“黑色金属”这个术语在冶金和工业领域有特定的含义,它主要指的是铁及其合金。具体包括以下几大类:
1. 纯铁: 在地球上,纯铁相对稀少,工业上主要用于科学研究等领域。
2. 生铁: 这是高炉冶炼铁矿石(主要是铁的氧化物)得到的主要产品,含碳量很高(通常在2%-4.3%),质硬而脆,主要用于作为炼钢或铸造的原料。
3. 钢:
碳素钢: 主要由铁和碳组成,并含有少量硅、锰、硫、磷等元素。根据含碳量高低可分为:
低碳钢(含碳量<0.25%)
中碳钢(含碳量0.25%-0.60%)
高碳钢(含碳量>0.60%)
合金钢: 在碳素钢的基础上,有意加入一种或多种合金元素(如铬、镍、钼、钨、钒、钛、锰、硅等),以获得特定的性能(如更高的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性、耐热性等)。常见的合金钢包括:
不锈钢: 主要含有较高的铬(通常>10.5%)以确保耐腐蚀性。
工具钢: 用于制造切削刀具、模具等,具有高硬度、耐磨性和耐热性。
结构钢、弹簧钢、轴承钢等。
4. 铸铁: 主要由铁、碳(含量通常在2%-4%)和硅组成,通过将生铁等原料重熔并浇注到铸型中获得。根据碳的存在形式和基体组织不同,可分为:
灰口铸铁(片状石墨)
球墨铸铁(球状石墨)
蠕墨铸铁(蠕虫状石墨)
可锻铸铁(团絮状石墨)
白口铸铁(碳以渗碳体形式存在)
5. 铁合金: 这不是单独的一类金属材料,而是钢铁冶炼过程中重要的添加剂或脱氧剂。它是铁与一种或多种元素(如锰、铬、硅、钼、钒、钛、钨等)组成的合金。虽然这些合金元素本身是有色金属(如锰、铬),但铁合金本身被视为黑色金属冶炼工业的重要组成部分,用于调整钢或铁的化学成分和性能。常见的铁合金有锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钛铁等。
核心要点:
铁是核心: 所有黑色金属的共同核心成分是铁(Fe)。
碳是关键元素: 生铁、钢、铸铁的区别很大程度上在于含碳量及其存在形态。
合金化的多样性: 钢(尤其是合金钢)可以通过添加各种元素获得极其广泛的性能。
需要澄清和区分的概念:
“黑色”不等于颜色: 虽然名字叫“黑色金属”,但实际上很多钢铁制品(如不锈钢、镀锌板、汽车外壳)并非黑色。这个名称源于历史上最早大量冶炼的铁(生铁、铸铁)表面氧化后呈现黑色或灰黑色。
有色金属: 这是与黑色金属相对的概念,指除了铁、铬、锰以外的所有金属及其合金(如铜、铝、铅、锌、锡、镍、金、银以及贵金属、稀有金属等)。
锰和铬的特殊性: 锰和铬本身是有色金属元素。但是:
它们大量用于钢铁工业制造合金钢(如不锈钢、高强度低合金钢)。
它们的主要工业产品形态是作为铁合金(锰铁、铬铁)生产和使用。
虽然锰、铬元素是有色金属,但它们在黑色金属冶炼和钢铁工业中占据极其核心的地位,常被提及在黑色金属的讨论范围内。严格来说,纯锰、纯铬不属于黑色金属。
最核心和最主要的黑色金属就是指:生铁、钢(碳素钢和各种合金钢)、铸铁。 铁合金是钢铁工业不可或缺的原料和添加剂。
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