在地壳中含量最多的10种元素及其所占的质量百分数（％）列出于下：

       由上可见，铁在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝居第4位，它主要以＋2和＋3价的氧化物和硫化物等矿物形态存在。铁的氧化物有3种：氧化亚铁（FeO）、三氧化二铁（Fe2O3）和四氧化三铁（Fe3O4）。FeO是黑色晶体，不稳定，在空气中受热会氧化成Fe3O4。Fe2O3是红棕色晶体，俗称赤铁矿。Fe3O4是具有磁性的黑色晶体，俗称磁铁矿。赤铁矿和磁铁矿都称铁矿石，是炼铁的主要原料。

       钢铁是铁和碳形成的合金体系的总称，是用量最大、对国计民生最重要的金属材料。它的优势地位源于下列因素：

       （1）铁在地壳中含量多，许多地方铁矿富集，易于开采；

       （2）铁矿石可通过热化学方法冶炼成金属，成本低廉；

       （3）金属铁富延展性及其他优良的物理性质；

       （4）容易在冶炼中添加其他物料，得到适应各种用途需要的合金；

       （5）可通过浇铸、压模、锻打、冷轧和淬火等多种处理工艺，改变其组成、形状和物性，满足使用的要求。

       大量的铁是在炼铁高炉中用焦炭还原铁矿石得到的。冶炼时为了除去杂质和造渣的需要，需加石灰石和二氧化硅等原料。为了能源的充分利用和降低成本，炼铁高炉规模很大，是人工制造的最大的化学反应器，一个大型高炉每天可生产一万多吨生铁，而且一旦开炉冶炼，就要求日夜不停地生产，不能停顿冷却。图5．1．1示出炼铁高炉的结构及其中不同高度上主要的化学反应。

       纯铁是一种银灰色光泽的金属。常压下熔点为1538℃，沸点2738℃。在20℃时，密度为7．87g／cm3。铁是磁性物质，这源于原子结构中3d轨道上存在的未成对电子。纯铁质软、强度差，只有把铁炼成钢并除去硫和磷等余质，才有较高的硬度和强度。钢中的含碳量是影响钢的性质的关键。钢铁中含碳量＜0．02％的叫纯铁，＞2．0％叫生铁，在这中间的叫钢。钢中含碳＜0．25％为低碳钢，介于0．25％－0．60％者为中碳钢，＞0．6％者为高碳钢。从高炉出来的铁含碳约3％－4％，是生铁。

       钢的化学性质和物理性质，例如耐腐蚀性、磁性、强度和韧性等依赖于它的化学组成和热处理工艺。在碳钢中加入一定数量的一种或多种其他元素，形成品种多样的合金钢，它的品种数目超过千种。冶金化学家根据用户订货时所要求的钢的性能，以及炼铁和炼钢时所用原料的化学成分，精心地进行配料、设计冶炼和热处理工艺，以达到用户所需的性能。下面举几类不同用途的合金钢。

       工具钢：适用于制作刀、斧、锉等，钢的性能要硬度高、耐磨性好。通常是在高碳钢中加入钼、钨等元素。

       结构钢：适用于架设桥梁铁轨和建造房屋等，要求具有坚和韧的特点，坚是指它能经得起各种应力的考验，韧是指它在承受巨大负荷的情况下也不断裂，只是发生一点塑性变形。通常是在中碳钢中加入锰、硅等元素形成。

       超高强度钢：适用于制造装甲车、坦克和潜艇等，它能较好地抵抗枪弹和炮弹。生产这类钢材，除选用合适的化学成分的钢外，特别要注意热处理工艺。

       不锈钢：在海水或酸性溶液中不会生锈的钢，它具有耐热性和抗氧化性，抗腐蚀能力高，适用于制造化工厂中的反应器、海水净化装置及多种家用设备。耐酸不锈钢中通常含Cr 16％－18％，Ni 6％－8％及其他元素。

       硅钢：用于制造电力变压器中的铁芯，它含硅量高。

       钢铁材料的生产从19世纪起产量不断增加，成本不断降低。在材料工业中，一直占统治性的主导地位。20世纪60年代，合成高分子材料的发展，部分取代了钢铁材料。但不同国家情况差别较大，到20世纪末，美国钢铁生产进入饱和期后，他们从经济和环境保护出发，减少本国钢产量，进口部分钢铁，并大力发展新材料。日本和欧共体也开始进入饱和期。在21世纪，我国钢产量跃居世界第一，现在钢铁（成品的钢和铁）年产量超过6亿吨，约占全球产量的40％，这为我国经济和社会的高速发展提供了雄厚的物质基础。

       在未来我国钢铁材料的生产中，化学仍起重要作用，要考虑原料的可持续供应；要努力降低能耗、降低二氧化碳和污染物的排放；要开发生产自主品牌新的超细晶、高均匀性、高性能的优质特种钢材。