Metallprofil: Stål
Egenskaper, historie og applikasjoner
Thierry Dosogne / Getty Images
Stål, verdens fremste byggemateriale, er en jern legering som inneholder mellom 0,2 og 2 vektprosent karbon og noen ganger små mengder av andre grunnstoffer, inkludert mangan. I tillegg til bygninger, brukes den til produksjon av apparater, biler og fly.
Historie
De fremkomsten av kommersielt stål produksjonen kom på slutten av 1800-tallet og var et resultat av Sir Henry Bessemers opprettelse av en effektiv måte å senke karboninnholdet i støpejern. Ved å redusere mengden karbon, jo mye hardere og mer formbar metallprodukt av stål produseres.
Stål har eksistert siden Jernalder , som varte fra rundt 1200 f.Kr. til 550 f.Kr., selv om start- og sluttdatoene varierer etter geografisk område. Hetittene – som levde i dagens Tyrkia – kan ha vært de første som skapte stål ved å varme opp jern med karbon.
Produksjon
I dag er de fleste stål produseres ved grunnleggende oksygenmetoder (også kjent som basisk oksygenstålfremstilling eller BOS). BOS har fått navnet sitt fra prosessen som krever at oksygen blåses inn i store kar som inneholder smeltet jern og skrapstål.
Selv om BOS står for den største andelen av den globale stålproduksjonen, har bruken av elektriske lysbueovner (EAF) vokst siden tidlig på 1900-tallet og står nå for om lag to tredjedeler av amerikansk stålproduksjon . EAF-produksjon innebærer å smelte skrapstål med en elektrisk strøm.
Karakterer og typer
Ifølge World Steel Association er det over 3500 forskjellige stålkvaliteter , som omfatter unike fysiske, kjemiske og miljømessige egenskaper. Disse egenskapene inkluderer tetthet, elastisitet, smeltepunkt, termisk ledningsevne, styrke og hardhet. For å lage forskjellige stålkvaliteter, varierer produsenter typene og mengden av legeringsmetaller, mengden karbon og urenheter, produksjonsprosessen og måten de resulterende stålene bearbeides på.
Kommersielle stål er også generelt klassifisert i fire grupper som er forskjellige i henhold til deres metalllegering innhold og sluttbruksapplikasjoner:
- Karbonstål inkluderer lavt karbon (mindre enn 0,3 % karbon), middels karbon (så mye som 0,6 % karbon), høyt karbon (så mye som 1 % karbon) og ultra-høy-karbon (så mye som 2 % karbon) stål. Lavkarbonstål er det vanligste og svakeste av de tre typene. Den er tilgjengelig i et bredt utvalg av former, inkludert ark og bjelker. Jo høyere karboninnhold, desto vanskeligere er stålet å jobbe med. Høykarbonstål og ultrahøykarbonstål brukes i skjæreverktøy, radiatorer, stanser og ledninger.
- Legert stål inneholder andre metaller som aluminium, kobber eller nikkel. De kan brukes i bildeler, rørledninger og motorer.
- Rustfritt stål inneholder alltid krom og kanskje også nikkel eller molybden. De er skinnende og generelt motstandsdyktige mot korrosjon. De fire hovedtyper av rustfritt stål er ferritisk , som ligner på karbonstål og er sterkt motstandsdyktig mot spenningskorrosjon, men er ikke bra for sveising; austenittisk , som er den vanligste og beste for sveising; martensittisk , som er moderat motstandsdyktig mot korrosjon, men høy i styrke; og tosidig , som består av halvt ferritisk og halvt austenittisk stål og er sterkere enn noen av disse to typene. Fordi rustfritt stål er det lett sterilisert , brukes de ofte i medisinsk utstyr og instrumenter og matproduksjonsutstyr.
- Verktøystål er legert med harde metaller som vanadium, kobolt, molybden og wolfram. Som navnet antyder, brukes de ofte til å lage verktøy, inkludert hammere.
Ytterligere bruksområder
Ståls allsidighet har gjort det til det mest brukte - og mest resirkulerte - metallmaterialet på jorden. I tillegg gjør dens høye styrke og relativt lave produksjonskostnad den egnet for bruk i utallige bruksområder, inkludert i jernbaner, båter, broer, kokekar, emballasje og elektriske transformatorer.