钢

钢是一种由铁和添加碳组成的合金，与其他形式的铁相比，它提高了强度和抗断裂性。 可以存在或添加许多其他元素。 耐腐蚀和抗氧化的不锈钢通常需要额外添加 11% 的铬。 由于其高抗拉强度和低成本，钢被用于建筑、基础设施、工具、船舶、火车、汽车、机器、电器、武器和火箭。 铁是钢的基本金属。 根据温度，它可以采用两种结晶形式（同素异形体形式）：体心立方和面心立方。 铁的同素异形体与合金元素（主要是碳）的相互作用赋予钢和铸铁一系列独特的性能。

在纯铁中，晶体结构对铁原子彼此滑过的阻力相对较小，因此纯铁具有很好的延展性，或柔软且易于成型。 在钢中，铁中的少量碳、其他元素和夹杂物充当硬化剂，可防止位错移动。 典型钢合金中的碳含量可能占其重量的 2.14%。 改变碳和许多其他合金元素的含量，以及控制它们在最终钢中的化学和物理组成（无论是作为溶质元素，还是作为析出相），都会阻碍使纯铁具有延展性的位错运动，从而 控制和提高其质量。 这些品质包括所得钢的硬度、淬火行为、退火需求、回火行为、屈服强度和抗拉强度。 与纯铁相比，钢的强度增加只能通过降低铁的延展性来实现。

数千年来，钢都是在高炉中生产的，但直到 17 世纪发明了更高效的生产方法，引入高炉和生产坩埚钢后，它才开始大规模工业化使用。 随后是平炉，然后是 19 世纪中叶英国的贝塞麦法。 随着贝塞麦工艺的发明，大规模生产钢铁的新时代开始了。 低碳钢取代了熟铁。 19 世纪，德国各州在欧洲拥有强大的钢铁实力。

该工艺的进一步改进，例如碱性氧气炼钢 (BOS)，通过进一步降低生产成本和提高最终产品的质量，在很大程度上取代了早期的方法。 如今，钢铁是世界上最常用的制造材料之一，每年生产超过 16 亿吨。 现代钢通常由各种标准组织定义的各种等级来标识。 现代钢铁工业是世界上xxx的制造业之一，但也是能源和温室气体排放最密集的行业之一，占全球排放量的8%。 然而，钢铁的可重复利用性也很强：它是世界上回收率最高的材料之一，全球回收率超过 60%。

名词钢源自原始日耳曼语形容词 stahliją 或 stakhlijan“由钢制成”，与 stahlaz 或 stahliją“坚定不移”相关。

对于普通碳钢（铁碳合金），钢的碳含量按重量计在 0.002% 和 2.14% 之间。 碳含量太少会使（纯）铁非常柔软、延展性和脆弱。 含碳量高于钢的含碳量会制成一种脆性合金，通常称为生铁。 合金钢是有意添加其他合金元素以改变钢的特性的钢。 常见的合金元素包括：锰、镍、铬、钼、硼、钛、钒、钨、钴和铌。 其他元素（通常被认为是不需要的）在钢中也很重要：磷、硫、硅以及痕量的氧、氮和铜。

碳含量高于 2.1% 的普通碳铁合金称为铸铁。

借助粉末冶金成型等现代炼钢技术，可以制造出碳含量极高（和其他合金材料）的钢，但这并不常见。 铸铁即使在高温下也不可延展，但由于其熔点低于钢且具有良好的可铸性，因此可以通过铸造成型。 铸铁的某些成分在保留熔炼和铸造的经济性的同时，可以在铸造后进行热处理以制造可锻铸铁或球墨铸铁制品。 钢有别于锻铁（现在基本上已经过时），后者可能含有少量碳但含有大量炉渣。

铁通常以矿石的形式存在于地壳中，通常是氧化铁，例如磁铁矿或赤铁矿。