Ιδιότητες, Ιστορία και Εφαρμογές του Χάλυβα

Ο χάλυβας, το κυριότερο κατασκευαστικό υλικό στον κόσμο, είναι ένα κράμα σιδήρου που περιέχει μεταξύ 0,2 και 2% άνθρακα κατά βάρος.

Ιστορία

Η έλευση της εμπορικής παραγωγής χάλυβα στα τέλη του 19ου αιώνα ήταν αποτέλεσμα της δημιουργίας του Sir Henry Bessemer ενός αποτελεσματικού τρόπου μείωσης της περιεκτικότητας σε άνθρακα σε χυτοσίδηρο. Με τη μείωση της ποσότητας άνθρακα στο σίδηρο σε περίπου 2 τοις εκατό, παράγεται το πολύ πιο σκληρό και πιο εύπλαστο μεταλλικό προϊόν του χάλυβα. Ωστόσο, για μια 360 άποψη της Ιστορίας του χάλυβα, θα πρέπει να επιστρέψετε 4.000 χρόνια στην αρχή της Εποχής του Σιδήρου. Ο χάλυβας ήταν μαζί μας για πολύ καιρό.

Παραγωγή

Σήμερα, οι περισσότεροι χάλυβες παράγονται με βασικές μεθόδους οξυγόνου (επίσης γνωστή ως χάλυβα βασικού χάλυβα οξυγόνου ή BOS). Το BOS αντλεί το όνομά του από τη διαδικασία που απαιτεί το διοχέτευση οξυγόνου σε μεγάλα δοχεία που περιέχουν λιωμένο σίδηρο και θραύσματα χάλυβα.

Αν και η BOS αντιπροσωπεύει το μεγαλύτερο μερίδιο της παγκόσμιας παραγωγής χάλυβα, η χρήση ηλεκτρικών κλιβάνων (EAF) αυξάνεται από τις αρχές του 20ου αιώνα και αντιπροσωπεύει σήμερα το ένα τρίτο περίπου της παραγωγής χάλυβα.

Βαθμοί

Σύμφωνα με την World Steel Association, υπάρχουν πάνω από 3.500 διαφορετικές ποιότητες χάλυβα, που περιλαμβάνουν μοναδικές φυσικές, χημικές και περιβαλλοντικές ιδιότητες. Μπορεί να αναρωτιέστε πώς μπορεί να υπάρχουν τόσα πολλά διαφορετικά είδη χάλυβα όταν ο χάλυβας αποτελείται μόνο από σίδηρο και άνθρακα. Αυτό συμβαίνει επειδή η ποσότητα του άνθρακα, καθώς και το επίπεδο προσμείξεων και πρόσθετων στοιχείων κράματος, καθορίζουν τις ιδιότητες κάθε βαθμού χάλυβα και οι συνδυασμοί αυτοί φθάνουν σε πολύ μεγάλους αριθμούς. Ο εμπορικός χάλυβας ταξινομείται γενικά σε τέσσερις ομάδες ανάλογα με την περιεκτικότητά του σε κράματα μετάλλων και τις εφαρμογές τελικής χρήσης:

1. Οι χάλυβες άνθρακα (οι οποίοι περιλαμβάνουν χάλυβες χαμηλού άνθρακα, μεσαίου άνθρακα και υψηλού άνθρακα)
2. Οι χάλυβες αλουμινίου (οι οποίοι περιλαμβάνουν τέτοια κοινά κράματα όπως μαγγάνιο, πυρίτιο, νικέλιο και χρώμιο)
3. Ανοξείδωτοι χάλυβες (οι οποίοι περιέχουν περίπου 10% χρώμιο και ταξινομούνται ως ωστενιτικοί, φερριτικοί και μαρτενσιτικοί)
4. Χάλυβες Εργαλείων (οι οποίοι είναι χάλυβες που είναι κραματοποιημένοι με υψηλή θερμοκρασία και σκληρά μέταλλα, όπως το μολυβδαίνιο και το βολφράμιο)

Ο χάλυβας έχει ένα ευρύ φάσμα συνθέσεων κράματος, που του επιτρέπουν να έχει διάφορες μηχανικές ιδιότητες.

Ιδιότητες

Διαφορετικοί τύποι χάλυβα παράγονται σύμφωνα με τις ιδιότητες που απαιτούνται για την εφαρμογή τους και χρησιμοποιούνται διάφορα συστήματα ταξινόμησης για τη διάκριση των χαλύβων με βάση αυτές τις ιδιότητες, που περιλαμβάνουν πυκνότητα, ελαστικότητα, σημείο τήξης, θερμική αγωγιμότητα, αντοχή και σκληρότητα (μεταξύ άλλων). Για να κατασκευάσουν διαφορετικούς χάλυβες, οι κατασκευαστές διαφοροποιούν τον τύπο και την ποσότητα των κραμάτων μετάλλων, την παραγωγική διαδικασία και τον τρόπο με τον οποίο επεξεργάζονται οι χάλυβες για την παραγωγή συγκεκριμένων προϊόντων.

Σύμφωνα με το αμερικανικό ινστιτούτο σιδήρου και χάλυβα (AISI), οι χάλυβες μπορούν ευρέως να ταξινομηθούν σε τέσσερις ομάδες με βάση τις χημικές τους συνθέσεις:

1. Χάλυβες άνθρακα
2. Χάλυβες αλουμινίου
3. Ανοξείδωτοι χάλυβες
4. Χάλυβες εργαλείων

Εφαρμογές

Είναι ιδιότητες του χάλυβα που το έχουν καταστήσει το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο και πιο ανακυκλωμένο μεταλλικό υλικό στη γη. Από ανοξείδωτους χάλυβες και χάλυβες υψηλής θερμοκρασίας έως πλατέα προϊόντα άνθρακα, οι διάφορες μορφές και κράματα χάλυβα προσφέρουν διαφορετικές ιδιότητες για να καλύψουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Για αυτούς τους λόγους, καθώς και ο συνδυασμός μετάλλου υψηλής αντοχής και σχετικά χαμηλού κόστους παραγωγής, οι εφαρμογές χάλυβα κάνουν το χάλυβα ένα ανθεκτικό και αισθητικό μέταλλο που χρησιμοποιείται σήμερα σε αμέτρητα προϊόντα.