Profil metalowy: stal
Właściwości, historia i aplikacje
Thierry Dosogne / Getty Images
Stal, wiodący materiał budowlany na świecie, jest żelazo stop zawierający od 0,2% do 2% wagowo węgla, a czasem niewielkie ilości innych pierwiastków, w tym manganu. Oprócz budynków służy do produkcji urządzeń, samochodów i samolotów.
Historia
The pojawienie się komercyjnej stali produkcja nastąpiła pod koniec XIX wieku i była wynikiem stworzenia przez Sir Henry'ego Bessemera skutecznego sposobu na obniżenie zawartości węgla w żeliwie. Obniżając ilość węgla, tym trudniej i więcej ciągliwy produkowany jest wyrób metalowy ze stali.
Stal istnieje od Epoka żelaza , który trwał od około 1200 pne do 550 pne, chociaż daty rozpoczęcia i zakończenia różnią się w zależności od obszaru geograficznego. Hetyci — żyjący we współczesnej Turcji — mogli być pierwszymi ludźmi, którzy stworzyli stal przez ogrzewanie żelaza węglem.
Produkcja
Dzisiaj większość stal jest produkowana metodami tlenowymi (znanymi również jako produkcja stali z tlenem podstawowym lub BOS). BOS wywodzi swoją nazwę od procesu, który wymaga wdmuchiwania tlenu do dużych zbiorników zawierających roztopione żelazo i złom stalowy.
Chociaż BOS ma największy udział w światowej produkcji stali, wykorzystanie elektrycznych pieców łukowych (EAF) rośnie od początku XX wieku i obecnie stanowi około dwóch trzecich produkcji stali w USA . Produkcja EAF polega na topieniu złomu stalowego prądem elektrycznym.
Stopnie i typy
Według World Steel Association jest ich ponad 3500 różne gatunki stali , obejmujący unikalne właściwości fizyczne, chemiczne i środowiskowe. Właściwości te obejmują gęstość, elastyczność, temperaturę topnienia, przewodność cieplną, wytrzymałość i twardość. Aby wytworzyć różne gatunki stali, producenci różnią się rodzajem i ilością metali stopowych, ilością węgla i zanieczyszczeń, procesem produkcyjnym oraz sposobem obróbki powstałej stali.
Stale handlowe są również ogólnie podzielone na cztery grupy, które różnią się w zależności od ich stop metali treści i aplikacje końcowe:
- Stale węglowe obejmują niskoemisyjne (mniej niż 0,3% węgla), średniowęglowe (do 0,6% węgla), wysokowęglowe (do 1% węgla) oraz ultrawysokowęglowy (aż 2% węgla) stale. Stal niskowęglowa jest najczęstszym i najsłabszym z trzech rodzajów. Jest dostępny w szerokiej gamie kształtów, w tym arkuszy i belek. Im wyższa zawartość węgla, tym trudniej pracować ze stalą. Stale wysokowęglowe i ultra wysokowęglowe są stosowane w narzędziach skrawających, grzejnikach, stemplach i drutach.
- Stale stopowe zawierają inne metale, takie jak aluminium, miedź lub nikiel. Mogą być stosowane w częściach samochodowych, rurociągach i silnikach.
- Stale nierdzewne zawsze zawierają chrom, a może także nikiel lub molibden. Są błyszczące i ogólnie odporne na korozję. The cztery główne rodzaje stali nierdzewnej są ferrytyczny , który jest podobny do stali węglowej i silnie odporny na pękanie korozyjne naprężeniowe, ale nie nadaje się do spawania; austenityczny , który jest najbardziej powszechny i dobry do spawania; martenzytyczny , który jest umiarkowanie odporny na korozję, ale o dużej wytrzymałości; oraz dupleks , który składa się w połowie ze stali ferrytycznych i w połowie austenitycznych i jest mocniejszy niż którykolwiek z tych dwóch typów. Ponieważ stale nierdzewne są łatwo sterylizowane , są często stosowane w sprzęcie i instrumentach medycznych oraz sprzęcie do produkcji żywności.
- Stale narzędziowe są stopowe z metalami twardymi, takimi jak wanad, kobalt, molibden i wolfram. Jak sama nazwa wskazuje, często używa się ich do wyrobu narzędzi, w tym młotków.
Dodatkowe zastosowania
Wszechstronność stali sprawiła, że jest to najczęściej używany i najczęściej poddawany recyklingowi materiał metalowy na Ziemi. Ponadto jego wysoka wytrzymałość i stosunkowo niski koszt produkcji sprawiają, że nadaje się do stosowania w niezliczonych zastosowaniach, w tym w kolejnictwie, łodziach, mostach, naczyniach kuchennych, opakowaniach i transformatorach elektrycznych.