Kovinski profil: jeklo
Lastnosti, zgodovina in aplikacije
Thierry Dosogne / Getty Images
Jeklo, najpomembnejši gradbeni material na svetu, je železo zlitina, ki vsebuje med 0,2 % in 2 % teže ogljika in včasih majhne količine drugih elementov, vključno z manganom. Poleg gradbeništva se uporablja pri izdelavi aparatov, avtomobilov in letal.
Zgodovina
The pojav komercialnega jekla proizvodnja se je začela v poznem 19. stoletju in je bila rezultat Sir Henryja Bessemerja, ki je ustvaril učinkovit način za znižanje vsebnosti ogljika v litem železu. Z nižanjem količine ogljika je veliko težje in več upogljiva izdelan je kovinski izdelek iz jekla.
Jeklo obstaja že od leta železna doba , ki je trajal od približno 1200 pr. n. št. do 550 pr. n. št., čeprav se začetni in končni datum razlikujeta glede na geografsko območje. Hetiti, ki so živeli v današnji Turčiji, so bili morda prvi ljudje, ki so izdelovali jeklo s segrevanjem železa z ogljikom.
Proizvodnja
Danes večina se proizvaja jeklo po osnovnih kisikovih metodah (znanih tudi kot osnovna kisikova proizvodnja jekla ali BOS). BOS je svoje ime dobil po postopku, ki zahteva vpihovanje kisika v velike posode, ki vsebujejo staljeno železo in odpadno jeklo.
Čeprav BOS predstavlja največji delež svetovne proizvodnje jekla, uporaba elektroobločnih peči (EAF) narašča od začetka 20. stoletja in zdaj predstavlja približno dve tretjini ameriške proizvodnje jekla . Proizvodnja EAF vključuje taljenje odpadnega jekla z električnim tokom.
Razredi in vrste
Po podatkih Svetovnega združenja za jeklo jih je več kot 3500 različnih vrst jekla , ki zajema edinstvene fizikalne, kemijske in okoljske lastnosti. Te lastnosti vključujejo gostoto, elastičnost, tališče, toplotno prevodnost, trdnost in trdoto. Za izdelavo različnih razredov jekla proizvajalci spreminjajo vrste in količine legiranih kovin, količine ogljika in nečistoč, proizvodni proces in način obdelave nastalih jekel.
Komercialna jekla so tudi na splošno razvrščena v štiri skupine, ki se razlikujejo glede na njihovo kovinska zlitina vsebine in aplikacije za končno uporabo:
- Ogljikova jekla vključujejo nizkoogljično (manj kot 0,3 % ogljika), srednje ogljično (do 0,6 % ogljika), visoko ogljično (do 1 % ogljika) in ultravisokoogljično (kar 2 % ogljika) jekla. Nizkoogljično jeklo je najpogostejše in najšibkejše od treh vrst. Na voljo je v široki paleti oblik, vključno s ploščami in tramovi. Višja kot je vsebnost ogljika, težje je obdelati jeklo. Visokoogljična in ultravisokoogljična jekla se uporabljajo v rezalnih orodjih, radiatorjih, luknjačih in žicah.
- Legirana jekla vsebujejo druge kovine, kot so aluminij, baker ali nikelj. Uporabljajo se lahko v avtomobilskih delih, cevovodih in motorjih.
- Nerjavna jekla vedno vsebujejo krom in morda tudi nikelj ali molibden. So sijoči in na splošno odporni proti koroziji. The štiri glavne vrste nerjavnega jekla so feritna , ki je podobno ogljikovemu jeklu in močno odporno proti razpokanju zaradi napetostne korozije, vendar ni dobro za varjenje; avstenitna , ki je najpogostejši in dober za varjenje; martenzitni , ki je srednje odporen proti koroziji, vendar ima visoko trdnost; in duplex , ki je sestavljen iz polovice feritnih in polovice avstenitnih jekel in je močnejša od katere koli od teh dveh vrst. Ker so nerjavna jekla enostavno sterilizirana , se pogosto uporabljajo v medicinski opremi in instrumentih ter opremi za proizvodnjo hrane.
- Orodna jekla so legirana s trdimi kovinami, kot so vanadij, kobalt, molibden in volfram. Kot pove njihovo ime, se pogosto uporabljajo za izdelavo orodij, vključno s kladivi.
Dodatne uporabe
Jeklo je zaradi svoje vsestranskosti postalo najpogosteje uporabljen – in najbolj recikliran – kovinski material na Zemlji. Poleg tega je zaradi visoke trdnosti in relativno nizkih proizvodnih stroškov primeren za uporabo v neštetih aplikacijah, vključno z železnicami, čolni, mostovi, kuhinjskimi pripomočki, embalažo in električnimi transformatorji.