Pin
Send
Share
Send


الكريات خام الحديد لإنتاج الصلب

الحديد ، مثل معظم المعادن ، لا يوجد في قشرة الأرض في حالة عنصرية. يمكن العثور على الحديد في القشرة فقط بالاشتراك مع الأكسجين أو الكبريت. عادة الحديد2O3- شكل أكسيد الحديد (الصدأ) الموجود في الهيماتيت المعدني ، و FeS2البايرايت (كذبة الذهب). أكسيد الحديد مادة تشبه الحجر الرملي مع استخدامات محدودة من تلقاء نفسها. يتم استخراج الحديد من الخام عن طريق إزالة الأكسجين عن طريق الجمع بينه وبين شريك كيميائي مفضل مثل الكربون. تم تطبيق هذه العملية ، المعروفة باسم الصهر ، لأول مرة على المعادن ذات نقاط الانصهار المنخفضة. يذوب النحاس عند درجة حرارة تزيد قليلاً عن 1000 درجة مئوية ، بينما يذوب الصفيح حوالي 250 درجة مئوية. يذوب الصلب عند حوالي 1،370 درجة مئوية. يمكن الوصول إلى كل من درجات الحرارة مع الأساليب القديمة التي استخدمت لمدة لا تقل عن ستة آلاف سنة (منذ العصر البرونزي). نظرًا لأن معدل الأكسدة نفسه يزيد بسرعة عن 800 درجة مئوية ، فمن المهم أن يحدث الصهر في بيئة منخفضة الأكسجين. بخلاف النحاس والقصدير ، يذوب الحديد السائل الكربون بسهولة تامة ، بحيث ينتج عن الصهر سبيكة تحتوي على كمية كبيرة من الكربون يمكن تسميتها بالفولاذ.

مخطط طور الكربون الحديدي ، يوضح الشروط اللازمة لتشكيل مراحل مختلفة

حتى في النطاق الضيق للتركيزات التي تشكل الصلب ، يمكن أن تتشكل مخاليط الكربون والحديد في عدد من الهياكل المختلفة ، أو متآثرات ، بخصائص مختلفة للغاية ؛ فهم هذه أمر ضروري لصنع الصلب الجودة. في درجة حرارة الغرفة ، يكون الشكل الأكثر ثباتًا للحديد هو الفريت المكعب الذي يتركز على الجسم (BCC) أو الحديد ألفا ، وهو مادة معدنية ناعمة إلى حد ما يمكنها إذابة تركيز صغير فقط من الكربون (لا يزيد وزنها عن 0.021 في المائة عند الوزن 910 ° C). يمر الفريت فوق 910 درجة مئوية بمرحلة انتقال من المرحلة المكعبة المتمركزة حول الجسم إلى بنية مكعبة محورية الوجه (FCC) ، تسمى الأوستينيت أو الحديد ، وهي لينة ومعدنية بشكل مشابه ولكن يمكنها إذابة المزيد من الكربون (بقدر 2.03 في المائة حسب الوزن الكربون في 1،154 درجة مئوية).2

عندما يبرد الأوستينيت الغني بالكربون ، يحاول الخليط الرجوع إلى مرحلة الفريت ، مما ينتج عنه فائض من الكربون. إحدى طرق خروج الكربون من الأوستينيت هي أن يترسب الأسمنت من المزيج ، تاركًا وراءه الحديد النقي بدرجة تكفي لتأخذ شكل الفريت ، ويؤدي إلى خليط من الفريت الأسمنت. Cementite هو مرحلة متكافئة مع الصيغة الكيميائية لل Fe3جيم - أشكال الإسمنت في المناطق ذات المحتوى العالي من الكربون بينما تعود المناطق الأخرى إلى الفريت من حوله. غالبًا ما تظهر أنماط التعزيز الذاتي خلال هذه العملية ، مما يؤدي إلى وجود طبقة منقوشة تُعرف باسم اللؤلؤة بسبب مظهرها الشبيه باللؤلؤ ، أو البينيت المتشابه ولكن الأقل جمالًا.

ربما يكون allotrope الأكثر أهمية هو martensite ، وهي مادة قابلة للتحلل الكيميائي بحوالي أربعة إلى خمسة أضعاف قوة الفريت. هناك حاجة إلى ما لا يقل عن 0.4 في المئة من وزن الكربون من أجل تشكيل martensite. عندما يتم إخماد الأوستينيت لتشكيل مارتنسيت ، يتم "تجميد" الكربون في مكانه عندما تتغير بنية الخلية من FCC إلى BCC. إن ذرات الكربون كبيرة جدًا بحيث لا يمكن وضعها في اللقاحات الخلالية ، وبالتالي تشوه بنية الخلية في هيكل رباعي الأطراف (BCT) يركز على الجسم. لدى Martensite و austenite تركيبة كيميائية متطابقة. على هذا النحو ، فإنه يتطلب القليل للغاية من الطاقة التنشيط الحراري لتشكيل.

تتضمن عملية المعالجة الحرارية لمعظم الفولاذ تسخين السبيكة حتى تتشكل الأوستينيت ، ثم تسقي المعدن الساخن في الماء أو الزيت ، وتبريده بسرعة كبيرة بحيث لا يتحول التحول إلى الفريت أو البرليت إلى وقت. التحول إلى martensite ، على النقيض من ذلك ، يحدث على الفور تقريبا ، بسبب انخفاض طاقة التنشيط.

تتميز Martensite بكثافة أقل من الأوستينيت ، بحيث يؤدي التحول بينهما إلى تغيير في الحجم. في هذه الحالة ، يحدث التوسع. تتخذ الضغوط الداخلية الناتجة عن هذا التوسيع بشكل عام شكل ضغط على بلورات martensite والتوتر على الفريت المتبقي ، مع قدر لا بأس به من القص على كلا المكونين. إذا تم التبريد على نحو غير صحيح ، يمكن أن تتسبب هذه الضغوط الداخلية في تحطيم جزء ما عندما يبرد ؛ على الأقل ، فإنها تسبب تصلب العمل الداخلي وغيرها من العيوب المجهرية. من الشائع أن تتشكل شقوق الإخماد عند إخماد المياه ، على الرغم من أنها قد لا تكون مرئية دائمًا.

عند هذه النقطة ، إذا كان محتوى الكربون مرتفعًا بما يكفي لإنتاج تركيز كبير من مادة مارتينسيت ، فإن النتيجة هي مادة صلبة للغاية ولكنها هشة للغاية. في كثير من الأحيان ، يخضع الصلب لمزيد من المعالجة الحرارية عند درجة حرارة منخفضة لتدمير بعض من مارتنسيت (عن طريق إتاحة الوقت الكافي للسمنت ، إلخ ،) والمساعدة في تسوية الضغوط والعيوب الداخلية. هذا يخفف من الصلب ، وإنتاج المعدن أكثر الدكتايل ومقاومة للكسر. لأن الوقت مهم للغاية بالنسبة للنتيجة النهائية ، تُعرف هذه العملية باسم التقسية ، والتي تشكل الصلب المقسى.

غالبًا ما تضاف مواد أخرى إلى خليط الكربون الحديدي لتكييف الخواص الناتجة. يضيف النيكل والمنغنيز في الفولاذ إلى قوة الشد ويجعل الأوستينيت أكثر استقرارًا من الناحية الكيميائية ، ويزيد الكروم درجة حرارة الصلابة والانصهار ، ويزيد الفاناديوم أيضًا من الصلابة مع تقليل آثار التعب المعدني. تتم إضافة كميات كبيرة من الكروم والنيكل (غالبًا 18٪ و 8٪ على التوالي) إلى الفولاذ المقاوم للصدأ بحيث يتشكل أكسيد صلب على سطح المعدن لمنع التآكل. يتداخل التنجستن مع تكوين الأسمنت ، مما يسمح لل مارتنسيت بالتشكيل بمعدلات إخماد أبطأ ، مما ينتج عنه فولاذ عالي السرعة. من ناحية أخرى ، فإن الكبريت والنيتروجين والفوسفور يجعل الصلب أكثر هشاشة ، لذلك يجب إزالة هذه العناصر الشائعة الاستخدام من الخام أثناء المعالجة.

عندما يتم صهر الحديد من خامه عن طريق العمليات التجارية ، فإنه يحتوي على الكربون أكثر مما هو مرغوب فيه. لكي تصبح صلبًا ، يجب صهرها وإعادة معالجتها لإزالة الكمية الصحيحة من الكربون ، وعند هذه النقطة يمكن إضافة عناصر أخرى. بمجرد صب هذا السائل في سبائك ، فإنه يجب "العمل" عادة في درجة حرارة عالية لإزالة أي شقوق أو المناطق المختلطة بشكل سيء من عملية التصلب ، ولإنتاج أشكال مثل الألواح والصفائح والأسلاك وما إلى ذلك. تعامل لإنتاج هيكل بلوري مرغوب فيه ، وغالبًا "يعمل على البارد" لإنتاج الشكل النهائي. غالبًا ما يتم الجمع بين هذه العمليات في صناعة الصلب الحديثة ، حيث يتم تشغيل خام في أحد طرفي خط التجميع ويخرج الفولاذ التامة الصنع من الطرف الآخر. يمكن تبسيطها من خلال التحكم الدقيق في التفاعل بين تصلب العمل وتلطيفه.

تاريخ صناعة الحديد والصلب

كان الحديد محدود الاستخدام قبل وقت طويل من صهره. العلامات الأولى لاستخدام الحديد تأتي من مصر القديمة وسومر ، حيث حوالي 4000 قبل الميلاد. كانت الأشياء الصغيرة ، مثل نصائح الرماح والحلي ، تصنع من الحديد المستخرج من النيازك (انظر الحديد: التاريخ). حوالي ستة في المئة من النيازك تتكون من سبائك الحديد والنيكل ، والحديد المستخرجة من السقوط نيزك سمحت الشعوب القديمة لتصنيع أعداد صغيرة من القطع الأثرية الحديد.

صُنع الحديد النيزكي أيضًا في أدوات في أمريكا الشمالية. بدءًا من عام 1000 تقريبًا ، بدأ شعب ثول في غرينلاند في صنع الحراب والأدوات الحادة الأخرى من قطع من نيزك كيب يورك. تم استخدام هذه القطع الأثرية أيضًا كسلع تجارية مع شعوب القطب الشمالي الأخرى: تم العثور على الأدوات المصنوعة من نيزك كيب يورك في المواقع الأثرية التي تبعد أكثر من 1000 ميل (1600 كيلومتر). عندما قام المستكشف القطبي الأمريكي روبرت بيرى بشحن أكبر قطعة من النيزك إلى المتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي في مدينة نيويورك في عام 1897 ، كان لا يزال يزن أكثر من 33 طناً.

يعني اسم الحديد بعدة لغات قديمة "سماء معدنية" أو شيء مشابه. في العصور القديمة البعيدة ، كان يعتبر الحديد معدن ثمين ، ومناسب للحلي الملكية.

يعد الحديد في الوقت الحالي أكثر المواد المعاد تدويرها على هذا الكوكب.

العصر الحديدي

رأس الحديد من العصر الحديدي السويدي ، وجدت في جوتلاند ، السويد

تبدأ من 3000 سنة قبل الميلاد حتى عام 2000 قبل الميلاد ، تظهر أعداد متزايدة من الأجسام الحديدية المصابة (التي يمكن تمييزها عن الحديد النيزكي بسبب افتقارها إلى النيكل) في الأناضول ومصر وبلاد ما بين النهرين (انظر الحديد: التاريخ). أقدم عينات الحديد المعروفة التي يبدو أنها صهرت من أكاسيد الحديد هي كتل صغيرة موجودة في مواقع صهر النحاس في شبه جزيرة سيناء ، والتي يرجع تاريخها إلى حوالي 3000 سنة قبل الميلاد. بعض أكاسيد الحديد تدفقات فعالة لصهر النحاس. من الممكن صنع كميات صغيرة من الحديد المعدني كمنتج ثانوي لإنتاج النحاس والبرونز طوال العصر البرونزي.

في الأناضول ، كان الحديد المصهور يستخدم أحيانًا لأسلحة الزينة: تم العثور على خنجر ذي حديدي به ممسحة من البرونز من قبر هاتيتش يرجع تاريخه إلى 2500 سنة قبل الميلاد. كما توفي الحاكم المصري القديم توت عنخ آمون عام 1323 قبل الميلاد. ودُفن بخنجر حديدي ذو مذهب ذهبي. تم العثور على سيف مصري قديم يحمل اسم فرعون مرنبتاح وكذلك فأس معركة بشفرة حديدية ورأس من البرونز المزخرف بالذهب في أعمال التنقيب في أوغاريت. من المعروف عن الحثيين الأوائل أن لديهم مقايضة للفضة ، بمعدل 40 مرة من وزن الحديد ، مع آشور.

غير أن الحديد لم يحل محل البرونز باعتباره المعدن الرئيسي المستخدم للأسلحة والأدوات لعدة قرون ، على الرغم من بعض المحاولات. يتطلب الحديد العامل المزيد من الوقود واليد العاملة أكثر من البرونز العامل ، وقد تكون جودة الحديد التي تنتجها الحداثة المبكرة أدنى من البرونز كمادة للأدوات. بعد ذلك ، بين 1200 و 1000 قبل الميلاد ، حلت الأدوات الحديدية والأسلحة الأدوات البرونزية في جميع أنحاء الشرق الأدنى. يبدو أن هذه العملية قد بدأت في الإمبراطورية الحثية حوالي عام 1300 قبل الميلاد ، أو في قبرص وجنوب اليونان ، حيث تهيمن القطع الأثرية الحديدية على السجل الأثري بعد عام 1050 قبل الميلاد. دخلت بلاد ما بين النهرين بالكامل العصر الحديدي بحلول عام 900 قبل الميلاد ، ووسط أوروبا بحلول عام 800 قبل الميلاد. يظل سبب هذا التبني المفاجئ للحديد موضوع نقاش بين علماء الآثار. إحدى النظريات البارزة هي أن الحرب والهجرة الجماعية تبدأ في حوالي عام 1200 قبل الميلاد. تعطلت تجارة القصدير الإقليمية ، مما دفع التحول من البرونز إلى الحديد. مصر ، من ناحية أخرى ، لم تشهد مثل هذا الانتقال السريع من العصر البرونزي إلى العصر الحديدي: على الرغم من أن الحدادين المصريين كانوا ينتجون قطع أثرية من الحديد ، إلا أن البرونز ظل يستخدم على نطاق واسع هناك حتى بعد فتح مصر من قبل آشور في 663 قبل الميلاد

استند صهر الحديد في هذا الوقت على الكتل ، وهو الفرن الذي تم فيه استخدام الخوارق لإجبار الهواء عبر كومة من خام الحديد والفحم المحترق. قلل أول أكسيد الكربون الناتج عن الفحم من أكاسيد الحديد إلى الحديد المعدني ، لكن الكتل لم يكن ساخنًا بدرجة كافية لإذابة الحديد. بدلاً من ذلك ، تم جمع الحديد في قاع الفرن ككتلة إسفنجية ، أو إزهار، التي كانت مليئة المسام بالرماد والخبث. بعد ذلك ، كان لا بد من إعادة تسخينه لتنعيم الحديد وإذابة الخبث ، ثم ضربه وتكراره مرارًا وتكرارًا لإجبار الخبث المنصهر على الخروج منه. كانت نتيجة هذه العملية الشاقة المستهلكة للوقت هي الحديد المطاوع ، وهو سبيكة مرنة لكن خفيفة إلى حد ما تحتوي على القليل من الكربون.

الحديد المطاوع يمكن أن يكون carburized في الفولاذ الطري من خلال الاحتفاظ بها في حريق الفحم لفترات طويلة من الزمن. بحلول بداية العصر الحديدي ، اكتشف الحدادة أن الحديد الذي تم إعادة تشكيله مرارًا وتكرارًا أنتج جودة معدنية أعلى. كان التبريد بالصلابة معروفًا أيضًا في هذا الوقت. أقدم قطعة أثرية من الصلب المقوي على الإخماد هي سكين عثر عليه في قبرص في موقع يرجع إلى عام 1100 قبل الميلاد.

التطورات في الصين

يناقش علماء الآثار والمؤرخون ما إذا كانت أعمال الحديد القائمة على الإزهار تمتد إلى الصين من الشرق الأوسط. ولكن حوالي 500 عام قبل الميلاد ، طور عمال المعادن في ولاية وو الجنوبية تقنية لصهر الحديد لن تمارس في أوروبا حتى أوقات العصور الوسطى. في وو ، حققت مصاهر الحديد درجة حرارة تصل إلى 1130 درجة مئوية ، وهي ساخنة بدرجة كافية لكي تعتبر فرن صهر. عند درجة الحرارة هذه ، يجمع الحديد مع الكربون بنسبة 4.3 في المائة ويذوب. كسائل ، يمكن صب الحديد في قوالب ، وهي طريقة أقل صعوبة بكثير من تزوير فردي لكل قطعة من الحديد من ازهر.

الحديد الزهر هش إلى حد ما وغير مناسب لتنفيذ الأدوات. يمكن ، مع ذلك ، أن يكون decarburized للصلب أو الحديد المطاوع عن طريق تسخينه في الهواء لعدة أيام. في الصين ، انتشرت طرق الحديد في الشمال ، وبحلول 300 قبل الميلاد ، كان الحديد هو المادة المفضلة في جميع أنحاء الصين لمعظم الأدوات والأسلحة. تحتوي مقبرة جماعية في مقاطعة خبي ، التي يرجع تاريخها إلى أوائل القرن الثالث قبل الميلاد ، على العديد من الجنود المدفونين بأسلحتهم وغيرها من المعدات. تُصنع القطع الأثرية المستخرجة من هذا القبر بشكل مختلف من الحديد المطاوع والحديد الزهر والحديد الزهر malleabilized والصلب المقوي ، مع عدد قليل من الأسلحة البرونزية ، وربما الزينة.

خلال عهد أسرة هان (202 ق.م. - 220 م) ، حققت صناعة الحديد الصينية نطاقًا وتطورًا لم يصلهما الغرب حتى القرن الثامن عشر. في القرن الأول ، أنشأت حكومة هان صناعة الحديد كاحتكار للدولة وبنت سلسلة من أفران الصهر الكبيرة في مقاطعة خنان ، كل منها قادر على إنتاج عدة أطنان من الحديد يوميًا. بحلول هذا الوقت ، اكتشف علماء المعادن الصينيون كيفية القيام بذلك بركة صغيرة الحديد الخنازير المنصهر ، مع تحريكه في الهواء الطلق حتى فقد كربونه وأصبح الحديد المطاوع (باللغة الصينية ، كانت تسمى العملية تشاو، حرفيا ، اثارة القلي).

وخلال هذا الوقت أيضًا ، وجد علماء المعادن الصينيون أنه يمكن إذابة الحديد المطاوع والحديد الزهر لإنتاج مزيج من محتوى الكربون الوسيط ، أي الصلب. وفقًا للأسطورة ، صنع سيف ليو بانج ، أول إمبراطور هان ، بهذا الشكل. تذكر بعض نصوص العصر "التوفيق بين الصلب واللين" في سياق أشغال الحديد ؛ العبارة قد تشير إلى هذه العملية.

صناعة الصلب في الهند وسريلانكا

ربما في وقت مبكر من عام 300 قبل الميلاد ، على الرغم من أنه بحلول عام 200 قبل الميلاد ، تم إنتاج الصلب عالي الجودة في جنوب الهند أيضًا بواسطة ما أطلق عليه الأوروبيون لاحقًا هذه التقنية. في هذا النظام ، تم خلط الحديد المطاوع عالي النقاء والفحم والزجاج في البوتقات وتسخينه حتى ذاب الحديد وامتصاص الكربون. واحد من أوائل الأدلة على تصنيع الفولاذ يأتي إلينا من منطقة سامانالوا في سريلانكا حيث تم العثور على الآلاف من المواقع (Juleff 1996).

صناعة الصلب في أوروبا الحديثة في وقت مبكر

في أوائل القرن السابع عشر ، وجد عمال الحديد في أوروبا الغربية وسيلة (تسمى السمنتةلكربنة الحديد المطاوع. تم تعبئة قضبان الحديد المطاوع والفحم في صناديق حجرية ، ثم تم احتجازها في حرارة حمراء لمدة تصل إلى أسبوع. خلال هذا الوقت ، ينتشر الكربون في الحديد ، وينتج منتجًا يسمى الاسمنت الصلب أو الصلب نفطة (انظر عملية الأسمنت). كانت واحدة من أوائل الأماكن التي تم فيها استخدام هذا في إنجلترا في كولبروكديل ، حيث كان للسيد باسل بروك بروك أفران اسمنتية (تم التنقيب عنها مؤخرًا). لفترة من عام 1610 ، كان يمتلك براءة اختراع عن هذه العملية ، لكنه اضطر إلى تسليمها في عام 1619. ربما كان يستخدم غابة حديد دين كمواده الخام.

صناعة الحديد في أوروبا الحديثة المبكرة

من القرن السادس عشر إلى القرن الثامن عشر ، تم صناعة معظم الحديد من خلال عملية من مرحلتين تضمنت فرن صهر وصهر التزجيج ، وذلك باستخدام الفحم كوقود. كان الإنتاج محدودًا ، مع ذلك ، من خلال توفير الخشب لصنع الفحم.

رسم تخطيطي لفرن البودينغ

بحلول القرن الثامن عشر ، كانت إزالة الغابات في أوروبا الغربية تجعل صناعة الحديد وعملياتها المتعطشة للفحم مكلفة على نحو متزايد. في عام 1709 بدأ أبراهام داربي صهر الحديد باستخدام فحم الكوك ، وهو منتج للفحم المكرر ، بدلاً من الفحم في مصنعه للحديد في كولبروكديل في إنجلترا. على الرغم من أنه يمكن إنتاج فحم الكوك بأقل تكلفة من الفحم ، إلا أن الحديد الذي تم إطلاقه باستخدام فحم الكوك كان في البداية أقل جودة مقارنة بالحديد الذي يعمل بالفحم. لم يكن حتى الخمسينيات من القرن التاسع عشر ، عندما تمكن ابن داربي ، المسمى أيضًا إبراهيم ، من البدء في بيع الحديد المصنوع من فحم الكوك المصنوع من فحم الكوك لإنتاج الحديد المطاوع في الصخور النهائية.

كان تطور أوروبي آخر في القرن الثامن عشر هو اختراع فرن البودلنج. على وجه الخصوص ، أتاح شكل فرن البلياردو الذي يعمل بالفحم والذي طوره صانع الحديد البريطاني هنري كورت في عام 1784 تحويل الحديد المصبوب إلى حديد مشغول على دفعات كبيرة (بدون فحم) ، مما أدى إلى ظهور التقادم القديم في الصياغة. أصبح الحديد المطاوع المنتج باستخدام هذه الطريقة مادة خام رئيسية في تجارة الحديد في ميدلاندز الإنجليزية.

صناعة الصلب الصناعي

رسم تخطيطي لمحول Bessemer

تم حل مشكلة إنتاج الصلب بكميات كبيرة في عام 1855 من قبل هنري بيسمر ، مع إدخال محول بيسمر في مصنعه للصلب في شيفيلد ، إنجلترا (لا يزال من الممكن رؤية محول مبكر في متحف جزيرة كيلهام بالمدينة). في عملية Bessemer ، تم شحن الحديد الخنزير المنصهر من فرن الصهر إلى بوتقة كبيرة ، ثم تم تفجير الهواء من خلال الحديد المنصهر من الأسفل ، مما أدى إلى اشتعال الكربون المذاب من فحم الكوك. مع احتراق الكربون ، زادت نقطة انصهار الخليط ، لكن الحرارة الناتجة من الكربون المحترق وفرت الطاقة الإضافية اللازمة للحفاظ على الخليط المنصهر. بعد أن انخفض محتوى الكربون في المصهور إلى المستوى المرغوب ، تم قطع مسدس الهواء: يمكن لمحول Bessemer النموذجي تحويل دفعة من 25 طنًا من حديد الخنزير إلى الصلب في نصف ساعة.

أخيرًا ، تم تقديم عملية الأكسجين الأساسية في أعمال Voest-Alpine في عام 1952 ؛ تعديلًا لعملية Bessemer الأساسية ، يقوم بوضع الأكسجين من فوق الصلب (بدلاً من فقاعات الهواء من أسفل) ، مما يقلل من كمية امتصاص النيتروجين في الفولاذ. يتم استخدام عملية الأكسجين الأساسية في جميع مصانع الصلب الحديثة. تم إيقاف تشغيل آخر محول Bessemer في الولايات المتحدة في عام 1968. علاوة على ذلك ، شهدت العقود الثلاثة الماضية زيادة هائلة في أعمال المصانع الصغيرة ، حيث يتم إذابة الفولاذ الخردة فقط بفرن القوس الكهربائي. أنتجت هذه المطاحن فقط منتجات القضبان في البداية ، ولكنها توسعت منذ ذلك الحين لتصبح منتجات مسطحة وثقيلة ، مرة واحدة المجال الحصري لأعمال الصلب المتكاملة.

حتى هذه التطورات في القرن التاسع عشر ، كان الصلب سلعة باهظة الثمن ولم يستخدم إلا لعدد محدود من الأغراض حيث كانت هناك حاجة إلى معدن صلب أو مرن بشكل خاص ، كما هو الحال في حواف القطع من الأدوات والينابيع. أدى انتشار الفولاذ الرخيص على نطاق واسع إلى دعم الثورة الصناعية الثانية والمجتمع الحديث كما نعرفها. استبدل الفولاذ الطري في نهاية المطاف الحديد المطاوع لجميع الأغراض تقريبًا ، ولم يعد الحديد المطاوع مصنوعًا الآن (أو بالكاد الآن). مع بعض الاستثناءات الطفيفة ، بدأت صناعة سبائك الفولاذ في أواخر القرن التاسع عشر فقط. تم تطوير الفولاذ المقاوم للصدأ فقط عشية الحرب العالمية الأولى وبدأ فقط في الاستخدام على نطاق واسع في 1920s. تعتمد جميع أنواع السبائك الحديدية هذه على توفر الحديد والصلب غير المكلف على نطاق واسع والقدرة على تصنيعها حسب الرغبة.

يعد الصلب حاليا أكثر المواد المعاد تدويرها في العالم ، وتقدر الصناعة أن المعدن الجديد المنتج كل عام حوالي 42.3 في المئة من المواد المعاد تدويرها. يتم إعادة تدوير جميع الصلب المتوفر حاليًا ، وعمر الخدمة الطويل للصلب في تطبيقات مثل البناء يعني أن هناك مخزونًا كبيرًا من الفولاذ قيد الاستخدام يتم إعادة تدويره عند توفره. لكن المعادن الجديدة المستمدة من المواد الخام ضرورية أيضًا لتعويض الطلب.

أنواع الصلب

عرفت سبائك الصلب منذ العصور القديمة ، كونها غنية بالحديد والنيكل من النيازك الساخنة عملت في منتجات مفيدة. بالمعنى العصري ، تم صناعة فولاذ السبائك منذ اختراع الأفران القادرة على ذوبان الحديد ، والتي يمكن إلقاءها والمعادن الأخرى فيها.

أنواع تاريخية

  • فولاذ دمشق - اشتهرت في العصور القديمة بمتانتها وقدرتها على الصمود ، وقد تم إنشاؤها من عدد من المواد المختلفة (بعضها فقط في آثار) ، وهي في الأساس سبيكة معقدة مع الحديد كمكون رئيسي
  • نفطة الصلب - الصلب التي تنتجها عملية الأسمنت
  • الصلب بوتقة - الصلب التي تنتجها تقنية بنيامين هنتسمان بوتقة
  • الستايرين الصلب - يُطلق عليها أيضًا "الفولاذ الألماني" أو "الفولاذ Cullen" (يتم تداوله من خلال كولونيا) ، وتم تصنيعها في ستيريا في النمسا (مقاطعة نوريكوم الرومانية) عن طريق تغريم الحديد المصبوب من خامات غنية بالمنغنيز.
  • فولاذ القص - الفولاذ البثر الذي تم تفتيته وتقطيعه وتسخينه ولحامه لإنتاج منتج أكثر تجانسًا

الصلب المعاصر

  • الكربون الصلب يتكون ببساطة من الحديد والكربون حسابات لمدة 90 في المئة من إنتاج الصلب.1
  • فولاذ HSLA (قوة عالية ، سبيكة منخفضة) تحتوي على إضافات صغيرة (عادة أقل من 2 بالمائة بالوزن) من العناصر الأخرى ، عادة بنسبة 1.5 في المائة من المنجنيز ، لتوفير قوة إضافية لزيادة متواضعة في الأسعار.
  • سبائك الصلب منخفض مصنوع من عناصر أخرى ، عادة الموليبدينوم أو المنجنيز أو الكروم أو النيكل ، بكميات تصل إلى عشرة بالمائة بالوزن لتحسين صلابة المقاطع السميكة.1
  • الفولاذ المقاوم للصدأ و الفولاذ المقاوم للصدأ الجراحية يحتوي على ما لا يقل عن عشرة بالمائة من الكروم ، وغالبًا ما يقترن بالنيكل ، لمقاومة التآكل (الصدأ). بعض الفولاذ المقاوم للصدأ غير مغنطيسية.
  • الفولاذ أداة يتم خلطها بكميات كبيرة من التنغستن والكوبالت أو عناصر أخرى لزيادة تصلب المحلول إلى الحد الأقصى ، مما يتيح تصلب الهطول وتحسين مقاومة درجة الحرارة.1
  • كو عشرة وما يرتبط بها من فولاذ الطقس عن طريق الحصول على سطح مستقر صدئ ، وهكذا يمكن استخدامها غير مصبوغ.
  • الفولاذ عالية القوة المتقدمة
    • مرحلة معقدة الصلب
    • مرحلة مزدوجة الصلب
    • رحلة الصلب
    • TWIP الصلب
    • الصلب الزاحف
    • الصلب ايجلين
  • السبائك الحديدية
  • هادفيلد الصلب (بعد السير روبرت هادفيلد) أو فولاذ المنغنيز ، يحتوي هذا على من 12 إلى 14 في المئة من المنجنيز الذي عند التآكل يشكل بشرة صلبة بشكل لا يصدق تقاوم التآكل. بعض الأمثلة هي مسارات الدبابات وحواف شفرة الجرافة وشفرات القطع على فكي الحياة.

وإن لم يكن سبيكة ، هناك أيضا المجلفن الصلب ، وهو الصلب الذي خضع لعملية كيميائية الساخنة انخفض أو مطلي بالكهرباء في الزنك للحماية من الصدأ. الانتهاء من الصلب هو الصلب الذي يمكن بيعه دون مزيد من العمل أو العلاج.

الصلب الحديثة

  • TMT الصلب (الصلب المعالجة حراريا ميكانيكيا) هي واحدة من أحدث التطورات في تاريخ الصلب. تم تحسين عملية تصنيع الصلب ، وبالتالي تم تحقيق خصائص هذا الفولاذ لتناسب أعمال البناء في RCC. يتم تمرير الأسلاك الفولاذية عبر الماء البارد مباشرة بعد السحب من الطارد. يساعد ذلك في التبريد السريع للجلد وتبدأ الحرارة بالتدفق من المركز إلى الجلد بمجرد خروج السلك من الماء. هذا بمثابة المعالجة الحرارية. يساعد اللب المرن نسبيًا في ليونة الفولاذ في حين أن الجلد المعالج لديه قابلية لحام جيدة لتناسب متطلبات البناء.

أساليب الانتاج

الطرق التاريخية

  • bloomery
  • لحام نمط
  • صياغة كاتالان
  • wootz steel: مطور في الهند ، ويستخدم في الشرق الأوسط حيث كان يعرف باسم الصلب دمشق
  • عملية الأسمنت: تستخدم لتحويل قضبان الحديد المطاوع إلى نفطة الصلب. كانت هذه هي العملية الرئيسية المستخدمة في إنجلترا منذ أوائل القرن السابع عشر
  • تقنية بوتقة ، على غرار فولز wootz: أعاد بنيامين هنتسمان تطويرها بشكل مستقل في شيفيلد في حوالي عام 1740 ، وبافيل أنوسوف في روسيا في عام 1837 ؛ وكانت المواد الخام في هانتسمان الصلب نفطة
  • التوحل

الأساليب الحديثة

  • فرن القوس الكهربائي: شكل من أشكال الصلب الثانوية من الخردة ، الصلب من الصعب نتيجة لهذا ، على الرغم من أن هذه العملية يمكن أن تستخدم أيضا الحديد المنخفض مباشرة
  • إنتاج الحديد الخنازير باستخدام فرن الانفجار
  • المحولات (الصلب من الحديد الخنازير):
  1. عملية بسمر ، أول عملية إنتاج الصلب على نطاق واسع للصلب الطري
  2. عملية Siemens-Martin ، باستخدام فرن الموقد المفتوح
  3. الأكسجين الصلب الأساسية

استخدامات الصلب

تاريخيا

كان الصلب باهظًا وكان يستخدم فقط في الأماكن التي لا يمكن أن يفعلها أي شيء آخر ، خاصة بالنسبة لطلي السكاكين والحلاقة والسيوف والأدوات الأخرى حيث كانت هناك حاجة إلى حافة حادة صلبة. كما تم استخدامه للينابيع ، بما في ذلك تلك المستخدمة في الساعات والساعات.

منذ عام 1850

كان الحصول على الفولاذ أسهل وأرخص بكثير ، واستبدل الحديد المطاوع لأغراض متعددة. غالبًا ما يستخدم الصلب في إنتاج السحابات ، مثل الصواميل والمسامير. إما مطلي بالزنك أو الفولاذ المقاوم للصدأ هي الأكثر شيوعا.

يستمر استخدام الفولاذ على نطاق واسع ، على الرغم من أن توفر المواد البلاستيكية الجديدة خلال القرن العشرين يعني أنه لم يعد يستخدم لبعض التطبيقات الأصغر التي تتطلب قدراً أقل من المتانة أو تتطلب كتلة أقل.

الصلب الطويل
  • الأسلاك
  • قضبان السكك الحديدية
  • كما العوارض في بناء ناطحات السحاب الحديثة والمباني والجسور
الكربون الصلب المسطح
  • للجسم من الداخل والخارج من السيارات والقطارات
  • الأجهزة
الفولاذ المقاوم للصدأ
  • أدوات المائدة وأدوات المائدة
  • الحكام
  • المعدات الجراحية
  • ساعات المعصم

أنظر أيضا

  • أشابة
  • حديد
  • علم المعادن
  • تشغيل المعادن

الحواشي

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Michael F. Ashby and David R. H. Jones (1986)، المواد الهندسية 2 (Oxford: Pergamon Press، 1992، ISBN 0080325327).
  2. J. J. Mittemeijer and J. T. Slycke ، "الإمكانات الكيميائية وأنشطة النيتروجين والكربون التي تفرضها الأجواء الغازية للنيترة والكربنة" ، هندسة السطح 12 (2) (1996): 156. تم استرجاعه في 7 أغسطس 2007.

المراجع

  • بودزورث ، كولين ، وهنري برادلي بيل. عام 1972. الكيمياء الفيزيائية لصناعة الحديد والصلب. لندن: لونجمان. ISBN 0582441161
  • سالمون ، تشارلز جي ، وجون إي جونسون. عام 1996. الهياكل الفولاذية: التصميم والسلوك، الطبعة الرابعة. نيويورك: هاربر كولينز. ISBN 0673997863
  • شوبرت ، جون رودولف ثيودور. 1957. تاريخ صناعة الحديد والصلب البريطانية من c. 450 سنة قبل الميلاد إلى 1775. لندن: روتليدج وكيجان بول. OCLC 2536148
  • تيليكوت ، ر. ف. 1992. تاريخ التعدين. لندن: معهد المواد. ISBN 0901462888

روابط خارجية

تم استرداد جميع الروابط في 21 أكتوبر 2015.

  • رابطة الصلب العالمية
  • جامعة الصلب
  • خواص المواد: سبائك الصلب وتصنيفها - جامعة ولاية ميسيسيبي ، قسم هندسة الطيران والفضاء
  • سلائف فرن الانفجار - متحف ديفيستاون ، مركز دراسة الأدوات المبكرة

Pin
Send
Share
Send