fe 和δ-Fe 一致，碳原子的尺寸远比铁原子为小，在固溶体中它处于 点阵的间隙位置，会造成点阵畸变。碳在γ-Fe 中的溶解度最大，但不超过 2．11%；碳

在α-Fe 中的溶解度不超过 0.0218%；而在δ-Fe 中不超过 0.09%。当铁碳合金的碳含量超 过在铁中的溶解度时，多余的碳可以以铁的碳化物形式或以单质形态(石墨)存在于合金 中，可以形成一系列的碳化物，其中石墨是铁碳合金的稳定平衡相，具有简单六方结 构；Fe3C(渗碳体，6．69%C)是亚稳相，它是具有复杂结构的间隙化合物。Fe3C 可能会 分解为铁和石墨稳定相，但该过程在室温下是极其缓慢的。论文网

如下：图 3 所示为碳原子在铁基底里面的分布位置。