Pin
Send
Share
Send


Pelety z rudy żelaza do produkcji stali

Żelazo, podobnie jak większość metali, nie znajduje się w skorupie ziemskiej w stanie elementarnym. Żelazo można znaleźć w skorupie tylko w połączeniu z tlenem lub siarką. Zazwyczaj Fe2O3- forma tlenku żelaza (rdza) występująca jako hematyt mineralny i FeS2-Pyrite (złoto głupca). Tlenek żelaza jest miękkim materiałem podobnym do piaskowca i ma ograniczone zastosowanie. Żelazo jest wydobywane z rudy poprzez usunięcie tlenu przez połączenie go z preferowanym partnerem chemicznym, takim jak węgiel. Ten proces, znany jako wytapianie, po raz pierwszy zastosowano do metali o niższych temperaturach topnienia. Miedź topi się w nieco ponad 1000 ° C, a cyna topi się w około 250 ° C. Stal topi się w około 1370 ° C. Obie temperatury można osiągnąć starożytnymi metodami stosowanymi przez co najmniej sześć tysięcy lat (od epoki brązu). Ponieważ sama szybkość utleniania gwałtownie wzrasta powyżej 800 ° C, ważne jest, aby wytapianie odbywało się w środowisku o niskiej zawartości tlenu. W przeciwieństwie do miedzi i cyny, płynne żelazo dość łatwo rozpuszcza węgiel, więc w wyniku wytapiania stop zawiera zbyt dużo węgla, aby można go było nazwać stalą.

Schemat fazowy żelazo-węgiel, pokazujący warunki niezbędne do utworzenia różnych faz

Nawet w wąskim zakresie stężeń, które składają się na stal, mieszaniny węgla i żelaza mogą tworzyć szereg różnych struktur lub alotropów o bardzo różnych właściwościach; zrozumienie ich jest niezbędne do produkcji wysokiej jakości stali. W temperaturze pokojowej najbardziej stabilną formą żelaza jest ferryt lub α-żelazo o strukturze skupionej na ciele (BCC), dość miękki materiał metaliczny, który może rozpuszczać tylko niewielkie stężenie węgla (nie więcej niż 0,021 procent wagowych przy 910 ° C). Ferryt w temperaturze powyżej 910 ° C przechodzi przemianę fazową ze struktury kubicznej skoncentrowanej na ciele do struktury kubicznej skoncentrowanej na twarzy (FCC), zwanej austenitem lub żelazem γ, która jest podobnie miękka i metaliczna, ale może rozpuszczać znacznie więcej węgla (aż 2,03 procent wagowo węgiel w 1154 ° C).2

Gdy bogaty w węgiel austenit stygnie, mieszanina próbuje powrócić do fazy ferrytowej, powodując nadmiar węgla. Jednym ze sposobów, w jaki węgiel opuszcza austenit, jest wytrącanie cementytu z mieszanki, pozostawiając żelazo wystarczająco czyste, aby przybrało postać ferrytu, i powstaje mieszanina cementyt-ferryt. Cementyt jest fazą stechiometryczną o wzorze chemicznym Fe3C. Formy cementu w regionach o wyższej zawartości węgla, podczas gdy inne obszary powracają do ferrytu wokół niego. Podczas tego procesu często pojawiają się samowzmacniające się wzory, prowadzące do wzorzystego warstwowania znanego jako perlit ze względu na jego perłowy wygląd lub podobny, ale mniej piękny bainit.

Być może najważniejszym alotropem jest martenzyt, chemicznie metastabilna substancja o sile około cztery do pięciu razy większej niż ferryt. Aby utworzyć martenzyt, potrzebne jest minimum 0,4 procent wagowych węgla. Gdy austenit jest gaszony w celu utworzenia martenzytu, węgiel jest „zamrożony” na miejscu, gdy struktura komórki zmienia się z FCC na BCC. Atomy węgla są o wiele za duże, aby zmieściły się w próżniach śródmiąższowych, a zatem zniekształcają strukturę komórkową w strukturę tetragonalną zorientowaną na ciało (BCT). Martenzyt i austenit mają identyczny skład chemiczny. Jako taki, wymaga bardzo niewielkiej energii aktywacji termicznej.

Proces obróbki cieplnej większości stali polega na podgrzewaniu stopu aż do powstania austenitu, a następnie hartowaniu gorącego metalu w wodzie lub oleju, chłodzeniu go tak szybko, że przekształcenie w ferryt lub perlit nie ma czasu. Natomiast przekształcenie w martenzyt zachodzi niemal natychmiast, z powodu niższej energii aktywacji.

Martenzyt ma niższą gęstość niż austenit, więc przemiana między nimi powoduje zmianę objętości. W takim przypadku następuje ekspansja. Naprężenia wewnętrzne z tego rozszerzenia zwykle przybierają postać ściskania kryształów martenzytu i naprężeń na pozostałym ferrycie, przy dość dużej sile ścinającej na obu składnikach. Jeśli hartowanie jest wykonywane nieprawidłowo, te wewnętrzne naprężenia mogą powodować pękanie części podczas stygnięcia; przynajmniej powodują wewnętrzne utwardzenie pracy i inne mikroskopijne niedoskonałości. Powszechne jest tworzenie się pęknięć hartowniczych po schłodzeniu wodą, chociaż nie zawsze są one widoczne.

W tym momencie, jeśli zawartość węgla jest wystarczająco wysoka, aby wytworzyć znaczące stężenie martenzytu, wynikiem jest niezwykle twardy, ale bardzo kruchy materiał. Często stal poddawana jest dalszej obróbce cieplnej w niższej temperaturze, aby zniszczyć część martenzytu (pozostawiając wystarczająco dużo czasu na tworzenie się cementytu itp.) I pomóc w wyrównaniu naprężeń wewnętrznych i wad. To zmiękcza stal, tworząc bardziej plastyczny i odporny na pękanie metal. Ponieważ czas ma decydujące znaczenie dla wyniku końcowego, proces ten jest znany jako hartowanie, które tworzy stal ulepszoną cieplnie.

Inne materiały są często dodawane do mieszaniny żelazo-węgiel w celu dostosowania uzyskanych właściwości. Nikiel i mangan w stali zwiększają jego wytrzymałość na rozciąganie i sprawiają, że austenit jest bardziej chemicznie stabilny, chrom zwiększa twardość i temperaturę topnienia, a wanad również zwiększa twardość, jednocześnie zmniejszając skutki zmęczenia metalu. Duże ilości chromu i niklu (często odpowiednio 18 procent i 8 procent) są dodawane do stali nierdzewnej, dzięki czemu na powierzchni metalu tworzy się twardy tlenek, aby zahamować korozję. Wolfram zakłóca tworzenie się cementytu, umożliwiając tworzenie martenzytu z mniejszymi szybkościami hartowania, co prowadzi do stali szybkotnącej. Z drugiej strony siarka, azot i fosfor powodują, że stal jest bardziej krucha, dlatego te powszechnie spotykane pierwiastki muszą zostać usunięte z rudy podczas przetwarzania.

Kiedy żelazo jest wytapiane z jego rudy w procesach komercyjnych, zawiera więcej węgla niż jest to pożądane. Aby stać się stalą, należy ją stopić i ponownie przetworzyć w celu usunięcia odpowiedniej ilości węgla, w którym to momencie można dodać inne pierwiastki. Po wlaniu tej cieczy do wlewków zwykle należy ją „przerobić” w wysokiej temperaturze, aby usunąć wszelkie pęknięcia lub słabo zmieszane obszary z procesu krzepnięcia oraz aby wytworzyć kształty takie jak płyta, blacha, drut itp. Następnie jest ona ogrzewana cieplnie poddane obróbce w celu uzyskania pożądanej struktury krystalicznej i często „poddane obróbce na zimno” w celu uzyskania ostatecznego kształtu. W nowoczesnej produkcji stali procesy te są często łączone, z rudą przechodzącą na jednym końcu linii montażowej, a gotową stalą wychodzącą na drugim. Można je usprawnić dzięki zręcznej kontroli interakcji między hartowaniem a odpuszczaniem.

Historia hutnictwa żelaza i stali

Żelazo było w użyciu na długo przed jego wytopem. Pierwsze oznaki zużycia żelaza pochodzą ze starożytnego Egiptu i Sumeru, gdzie około 4000 r.p.n.e. drobne przedmioty, takie jak czubki włóczni i ozdoby, były wytwarzane z żelaza odzyskanego z meteorytów (patrz Iron: History). Około sześć procent meteorytów składa się ze stopu żelazo-nikiel, a żelazo odzyskane ze spadków meteorytów pozwoliło starożytnym ludziom na produkcję niewielkiej liczby żelaznych artefaktów.

Żelazo meteorologiczne zostało również przekształcone w narzędzia w kontakcie przed Ameryką Północną. Od około 1000 roku ludzie Thule na Grenlandii zaczęli wytwarzać harpuny i inne narzędzia o ostrych krawędziach z kawałków meteorytu z Cape York. Artefakty te były również wykorzystywane jako towary handlowe z innymi ludami arktycznymi: narzędzia wykonane z meteorytu z Cape York znaleziono w stanowiskach archeologicznych oddalonych o ponad 1000 mil (1600 km). Kiedy amerykański odkrywca polarny Robert Peary wysłał największy kawałek meteorytu do Amerykańskiego Muzeum Historii Naturalnej w Nowym Jorku w 1897 roku, nadal ważył ponad 33 tony.

Nazwa żelaza w kilku starożytnych językach oznacza „sky metal” lub coś podobnego. W odległej starożytności żelazo było uważane za metal szlachetny, odpowiedni do ozdób królewskich.

Obecnie żelazo jest najbardziej recyklingowaną substancją na świecie.

Epoka żelaza

Żelazny topór ze szwedzkiej epoki żelaza, znaleziony w Gotlandii w Szwecji

Od 3000 r.p.n.e. do 2000 roku p.n.e. rosnąca liczba wytopionych obiektów żelaznych (różniących się od żelaza meteorytowego brakiem niklu) pojawia się w Anatolii, Egipcie i Mezopotamii (patrz Iron: History). Najstarsze znane próbki żelaza, które wydają się być wytapiane z tlenków żelaza, to małe grudki znalezione w miejscach wytopu miedzi na Półwyspie Synajskim, datowane na około 3000 lat p.n.e. Niektóre tlenki żelaza są topnikami skutecznymi do wytopu miedzi; możliwe jest, że niewielkie ilości metalicznego żelaza powstały jako produkt uboczny produkcji miedzi i brązu w całej epoce brązu.

W Anatolii od czasu do czasu używano wytopionego żelaza do broni ozdobnej: żelazny sztylet z brązową rękojeścią wydobyto z grobowca Hattic z 2500 r.p.n.e. Również starożytny egipski władca Tutanchamon zmarł w 1323 roku p.n.e. i został pochowany żelaznym sztyletem ze złotą rękojeścią. Starożytny egipski miecz noszący imię faraona Merneptaha, a także topór bojowy z żelaznym ostrzem i zdobioną złotem brązową rękojeścią znaleziono w wykopaliskach Ugarit. Wiadomo, że wczesni Hetyci wymieniali żelazem srebro w ilości 40 razy większej niż żelazo w Asyrii.

Żelazo nie zastąpiło jednak brązu jako głównego metalu używanego do broni i narzędzi przez kilka stuleci, pomimo pewnych prób. Żelazo do pracy wymagało więcej paliwa i znacznie więcej pracy niż brąz, a jakość żelaza wytwarzanego przez wczesnych kowali mogła być gorsza niż brąz jako materiał na narzędzia. Następnie, między 1200 a 1000 rokiem p.n.e., żelazne narzędzia i broń wyparły brązowe na całym Bliskim Wschodzie. Wydaje się, że proces ten rozpoczął się w Imperium Hetyckim około 1300 r.p.n.e. lub na Cyprze i południowej Grecji, gdzie artefakty żelaza dominują w zapisach archeologicznych po 1050 r.p.n.e. Mezopotamia była w pełni w epoce żelaza przed 900 p.n.e., w Europie Środkowej do 800 r.p.n.e. Przyczyna tego nagłego przyjęcia żelaza pozostaje tematem dyskusji wśród archeologów. Jedną z najważniejszych teorii jest to, że wojna i masowe migracje rozpoczynają się około 1200 roku p.n.e. zakłócił regionalny handel cyną, zmuszając do przejścia z brązu na żelazo. Z drugiej strony Egipt nie doświadczył tak szybkiego przejścia od epoki brązu do epoki żelaza: chociaż egipscy kowale wytwarzali żelazne artefakty, brąz pozostawał w powszechnym użyciu aż do czasu podboju Egiptu przez Asyrię w 663 r.p.n.e.

Wytapianie żelaza w tym czasie opierało się na kwiaciarni, piecu, w którym miechy przepychały powietrze przez stos rudy żelaza i płonącego węgla drzewnego. Tlenek węgla wytwarzany przez węgiel drzewny redukował tlenki żelaza do metalicznego żelaza, ale kwitarnia nie była wystarczająco gorąca, aby stopić żelazo. Zamiast tego żelazo zebrane na dnie pieca w postaci gąbczastej masy lub kwiat, których pory były wypełnione popiołem i żużlem. Następnie kwiat musiał zostać podgrzany, aby zmiękczyć żelazo i stopić żużel, a następnie wielokrotnie bity i składany, aby wypchnąć z niego stopiony żużel. Rezultatem tego czasochłonnego i pracochłonnego procesu było kute żelazo, plastyczny, ale dość miękki stop zawierający mało węgla.

Kute żelazo może być nawęglone w miękką stal, trzymając ją w ogniu na węgiel drzewny przez dłuższy czas. Na początku epoki żelaza kowale odkryli, że wielokrotnie przerabiane żelazo wytwarzało wyższą jakość metalu. W tym czasie znane było również hartowanie. Najstarszym artefaktem ze stali hartowanej na zimno jest nóż znaleziony na Cyprze w miejscu datowanym na 1100 r.p.n.e.

Rozwój sytuacji w Chinach

Archeolodzy i historycy debatują, czy ślusarstwo oparte na kwiaciarstwie kiedykolwiek rozprzestrzeniło się na Chiny z Bliskiego Wschodu. Jednak około 500 r.p.n.e. hutnicy w południowym stanie Wu opracowali technologię wytopu żelaza, która nie będzie praktykowana w Europie aż do późnego średniowiecza. W Wu huty żelaza osiągnęły temperaturę 1130 ° C, wystarczająco wysoką, by uznać ją za wielki piec. W tej temperaturze żelazo łączy się z 4,3 procentami węgla i topi się. Jako płyn żelazo można wlać do foremek, co jest metodą znacznie mniej pracochłonną niż indywidualne wykuwanie każdego kawałka żelaza z rozkwitu.

Żeliwo jest raczej kruche i nie nadaje się do uderzania narzędzi. Tak jednak może być odwęglony do stali lub kutego żelaza, ogrzewając go w powietrzu przez kilka dni. W Chinach te metody obróbki żelaza rozprzestrzeniły się na północ, a do 300 r.p.n.e. żelazo było materiałem z wyboru w Chinach dla większości narzędzi i broni. Masowy grób w prowincji Hebei, datowany na początek trzeciego wieku p.n.e., zawiera kilku żołnierzy pochowanych z ich bronią i innym sprzętem. Artefakty wydobyte z tego grobu są różnie wykonane z kutego żelaza, żeliwa, żeliwa ciągliwego i stali hartowanej za pomocą hartowanej stali, przy użyciu tylko kilku, prawdopodobnie ozdobnych, broni z brązu.

W czasach dynastii Han (202 p.n.e.-220 n.e.) chińska obróbka stali osiągnęła skalę i wyrafinowanie nieosiągnięte na Zachodzie aż do XVIII wieku. W pierwszym wieku rząd Han ustanowił hutnictwo jako monopol państwowy i zbudował serię wielkich wielkich pieców w prowincji Henan, z których każdy jest w stanie wyprodukować kilka ton żelaza dziennie. Do tego czasu chińscy metalurgi odkryli, jak to zrobić kałuża stopiona surówka, mieszając ją na wolnym powietrzu, aż straciła swój węgiel i stała się kutym żelazem (po chińsku proces nazwano chaodosłownie mieszać smażenia).

Również w tym czasie chińscy metalurgi odkryli, że kute żelazo i żeliwo można stopić razem, uzyskując stop o pośredniej zawartości węgla, czyli stali. Według legendy miecz Liu Bang, pierwszego cesarza Hana, został wykonany w ten sposób. Niektóre teksty tamtej epoki wspominają o „harmonizacji twardego i miękkiego” w kontekście obróbki żelaza; wyrażenie może odnosić się do tego procesu.

Hutnictwo w Indiach i Sri Lance

Być może już w 300 r.p.n.e., choć z pewnością do 200 r.p.n.e., w południowych Indiach produkowano stal wysokiej jakości, również przez Europejczyków, którzy później nazwaliby techniką tygla. W tym układzie kute żelazo, węgiel drzewny i szkło o wysokiej czystości mieszano w tyglach i ogrzewano, aż żelazo stopiło się i wchłonęło węgiel. Jeden z najwcześniejszych dowodów produkcji stali pochodzi z obszaru Samanalawewa na Sri Lance, gdzie znaleziono tysiące miejsc (Juleff 1996).

Produkcja stali we wczesnej nowoczesnej Europie

Na początku XVII wieku ślusarze w Europie Zachodniej znaleźli sposób (tzw cementowanie) do nawęglania kutego żelaza. Sztaby z kutego żelaza i węgiel drzewny były pakowane w kamienne skrzynie, a następnie trzymane na czerwonym ogniu przez okres do tygodnia. W tym czasie węgiel dyfundował do żelaza, tworząc produkt o nazwie stal cementowa lub blister ze stali (patrz proces cementowania). Jednym z najwcześniejszych miejsc, w których używano go w Anglii, było Coalbrookdale, gdzie Sir Basil Brooke miał dwa piece do cementowania (niedawno wydobyte). Przez pewien czas w 1610 roku był właścicielem patentu na ten proces, ale musiał go poddać w 1619 roku. Prawdopodobnie użył żelaza Forest of Dean jako surowca.

Produkcja żelaza we wczesnej nowożytnej Europie

Od XVI do XVIII wieku większość żelaza wytwarzano w dwuetapowym procesie obejmującym wielki piec i kuźnię wytworną z wykorzystaniem węgla drzewnego jako paliwa. Produkcja była jednak ograniczona podażą drewna do produkcji węgla drzewnego.

Schematyczny rysunek pieca kałużowego

W XVIII wieku wylesianie w Europie Zachodniej powodowało, że obróbka stali i procesy głodne węgla drzewnego stawały się coraz droższe. W 1709 r. Abraham Darby zaczął hutować żelazo za pomocą koksu, rafinowanego produktu węglowego, zamiast węgla drzewnego w hucie żelaza w Coalbrookdale w Anglii. Chociaż koks mógł być wytwarzany mniej kosztownie niż węgiel drzewny, żelazo opalane koksem było początkowo gorszej jakości w porównaniu do żelaza opalanego węglem drzewnym. Dopiero w latach 50. XVII wieku synowi Darby'ego, zwanemu również Abrahamem, udało się zacząć sprzedawać wytopioną w koksie surówkę do produkcji kutego żelaza w kuźniach ozdobnych.

Kolejnym osiemnastowiecznym rozwojem Europy był wynalazek pieca kałużowego. W szczególności forma opalanego węglem pieca kałużowego opracowana przez brytyjskiego hutnika Henry'ego Corta w 1784 r. Umożliwiła przekształcenie żeliwa w kute żelazo w dużych partiach (bez węgla drzewnego), czyniąc starożytną kowalską ozdobę przestarzałą. Kute żelazo wytwarzane tą metodą stało się głównym surowcem w branży produkcji żelaza w środkowej Anglii.

Produkcja stali przemysłowej

Schemat konwertera Bessemera

Problem masowej produkcji stali został rozwiązany w 1855 r. Przez Henry'ego Bessemera, wprowadzając konwerter Bessemer w jego hucie w Sheffield w Anglii (wczesny konwerter nadal można zobaczyć w miejskim muzeum na wyspie Kelham Island). W procesie Bessemera stopioną surówkę z wielkiego pieca załadowano do dużego tygla, a następnie powietrze stopiono przez dolne żelazo, zapalając rozpuszczony węgiel z koksu. Gdy węgiel wypalił się, temperatura topnienia mieszaniny wzrosła, ale ciepło z płonącego węgla zapewniło dodatkową energię potrzebną do utrzymania stopionej mieszaniny. Gdy zawartość węgla w stopie spadła do pożądanego poziomu, ciąg powietrza został odcięty: typowy konwertor Bessemera mógł przekształcić 25-tonową partię surówki w stal w ciągu pół godziny.

Wreszcie w 1952 r. W zakładach Voest-Alpine wprowadzono podstawowy proces tlenowy; modyfikacja podstawowego procesu Bessemera, lansuje tlen z góry stali (zamiast bąbelkującego powietrza z dołu), zmniejszając ilość azotu pobieranego do stali. Podstawowy proces tlenowy jest stosowany we wszystkich nowoczesnych hutach; ostatni konwerter Bessemer w USA został wycofany z użytku w 1968 roku. Ponadto w ciągu ostatnich trzech dekad nastąpił ogromny wzrost w branży mini-młynów, w których złom stalowy topi się wyłącznie za pomocą elektrycznego pieca łukowego. W tych fabrykach początkowo wytwarzano wyłącznie produkty prętowe, ale od tego czasu stały się one produktami płaskimi i ciężkimi, niegdyś wyłączną domeną zintegrowanej huty.

Aż do tych dziewiętnastowiecznych osiągnięć stal była drogim towarem i wykorzystywana była tylko do ograniczonej liczby celów, w których potrzebny był szczególnie twardy lub elastyczny metal, jak na przykład ostrza narzędzi i sprężyn. Powszechna dostępność niedrogiej stali napędzała drugą rewolucję przemysłową i współczesne społeczeństwo, jakie znamy. Łagodna stal ostatecznie zastąpiła kute żelazo do prawie wszystkich celów, a kute żelazo nie jest teraz (lub jest prawie teraz) wykonane. Z drobnymi wyjątkami stale stopowe zaczęto wytwarzać dopiero pod koniec XIX wieku. Stal nierdzewna została opracowana dopiero w przededniu I wojny światowej i zaczęła być szeroko stosowana w latach 20. XX wieku. Wszystkie te stale stopowe są zależne od szerokiej dostępności niedrogiego żelaza i stali oraz od możliwości stopu do woli.

Stal jest obecnie najczęściej poddawanym recyklingowi materiałem na świecie, przemysł szacuje, że każdego nowego metalu produkowanego co roku około 42,3 procent to materiał pochodzący z recyklingu. Cała dostępna stal jest obecnie poddawana recyklingowi, a długi okres użytkowania stali w zastosowaniach takich jak budownictwo oznacza, że ​​istnieje duży zapas stali w użyciu, która jest poddawana recyklingowi, gdy staje się dostępna. Ale nowy metal pochodzący z surowców jest również niezbędny do zaspokojenia popytu.

Rodzaje stali

Stale stopowe znane były już od starożytności, będąc żelazem bogatym w nikiel z meteorytów poddanych obróbce cieplnej na użyteczne produkty. W nowoczesnym sensie stale stopowe powstają od czasu wynalezienia pieców zdolnych do topienia żelaza, w które można wrzucać i mieszać inne metale.

Typy historyczne

  • Stal damasceńska - znany w czasach starożytnych ze swojej trwałości i zdolności do trzymania krawędzi, został stworzony z wielu różnych materiałów (niektóre tylko w śladowych ilościach), zasadniczo ze skomplikowanego stopu z żelazem jako głównym składnikiem
  • Blister ze stali - stal wytwarzana w procesie cementowania
  • Tygiel stalowy - stal wyprodukowana techniką tygla Benjamina Huntsmana
  • Stal styryjska - zwany także „niemiecką stalą” lub „stalą Cullen” (będącą przedmiotem handlu przez Kolonię), został wyprodukowany w Styrii w Austrii (rzymska prowincja Noricum) przez wykańczanie żeliwa z niektórych rud bogatych w mangan
  • Stal ścinana - stal blistrowa, która została rozbita, wyrośnięta, podgrzana i spawana w celu uzyskania bardziej jednorodnego produktu

Współczesna stal

  • Stal węglowa składa się po prostu z żelaza i węgla stanowi 90 procent produkcji stali.1
  • Stale HSLA (wysoka wytrzymałość, niski stop) mają niewielkie dodatki (zwykle mniej niż dwa procent masy) innych pierwiastków, zwykle 1,5 procent manganu, aby zapewnić dodatkową wytrzymałość przy niewielkim wzroście ceny.
  • Stal niskostopowa jest stopowy z innymi pierwiastkami, zwykle molibdenem, manganem, chromem lub niklem, w ilościach do dziesięciu procent wagowych, aby poprawić hartowność grubych przekrojów.1
  • Stale nierdzewne i chirurgiczne stale nierdzewne zawierają co najmniej dziesięć procent chromu, często w połączeniu z niklem, w celu zapewnienia odporności na korozję (rdzę). Niektóre stale nierdzewne są niemagnetyczne.
  • Stale narzędziowe są stopowe z dużymi ilościami wolframu i kobaltu lub innych pierwiastków, aby zmaksymalizować utwardzanie roztworem, umożliwić utwardzanie wydzieleniowe i poprawić odporność na temperaturę.1
  • Cor-ten i pokrewnych warunków pogodowych poprzez uzyskanie stabilnej, zardzewiałej powierzchni, dzięki czemu można je stosować niepomalowane.
  • Zaawansowane stale o wysokiej wytrzymałości
    • Stal o złożonej fazie
    • Stal dwufazowa
    • TRIP stal
    • Stal TWIP
    • Stal maraging
    • Stal Eglin
  • Nadstopy żelaza
  • Stal Hadfielda (po Sir Robert Hadfield) lub stali manganowej zawiera 12 do 14 procent manganu, który po ścieraniu tworzy niesamowicie twardą skórę, która jest odporna na zużycie. Niektóre przykłady to ślady czołgów, krawędzie ostrzy spychaczy i ostrza tnące szczęki życia.

Chociaż nie jest stopem, istnieje również ocynkowany stal, która jest stalą, która przeszła proces chemiczny polegający na zanurzaniu na gorąco lub galwanizacji w cynku w celu ochrony przed rdzą. Wykończona stal to stal, którą można sprzedawać bez dalszej pracy lub obróbki.

Nowoczesna stal

  • TMT Steel (stal poddana obróbce termomechanicznej) jest jednym z najnowszych osiągnięć w historii stali. Proces produkcji stali został udoskonalony, dzięki czemu uzyskano właściwości tej stali do prac konstrukcyjnych RCC. Druty stalowe przechodzą przez zimną wodę tuż po wyciągnięciu z wytłaczarki. Pomaga to w szybkim ochłodzeniu skóry, a ciepło zaczyna płynąć od środka do skóry, gdy drut wyskoczy z wody. Działa to jak obróbka cieplna. Względnie miękki rdzeń pomaga w ciągliwości stali, a poddana obróbce powłoka ma dobrą spawalność, aby spełnić wymagania konstrukcyjne.

Metody produkcji

Metody historyczne

  • kwitnący
  • spawanie wzorów
  • katalońska kuźnia
  • stal wootz: opracowana w Indiach, stosowana na Bliskim Wschodzie, gdzie znana była jako stal Damaszku
  • Proces cementowania: stosowany do przekształcania prętów z kutego żelaza w stal blistrową; był to główny proces stosowany w Anglii od początku XVII wieku
  • technika tygla, podobna do stali wootz: niezależnie przebudowana w Sheffield przez Benjamina Huntsmana około 1740 r., a Pavel Anosov w Rosji w 1837 r .; Surowcem Huntsmana była stal typu blister
  • Puddling

Nowoczesne metody

  • Elektryczny piec łukowy: forma wtórnego wytwarzania stali ze złomu, w wyniku czego stal jest twarda, chociaż w procesie można również stosować żelazo o bezpośredniej redukcji
  • Produkcja surówki za pomocą wielkiego pieca
  • Konwertery (stal z surówki):
  1. Proces Bessemer, pierwszy proces produkcji stali na dużą skalę dla stali miękkiej
  2. Proces Siemens-Martin z wykorzystaniem pieca z otwartym paleniskiem
  3. Podstawowe wytwarzanie stali tlenowej

Zastosowania stali

Historycznie

Stal była droga i była używana tylko tam, gdzie nic innego nie zrobiłoby, szczególnie do ostrzy noży, brzytew, mieczy i innych narzędzi, w których potrzebna była twarda, ostra krawędź. Był również używany do sprężyn, w tym używanych w zegarach i zegarkach.

Od 1850 r

Stal była łatwiejsza do zdobycia i znacznie tańsza, i zastąpiła kute żelazo do wielu celów. Stal jest często używana do produkcji elementów złącznych, takich jak nakrętki i śruby; najczęściej są to stal ocynkowana lub stal nierdzewna.

Stal jest nadal szeroko stosowana, chociaż nowa dostępność tworzyw sztucznych w XX wieku sprawiła, że ​​przestała być stosowana do niektórych mniejszych zastosowań, które wymagają mniejszej trwałości lub wymagają mniejszej masy.

Długa stal
  • Przewody
  • Tory kolejowe
  • Jako dźwigary w budowie nowoczesnych drapaczy chmur, budynków i mostów
Płaska stal węglowa
  • Do wewnątrz i na zewnątrz karoserii samochodów, pociągów
  • Urządzenia
Stal nierdzewna
  • Sztućce i sztućce
  • Władcy
  • Sprzęt chirurgiczny
  • Zegarki na rękę

Zobacz też

  • Stop
  • Żelazo
  • Metalurgia
  • Obróbka metalu

Przypisy

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Michael F. Ashby i David R. H. Jones (1986), Materiały inżynierskie 2 (Oxford: Pergamon Press, 1992, ISBN 0080325327).
  2. ↑ E. J. Mittemeijer i J. T. Slycke, „Potencjały chemiczne i aktywność azotu i węgla narzucone przez gazowe atmosfery azotowania i nawęglania”, Inżynieria powierzchni 12 (2) (1996): 156. Pobrano 7 sierpnia 2007.

Referencje

  • Bodsworth, Colin i Henry Bradley Bell. 1972 Chemia fizyczna produkcji żelaza i stali. Londyn: Longman. ISBN 0582441161
  • Łosoś, Charles G. i John E. Johnson. 1996. Konstrukcje stalowe: projekt i zachowanie, 4th ed. Nowy Jork: HarperCollins. ISBN 0673997863
  • Schubert, John Rudolph Theodore. 1957 r. Historia brytyjskiego hutnictwa żelaza i stali z ok. 450 p.n.e. do 1775 r.n.e.. Londyn: Routledge & Kegan Paul. OCLC 2536148
  • Tylecote, R. F. 1992. Historia metalurgii. Londyn: Institute of Materials. ISBN 0901462888

Linki zewnętrzne

Wszystkie linki pobrano 21 października 2015 r.

  • Światowe Stowarzyszenie Stali
  • Steel University
  • Właściwości materiałów: stopy stali i ich klasyfikacja - Mississippi State University, Department of Aerospace Engineering
  • Prekursory wielkiego pieca - The Davistown Museum, Centre for Study of Early Tools

Pin
Send
Share
Send