《大宗商品Ⅵ》——钢铁的基本属性以及历史发展故事

钢铁的重要性基本上无需赘言，从日常生活中钢铁产品的不可或缺就可以看出其战略性的作用。在战略家的眼中，钢铁产量以及钢铁消耗量是衡量一个国家综合国力的重要指标。在商品市场中，钢铁也是非常重要的大宗商品，国际钢价的走势对于世界经济走势的影响已经不能被忽略。无论是钢铁行业的从业人员，还是金融、经济等各行业的人，都无法忽略钢铁价格变化所带来的连锁反应。所以，研究钢铁是十分必要的。本文将就其基本属性以及历史发展做简要介绍。介绍属性是为了让大家了解为何这种金属备受推崇，介绍历史是为了让读者对钢铁的地位有一个清晰的认知。

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1 钢铁的基本属性

介绍钢铁之前，先介绍一下铁。铁是一种化学元素，它的化学符号是Fe，原子序数是26，在化学元素周期表中位于第4周期、第VIII族，是铁系元素的代表。是最常用的金属。它是过渡金属的一种，是地壳含量第二高的金属元素。

纯铁是白色或者银白色的，有金属光泽。熔点1538℃、沸点2750℃，能溶于强酸和中强酸，不溶于水。铁有0价、+2价、+3价和+6价，其中+2价和+3价较常见，+6价少见。纯铁是柔韧而延展性较好的银白色金属，用于制发电机和电动机的铁芯，铁及其化合物还用于制磁铁、药物、墨水、颜料、磨料等，是工业上所说的“黑色金属”之一（另外两种是铬和锰）（其实纯净的生铁是银白色的，铁元素被称之为“黑色金属”是因为铁表面常常覆盖着一层主要成分为黑色四氧化三铁的保护膜）。

由于纯铁的强度低，且容易被腐蚀，所以在实际中的应用很少，绝大多数情况下是以合金的方式存在的。钢铁就是其中之一，也是应用最为广泛的铁制品。钢铁是铁与C（碳）、Si（硅）、Mn（锰）、P（磷）、S（硫）以及少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe（铁）外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。钢材 的强度高、可塑性及韧性好、耐冲击、性能可靠易加工成板材和线材、具有良好的焊接和铆接性能。但易锈蚀、维护费用高、耐火性差、加工能耗大。它是工程技术中最重要、也是最主要的，用量最大的金属材料。

实际上，炼钢的原始原料铁矿石是不含碳的，碳是后来加进去的，主要是为了增加钢铁的硬度与其他性能，碳的来源主要来自于前面所说的焦炭，这样就是为什么焦炭在炼钢产业中的应用如此广泛的原因。

2 钢铁的分类

按照含碳量来分的话，可以分为生铁以及钢铁。

含碳量2%～4.3%的铁碳合金称生铁。生铁硬而脆，但耐压耐磨。根据生铁中碳存在的形态不同又可分为白口铁、灰口铁和球墨铸铁。白口铁中碳以Fe3C形态分布，断口呈银白色，质硬而脆，不能进行机械加工，是炼钢的原料，故又称炼钢生铁。碳以片状石墨形态分布的称灰口铁，断口呈银灰色，易切削，易铸，耐磨。若碳以球状石墨分布则称球墨铸铁，其机械性能、加工性能接近于钢。在铸铁中加入特种合金元素可得特种铸铁，如加入Cr,耐磨性可大幅度提高，在特种条件下有十分重要的应用。

钢是含碳量为0.03%～2%的铁碳合金。碳钢是最常用的普通钢，冶炼方便、加工容易、价格低廉，而且在多数情况下能满足使用要求，所以应用十分普遍。按含碳量不同，碳钢又分为低碳钢wc≤0.25%、中碳钢wc>0.25%～0.61%和高碳钢wc>0.60%。随含碳量升高，碳钢的硬度增加、韧性下降。合金钢又叫特种钢，在碳钢的基础上加入一种或多种合金元素，使钢的组织结构和性能发生变化，从而具有一些特殊性能，如高硬度、高耐磨性、高韧性、耐腐蚀性，等等。按照合金含量来分，又可以分为低合金钢--合金元素的总含量≤5%、中合金钢--合金元素的总含量5%～10%、高合金钢--合金元素的总含量>10%。

按照钢铁的品质来分的话，钢铁又可以进一步分为普通钢（ 钢中含杂质元素较多，含硫量ws一般≤O.05%，含磷量wP≤0.045%）、优质钢（钢中含杂质元素较少，含硫及磷量ws、wp,一般均≤0.04%） 、高级优质钢（钢中含杂质元素极少，含硫量ws一般≤O.03%，含磷量wP≤0.035%）。

3 钢铁的历史

1）铁的发现生产及应用

人们最早认识的铁是陨石中的铁，古代埃及人称之为圣物，此时的铁主要用于祭祀或是用于作饰物，这是人类对铁的最早应用，而人工铁的出现则相对较晚，距今约三千四百年，赫梯王国最早锻造出人工铁，约公元前一千年，古希腊和古罗马开始普遍使用铁制的工具和兵器，约公元前五世纪，欧洲大陆普遍使用铁器，中国最早使用人工铁器始于春秋战国时期，从公元前一千四百年前起，人类开始逐步掌握比较熟练的也炼铁的技术，铁从此被大量生产。继西台帝国之后，小亚细亚、埃及、美索不达米亚平原相继进入铁器时代。

最早将铁器广泛应用的是中国，主要应用范围是农业耕种以及制作武器。漫漫长途中，虽然铁的冶炼技术得到了很大的提高，铁的使用得到广泛的推广，然而古代的铁器，其含杂质量很大，在当时的水平下，亦限制了铁器的发展。

直至一七二零年，在科尔布鲁克代尔，亚伯拉罕·达尔贝，用焦炭代替木炭在高炉中炼铁，首次获得了成功，这就确立了大批量生产生铁的条件。由于搅炼工艺技术的不断革新，到一七八四年，已经能够再次使用焦炭来时生铁转换成熟铁。因此，18世纪成为铁应用的一个转折点，自此以后，铁在人类生活中的应用一发不可收拾。

2）钢的大批量生产及应用

1864年，西门氏-马丁法或平炉法冶炼问世，随即软钢时代到来，和其他结构材料比，钢富有弹性，强度高、韧性好、可塑性强，由于具有如此之多优点，钢结构得到飞速发展显然是无可厚非的。

随着城市化进程的加快、钢结构设计方法的改进，高层建筑的纪录不断被刷新。一九三一年，一百零二层的Empire state大夏在纽约落成，高层建筑的发展从此进入了一个超高层建筑领域。钢铁在建筑业中的应用使得钢铁的的使用量激增，同时也促进了钢铁技术的发展。

随着2战后的复兴繁荣之路，各个国家争相重建，对钢铁的需求再次达到了顶峰。其中，贡献最大的是美国以及日本。

新世纪以后，中国成为了最新的钢铁应用大国，由于持续多年的基础设施建设以及城镇化进程，中国的钢铁生产、消费常年保持在高位，目前依然处于高位。

不过值得注意的是，2战以后的钢铁应用开始进入精细化生产与粗放式生产并存的格局。一方面，由于普通钢铁的生产、需求量极大，钢铁生产的规模常年保持着较高的数额，但利润较少，能耗大；另一方面由于技术的发展，特殊钢铁的应用成为了一些关键的因素，特别是在一些高科技产品中的应用，利润丰厚，而这种技术长期被国外垄断。

4 中国的钢铁发展史

建国以前的钢铁发展史可谓是惨不忍睹，在工业革命之前，中国在钢铁行业一直处于领先地位或者是先进地位，但是随着世界发展的同时，中国的固步自封一往无前，顺利地走了下坡路。在当今依然值得警惕。建国以后的发展大致可以分为四个阶段：

1) 第一阶段(1949～1978年)

在这一阶段，主要借鉴了苏联的经验以及获取了苏联的帮助，特别是在前期，中苏还处在蜜月期的时候，从苏联获取了大量的设备以及技术。随后文化大革命十年使得中国的钢铁发展基本停滞甚至开起了倒车。不过，总的来说，还是建立起了一套完整的体系。

改革开放前的近30年中，国家对钢铁工业的总投资为615.28亿元，其中基本建设投资526.46亿元，占85.6%；更新改造投资88.8亿元，占14.4%。中国钢铁工业在跌宕起伏中，经过数百万钢铁人的顽强拼搏，初步建立起了包括采矿、选矿、烧结、炼铁、炼钢、轧材、焦化、耐材、铁合金、碳素等要素结构比较完善，地质勘探、工程设计、建设施工、设备修造、科学研究、冶金教育等门类比较齐全，以大型企业为骨干、大中小相结合，具有3500万吨钢生产能力的新中国冶金工业体系。钢产量由1949年的15.8万吨增加到1978年的3178万吨，年均增钢100万吨；钢材板管带比由1952年的12.3%提高到1978年的32.3%；低合金钢、合金钢比由1962年的10.1%提高到1978年的16%；钢材自给率由1953年的61.25%提高到1978年的72.66%；吨钢综合能耗下降到2.54吨标煤。这30年取得的成果，为后30年中国钢铁工业的持续、稳定、快速发展打下了基础。

2）第二阶段(1978～1992年)

在1978～1992年的14年中，钢铁工业从国外引进了700多项先进技术，利用外资60多亿美元。特别是引进国外先进技术装备新建了宝钢、天津无缝钢管公司两座现代化大钢厂，并对老钢厂实施了一系列重点改造项目，使中国钢铁工业的技术结构发生了明显变化，缩小了与世界先进水平的差距。

1978～1992年，钢铁工业固定资产投资共计1465.43亿元，其中基本建设投资759.72亿元，占51.8%，更新改造投资705.71亿元，占48.2%。建成投产了上海宝山钢铁总厂一、二期和天津无缝钢管公司。1983年钢产量突破4000万吨，1986年突破5000万吨，1989年突破6000万吨，1991年突破7000万吨，1992年达到了8093万吨。1978年到1992年，钢材板管带比由32.3%提高到37.4%，连铸比由3.5%提高到30%，合金钢、低合金钢比由16%提高到21.6%，钢材自给率由72.7%提高94.7%，吨钢综合能耗由2.54吨标煤降低到1.57吨标煤。

3）第三阶段(1993～2000年)

1993～2000年，中国钢铁工业固定资产投资达3476.06亿元，其中基本建设投资为1446.14亿元，占41.6%，更新改造投资2029.87亿元，占58.4%；钢产量由1993年的8954万吨增加到1996年10124万吨，2000年钢产量达到了12850万吨，成为世界最大的产钢国和消费国：钢材板管带比由1993年的36.7%提高到2000年的41.7%，低合金钢、合金钢比由22.8%提高30.9%，连铸比由33.9%提高到82.5%，平炉钢比下降到0.9%，转炉钢比提高到87.5%：钢材自给率达到93.1%；吨钢综合能耗下降到1.18吨标煤；加速了淘汰小高炉、小转炉、小电炉、平炉、化铁炼钢、多火成材、横列式和复二重轧机的进程，大大缩小了中国钢铁工业与国际先进水平的差距。

4）第四阶段(2001～至今)

这一阶段的突出特点是钢铁行业的技术发展以及结构改革。自第三阶段开始，中国已经成为世界第一钢铁生产以及消费大国。但是在钢铁供给与生产结构方面还存在很大问题，如能耗大，技术含量低，行业利润率低，高质量刚才严重依赖进口等情况。但是到目前为止，钢铁行业正在进行淘汰落后产能，优化产业结构等，集中行业优势，发展先进制造等改革。从结果来看，虽然，改革还未结束，但是得益于近20年国家的基础设施大建设以及城镇化建设带来的钢铁需求持续高涨，使得企业有机会学习与改进。