偶然间在浏览大英百科全书网站的时候 ， 发现其关于钢铁生产和成型方面的内容是一篇或者说一本既全面又不失深度的好文 ， 既适合作为科普读物 ， 也可以帮助相关从业者进行思维整理 ， 同时还可以学习专业英语知识 。作者利用业余时间把这些内容翻译 ， 并根据自己的认知整理出来和大家分享 ， 鉴于本人翻译和专业水平有限 ， 不妥之处请各位朋友多多谅解 。
#1. 简介钢(steel)是铁(iron)和碳(carbon)的合金(alloy) ， 其中碳的含量在2%以下（含碳量更高的叫做铸铁(cast iron)） 。钢是目前世界上在基础建设和工业领域应用最广的材料 。从一根针到油箱 ， 以及生产这些产品的工具也是用钢来制造的 。
图1 钢的中间和最终产品
根据世界钢铁协会的数据：2020年全球粗钢产量为187,800万吨 ， 然而 ， 在工业中应用第二广泛的铝在2020年的全球产量为6,530万吨（国际铝业协会2020年全球原铝产量） 。如此巨大的差距是由于钢的低制造、成型、加工成本 ， 巨大的存（储）量（铁矿石(ore)和废钢(scrap)）及其应用广泛的机械性能所决定的 。
#2. 钢的特性2.1. 构成钢的基本金属：铁钢的主要的组成部分是铁 ， 但是纯铁的强度仅仅比铜强一点点 。和其他金属一样一般情况下 ， 固态的铁是多晶体结构(polycrystalline structure) -- 是由多个晶体(crystal)通过边界相连而成 。晶体是原子按照一定形式规则排列而成的 ， 可以描画成像球挨球一样的结构 ， 如图2所示 。
图2 固体的状态
图3 晶体中原子-晶胞-晶格的结构关系简图
为了便于理解 ， 只画出原子的中心点 ， 并用线将这些中心点连接起来 ， 如图3所示 。把这些人为连接起来的线条所构成的几何结构成为晶格(crystal lattice) ， 而把构成晶格的最基本单元成为晶胞(unit cell) 。铁的晶胞可以描述成中心一个铁原子 ， 空间四角各一个铁原子的体心立方体(body-centred cubic (bbc)) ， 如图4所示 。
图4 钢晶胞的两种同素异形体bcc和fcc
钢是铁的同素异形体(allotropy) ， 并且钢有两种晶体形态 ， 另一种形态是面心立方体(face-centred cubic (fcc)) ， 六个面的中心各有一个铁原子替代了立方中心的铁原子 ， 如图4所示 。在晶格中 ， 由于每个晶胞是通过晶胞中的原子按照一定形式的规则紧密相连 ， 因此单位晶胞中的每一个原子都是和其它晶胞进行共享 。如图5所示 ， 在bcc结构和fcc结构中 ， 单位晶胞所包含的原子数量情况：bcc-2个原子 ， fcc-4个原子 。
图5 bcc和fcc中单位晶胞的结构简图
因此 ， 在原子直径不变的情况下bcc和fcc结构中 ， 单位晶胞的长度也是不同的 。如图6所示 ， abcc = 4r/(3^1/2) ， afcc = 4r/(2^1/2) 。可见：afcc/abcc = 1.225 ， 也就是说fcc结构的晶胞尺寸比bcc的晶胞尺寸长约22.5% ， 意味着：在固溶物(solid solution)中 ， fcc结构比bcc结构能够容纳更多的外来原子（在后面的合金化(alloying)中会进一步介绍到） 。
图6 bcc和fcc晶胞的单位长度和铁原子直径之间的关系
铁在912°C以下（t912°C）以及1394°C至它的熔点1538°C（1394°Ct1538°C）的区间内是bcc结构的同素异形体状态；在t912°C的铁叫做：α-Fe ， 在1394°Ct1538°C的铁叫：δ-Fe 。在温度区间912°C到1394°C之间（912°Ct1394°C） ， 铁的结构是fcc形式 ， 叫做：γ-Fe 。此外 ， 在770°C以上铁几乎就没有磁性了 ， 因此在温度770°C到912°C（912°Ct1394°C）这个区间内的铁也叫作：β-Fe 。还有一种不常用到的铁：ε-Fe ， 通常存在于11GPa以上的压力情况下 ， 是密排六方结构(hexagonal clos-packed structure) 。
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