每年生產超過15億噸的鋼材，以生產各種產品，如縫紉針和摩天大樓的結構梁。碳鋼是一種主要合金元素為碳的鋼，其性能取決于碳的百分比。碳鋼由鐵和碳組成，是最常見的鋼種，約占美國鋼鐵總產量的85％。由于碳對微觀結構的影響，產品的碳含量在0-2％范圍內并且賦予金屬碳類特性。碳鋼還可含有少量的錳，硅和銅。低碳鋼是低碳鋼的商業術語，其中碳含量在0.04-0.3％范圍內。它是標準規范未涵蓋的一般分類。

鋼鐵的生產工藝流程

碳鋼和低碳鋼分三個階段制造：

1. 初級煉鋼
2. 二次煉鋼
3. 鑄件

接下來是各種精加工技術，這些技術直接影響最終產品的特性。

1.初級煉鋼

鋼可以由100％回收材料制成，也可以由回收材料和純鋼組合制成。原生鋼在高爐中由鐵礦石，焦炭（由煤炭生產）和石灰生產。將原料添加到爐子頂部，爐子在3000°F下運行。當鐵礦石熔化并與燃燒的焦炭混合時，碳被釋放到熔融產物中。石灰將雜質吸收到表面的爐渣中，可以從鋼水中撇去。該階段的產物含有約4％的碳并且仍然存在一些雜質。熔融的原始鋼被轉移到已經含有回收廢金屬的堿性氧氣爐（BOF）中。將純氧吹入鋼水中以氧化多余的碳，形成碳含量高達1.5％的成品。

再循環廢鋼可以在電弧爐中不添加原始鋼進行再加工。高功率電弧在高達3000°F的溫度下熔化金屬。當廢鋼熔化時，可以將更多批廢料添加到爐中直至其容量。一旦達到鋼水平浴，就以與BOF相同的方式吹入氧氣。在這兩種情況下，將鋼水從爐中取出進入鋼包或鋼水浴中進行進一步處理，同時除去含有雜質的表面爐渣。

2.二次煉鋼

市場對更高質量鋼產品和一致性能的需求推動了二次煉鋼工藝的發展。通過添加或去除單個組分或通過操縱溫度在電弧爐中改變鋼組成。

• 攪拌電磁場用于在鋼包中引起湍流。該方法容易分離漂浮在表面上的非金屬夾雜物，同時確保鋼的均勻混合物和組成。
• 鋼包爐鋼包作為二次電極爐，可實現精確的溫度控制和合金成分的測量注入。
• 鋼包注射惰性氣體注入鋼水浴的底部。隨著氣體加熱并通過鋼水上升，實現了攪拌效果。
• 脫氣去除氫氣，氧氣和氮氣，同時還降低產品的硫含量。用于對鋼水進行脫氣的各種技術包括真空，惰性氣體注入和溫度控制。
• 成分調整（密封氬氣鼓泡吹氧 - CAS-OB）通過將氬氣注入密封的鋼浴中來實現攪拌。通氣管布置防止爐渣受到干擾，同時氫含量減少并且氧化物夾雜物漂浮到表面。通過噴槍將氧氣供入浴中，并通過通氣管添加鋁，從而提高溫度控制水平和準確的最終組成。

脫氧鋼

二次煉鋼的一個關鍵方面是去除氧氣。當鋼水開始凝固時，鋼中存在氧氣，導致與碳反應釋放出一氧化碳氣體。控制脫氧可用于改變成品的特性，因此可用于改變用于不同應用的鋼的適用性。

• 磨鋼碾磨鋼是非脫氧鋼或部分脫氧鋼。在凝固過程中產生高水平的一氧化碳，導致良好的表面質量，但存在許多氣孔。
• 加蓋鋼加蓋的鋼材遵循與最初加工相同的模式，但大約一分鐘后，模具被加蓋以抑制一氧化碳的形成。
• 半死鋼半鎮靜鋼在倒入模具之前已經部分脫氧，并且通常具有0.15-0.3％的碳含量。
• 殺鋼已殺死的鋼已經完全脫氧，因此在凝固過程中根本不會形成一氧化碳。成品具有均勻的結構，沒有氣孔。將鋁作為主要脫氧劑加入鋼包或模具中以“殺死”一氧化碳的形成;?然而，存在不希望向成品中添加鋁的應用。鋁的替代物是錳和硅或硅化鈣的鐵合金。

3.鑄造

傳統的鑄造方法涉及通過起重機提升鋼包，使得鋼水可以鑄造成安裝在軌道車上的單個模具。鑄錠模具略微變細，以便在凝固后除去鑄錠。將錠料轉移到浸泡坑中，在那里將它們重新加熱以進行熱軋。

鑄造機能夠將鋼水連續鑄造成更適合下游加工的形狀。鋼包被提升到高架平臺，在那里它們將鋼水排放到中間包中，中間包供給鑄造機。將熔融鋼從中間包送入帶有可移動底板的水冷模具中。當鋼皮凝固時，板緩慢下降，允許更多的鋼水進入模具。鋼在連鑄機中形成板坯，大方坯或坯料。在拉直并在機器末端切割之前，通過輥子拉動固化產品。此過程可以持續數天或數周而不會中斷。

碳鋼精加工

在碳鋼制造過程完成后，使用軋制，熱處理，表面處理或下游二次加工完成。

冷成型產品和應用

制品	應用
花開	結構應用
欄桿	護欄 扶手 自定義欄桿
滾動的酒吧	機器制造 施工
板（厚度超過1/4英寸）	重型制造 鍋爐 橋梁 工業船舶 油箱 船
床單（厚度低于1/4英寸）	車身 家用電器 辦公設備 飲料罐
圓形/方形桿	施工框架 支撐 軸 軸

 

一旦鋼材離開軋機，下游公司就會采用不同的二次加工技術來防止腐蝕并改善金屬的性能。這樣做的主要技術是熱處理。

熱處理

熱處理鋼的目的是通過改變產品中碳的分布和內部微觀結構來控制其機械性能。當操縱鋼的機械性能時，延展性的增加導致硬度和強度的降低，反之亦然。

正火

將鋼加熱至高于臨界溫度約130°F的溫度。保持溫度直至整個產品均勻加熱，然后空氣冷卻。這是最常見的熱處理形式，賦予鋼材高強度和高硬度。

退火

將鋼的溫度升至固溶狀態1小時，然后以每小時70°F的速度冷卻。柔軟且韌性的鋼材，無內應力。

淬火

與標準化相似的過程，但通過在水，鹽水或油中淬火鋼來加速冷卻。所得到的產品非常硬，比標準化鋼硬4倍 - 但非常脆，使其易于破裂和開裂。因此，在稱為回火或應力消除的過程中，淬火到預定溫度之后通常接著控制冷卻速率降至室溫。通過設計熱處理過程中的溫度和冷卻速率參數，可以精確控制鋼的性能。

表面處理

生產的鋼中約三分之一用表面涂層處理，以抑制腐蝕，改善可焊性和可涂漆性。

熱浸鍍鋅

鍍鋅是將鋅表面涂層施加到鋼上的過程。在進入鋅浴之前對鋼進行加熱，其中液態鋅層覆蓋產品的表面。涂層的厚度由氣刀控制。為防止鋅涂層開裂，在鋅溶液中加入少量鋁。

電解鍍鋅

將鋅涂層施加到鋼產品上的另一種方法是通過電解鍍鋅。通過控制電解質溶液中的電流將鋅沉積在鋼的表面上。該技術允許更好地控制涂層厚度。它還可用于在產品的任一側或鋅合金涂層上涂覆不同厚度的差異涂層，以優化所需的特性。

下游二次加工

下游公司進一步將其鋼鐵原材料加工成成品。使用不同的加工技術，例如加工，其涉及用機床均勻地去除表面金屬。連接鋼也很常見，并使用各種焊接技術。

碳鋼類

碳鋼可根據產品的化學成分和特性進行分類。低碳鋼也屬于低碳鋼類，因為它含有相似的碳含量。普通碳素鋼不含合金，可分為四類：

回收碳鋼

金屬回收是可持續生活的成功案例之一，并將人類活動對環境的影響降至最低。鋼鐵是地球上回收率最高的材料，超過所有其他材料的總和。

再生鋼的來源包括鋼廠，二級制造商和鋼鐵產品在產品生命周期結束時的廢鋼。通常沒有足夠的再生鋼來滿足制造需求，因此在成品生產中幾乎總是將原始鋼和再生鋼組合在一起。

回收鋼也很經濟，因為它降低了成品的成本。出于這個原因，鋼鐵工業一直積極參與促進和建立回收網絡，使廢舊產品易于回收利用。