Pin
Send
Share
Send


IJzerertspellets voor de productie van staal

IJzer, zoals de meeste metalen, wordt niet in de aardkorst aangetroffen in een elementaire toestand. IJzer kan alleen in de korst worden gevonden in combinatie met zuurstof of zwavel. Typisch Fe2O3-de vorm van ijzeroxide (roest) gevonden als het mineraal hematiet, en FeS2-Pyrite (dwaas goud). IJzeroxide is een zacht zandsteenachtig materiaal dat op zichzelf beperkt wordt gebruikt. IJzer wordt geëxtraheerd uit erts door de zuurstof te verwijderen door het te combineren met een chemische voorkeurspartner zoals koolstof. Dit proces, bekend als smelten, werd eerst toegepast op metalen met lagere smeltpunten. Koper smelt bij iets meer dan 1.000 ° C, terwijl tin smelt rond 250 ° C. Staal smelt bij ongeveer 1.370 ° C. Beide temperaturen konden worden bereikt met oude methoden die minstens zesduizend jaar (sinds de bronstijd) zijn gebruikt. Omdat de oxidatiesnelheid zelf snel toeneemt boven 800 ° C, is het belangrijk dat het smelten plaatsvindt in een zuurstofarme omgeving. In tegenstelling tot koper en tin lost vloeibaar ijzer koolstof vrij gemakkelijk op, zodat smelten resulteert in een legering die te veel koolstof bevat om staal te worden genoemd.

IJzer-koolstof fasediagram, met de voorwaarden die nodig zijn om verschillende fasen te vormen

Zelfs in het smalle bereik van concentraties waaruit staal bestaat, kunnen mengsels van koolstof en ijzer zich vormen in een aantal verschillende structuren, of allotropen, met zeer verschillende eigenschappen; deze begrijpen is essentieel voor het maken van kwaliteitsstaal. Bij kamertemperatuur is de meest stabiele vorm van ijzer ferriet of α-ijzer met een lichaamsgecentreerde kubische structuur (BCC), een vrij zacht metaalachtig materiaal dat slechts een kleine concentratie koolstof kan oplossen (niet meer dan 0,021 gewichtsprocent bij 910 ° C). Boven 910 ° C ondergaat ferriet een fase-overgang van lichaamsgecentreerde kubus naar een gezichtsgecentreerde kubische (FCC) structuur, austeniet of γ-ijzer genaamd, die even zacht en metaalachtig is maar aanzienlijk meer koolstof kan oplossen (tot wel 2,03 procent) op gewichtsbasis koolstof bij 1,154 ° C).2

Terwijl koolstofrijk austeniet afkoelt, probeert het mengsel terug te keren naar de ferrietfase, wat resulteert in een overmaat koolstof. Een manier voor koolstof om het austeniet te verlaten is door cementiet uit het mengsel te laten neerslaan, waardoor ijzer achterblijft dat zuiver genoeg is om de vorm van ferriet aan te nemen en dat resulteert in een cementiet-ferrietmengsel. Cementiet is een stoïchiometrische fase met de chemische formule van Fe3C. Cementiet vormt zich in gebieden met een hoger koolstofgehalte, terwijl andere gebieden eromheen ferreren. Zelfversterkende patronen ontstaan ​​vaak tijdens dit proces, wat leidt tot een gelaagde laag die bekend staat als pearlite vanwege het parelachtige uiterlijk, of de vergelijkbare maar minder mooie bainite.

Misschien is de belangrijkste allotroop martensiet, een chemisch metastabiele substantie met ongeveer vier tot vijf keer de sterkte van ferriet. Een minimum van 0,4 gewichtsprocent koolstof is nodig om martensiet te vormen. Wanneer het austeniet wordt afgeschrikt om martensiet te vormen, wordt de koolstof op zijn plaats "bevroren" wanneer de celstructuur van FCC naar BCC verandert. De koolstofatomen zijn veel te groot om in de interstitiële vaccinaties te passen en vervormen aldus de celstructuur in een Body Centered Tetragonal (BCT) -structuur. Martensiet en austeniet hebben een identieke chemische samenstelling. Als zodanig vereist het extreem weinig thermische activeringsenergie om zich te vormen.

Het warmtebehandelingsproces voor de meeste staalsoorten omvat het verwarmen van de legering tot austeniet vormt, vervolgens het hete metaal in water of olie blussen, het zo snel afkoelen dat de transformatie naar ferriet of pearliet geen tijd heeft om plaats te vinden. De transformatie in martensiet vindt daarentegen vrijwel onmiddellijk plaats vanwege een lagere activeringsenergie.

Martensiet heeft een lagere dichtheid dan austeniet, zodat de transformatie tussen hen resulteert in een verandering van volume. In dit geval vindt uitbreiding plaats. Interne spanningen van deze expansie nemen in het algemeen de vorm aan van compressie op de kristallen van martensiet en spanning op het resterende ferriet, met een behoorlijke hoeveelheid afschuiving op beide bestanddelen. Als het blussen niet goed gebeurt, kunnen deze interne spanningen ervoor zorgen dat een onderdeel tijdens het afkoelen kapot gaat; op zijn minst veroorzaken ze interne werkverharding en andere microscopische onvolkomenheden. Het is gebruikelijk dat afschrikscheuren worden gevormd wanneer water wordt afgeschrikt, hoewel ze niet altijd zichtbaar zijn.

Op dit punt, als het koolstofgehalte hoog genoeg is om een ​​significante concentratie van martensiet te produceren, is het resultaat een extreem hard maar zeer bros materiaal. Vaak ondergaat staal een verdere warmtebehandeling bij een lagere temperatuur om een ​​deel van het martensiet te vernietigen (door voldoende tijd te geven om cementiet, enz. Te vormen) en te helpen de interne spanningen en defecten te regelen. Dit verzacht het staal en produceert een meer ductiel en breukbestendig metaal. Omdat tijd zo cruciaal is voor het eindresultaat, staat dit proces bekend als ontlaten, dat gehard staal vormt.

Vaak worden andere materialen aan het ijzer-koolstofmengsel toegevoegd om de resulterende eigenschappen aan te passen. Nikkel en mangaan in staal dragen bij aan de treksterkte en maken austeniet chemisch stabieler, chroom verhoogt de hardheid en smelttemperatuur en vanadium verhoogt ook de hardheid terwijl het de effecten van metaalmoeheid vermindert. Grote hoeveelheden chroom en nikkel (vaak respectievelijk 18 en 8 procent) worden aan roestvrij staal toegevoegd zodat zich een hard oxide op het metaaloppervlak vormt om corrosie te remmen. Wolfraam interfereert met de vorming van cementiet, waardoor martensiet zich kan vormen met lagere afschriksnelheden, wat resulteert in hogesnelheidstaal. Aan de andere kant maken zwavel, stikstof en fosfor staal brozer, dus deze veel voorkomende elementen moeten tijdens de verwerking uit het erts worden verwijderd.

Wanneer ijzer door commerciële processen uit zijn erts wordt gesmolten, bevat het meer koolstof dan wenselijk is. Om staal te worden, moet het worden gesmolten en opnieuw worden verwerkt om de juiste hoeveelheid koolstof te verwijderen, waarna andere elementen kunnen worden toegevoegd. Als deze vloeistof eenmaal in blokken is gegoten, moet deze meestal bij hoge temperatuur worden "bewerkt" om eventuele scheuren of slecht gemengde gebieden uit het stollingsproces te verwijderen en om vormen zoals plaat, plaat, draad, enz. Te produceren. behandeld om een ​​gewenste kristalstructuur te produceren, en vaak "koud bewerkt" om de uiteindelijke vorm te produceren. In de moderne staalproductie worden deze processen vaak gecombineerd, waarbij erts aan het ene uiteinde van de assemblagelijn komt en afgewerkt staal aan het andere komt. Deze kunnen worden gestroomlijnd door een behendige controle van de interactie tussen werkharden en ontlaten.

Geschiedenis van ijzer- en staalproductie

IJzer was beperkt in gebruik lang voordat het mogelijk werd het te ruiken. De eerste tekenen van ijzergebruik komen uit het oude Egypte en Sumer, waar ongeveer 4000 v.Chr. kleine voorwerpen, zoals de uiteinden van speren en ornamenten, werden gemaakt van ijzer dat werd gewonnen uit meteorieten (zie Ijzer: Geschiedenis). Ongeveer zes procent van de meteorieten bestaat uit een ijzer-nikkellegering en ijzer dat is gewonnen uit meteorietval liet oude volkeren toe om een ​​klein aantal ijzeren artefacten te produceren.

Meteorisch ijzer werd ook verwerkt tot gereedschap in precontact in Noord-Amerika. Begin rond het jaar 1000 begonnen de Thule-inwoners van Groenland harpoenen en ander scherp gereedschap te maken van stukken van de meteoriet van Cape York. Deze artefacten werden ook gebruikt als handelsgoederen met andere Arctische volkeren: gereedschap gemaakt van de meteoriet van Cape York is gevonden in archeologische vindplaatsen op meer dan 1600 km afstand. Toen de Amerikaanse poolreiziger Robert Peary in 1897 het grootste stuk meteoriet naar het American Museum of Natural History in New York verscheepte, woog het nog steeds meer dan 33 ton.

De naam voor ijzer in verschillende oude talen betekent "sky metal" of iets dergelijks. In de verre oudheid werd ijzer beschouwd als een kostbaar metaal, geschikt voor koninklijke ornamenten.

Tegenwoordig is ijzer de meest gerecyclede stof op aarde.

De ijzertijd

IJzeren bijlhoofd uit de Zweedse ijzertijd, gevonden in Gotland, Zweden

Begin tussen 3000 v.G.T. tot 2000 voor Christus verschijnen steeds meer gesmolten ijzeren voorwerpen (te onderscheiden van meteoorijzer door hun gebrek aan nikkel) in Anatolië, Egypte en Mesopotamië (zie IJzer: Geschiedenis). De oudst bekende ijzerstalen die uit ijzeroxiden lijken te zijn gesmolten, zijn kleine klonten gevonden op locaties voor kopersmelten op het Sinaï-schiereiland, daterend van ongeveer 3000 voor Christus. Sommige ijzeroxiden zijn effectieve fluxen voor kopersmelting; het is mogelijk dat kleine hoeveelheden metallisch ijzer werden gemaakt als bijproduct van de productie van koper en brons gedurende de bronstijd.

In Anatolië werd soms gesmolten ijzer gebruikt voor sierwapens: een dolk met ijzeren blad met een bronzen handvat is teruggevonden in een Hattisch graf uit 2500 voor Christus. Ook stierf de oude Egyptische heerser Tutankhamun in 1323 voor Christus. en werd begraven met een ijzeren dolk met een gouden handvat. Een oud Egyptisch zwaard met de naam farao Merneptah en een strijdbijl met een ijzeren mes en met goud versierd bronzen heft werden beide gevonden in de opgraving van Ugarit. Van de vroege Hettieten is bekend dat ze met Assyrië ijzer hebben geruild voor zilver, met een snelheid van 40 keer het gewicht van het ijzer.

IJzer verving echter, ondanks enkele pogingen, het brons niet als het belangrijkste metaal dat eeuwenlang werd gebruikt voor wapens en gereedschap. Het bewerken van ijzer vereiste meer brandstof en aanzienlijk meer arbeid dan het bewerken van brons, en de kwaliteit van ijzer geproduceerd door vroege smeden kan lager zijn geweest dan brons als materiaal voor gereedschap. Vervolgens, tussen 1200 en 1000 v.Chr., Verplaatsten ijzeren werktuigen en wapens bronzen in het hele Nabije Oosten. Dit proces lijkt rond 1300 v.Chr. In het Hettitische rijk te zijn begonnen, of in Cyprus en Zuid-Griekenland, waar ijzerartefacten het archeologische record domineren na 1050 v.Chr. Mesopotamië was volledig in de ijzertijd door 900 v.Chr., Midden-Europa door 800 v.Chr. De reden voor deze plotselinge acceptatie van ijzer blijft een onderwerp van discussie onder archeologen. Een prominente theorie is dat oorlogvoering en massamigraties rond 1200 v.Chr. verstoorde de regionale tinhandel en dwong een omschakeling van brons naar ijzer. Egypte daarentegen kende niet zo'n snelle overgang van de bronstijd naar de ijzertijd: hoewel Egyptische smeden ijzeren artefacten produceerden, bleef brons daar wijdverbreid in gebruik tot na de verovering van Egypte door Assyrië in 663 v.G.T.

IJzer smelten op dit moment was gebaseerd op de bloementuin, een oven waar balg werd gebruikt om lucht door een stapel ijzererts en brandende houtskool te persen. Het koolmonoxide geproduceerd door de houtskool verminderde de ijzeroxiden tot metallisch ijzer, maar de bloementuin was niet heet genoeg om het ijzer te smelten. In plaats daarvan verzamelde het ijzer zich in de bodem van de oven als een sponsachtige massa, of bloeien, waarvan de poriën waren gevuld met as en slak. De bloei moest vervolgens opnieuw worden verwarmd om het ijzer zacht te maken en de slak te smelten, en vervolgens herhaaldelijk worden geslagen en gevouwen om de gesmolten slak eruit te persen. Het resultaat van dit tijdrovende en moeizame proces was smeedijzer, een kneedbare maar vrij zachte legering die weinig koolstof bevat.

Smeedijzer kan zijn gecementeerd in een zacht staal door het langdurig in een houtskoolvuur te houden. Aan het begin van de ijzertijd hadden smeden ontdekt dat ijzer dat herhaaldelijk werd gereinigd een hogere kwaliteit metaal produceerde. Tegen die tijd was afschrikharding ook bekend. Het oudste door quench geharde staalartefact is een mes dat op Cyprus is gevonden op een plaats uit 1100 v.Chr.

Ontwikkelingen in China

Archeologen en historici discussiëren over de vraag of ijzerbewerking op basis van bloemsierkunst zich ooit vanuit het Midden-Oosten naar China heeft verspreid. Rond 500 v.Chr. Ontwikkelden metaalbewerkers in de zuidelijke staat Wu echter een ijzersmelttechnologie die pas in de late middeleeuwen in Europa zou worden toegepast. In Wu bereikten ijzersmelters een temperatuur van 1130 ° C, warm genoeg om als hoogoven te worden beschouwd. Bij deze temperatuur combineert ijzer met 4,3 procent koolstof en smelt. Als vloeistof kan ijzer in vormen worden gegoten, een methode die veel minder bewerkelijk is dan elk stuk ijzer afzonderlijk uit een bloem smeden.

Gietijzer is nogal bros en ongeschikt voor het slaan van werktuigen. Het kan echter zo zijn ontkoolde naar staal of smeedijzer door het enkele dagen in lucht te verwarmen. In China verspreidden deze ijzerbewerkingsmethoden zich in noordelijke richting, en tegen 300 v.Chr. Was ijzer het materiaal bij uitstek in heel China voor de meeste gereedschappen en wapens. Een massagraf in de provincie Hebei, daterend uit het begin van de derde eeuw voor Christus, bevat verschillende soldaten begraven met hun wapens en andere uitrusting. De artefacten die uit dit graf zijn teruggevonden, zijn op verschillende manieren gemaakt van smeedijzer, gietijzer, vervormbaar gietijzer en gehard staal, met slechts enkele, waarschijnlijk decoratieve, bronzen wapens.

Tijdens de Han-dynastie (202 v.G.T.-220 G.T.) bereikte de Chinese ijzerbewerking een schaal en verfijning die in het Westen pas in de achttiende eeuw werd bereikt. In de eerste eeuw vestigde de Han-regering ijzerbewerking als staatsmonopolie en bouwde een reeks grote hoogovens in de provincie Henan, die elk enkele tonnen ijzer per dag konden produceren. Tegen die tijd hadden Chinese metaalbewerkers ontdekt hoe plas gesmolten ruwijzer, roerend in de open lucht totdat het zijn koolstof verloor en smeedijzer werd (in het Chinees heette het proces chao, letterlijk roerbakken).

Ook gedurende deze tijd hadden Chinese metaalbewerkers ontdekt dat smeedijzer en gietijzer aan elkaar konden worden gesmolten om een ​​legering met een gemiddeld koolstofgehalte te verkrijgen, dat wil zeggen staal. Volgens de legende werd het zwaard van Liu Bang, de eerste Han-keizer, op deze manier gemaakt. Sommige teksten uit die tijd vermelden "het harde en het zachte harmoniseren" in de context van ijzerbewerking; de zin kan verwijzen naar dit proces.

Staalproductie in India en Sri Lanka

Misschien al in 300 v.G.T., hoewel zeker tegen 200 G.T., werd staal van hoge kwaliteit geproduceerd in Zuid-India, ook door wat Europeanen later de smeltkroestechniek zouden noemen. In dit systeem werden zeer zuiver smeedijzer, houtskool en glas gemengd in smeltkroezen en verwarmd tot het ijzer smolt en de koolstof absorbeerde. Een van de vroegste bewijzen van staalproductie komt van Samanalawewa in Sri Lanka, waar duizenden locaties werden gevonden (Juleff 1996).

Staalproductie in het vroegmoderne Europa

In het begin van de zeventiende eeuw hadden ijzerbewerkers in West-Europa een middel gevonden (genaamd cementering) om smeedijzer te carbureren. Smeedijzeren staven en houtskool werden in stenen dozen verpakt en vervolgens maximaal een week op een rode hitte gehouden. Gedurende deze tijd diffundeerde koolstof in het ijzer en produceerde een product genaamd cement staal of blister staal (zie cementeringsproces). Een van de vroegste plaatsen waar dit in Engeland werd gebruikt, was in Coalbrookdale, waar Sir Basil Brooke twee cementovens had (recent opgegraven). Een tijdlang in de jaren 1610 bezat hij een patent op het proces, maar moest dit in 1619 opgeven. Hij gebruikte waarschijnlijk Forest of Dean-ijzer als zijn grondstof.

IJzer maken in het vroegmoderne Europa

Van de zestiende tot de achttiende eeuw werd het meeste ijzer gemaakt door een tweetrapsproces met een hoogoven en smederij, met houtskool als brandstof. De productie werd echter beperkt door de levering van hout voor het maken van houtskool.

Schematische tekening van een poeloven

Tegen de achttiende eeuw maakte de ontbossing in West-Europa ijzerbewerking en zijn houtskool-hongerige processen steeds duurder. In 1709 begon Abraham Darby ijzer te smelten met cokes, een geraffineerd steenkoolproduct, in plaats van houtskool in zijn ijzerfabriek in Coalbrookdale in Engeland. Hoewel cokes minder duur kan worden geproduceerd dan houtskool, was cokesgestookt ijzer aanvankelijk van inferieure kwaliteit in vergelijking met houtskoolgestookt ijzer. Het was pas in de jaren 1750, toen Darby's zoon, ook wel Abraham genoemd, erin slaagde om cokes-gesmolten ruwijzer te verkopen voor de productie van smeedijzer in smederijen.

Een andere achttiende-eeuwse Europese ontwikkeling was de uitvinding van de poeloven. In het bijzonder maakte de vorm van kolengestookte poeloven, ontwikkeld door de Britse ijzermeester Henry Cort in 1784, het mogelijk om gietijzer in grote hoeveelheden (zonder houtskool) in smeedijzer om te zetten, waardoor de oude smederij verouderd was. Smeedijzer dat met deze methode is geproduceerd, werd een belangrijke grondstof in de ijzerindustrie in de Engelse Midlands.

Industriële staalproductie

Schematische tekening van een Bessemer-omzetter

Het probleem van massaproductie van staal werd opgelost in 1855 door Henry Bessemer, met de introductie van de Bessemer-converter in zijn staalfabriek in Sheffield, Engeland (een vroege converter is nog steeds te zien in het Kelham Island Museum in de stad). In het Bessemer-proces werd gesmolten ruwijzer uit de hoogoven in een grote smeltkroes geladen en vervolgens werd lucht van onderaf door het gesmolten ijzer geblazen, waarbij de opgeloste koolstof uit de cokes ontstak. Terwijl de koolstof afbrandde, nam het smeltpunt van het mengsel toe, maar de warmte van de brandende koolstof zorgde voor de extra energie die nodig was om het mengsel gesmolten te houden. Nadat het koolstofgehalte in de smelt tot het gewenste niveau was gedaald, werd de luchtafvoer afgesneden: een typische Bessemer-omzetter kon een 25-tons batch ruwijzer in een half uur omzetten in staal.

Uiteindelijk werd het basiszuurstofproces geïntroduceerd bij de Voest-Alpine-fabriek in 1952; een modificatie van het basale Bessemer-proces, het spuit zuurstof van boven het staal (in plaats van borrelende lucht van onderaf), waardoor de hoeveelheid stikstofopname in het staal wordt verminderd. Het basiszuurstofproces wordt gebruikt in alle moderne staalfabrieken; de laatste Bessemer-omzetter in de VS werd in 1968 met pensioen. Bovendien is de laatste drie decennia een enorme toename van de mini-molenindustrie waar staalschroot alleen wordt gesmolten met een vlamboogoven. Deze fabrieken produceerden eerst alleen barproducten, maar zijn sindsdien uitgebreid tot platte en zware producten, ooit het exclusieve domein van de geïntegreerde staalfabriek.

Tot deze negentiende-eeuwse ontwikkelingen was staal een kostbaar goed en werd het slechts voor een beperkt aantal doeleinden gebruikt waar een bijzonder hard of flexibel metaal nodig was, zoals in de snijkanten van gereedschappen en veren. De wijdverbreide beschikbaarheid van goedkoop staal heeft de tweede industriële revolutie en de moderne samenleving zoals we die kennen, aangedreven. Zacht staal verving uiteindelijk smeedijzer voor bijna alle doeleinden, en smeedijzer wordt nu niet (of nauwelijks nu) gemaakt. Op enkele uitzonderingen na werd gelegeerd staal pas in de late negentiende eeuw gemaakt. Roestvrij staal werd alleen ontwikkeld aan de vooravond van de Eerste Wereldoorlog en begon pas in de jaren 1920 op grote schaal te worden gebruikt. Deze gelegeerde staalsoorten zijn allemaal afhankelijk van de ruime beschikbaarheid van goedkoop ijzer en staal en het vermogen om het naar believen te legeren.

Staal is momenteel het meest gerecyclede materiaal ter wereld, de industrie schat dat van nieuw geproduceerd metaal elk jaar ongeveer 42,3 procent gerecycled materiaal is. Al het beschikbare staal wordt momenteel gerecycled, de lange levensduur van staal in toepassingen zoals de bouw betekent dat er een enorme voorraad staal in gebruik is die wordt gerecycled zodra het beschikbaar komt. Maar nieuw metaal afkomstig van grondstoffen is ook nodig om de vraag te dekken.

Soorten staal

Gelegeerd staal was bekend uit de oudheid, omdat het nikkelrijk ijzer van meteorieten is, die tot nuttige producten zijn verwerkt. In moderne zin zijn legeringsstaal gemaakt sinds de uitvinding van ovens die ijzer kunnen smelten, waarin andere metalen kunnen worden gegooid en gemengd.

Historische types

  • Damascus staal - beroemd in de oudheid om zijn duurzaamheid en het vermogen om een ​​voorsprong te behouden, het werd gemaakt van een aantal verschillende materialen (sommige alleen in sporen), in wezen een gecompliceerde legering met ijzer als hoofdbestanddeel
  • Blister staal - staal geproduceerd door het cementeringsproces
  • Smeltkroes staal - staal geproduceerd door de smeltkroeftechniek van Benjamin Huntsman
  • Styrian staal - ook 'Duits staal' of 'Cullen staal' genoemd (wordt verhandeld via Keulen), werd in het Stiermarken in Oostenrijk (Romeinse provincie Noricum) gemaakt door gietijzer te zuiveren uit bepaalde mangaanrijke ertsen
  • Afschuifstaal - blisterstaal dat werd afgebroken, gefaggot, verwarmd en gelast om een ​​homogener product te produceren

Hedendaags staal

  • Koolstofstaal bestaat eenvoudig uit ijzer en koolstof en is goed voor 90 procent van de staalproductie.1
  • HSLA-staalsoorten (hoge sterkte, lage legering) hebben kleine toevoegingen (meestal minder dan twee gewichtsprocent) van andere elementen, meestal 1,5 procent mangaan, om extra sterkte te bieden voor een bescheiden prijsverhoging.
  • Laaggelegeerd staal is gelegeerd met andere elementen, meestal molybdeen, mangaan, chroom of nikkel, in hoeveelheden van maximaal tien gewichtsprocent om de hardbaarheid van dikke delen te verbeteren.1
  • Roestvrij staal en chirurgisch roestvrij staal bevat minimaal tien procent chroom, vaak gecombineerd met nikkel, om corrosie (roest) te weerstaan. Sommige roestvrij staal zijn niet-magnetisch.
  • Gereedschapsstaal zijn gelegeerd met grote hoeveelheden wolfraam en kobalt of andere elementen om de oplossing maximaal te laten uitharden, harding door neerslag mogelijk te maken en de temperatuurbestendigheid te verbeteren.1
  • Cor-ten en aanverwante staalsoorten weer door het verkrijgen van een stabiel, verroest oppervlak, en kan dus ongeverfd worden gebruikt.
  • Geavanceerd hoogwaardig staal
    • Complex fase staal
    • Tweefasig staal
    • REIS staal
    • TWIP staal
    • Maragingstaal
    • Eglin staal
  • IJzer-superlegeringen
  • Hadfield-staal (na Sir Robert Hadfield) of mangaanstaal, dit bevat 12 tot 14 procent mangaan dat bij het schuren een ongelooflijk harde huid vormt die bestand is tegen dragen. Enkele voorbeelden zijn tanksporen, bulldozerbladranden en snijmessen aan de kaken van het leven.

Hoewel het geen legering is, bestaat er ook verzinkt staal, dat is staal dat het chemische proces heeft ondergaan van thermisch onderdompelen of galvaniseren in zink voor bescherming tegen roest. Afgewerkt staal is staal dat zonder verder werk of behandeling kan worden verkocht.

Modern staal

  • TMT staal (thermomechanisch behandeld staal) is een van de nieuwste ontwikkelingen in de geschiedenis van staal. Het staalproductieproces is verbeterd en daardoor zijn de eigenschappen van dit staal voor RCC-bouwwerkzaamheden bereikt. De staaldraden worden door koud water gevoerd net nadat ze uit de extruder zijn getrokken. Dit helpt bij het snel afkoelen van de huid en warmte begint vanuit het midden naar de huid te stromen zodra de draad uit het water is. Dit werkt als een warmtebehandeling. De relatief zachte kern helpt bij de ductiliteit van het staal, terwijl de behandelde huid goed lasbaar is om te voldoen aan constructievereisten.

Productie methodes

Historische methoden

  • Bloomery
  • patroon lassen
  • Catalaanse smederij
  • wootz-staal: ontwikkeld in India, gebruikt in het Midden-Oosten, waar het bekend stond als Damascus-staal
  • Cementatieproces: gebruikt om staven van smeedijzer om te zetten in blisterstaal; dit was het belangrijkste proces dat vanaf het begin van de zeventiende eeuw in Engeland werd gebruikt
  • smeltkroes techniek, vergelijkbaar met het wootz-staal: onafhankelijk herontwikkeld in Sheffield door Benjamin Huntsman rond 1740, en Pavel Anosov in Rusland in 1837; De grondstof van Huntsman was blisterstaal
  • puddelen

Moderne methoden

  • Elektrische vlamboogoven: een vorm van secundaire staalproductie uit schroot, staal is moeilijk als gevolg hiervan, hoewel het proces ook direct gereduceerd ijzer kan gebruiken
  • Productie van ruwijzer met behulp van een hoogoven
  • Converters (staal van ruwijzer):
  1. Bessemer-proces, het eerste grootschalige staalproductieproces voor zacht staal
  2. Het Siemens-Martin-proces, met behulp van een open haard
  3. Basis zuurstof staalproductie

Gebruik van staal

Historisch gezien

Staal was duur en werd alleen gebruikt waar niets anders zou doen, vooral voor de snijkant van messen, scheermessen, zwaarden en ander gereedschap waar een harde scherpe rand nodig was. Het werd ook gebruikt voor veren, inclusief die in klokken en horloges.

Sinds 1850

Staal is gemakkelijker te verkrijgen en veel goedkoper, en het heeft smeedijzer vervangen voor een groot aantal doeleinden. Staal wordt vaak gebruikt bij de productie van bevestigingsmiddelen, zoals bouten en moeren; hetzij verzinkt of roestvrij staal komen het meest voor.

Staal wordt nog steeds veel gebruikt, hoewel de nieuwe beschikbaarheid van kunststoffen in de twintigste eeuw ertoe heeft geleid dat het niet meer wordt gebruikt voor sommige kleinere toepassingen die minder duurzaamheid vereisen of een lagere massa vereisen.

Lang staal
  • draden
  • Spoorwegen
  • Als liggers bij het bouwen van moderne wolkenkrabbers, gebouwen en bruggen
Vlak koolstofstaal
  • Voor de binnenkant en buitenkant van auto's, treinen
  • Huishoudelijke apparaten
Roestvrij staal
  • Bestek en bestek
  • heersers
  • Chirurgische apparatuur
  • Horloges

Zie ook

  • Legering
  • Ijzer
  • Metallurgie
  • metaalbewerking

Voetnoten

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Michael F. Ashby en David R. H. Jones (1986), Technische materialen 2 (Oxford: Pergamon Press, 1992, ISBN 0080325327).
  2. ↑ E. J. Mittemeijer en J. T. Slycke, "Chemische mogelijkheden en activiteiten van stikstof en koolstof opgelegd door gasvormige nitrerende en carburerende atmosferen," Oppervlaktetechniek 12 (2) (1996): 156. Ontvangen 7 augustus 2007.

Referenties

  • Bodsworth, Colin en Henry Bradley Bell. 1972. Fysische chemie van ijzer- en staalproductie. Londen: Longman. ISBN 0582441161
  • Zalm, Charles G. en John E. Johnson. 1996. Staalconstructies: ontwerp en gedrag, 4de ed. New York: HarperCollins. ISBN 0673997863
  • Schubert, John Rudolph Theodore. 1957. Geschiedenis van de Britse ijzer- en staalindustrie uit c. 450 v.Chr. tot A.D. 1775. Londen: Routledge & Kegan Paul. OCLC 2536148
  • Tylecote, R. F. 1992. Een geschiedenis van de metallurgie. Londen: Institute of Materials. ISBN 0901462888

Externe links

Alle links zijn opgehaald op 21 oktober 2015.

  • World Steel Association
  • Steel University
  • Eigenschappen van materialen: staallegeringen en hun classificatie - Mississippi State University, Department of Aerospace Engineering
  • Precursors of the Blast Furnace - The Davistown Museum, Centre for the Study of Early Tools

Pin
Send
Share
Send