钢铁的理化属性钢铁的分类

钢铁的理化属性
我们日常生活中谈及的“钢铁”，其实是一种合金，即铁与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，是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。

钢铁的分类有很多，最常用的是按含碳的含量的不同将铁碳合金分为钢与生铁两大类。

含碳量为0.03%～2%的铁碳合金称为钢，而钢又具体分为普通钢和合金钢。

在普通钢中，碳钢以其冶炼方便、加工容易、价格低廉等特性而被广泛应用。

按含碳量不同，碳钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。

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。

经常加入钢中的合金元素有Si、W、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等。

我国合金钢的资源相当丰富，除Cr、Co不足，Mn品位较低外，W、Mo、V、Ti和稀土金属储量都很高。

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。

钢铁的分类
除了按含碳量分类外，钢材按外形可分为型材、板材、管材、金属制品四大类。

为便于采购、订货和管理，我国目前将钢材分为十六大品种（见表1）：
表1 我国钢材品种分类
上述栏目又可进一步细分：
1、型材
工字钢槽钢角钢方钢重轨高工钢 H型钢圆钢不等边角钢扁钢轻轨齿轮钢六角钢耐热钢棒合结圆钢合工圆钢方管碳工钢轴承钢碳结圆钢不锈圆钢轴承圆钢矩型管弹簧钢普线高线螺纹钢
2、板材
中厚板容器板中板碳结板锅炉板低合金板花纹板冷板热板冷卷板热卷板镀锌板电镀锌板电镀锌卷锰板不锈钢板硅钢片彩涂板彩钢瓦楞铁镀锌卷板热轧带钢
3、管材
焊管不锈钢管热镀锌管冷镀锌管无缝管螺旋管热轧无缝
4、金属材料
生铁马口铁铝铅黄铜锡锌
线材、螺纹钢简介
线材和螺纹是两种最常用的钢铁品种，也是即将上市的钢材期货最有希望推出的品种，下面我们就这两个品种做具体介绍：
1、线材
线材按其断面形状属型钢，实际上已成独立钢类。

直径5-9mm的热轧圆钢和10mm以下的螺纹钢，通称线材。

线材大多用卷材机卷成盘卷供应，故又称为盘
条或盘圆。

线材是用量很大的钢材品种之一。

轧制后可直接用于钢筋凝土的配筋和焊接结构件，也可经再加工使用。

例如，经拉拔成各种规格钢丝，再捻制成钢丝绳、编织成钢丝网和缠绕成型及热处理成弹簧；经热、冷锻打成铆钉和冷锻及滚压成螺栓、螺钉等；经切削成热处理制成机械零件或工具等。

线材一般用普通碳素钢和优质碳素钢制成。

按照钢材分配目录和用途不同，线材包括普通低碳钢热轧圆盘条、优质碳素钢盘条、碳素焊条盘条、调质螺纹盘条、制钢丝绳用盘条、琴钢丝用盘条以及不锈钢盘条等。

用途较广泛的线材主要是普通低碳钢热轧盘条，也称普通线材，它是由Q195、Q215、Q235普通碳素钢热轧而成，公称直径为5.5-14.0mm，一般轧成每盘重量在100-200kg，现在多采用无扭高速线材轧机上轧制并在轧制后采取控制冷却，直径为5.5-22.0mm最大盘重可达2500kg。

普通线材主要用于建筑、拉丝、包装、焊条及制造螺栓、螺帽、铆钉等。

优质线材，只供应优质碳素结构钢热轧盘条。

如08F、10、35Mn、50Mn、65、75Mn等。

用作钢丝等金属制品的原料及其它结构件，其它优质钢轧制的线材。

习惯上8mm以上列入优质型材，8mm以下列入金属制品。

2、螺纹钢
螺纹钢是热轧带肋钢筋的俗称。

其牌号由HRB和牌号的屈服点最小值构成。

H、R、B分别为热轧（Hotrolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bars）三个词的
英文首位字母。

热轧带肋钢筋分为HRB335（老牌号为20MnSi）、HRB400（老牌号为20MnSiV、20MnSiNb、20Mnti）、HRB500三个牌号。

主要用途：广泛用于房屋、桥梁、道路等土建工程建设。

主要产地：螺纹钢的生产厂家在我国主要分布在华北和东北，华北地区如首钢、唐钢、宣钢、承钢等，东北地区如西林、北台、抚钢等，这两个地区约占螺纹钢总产量50%以上。

钢材的冶炼加工过程
工业生产的铁根据含碳量分为生铁（含碳量2％以上）和钢（含碳量低于2％）。

基本生产过程是在炼铁炉内把铁矿石炼成生铁，再以生铁为原料，用不同方法炼成钢，再铸成钢锭或连铸坯（见图1）。

现代炼铁绝大部分采用高炉炼铁，个别采用直接还原炼铁法和电炉炼铁法。

高炉炼铁是将铁矿石在高炉中还原，熔化炼成生铁，此法操作简便，能耗低，成
本低廉，可大量生产。

生铁除部分用于铸件外，大部分用作炼钢原料。

由于适应高炉冶炼的优质焦炭煤日益短缺，相继出现了不用焦炭而用其他能源的非高炉炼铁法。

直接还原炼铁法，是将矿石在固态下用气体或固体还原剂还原，在低于矿石熔化温度下，炼成含有少量杂质元素的固体或半熔融状态的海绵铁、金属化球团或粒铁，作为炼钢原料（也可作高炉炼铁或铸造的原料）。

电炉炼铁法，多采用无炉身的还原电炉，可用强度较差的焦炭（或煤、木炭）作还原剂。

电炉炼铁的电加热代替部分焦炭，并可用低级焦炭，但耗电量大，只能在电力充足、电价低廉的条件下使用。

炼钢主要是以高炉炼成的生铁和直接还原炼铁法炼成的海绵铁以及废钢为原料，用不同的方法炼成钢。

主要的炼钢方法有转炉炼钢法、平炉炼钢法、电弧炉炼钢法3类（见钢，转炉，平炉，电弧炉）。

以上3种炼钢工艺可满足一般用户对钢质量的要求。

为了满足更高质量、更多品种的高级钢，便出现了多种钢水炉外处理（又称炉外精炼）的方法。

如吹氩处理、真空脱气、炉外脱硫等，对转炉、平炉、电弧炉炼出的钢水进行附加处理之后，都可以生产高级的钢种。

对某些特殊用途，要求特高质量的钢，用炉外处理仍达不到要求，则要用特殊炼钢法炼制。

如电渣重熔，是把转炉、平炉、电弧炉等冶炼的钢，铸造或锻压成为电极，通过熔渣电阻热进行二次重熔的精炼工艺；真空冶金，即在低于1个大气压直至超高真空条件下进行的冶金过程，包括金属及合金的冶炼、提纯、精炼、成型和处理。

钢液在炼钢炉中冶炼完成之后，必须经盛钢桶（钢包）注入铸模，凝固成一定形状的钢锭或钢坯才能进行再加工。

钢锭浇铸可分为上铸法和下铸法。

上铸钢锭一般内部结构较好，夹杂物较少，操作费用低；下铸钢锭表面质量良好，但因通过中注管和汤道，使钢中夹杂物增多。

近年来，在铸锭方面出现了连续铸钢、压力浇铸和真空浇铸等新技术
图1 钢铁冶炼流程图
我国钢铁工业分布
1、我国铁矿石资源分布
我国铁矿石资源丰富，分布广泛，目前探明的铁矿石储备主要集中在以下几个区域（见图2）：
1. 东北地区铁矿
东北的铁矿主要是鞍山矿区，它是目前我国储量开采量最大的矿区，大型矿体主要分布在辽宁省的鞍山、本溪，部分矿床分布在吉林省通话附近。

鞍山矿区是鞍钢、本钢的主要原料基地。

鞍山矿区矿石的主要特点：除极少富矿外，约占储量的98%为贫矿，含铁量20-40%，平均30%左右。

必须经过选矿处理，精选后含铁量可达60%以上。

2. 华北地区铁矿
主要分布在河北省宣化、迁安和邯郸、邢台地区的武安、矿山村等的地区以及内蒙和山西各地。

是首钢、包钢、太钢和邯郸、宣化及阳泉等钢铁厂的原料基地。

3. 中南地区铁矿
中南地区铁矿以湖北大冶铁矿为主，其他如湖南的湘潭，河南省的安阳、舞阳，江西和广东省的海南岛等地都有相当规模的储量，这些矿区分别成为武钢、湘钢及本地区各大中型高炉的原料供应基地。

4. 华东地区铁矿
华东地区铁矿产区主要是自安徽省芜湖至江苏南京一带的凹山，南山、姑山、桃冲、梅山、凤凰山等矿山。

此外还有山东的金岭镇等地也有相当丰富的铁矿资源储藏，是马鞍山钢铁公司及其他一些钢铁企业原料供应基地。

5、其他地区铁矿除上述各地区铁矿外，我国西南地区、西北地区各省，如四川、云南、贵州、甘肃、新疆、宁夏等地都有丰富的不同类型的铁矿资源，分别为攀钢、重钢和昆钢等大中型钢铁厂高炉生产的原料基地。

中国铁矿资源有两个特点：一是贫矿多，贫矿出储量占总储量的80%；二是多元素共生的复合矿石较多。

此外矿体复杂；有些贫铁矿床上部为赤铁矿，下部为磁铁矿。

2、我国钢铁工业分布
我国钢铁工业起步早、发展快，具备了相当可观的生产规模、世界领先的生产工艺和强大的产业集群效应，目前我国主要有以下9大钢铁基地（见图2、图3）：
1. 鞍本钢铁基地
包括鞍山钢铁公司和本溪钢铁公司，位于辽宁中部工业区。

现有铁矿开采能力约4000万吨左右，是全国最大的铁矿基地。

1990年铁矿（原矿）产量达3800多万吨，占全国铁矿石总产量的1/5以上。

1990年生铁产量为1016.26万吨，占全国的16％多，钢产量为1008.16 万吨，占全国15％以上，成品钢材633.77万吨，占全国12％。

2. 京、津、唐钢铁基地
包括首都钢铁公司、天津各钢厂及唐山钢铁公司，主要钢铁产品产量占全国总产量的10％左右。

首钢是京、津、唐地区最大的钢铁联合企业，1990年生产生铁357万吨、钢435万吨、成品钢材374万吨，首钢技术先进，各项经济指标均保持国内先进水平。

3. 上海钢铁基地
拥有宝钢及上钢一、三、五厂3个主要炼钢企业、梅山冶金公司及十多个轧钢厂，目前生产规模仅次于鞍本钢铁基地。

1990年生铁产量526.9万吨，钢894.18万吨，成品钢材609.58万吨。

生铁、钢、钢材分别占全国总产量的8.4％、13.5％和11.8％。

4. 武汉钢铁基地
武钢位于武昌青山区的长江沿岸，现已形成炼铁600万吨、炼钢500万吨、热轧400万吨、冷轧122万吨、硅钢片19万吨的综合生产能力。

主要产品有：中型材、薄板、中厚板、大型材、带钢等，是我国最大的钢板生产基地。

5. 攀钢基地
攀钢位于四川渡口市，是我国战略后方最大的钢铁联合企业。

攀钢1990年年产生铁229万吨，钢191万吨，成品钢材78万吨，主要产品有生铁、钢坯、钒渣、重轨、大型钢材、小型钢材和线材。

6. 包头钢铁基地
包钢位于内蒙古包头市新区昆都仑河两岸， 1990年年产生铁 251万吨，钢252万吨，钢材153万吨。

7. 太原钢铁基地
太钢位于山西省太原市尖草坪， 1990年生产生铁133万吨、钢179万吨、钢材96万吨。

太钢也是我国特殊钢生产基地，以生产优质板材为主。

8. 马鞍山钢铁基地
马钢位于安徽省东部马鞍山市内， 1990年年产生铁223万吨、钢204 万吨、钢材154万吨，是江南重要的生铁基地。

9. 重庆钢铁基地
包括重庆钢铁公司和重庆特殊钢厂1990年年产生铁100万吨、钢83万吨、钢材83万吨。

图2 中国钢铁工业及铁矿石资源分布图
图3 国内主要钢企分布图
钢铁的供应
1、世界铁矿石产量分布
世界铁矿资源丰富，据美国地质调查局报告，截止2004年底，世界铁矿石储量为1600亿吨，储量基础为3700亿吨，铁金属储量为800亿吨，储量基础为1800亿吨。

世界铁矿资源集中在澳大利亚、巴西、俄罗斯、乌克兰、哈萨克斯坦、印度、美国、加拿大、南非等国（见表2）。

2004年世界铁矿石总产量为14.3亿吨，较2003年增长15％。

从分布看，亚洲4.35亿吨，南美3.15亿吨，大洋洲2.32亿吨t，欧洲2.46亿吨，北美0.98亿吨，非洲0.56亿吨。

铁矿石产量最大的四个国家依次为中国3.1亿吨，巴西2.8亿吨，澳大利亚2.3亿吨，印度1.2亿吨，其总和占世界铁矿石总产量的67％。

表2 世界大型铁矿石分布情况
2、世界粗钢产量分布
据国际钢协2005年1月19日发布的统计数据表明（见图4），2004年全球粗钢产量总计达10.5亿吨，与2003年相比增长了8.8％。

中国为全球最大的产钢国，年产钢2.725亿吨，同比增长23.2％。

中国钢产量占全球总产量的25.8％；日本以1.127亿t位居第2，同比增长2.0％；第3美国9850万t，增长5.2％；第4俄罗斯6430万t，增长2.5％；第5韩国4750万t，增长2.6％；第6德国4640万t，增长3.6％；第7乌克兰3870万t，增长4.9％；第8巴西3290万t，增长5.7％；第9印度3260万t，增长2.7％；第10意大利2830万t，增长5.6％。

图4 2004年全球粗钢产量及地区分布图
图5 2001-2006年世界主要粗钢生产国产量对比表3 2005年世界大型钢厂产量统计表
世界市场份额33%
图6 2003全球线材、螺纹钢产量分布图
3、我国钢材、粗钢、铁矿石产量
1949年，中国钢产量为15.8万吨；经过三年的国民经济恢复时期，到1952年时，中国年钢产量己达到135万吨；1957年，经过第一个五年计划的发展，中国年钢产量达到535万吨，居世界第9位；1977年钢产量2374万吨；1992年钢产量为8093万吨，位居世界第3位；1993年以8953万吨的年产钢量而位
居世界第2位；1996年年产钢10124万吨，居世界第一位。

2004年，中国的粗钢产量达到2.82亿吨，占全球10.5亿吨钢产量的25.8%，是日本、美国、俄罗斯三国钢产量的总和，同比增长率高达24.8%。

在经历了2001年以来连续四年的高速增长后，2005年的增速首次出现下降，其增长率为24.8%，较2004年的27.2%下降了2.4%。

而到了2006年，中国的粗钢产量则达到4.22亿吨，相当于美国、日本、韩国、俄罗斯、德国和印度等6国的总合，同比增长率幅度较2005年略有下降，为19.7%。

当然，尽管目前中国钢铁工业的增速出现了下降，但由于中国钢铁工业的基数较高，因此即使是增速下降，但钢铁工业的绝对增量仍十分巨大。

1995年到2005年，中国每年钢材表观消费量略大于钢材年产量，10年间，国内总的钢材产量达19.0503亿吨，而总的表观消费量为20.4540亿吨，国内市场满足率达到93.14%，其余6.96%依靠进口，以满足国内市场的需求。

到了2006年，供小于求的状况发生逆转，钢材产量为4.66亿吨，大于4.42亿吨的表观消费量0.24亿吨。

这说明，2005年之前，中国需要进口钢材，用以弥补国产钢材数量和质量的需求。

而随着国内产钢技术的提高，2006年开始，中国产钢量大于需求量，出口钢材的能力显著扩张。

图7 2001-2006年我国粗钢、钢材产量变化
图8 2007-2008年全国钢材、铁矿石、粗钢产量走势图
钢铁的消费
1、钢铁消费地区分布
全球粗钢消费主要集中在亚洲，欧洲，北美和独联体国家。

其中日本占13.6％，中国占12.3％。

（见图9）
图9 全球粗钢消费分布图
从国内消费地区分布来看，华东、华北地区集中了我国钢材近70％的消费。

（见图10）
图10 2007年1-10月我国各地区、消费占全国总量比例
2、钢铁消费行业分布
按中钢协统计，建筑、机械、汽车、造船、铁道、石油、家电、货柜等为钢材消费的8大行业，用钢消费量占全国钢材消费量80%以上。

其中，建用钢为最大的钢材消费行业，其次是机械，该两个行业每年的用钢消费量约占70%左右（见图11）。

图11 我国钢材消费行业分布图
图12 美国钢材消费行业分布图3、中国钢铁需求分析
改革开放以来，在国家的政策引导下，随着国家经济和社会的发展，由于工业化、城镇化进程加快和社会消费结构升级，拉动了建筑、汽车、机械等行业和城镇基础设施的高速增长，促使全社会对金属材料持续的旺盛需求，从而带动了中国钢铁工业的快速发展。

初步统计，1995年中国国内市场钢材表观消费量为9785万吨，1996年突破一亿，达1.0514亿吨，到2003年上升为2.7103亿吨，而2006年则跃居4.42亿吨。

11年来国内市场年钢材表观消费量增加3.4451亿吨，年均增加率高达31.3%。

究其原因，中国钢铁需求的影响因素主要有如下几点。

1. 国民经济发展主导着钢材消费周期
1995年以来中国单位GDP消费钢材的数量变化印证了这一观点。

1995年，单位GDP消费钢材1673.1吨/万元，1996~2000年间，单位GDP消费钢材低于1995年的量，处于略微下降的阶段。

2000年以来，随着中国经济的快速发展，中国单位GDP消费钢材的水平在不断提高，从2001年的1779.4吨/万元上升到了2003年的2311.5吨/万元。

2004年至今，单位GDP消费钢材增速虽下降，仍保持在较高水平。

可见，高速发展的国民经济为中国钢铁产业的迅猛发展提供了很好的契机。

2. 固定资产投资是影响钢材消费的关键因素
虽然发达国家已实现以消费需求为主的经济拉动方式，但在中国，内需扩张很大程度上靠固定资产投资增长来实现。

所以，从根本上说，近年来中国钢材消费的高速增长主要得益于国内开展的以房地产、港口、桥梁、公路、铁路、管道建设为代表的一系列固定资产投资项目。

钢铁固定资产投资变化过程可以划分为如下三个阶段：
第一阶段：1991~1995年（“八五”时期）为钢铁投资扩张阶段。

1991年中国GDP增长率达到了9.2%，1992~1995年均在10%以上。

国民经济的快速增长拉动了对钢材的需求，1991~1995年五年间钢铁投资大幅增长，投资额从1990年的127亿元猛增到1995年的568亿元，年均增长34.8%。

如扣除物价上涨因素，1991~1995年年均实际增长率为19.0%。

第二阶段：1996~2000年（“九五”时期）为投资收缩阶段。

中国国民经济增长在经过了5年高速增长后，从1996年开始回落，尤其是受亚洲金融危机影响，1997年和1998年GDP增速下滑到8%以下，对钢材需求和钢铁投资产生了抑制作用。

该阶段的固定资产投资同比增速并不高，不过，除了1999年外，
1996~2000年，固定资产投资同比增速依然要大于钢材消费量同比增速。

第三阶段：2001~2005年（“十五”时期）为钢铁投资快速增长时期。

2001年以后国民经济快速增长，其中，2003~2005年GDP年均增长率连续三年保持10%以上。

这带动了钢铁固定资产投资连续五年保持了高增长，年均增长率超过30%，
2003年增长率甚至超过了100%。

“十五”期间共完成投资额7167亿元，比“九五”增长了2.3倍；若按不变价折算，则投资额为3387亿元，比“九五”增长了2.1倍；占全国固定资产投资的比重由“九五”的1.6%提高到了2.4%。

2006年是中国“十一五”计划的第一年，尽管中央政府力图使固定资产投资过热的局面在2006年得到控制，但2006年中国固定资产投资过热的局面仍未得到根本性的改变，上半年其增速甚至达到了31.3％。

3. 城镇化和工业化进程是推动中国各钢材产品需求的重要动力
过去20多年，中国经济发展的推动力，是与解决居民温饱相适应的轻工、纺织业的高速增长，近年来启动的新经济增长点则是与解决居民住和行问题相适应的住宅、汽车、教育、旅以及城市基础设施建设，这种消费升级是以钢材消费为前提的。

目前中国的船舶制造、汽车、冰箱等家电产品、机电设备、石化设备等都处在高速增长中，中国不少工业品已经成为或即将成为全球第一，中国已成为全球最大的制造业基地，对板材的消费空间将十分巨大。

我国钢铁的国际贸易
中国钢铁及其制品的国际贸易频繁，数量大（见图13），如2003年，全国钢材、钢坯进口高达4300万吨以上，当年净进口量达3462万吨。

到了2005年，钢材净进口量已经下降到530万吨，而钢坯净出口量却达到576万吨，钢材产品出口基本保持了总量的平衡。

进入2006年，中国钢材进口下降而出口增长的局面进一步强化，出口快速增长，仅2006年一年，出口钢材达4301万吨，同比增长109.6%；全年进口钢材1851万吨，同比下降28.3%；全年净出口钢材2450
万吨。

同年出口钢坯904万吨，同比增长27.9%；进口钢坯37万吨，同比下降71.8%，2006年净出口钢坯867万吨，一举成为世界上最大的钢铁出口国。

从贸易国别的角度看。

韩国、美国和意大利等国家是中国钢材主要出口国。

其中，中国出口到韩国的钢材数量最多，高达881.7万吨，约占中国出口总量的20.5％；其次是美国，数量为540万吨，约占中国出口钢材总量的12.6％；意大利位居第三，数量为297.1万吨。

另外香港、越南、印度、西班牙等地区和国家从中国进口钢材数量也较多。

而中国钢材的主要进口地区是韩国、中国台湾和日本，三者占中国钢材进口总量的75%左右。

总之，从进出口产品结构上看，虽然中国的钢铁贸易在数量上已是净出口国，但由于国内产能供给不足的主要是高附加值板材产品，如冷轧薄板、镀层板、不锈钢板等，这意味着中国出口钢材的技术含量和价格低于进口钢材。

这种低出高进的钢铁产品结构，是由当前中国钢铁工业发展阶段的水平和特点决定的，从目前的趋势看，这样低出高进的钢铁产品结构仍将持续较长一段时间。