Paslanmaz çeliğin tarihi: onu kim ve ne zaman icat etti. Çelik üretimi - teknoloji, aşamalar, ekipman Yeni çelik üretimi yöntemleri icat edildi

Çelik, sert bir demir ve karbon alaşımı ve bazen diğer katkı maddeleridir. Ayrıca alaşımdaki karbon içeriği %2,14'ü geçmemelidir. Günümüzde çelik, birçok endüstri için önemli bir malzemedir. Çeşitli kimyasal elementler eklenerek ve erime koşulları değiştirilerek demirden farklı özelliklere sahip alaşımların elde edilebilmesi nedeniyle bu kadar geniş bir uygulama alanı bulmuştur.

Üretim yöntemi, şu ya da bu çeliğin nasıl elde edildiğini belirleyen ikinci faktördür. Bunlardan en yaygın olanı düşünelim.

Dönüştürücü yöntemi

Dönüştürücü yöntemi ile fırının alt kısmındaki hava özel nozüller vasıtasıyla sağlanır. Bu sayede yaklaşık 10-20 dakika sonra fazla kömürün tamamı karbondioksite dönüşür. Silisyum ve flor gibi gereksiz safsızlıklar oksitler oluşturur ve dökme demir eritilerek doğrudan çeliğe dönüştürülür. Bu yöntemin önemli bir dezavantajı vardır: fırından çıkarken, çelik son derece düşük kalitededir ve bu daha sonra sadece teknik amaçlar için, örneğin tel, çatı kaplama demiri üretimi için kullanılır.

açık ocak fırını

Açık ocak yönteminin temel farkı, dökme demirdeki fazla karbonun yalnızca nozüllerden hava verilerek değil, aynı zamanda demir oksitlerden gelen oksijenle de uzaklaştırılmasıdır (cevher, paslı hurda şeklinde eklenirler). Açık ocaklı fırınlarda, çeliğin bileşimi, doğru oranda hurda veya cevher eklenerek ayarlanabilir. Doğru, çelik döküm işlemi uzun sürüyor - 6-7 saat. Bu tür eritme, iyi kalitede alaşımlı çelik elde etmeyi mümkün kılar.

elektrotermal yöntem

Bu yöntem, çeliğin kimyasal bileşiminin çok hassas bir şekilde kontrol edilmesini sağlar. Fırına neredeyse hiç hava sağlanmaz, bu nedenle daha az demir oksit oluşur. Eritme, en refrakter cürufları bile çıkarmanıza izin veren 2000-3000 derecelik bir sıcaklıkta gerçekleşir. Ek olarak, yüksek eritme sıcaklığı, çeliğin kalitesini önemli ölçüde artıran dökme demire tungsten ve molibden metallerinin eklenmesini mümkün kılar. Bu yöntem çok yüksek kaliteli çelik üretir. Bununla birlikte, çok fazla elektrik gerektirdiğinden, elektrotermal eritme son derece pahalıdır.

Şaşırtıcı bir şekilde, çelik Yeni Çağ'ın bir icadı olarak kabul edilmiyor, malzemeden eski eserlerde bahsediliyor.

Çelik her zaman aranan bir ürün olarak görülmüştür. Keşfinin tarihi üç döneme ayrılabilir:

• eski Çağlar ham demirhaneler ortaya çıktığında;
• Ortaçağ yeniden işleme süreci açıldığında;
• 19. yüzyılın ikinci yarısı. Bu dönem, dökme çelik üretiminin başlamasıyla ilişkilidir.

Eski Çağlar

İlk sözlerçelik üretimi MÖ 1000 gibi erken bir tarihte biliniyordu. II. Yüzyılda Çinli metalurjistler. M.Ö. dökme demirden aldı. Bu yönteme "yüz temizlik" denir. Hareketi sırasında erimiş demirin hava ile yeniden kullanılabilir yoğun üflenmesinden oluşuyordu. Bu, metaldeki karbon oranının azalmasına ve çeliğin özelliklerinin yakınlaşmasına yol açtı. Keşif "Hainanji" (MÖ 122) incelemesinde belirtilmiştir. Kelimenin tam anlamıyla 19. yüzyıla kadar çeliğin neredeyse hiç kullanılmadığına dikkat edilmelidir çünkü üretimi çok zahmetli ve pahalıydı.

Ucuz çeliğe olan talep keskin bir şekilde arttığında ve bilim adamları "döküm için kullanılabilmesi için sıvı halde demir özelliklerine sahip bir metal nasıl elde edilir?" Sorusuna bir cevap bulma fikrine sahip olduklarında. - Bu konuyu ciddiye aldılar. Birçok fizikçinin katılımıyla bu sorunu çözmek onlarca yıl aldı.

18. yüzyılın sonuna kadar üretim süreci yumuşak dövülebilir demire dökme demir özel olarak gerçekleştirildi çığlık atan dağlarda. Ancak bu dökme demir dönüştürme yöntemi çok zahmetli ve karmaşıktı, çok fazla masraf gerektiriyordu (1 kg demiri eski haline getirmek için 4 kg kömür gerekiyordu). Dökme demiri işlemek için yeni bir yöntem bulma ihtiyacıyla ilgili bir soru vardı.

Ortaçağ

1742'den beri Benjamin Huntsman çeliği kömürle açık bir fırında değil, ısıtmalı pota. Çelik yapma işlemine denir. su birikintisi. Bir su birikintisi fırını ile bir çiçek bahçesi arasındaki temel fark, sadece kömürün değil, herhangi bir yanıcı yakıtın kullanılmasına izin verilmesiydi. Örneğin, rafine edilmemiş kömür kullanılabilir. Ayrıca puding fırını cebri üfleme gerektirmemiş, yüksek bir boru yardımıyla hava girişi ve gerekli çekiş sağlanmıştır. Yeni bir yöntemin bulunması, daha ucuz çelik elde edilmesini mümkün kıldı ve Hutsman fırınları tüm dünyada kullanılmaya başlandı.

Ama her şey o kadar sorunsuz gitmedi. puding fırınları önemli bir kusur: demirin tekdüze indirgenmesi için, fırını periyodik olarak açmak ve dökme demiri karıştırmak gerekiyordu ve bu kolay bir iş değildi. Ayrıca fırın küçüktü, bu nedenle bir seferde çok fazla malzeme işlenmedi.

19. yüzyılın ikinci yarısı ve günümüz

19. yüzyılın ortalarında, su birikintisi fırınları artık endüstrinin ihtiyaçlarını karşılamıyordu. Birçok bilim adamı, çelik üretim teknolojisini değiştirme konusunda çalışmaya başladı. Sorunu ilk çözen, İngiliz şehri Sheffield'den bir bilim adamıydı. O, "paslanmaz çeliğin" kaşifi ve su birikintisi fırınını yüksek fırınla ​​değiştiren adam olarak adlandırılır (oksidasyon süreçlerine katkıda bulunan fosfor bakımından fakir dökme demir kütlesinden basınçlı hava üflenir). 1913'te martensitik çeliğin ilk versiyonunun patentini aldı. AISI 420 markası altında modern çeliğin öncüsü olan oydu. 1878'de Sidney Gilchrist Thomas, eritme işlemi sırasında demir cevherinden fosfor safsızlıklarını gidermek için "Thomas sürecini" icat etmeyi başardı. Buna rağmen paslanmaz çeliğin tüm olumlu kimyasal özelliklerini belgeleyen ilk bilim adamı, Fransız bilim adamı ve mucit olarak kabul ediliyor. Leon Gillette.

1912'de Eduard Maurer ve Benno Strauss Alman şirketi "Krupp Iron Works", %7 nikel ve %21 krom içeren ilk östenitik çeliğin patentini aldı. On yıl sonra, 1924'te Hartfield (Brearley'nin halefi), 18-8 kalite (%18 krom ve %8 nikel) altında paslanmaz çeliğin patentini aldı. Şu anda, çelik eritme için oksijen dönüştürücüler ve elektrikli fırınlar ortaya çıktı.

1952'de, teknik oksijenle üfleyerek konvertördeki demirdeki safsızlıkların giderilmesinden oluşan LD sürecine dayalı olarak Avusturya'da dünyanın ilk çelik fabrikası açıldı.

Yüzyıldan kısa bir süre içinde paslanmaz çelik en çok aranan endüstriyel malzeme haline geldi. Bugün krom yüzdesi ondan fazla olan yaklaşık 100 çeşit paslanmaz çelik var. Bu malzemeden uçak ve tren gövdeleri, küçük ev aletleri ve cihazları, tıbbi ekipman vb.

Çelik- Bu, yaklaşık% 1,5 karbon içeren bir demir-karbon alaşımıdır, içeriği artarsa ​​çeliğin kırılganlığı ve sertliği önemli ölçüde artar. için ana kaynak materyal çelik üretimi- çelik hurdası ve pik demir.

Her şeyden önce, çelik fırınlarında oksijen ve dökme demirin etkileşimi sırasında demir oksitlenir. Demir ile birlikte fosfor, silikon, karbon ve manganez oksitlenir. Yüksek sıcaklıklarda oluşan demir oksit, dökme demirdeki oksijenini oksitlerken daha aktif safsızlıklara verir.

Çelik üretimi üç aşamada gerçekleştirilmektedir.

Çelik üretiminin ilk aşaması - kaya eritme

Bu aşamadaki en önemli görev çelik üretimi fosforun uzaklaştırılmasıdır. Bunu yapmak için, cürufun kalsiyum oksit (CaO) içereceği ana fırında eritme yapılması gerekir. Fosforik anhidrit - P2O5, demir oksit ile zayıf bir bileşik (FeO) 3 x P2O5 oluşturacaktır. Kalsiyum oksit - demir oksitten daha güçlü bir baz olarak ve çok yüksek olmayan sıcaklıklarda P2O5'i bağlar ve cüruf haline getirir.

Fosforu uzaklaştırmak için çok yüksek olmayan bir sıcaklık, cüruf ve metal banyoları ve cürufta yeterli miktarda FeO bulunması gerekir. Cüruftaki FeO içeriğini artırmak ve safsızlıkların oksidasyonunu hızlandırmak için fırına tufal ve demir cevheri eklenerek demir cürufu oluşturulur. Kademeli olarak, fosfor metalden cürufa uzaklaştırıldıkça, cüruftaki fosfor içeriği artar. Bu nedenle, bu cürufu metal aynadan çıkarmanız ve ardından yeni kalsiyum oksit ilaveleriyle yenisiyle değiştirmeniz gerekir.

Çelik üretiminin ikinci aşaması - kaynatma

Karbonu oksitlemek için, metale az miktarda kireç, cevher verilir veya oksijen üflenir. Karbon, demir oksit ile reaksiyona girdiğinde, sıvı metalden karbon monoksit kabarcıkları çıkarılır ve "banyoda kaynama" meydana gelir. “Kaynatma” sırasında metaldeki karbon miktarı gerekli miktara düşürülür, sıcaklık banyo hacmi üzerinden eşitlenir, yükselen CO kabarcıklarına yapışan metalik olmayan inklüzyonlar ve CO kabarcıklarına nüfuz eden gazlar bir miktar uzaklaştırılır. Bütün bunlar metalin kalitesinde bir artışa yol açar. Bu, bu aşamanın çelik üretim sürecinde ana aşama olduğu anlamına gelir.

Sülfürü uzaklaştırmak için koşullar yaratılır. Çelikte kükürt, ana cürufta çözünen sülfit - FeS formundadır. Sıcaklık rejimi ne kadar yüksek olursa, cürufta o kadar fazla demir sülfit çözülür ve kalsiyum oksit CaO ile etkileşime girer:

Oluşan bileşik - CaS - cürufta çözünür, ancak demirde çözünmez, böylece kükürt cüruf içine atılır.

Üretimin üçüncü aşaması - çelik deoksidasyonu

Çelik deoksidasyonu iki yöntemle gerçekleştirilir: difüzyon ve çökeltme.

Cürufun deoksidasyonu nedeniyle difüzyon deoksidasyonu meydana gelir. Ezilmiş ferrosilikon, ferromangan ve alüminyum cürufun yüzeyine aktarılır. Bu deoksidanlar, cüruftaki içeriğini azaltırken demir oksidi azaltır. Bu, çelikte çözünen demir oksidin bu cüruf içine geçtiği anlamına gelir. Bu işlem sırasında oluşan oksitler cürufta kalır ve zaten indirgenmiş halde olan demir çeliğe geçer ve içindeki metalik olmayan inklüzyonların içeriği azalır ve kalitesi artar.

Çökeltici deoksidasyon, demire kıyasla oksijen için daha yüksek afiniteye sahip elementler içeren sıvı çeliğe çözünür deoksidanların (ferrosilikon, ferromanganez, alüminyum) girmesi nedeniyle oluşur. Sonunda, deoksidasyondan sonra demir indirgenir ve oksitler oluşturulur: çeliğe kıyasla daha düşük yoğunluğa sahip olan ve cüruf halinde uzaklaştırılan SiO2, MnO, Al2O5.

Deoksidasyon seviyesine bağlı olarak, aşağıdaki çelik türleri eritilebilir: - kaynayan çelik - fırında tamamen deoksidize edilmemiş. Bu çeliğin deoksidasyonu, külçenin katılaşması sırasında karbon ve demir oksidin etkileşimi nedeniyle kalıpta devam eder: FeO + C = Fe + CO.

Oluşan karbonmonoksit çelikten uzaklaştırılarak hidrojen ve nitrojenin çelikten uzaklaştırılması sağlanır, gazlar baloncuklar halinde uzaklaştırılarak kaynaması sağlanır. Kaynayan çelik metalik olmayan kapanımlara sahip değildir, bu nedenle yüksek derecede sünekliğe sahiptir.

• sakin - potada ve fırında mutlak deoksidasyon ile elde edilir.
• yarı sakin - kaynayan ve sakin çelikler arasındaki ara deoksidasyon ile ayırt edilirler. Çeliğin içerdiği karbon ve demir oksitin etkileşimi nedeniyle pota ve fırında kısmen de kalıpta kısmen deokside olur.

Çelik üretimi ve eritilmesi için donatım

oksijen dönüştürücüler

• argon çiftliği;
• dönüştürücülerin detayları (dönüştürücünün kapları ve yatak halkaları);
• toz filtreleme;
• dönüştürücü gazın emilmesi;

Elektrikli fırınlar

• (çevre birimlerinin imalatı);
• (enerji desteklerinin imalatı, fırınlar için çelik parçalar, elektrotların soğutulması);
• önyükleme küvetleri;
• hurda bölmesi;
• endüksiyonla ısıtma için frekans dönüştürücüler;

ikincil metalurji

• çelik kükürt giderme;
• çelik homojenleştirme;
• elektroslag yeniden eritme;
• bir boşluk yaratmak;

kova teknolojisi

• ekipman LF tipi;
• ekipman SL tipi;

Kova çiftliği

• döküm ve dökme potalarının kapakları;
• dökümhane ve döküm potaları;
• sürgülü kapılar;

Sürekli döküm ekipmanı

• ara kepçeleri ve kepçeleri taşımak için dökme döner yatak;
• sürekli döküm ekipmanı bölümleri;
• tandiş arabaları;
• acil durum tepsileri ve kapları;
• tandiş ve katlanır standlar;
• fiş mekanizması;
• mobil dökme demir karıştırıcılar;
• soğutma ekipmanı;
• sürekli dökümün çıkış bölümleri;
• metalurjik raylı taşıtlar.

Halk, teknolojik yenilikleri genellikle medya aracılığıyla öğrenir, ancak bu tür mesajlar genellikle diplomatik kaynaklara dayanmaz. 31 Ocak 1915'te bu kural bozuldu. New York Times, Paslanmayan Çelik başlıklı kısa bir makale yayınladı. Bir gazete haberi, İngiltere'nin Sheffield kentindeki bir şirketin pazara "paslanmayan, kararmayan veya lekelenmeyen" yeni bir çelik türü getirdiğini söyledi. Üretici, çatal bıçak takımı üretimi için son derece uygun olduğunu iddia etti, çünkü ürünler iyi yıkandı ve en asitli yiyeceklerle temas ettiğinde bile parlaklıklarını kaybetmedi. Bilgi kaynağı olarak Sheffield'daki Amerikan konsolosu John Savage gösterildi. Ve böylece, çok fazla yaygara olmadan ve makul bir gecikmeyle, dünya paslanmaz çeliğin icadını öğrendi.

Paslanmaz çelikler özellikleri, bileşimi ve amacı bakımından farklılık gösterir, ancak genel olarak kristal yapılarına göre birkaç ana gruba ayrılabilirler: ferritik, östenitik, martensitik ve iki fazlı (ferritik-östenitik). Ferritik paslanmaz çelikler, krom (%10-30 krom) ve düşük karbonlu (%0,1'den az) çeliklerdir. Oldukça güçlü, plastik, işlenmesi nispeten kolay ve aynı zamanda ucuz, ancak ısıl işleme (sertleştirme) uygun değiller. Martensitik paslanmaz çelikler, %1'e kadar karbon içeren krom (%10-17 krom) çeliklerdir. Bu tür çeliklerden yapılan ürünlere (bıçaklar, yataklar, kesme aletleri bunlardan yapılır) yüksek sertlik veren ısıl işleme (söndürme ve temperleme) uygundurlar. Martensitik çeliklerin işlenmesi daha zordur ve düşük krom içerikleri nedeniyle korozyona karşı ferritik çeliklere göre daha az dirençlidir. Östenitik paslanmaz çelikler krom-nikeldir. %16-26 krom ve %6-12 nikel ile karbon ve molibden içerirler. Ferritik ve martensitik çeliklere karşı korozyon direncinde üstündürler ve manyetik değildirler. İş sertleşmesi (iş sertleşmesi) sırasında yüksek mukavemet elde edilir, ısıl işlem (sertleşme) sırasında sertlikleri azalır. Dubleks çelikler, ferritik ve östenitik çeliklerin farklı özelliklerini birleştirir.

Paslanmaz çeliğin ataları

Aslında, bu tür çelikler Avrupa ve ABD'de Sheffield metalurjistlerinden önce bile üretildi. Bir demir ve karbon alaşımı olan sıradan çelik, bir demir oksit filmi ile kolayca kaplanır - yani paslanır. Bu arada, güvenli tıraş makinesini icat eden Amerikalı girişimci King Kemp Gillett'in parlak ticari başarısının nedenlerinden biri de bu durumdu. 1903'te şirketi yalnızca 51 bıçak sattı, 1904'te - neredeyse 91.000 ve 1915'te toplam satış 70 milyonu aştı Bessemer konvertörlerin alaşımsız çeliğiyle kullanılan Gillette bıçakları hızla paslandı ve köreldi ve bu nedenle sık sık değiştirilmesi gerekiyordu. O zamanki endüstrinin ana metalinin bu hastalığıyla mücadele etmenin tarifinin uzun zaman önce bulunması ilginçtir. 1821'de Fransız jeolog ve maden mühendisi Pierre Berthier, demir-krom alaşımlarının asit direncinin iyi olduğunu fark etti ve bunlardan mutfak ve sofra bıçakları, çatal ve kaşıklar yapmayı önerdi. Bununla birlikte, ilk demir ve krom alaşımları çok kırılgan olduğu için bu fikir uzun süre iyi bir dilek olarak kaldı. Paslanmaz çelik unvanını talep edebilecek demir alaşımı formülasyonları ancak 20. yüzyılın başında icat edildi. Yazarları arasında, alaşımını metal kesme aletleri yapmak için kullanacak olan Amerikan otomotiv endüstrisinin öncülerinden biri olan Elwood Haynes de vardı. 1912'de, ABD Patent Ofisi ile uzun süren anlaşmazlıklardan yalnızca yedi yıl sonra alınan ilgili bir patent için başvurdu.

Gillette makinelerinin bıçakları sert karbon çeliğinden yapılmıştır. Sürekli neme maruz kalmaktan kolayca paslandıkları için çok dayanıklı değillerdi.

şans bulmak

Ancak ünlü paslanmaz çeliğin resmi ebeveyni, onu hiç aramayan ve onu yalnızca mutlu bir tesadüf sayesinde yaratan bir adamdı. İş, 1908'de iki Sheffield çelik şirketi tarafından kurulan küçük bir laboratuvarın sorumluluğunu üstlenen, kendi kendini yetiştirmiş İngiliz metalürji uzmanı Harry Brearley'e düştü. 1913 yılında silah namlusu yapımında kullanılması beklenen çelik alaşımları üzerine araştırmalar yaptı. Bilimsel metal bilimi o zamanlar emekleme dönemindeydi, bu nedenle Brearley, dayanıklılık ve ısı direnci için farklı katkı maddeleri içeren alaşımları test ederek deneme yanılma yoluyla çalıştı. Başarısız boşluklar, basitçe köşeye katlandı ve orada sakince paslandılar. Bir ay önce elektrikli fırından çıkarılan dökümün hiç paslı görünmediğini, yeni gibi parladığını fark ettiğinde. Bu alaşım %85,3 demir, %0,2 silikon, %0,44 manganez, %0,24 karbon ve %12,8 krom içermektedir. Daha sonra New York Times tarafından bildirilen dünyanın ilk çelik örneği olan oydu. Ağustos 1913'te eritildi.

Ve Sheffield şirketlerinden biri tarafından yapılan sofra bıçakları o kadar keskin olmayabilir, ancak korozyona iyi direnç gösterdiler.

Başarısızlık ve başarı

Brearley alışılmadık dökümle ilgilenmeye başladı ve kısa süre sonra bunun nitrik asidin etkisine iyi direndiğini keşfetti. Yeni alaşım bir silah çeliği olarak başarı getirmese de, Brearley bu malzemenin başka birçok kullanım alanı bulacağını fark etti. Sheffield, 16. yüzyıldan beri bıçak ve çatal bıçak takımı gibi metal işleri ile tanınıyor, bu yüzden Brearley alaşımını bu kapasitede denemeye karar verdi. Ancak dökümleri gönderdiği iki yerel üretici, önerisine şüpheyle yaklaştı. Yeni çelikten yapılan bıçakların yapılmasının ve sertleştirilmesinin çok emek gerektirdiğini hissettiler. Brearley'nin çalıştığı şirket de dahil olmak üzere çelik şirketleri de hevesli değildi. Anlaşılır bir şekilde, kesici bıçakçılar ve metal üreticileri, paslanmaz çelik ürünlerin pazarın hızla doygunluğa ulaşacak ve talebin düşeceği kadar dayanıklı olacağından benzer şekilde korkuyordu. Bu nedenle, 1914 yazına kadar, Brearley'in sanayicileri yeni bir alaşımın geleceği konusunda ikna etmeye yönelik tüm girişimleri, değerli hiçbir şeye yol açmadı.

Ama sonra şansı yaver gitti. Yaz ortasında kader onu okul arkadaşı Ernest Stuart'a karşı itti. R.F.'den Stewart Çatal bıçak takımı üreten Mosley & Co, ilk başta paslanmaya maruz kalmayan çeliğin varlığına inanmadı, ancak deney olarak ondan birkaç peynir bıçağı yapmayı kabul etti. Ürünlerin mükemmel olduğu ortaya çıktı, ancak Stewart bu fikri başarısız buldu çünkü aletleri bu bıçakların imalatında hızla köreldi. Ama sonunda Stuart ve Brearley, çeliğin işlenebilir olduğu ve soğuduktan sonra kırılgan hale gelmediği bir ısıtma rejimi seçtiler. Eylül ayında, Stewart küçük bir parti mutfak bıçağı yaptı ve test etmeleri için arkadaşlarına bir koşulla dağıttı: bıçak ağızlarında leke veya pas olması durumunda onları iade etmesini istedi. Ancak atölyesine tek bir bıçak bile geri dönmedi ve çok geçmeden Sheffield imalatçıları yeni çeliği tanıdı.

Oldukça sık, meteorik demirin paslanmadığı ifadesini bulabilirsiniz. Aslında, bu saf bir efsanedir. Demir-nikel göktaşları, bileşimlerinde yaklaşık %10 oranında nikel bulundurmakla birlikte krom içermedikleri için korozyon direncine sahip değillerdir. Bazı doğa tarihi müzelerinin mineraloji bölümünü ziyaret ederek buna ikna olabilirsiniz. Demir-nikel göktaşı örneklerine yakından bakıldığında (örneğin, bu tür maruziyetlerde sıklıkla bulunan Sikhote-Alin), çok sayıda pas izi görülebilir. Ancak mineralojik bir hediyelik eşya dükkanından satın alınan bir demir-nikel göktaşı örneği büyük olasılıkla gerçekten paslanmayacaktır. Bunun nedeni, numunenin kalın bir koruyucu yağlayıcı ile kaplanmasından oluşan "satış öncesi hazırlık" tır. Bu gresi bir çözücü ile yıkamaya değer - ve sonra atmosferin nemi ve oksijeni intikam alacaktır.

Kesiciler ve bıçaklar

Ağustos 1915'te Brearley, icadı için Eylül 1916'da Kanada'da - Amerika Birleşik Devletleri'nde, ardından birkaç Avrupa ülkesinde bir patent aldı. Açıkça söylemek gerekirse, alaşımın kendisinin patentini bile almadı, sadece ondan yapılmış bıçaklar, çatallar, kaşıklar ve diğer çatal bıçak takımları. Haynes, önceliğini öne sürerek Brearley'nin Amerikan patentine itiraz etti, ancak taraflar sonunda bir anlaşmaya vardı. Bu, Pittsburgh'da ortak bir Anglo-Amerikan şirketi olan The American Paslanmaz Çelik Şirketi'nin kurulmasını mümkün kıldı. Ama bu tamamen farklı bir hikaye. Haynes paslanmaz çeliğinin Brearley çeliğinden çok daha fazla karbon içerdiğini ve bu nedenle farklı bir kristal yapıya sahip olduğunu belirtmekte fayda var. Bu anlaşılabilir bir durumdur: karbon, sertleştirme sırasında sertlik sağlar ve Haynes, takım tezgahları ve freze bıçaklarının üretimi için bir alaşım yaratmaya çalıştı. Şimdi Haynes tipi çeliklere martensitik denir ve tarihsel olarak Brierley alaşımına kadar uzanan çeliklere ferritik denir (başka paslanmaz çelik türleri vardır).

Demir (Kutubov) Sütunu, Delhi'nin ana cazibe merkezlerinden biridir. 415 yılında inşa edilmiş, 1600 yıldır korozyondan neredeyse hiç zarar görmemiştir - yüzeyde yalnızca küçük pas lekeleri görülürken, bu boyuttaki sıradan çelik ürünler neredeyse tamamen oksitlenir ve böyle bir zamanda toz haline gelir. Bu fenomeni açıklamak için birçok hipotez öne sürüldü: çok saf veya meteoritik demir kullanımı, yüzeyin doğal nitrasyonu, mavileştirme, sürekli yağlama ve hatta üst tabakayı şekilsiz demire dönüştüren doğal radyasyona maruz kalma. Kolonun güvenliğini ve dış faktörleri, özellikle de çok kuru bir iklimi açıklamaya yönelik girişimler oldu. Yapılan analizler kolonun %99,7 oranında demirden oluştuğunu ve krom içermediğini, yani modern anlamda paslanmaz olmadığını göstermiştir. Kolon malzemesindeki ana kirlilik fosfordur ve bilim adamlarına göre bu, korozyon direncinin ana nedenidir. Yüzeyde 0,1 mm'den daha az kalınlığa sahip bir FePO4 H3PO4 4H2O fosfat tabakası oluşur ve parçalanan ve daha fazla oksidasyonu engellemeyen pastan farklı olarak bu tabaka demirin paslanmasını önleyen güçlü bir koruyucu film oluşturur.

doğal tat

Stewart sadece yeni çeliğin kullanımının yolunu açmakla kalmadı, aynı zamanda bunun için artık genel kabul gören İngilizce paslanmaz çelik adı olan "paslanmaz çelik"i de buldu. Standart açıklamaya göre, cilalı bir çelik levhayı sirkeye batırdığında aklına geldi ve sonuca bakıp şaşkınlıkla: "Bu çelik daha az lekeleniyor", yani "Bu çelikte çok az leke var" dedi. Brearley, beynini biraz farklı bir şekilde adlandırdı - Rus "paslanmaz çelik" terimine karşılık gelen paslanmaz çelik. Bu arada, New York Times'daki notun başlığı tam olarak paslanmaz (ve az paslanmayan!) çeliğin görünümünü duyuruyordu.

Sırrı basit. Yeterli bir krom konsantrasyonuyla (en az %10,5 ve özellikle agresif ortamlar için %26'ya kadar), paslanmaz çelik ürünlerin yüzeyinde metale sıkıca bağlanmış, katı, şeffaf bir krom oksit Cr203 filmi oluşur. Gözle görülmeyen, suda çözünmeyen ve demirin oksidasyonunu önleyen, dolayısıyla paslanmasına izin vermeyen koruyucu bir tabaka oluşturur. Bu filmin başka bir değerli özelliği daha var - hasarlı bölgeleri kendi kendine onarıyor, bu nedenle çizilmekten korkmuyor. Paslanmaz çelik çatal bıçak takımı, ucuz metal mutfak eşyalarının doğasında var olan özel tattan kurtulmayı mümkün kıldığı için de büyük bir popülerlik kazanmıştır. Krom oksit tabakası, dilin tat tomurcuklarının metalle doğrudan temasını engellediği için yiyeceklerin doğal tadının tadını çıkarmanızı sağlar. Genel olarak, modern endüstrinin birçok çeşitte ürettiği paslanmaz çelik gerçekten harika bir tesadüfi buluş.

Çelik, günümüzde en yaygın malzemelerden biridir. Demir ve karbonun belirli bir oranda birleşimidir. Kimyasal bileşimdeki küçük bir değişiklik bile fiziksel ve mekanik özelliklerde bir değişikliğe yol açtığından, bu malzemenin çok sayıda çeşidi vardır. Bugün çelik üretimi için hammadde, atık çelik ürünleri ile temsil edilmektedir. Dökme demirden yapı çeliği üretimi de kuruldu. Metalurji endüstrisinin önde gelen ülkeleri, GOST'ta belirlenen standartlara uygun olarak boşluk üretimi gerçekleştirmektedir. Çelik üretiminin özelliklerinin yanı sıra kullanılan yöntemleri ve elde edilen ürünlerin işaretlenmesinin nasıl gerçekleştirildiğini göz önünde bulundurun.

Çelik üretim sürecinin özellikleri

Demir çelik üretiminde, oldukça benzer kimyasal bileşime ve bazı fiziksel ve mekanik özelliklere sahip olmasına rağmen, farklı teknolojiler kullanılmaktadır. Aradaki fark, çeliğin daha az zararlı safsızlıklar ve karbon içermesidir, bu nedenle yüksek performans elde edilir. Eritme işlemi sırasında, malzemenin kırılganlığının artmasına neden olan tüm safsızlıklar ve fazla karbon cüruf haline gelir. Çelik üretim teknolojisi, demirin oksijen ile etkileşimi nedeniyle ana elementlerin zorunlu oksidasyonunu sağlar.

Karbon ve diğer çelik türlerinin üretim süreci göz önüne alındığında, sürecin birkaç ana aşaması ayırt edilmelidir:

1. Kayanın erimesi. Metal üretmek için kullanılan hammaddeye yük denir. Bu aşamada demirin oksidasyonu sırasında safsızlıkların deoksidasyonu da meydana gelir. Fosfor içeren zararlı safsızlıkların konsantrasyonunun azaltılmasına çok dikkat edilir. Zararlı safsızlıkların oksidasyonu için en uygun koşulları sağlamak için başlangıçta nispeten düşük bir sıcaklık korunur. Demir cevheri ilavesi nedeniyle demir cürufu oluşur. Alaşımın yüzeyindeki zararlı safsızlıkların salınmasından sonra bunlar uzaklaştırılır, yeni bir kısım kalsiyum oksit eklenir.
2. Ortaya çıkan kütleyi kaynatmak. Bileşimin ön saflaştırma aşamasından sonra erimiş metal banyoları yüksek bir sıcaklığa ısıtılır, alaşım kaynamaya başlar. Kaynama nedeniyle, bileşimdeki karbon aktif olarak oksitlenmeye başlar. Daha önce belirtildiği gibi, dökme demir, malzemenin kırılgan hale gelmesi ve başka özellikler kazanması nedeniyle çok yüksek bir karbon konsantrasyonuna sahip olması bakımından çelikten farklıdır. Bu sorun, oksidasyon işleminin yüksek hızda ilerleyeceği saf oksijen üflenerek çözülebilir. Kaynatma sırasında, bileşimin temizlenmesine neden olan diğer safsızlıkların da yapıştığı karbon monoksit kabarcıkları oluşur. Üretimin bu aşamasında zararlı bir safsızlık olan kükürt bileşimden uzaklaştırılır.
3. Bileşimin deoksidasyonu. Bileşime oksijen eklenmesi bir yandan zararlı safsızlıkların giderilmesini sağlarken diğer yandan temel performansın bozulmasına yol açar. Bu nedenle, özel bir erimiş metalin sokulmasına dayanan zararlı safsızlıklardan bileşimi temizlemek için genellikle difüzyon deoksidasyonu gerçekleştirilir. Bu malzeme, erimiş alaşım üzerinde oksijenle hemen hemen aynı etkiye sahip olan maddeler içerir.

Ayrıca kullanılan teknolojinin özelliklerine bağlı olarak iki tür malzeme elde edilebilir:

1. Deoksidasyon sürecini sonuna kadar yaşayan Sakin.
2. Sakin ve kaynayan çelikler arasında bir duruma sahip olan yarı sakin.

Malzemenin üretimi sırasında bileşime saf metaller ve ferroalyajlar eklenebilir. Bu nedenle, kendine özgü özellikleri olan alaşımlı bileşimler elde edilir.

Çelik üretim yöntemleri

Her biri kendine özgü avantajları ve dezavantajları olan çeşitli çelik üretim yöntemleri vardır. Seçilen yöntem, malzemenin elde edilebileceği özelliklere bağlıdır. Çelik üretiminin ana yöntemleri:

1. Martin yöntemi. Bu teknoloji, hammaddeleri yaklaşık 2000 santigrat dereceye kadar ısıtabilen özel fırınların kullanılmasını içerir. Alaşımlı çeliklerin üretim yöntemleri göz önüne alındığında, bu yöntemin, alışılmadık bileşime sahip çeliklerin elde edilmesinden dolayı çeşitli safsızlıkların eklenmesine de izin verdiğini not ediyoruz. Açık ocak yöntemi, özel fırınların kullanımına dayanmaktadır.
2. Elektrikli çelik üretim yöntemi. Kaliteli malzeme elde etmek için elektrikli fırınlarda çelik üretilir. Hammaddeyi ısıtmak için elektrik enerjisinin kullanılmasıyla, oksidasyon ve cüruf salınımı sürecini doğru bir şekilde kontrol etmek mümkündür. Bu durumda, cürufların görünümünü sağlamak önemlidir. Oksijen ve ısı vericidirler. Bu teknoloji, örneğin fosfor ve kükürt gibi zararlı maddelerin konsantrasyonunu azaltmaya izin verir. Elektrikli eritme, çeşitli ortamlarda gerçekleşebilir: aşırı basınç, vakum, belirli bir atmosfer altında. Devam eden araştırmalar elektrikli çeliğin en yüksek kalitede olduğunu gösteriyor. Teknoloji, yüksek kaliteli yüksek alaşımlı, korozyona dayanıklı, ısıya dayanıklı ve diğer çelik türlerinin üretiminde kullanılır. Elektrik enerjisini ısıya dönüştürmek için küresel tabanlı silindirik bir ark ocağı kullanılır. En uygun erime koşullarını sağlamak için iç kısım ısıya dayanıklı metal kullanılarak kaplanmıştır. Cihazın çalışması yalnızca üç fazlı bir ağa bağlandığında mümkündür. Elektrik besleme şebekesinin önemli bir yüke dayanması gerektiği unutulmamalıdır. Termal enerjinin kaynağı, elektrot ile erimiş metal arasında meydana gelen bir elektrik arkıdır. Sıcaklık 2000 santigrat derecenin üzerine çıkabilir.
3. Oksijen dönüştürücü. Bu durumda sürekli çelik dökümüne, oksidasyon sürecinin önemli ölçüde hızlandığı aktif oksijen enjeksiyonu eşlik eder. Bu üretim yöntemi aynı zamanda dökme demir üretmek için de kullanılır. Bu teknolojinin en büyük çok yönlülüğe sahip olduğuna inanılıyor, farklı özelliklere sahip metaller elde etmeyi mümkün kılıyor.

Galvanizli çelik üretimi için yöntemler, dikkate alınanlardan çok farklı değildir. Bunun nedeni, yüzey tabakasının niteliklerindeki değişimin kimyasal-ısıl işlemle gerçekleşmesidir.

Oldukça verimli olan başka çelik üretim teknolojileri de var. Örneğin, plazma ark kaynağının yanı sıra vakumlu indüksiyon fırınlarının kullanımına dayalı yöntemler.

açık ocak yöntemi

Bu teknolojinin özü, dökme demir ve diğer hurda metallerin bir reverber fırın kullanılarak işlenmesidir. Açık ocak fırınlarında çeşitli çeliklerin üretimi, yüke yüksek bir sıcaklık uygulanmasıyla karakterize edilebilir. Yüksek sıcaklık sağlamak için çeşitli yakıtlar yakılır.

Açık ocak çelik üretimi yöntemi göz önüne alındığında, aşağıdaki noktalara dikkat ediyoruz:

1. Açık ocak fırınları, ısı temini ve yanma ürünlerinin çıkarılmasını sağlayan bir sistemle donatılmıştır.
2. Yakıt, yanma odasına dönüşümlü olarak, sonra sağdan, sonra sol taraftan verilir. Bu, çalışma ortamının sıcaklığının artmasına ve uzun süre korunmasına yol açan bir torç oluşumunu sağlar.
3. Şarjın yüklenmesi sırasında, demirin oksidasyonu için gerekli olan yeterince büyük miktarda oksijen yanma odasına girer.

Çeliğin açık ocak yöntemiyle alınmasından sonra şarjın bekletilme süresi 8-16 saattir. Tüm süre boyunca fırın sürekli olarak çalışır. Her yıl fırının tasarımı iyileştirilmekte, bu da çelik üretim sürecini basitleştirmeyi ve çeşitli niteliklerde metaller elde etmeyi mümkün kılmaktadır.

Oksijen dönüştürücülerde

Günümüzde oksijen dönüştürücülerde çeşitli çelikler üretilmektedir. Bu teknoloji, dönüştürücüdeki sıvı demirin temizlenmesini içerir. Bunun için saf oksijen verilir. Bu teknolojinin özellikleri aşağıdaki noktaları içerir:

1. Dönüştürücü, armut biçimli bir çelik kapla temsil edilen özel bir ekipmandır. Böyle bir cihazın kapasitesi 100-350 tondur. İçeriden yapı refrakter tuğlalarla örülmüştür.
2. Üst kısmın tasarımı, yükü ve sıvı demiri yüklemek için gerekli olan bir boynu içerir. Ayrıca boyun yoluyla hammaddelerin eritilmesi sırasında oluşan gazlar uzaklaştırılır.
3. Dökme demirin dökülmesi ve başka bir şarjın eklenmesi, yaklaşık 1400 santigrat derece sıcaklıkta gerçekleştirilir. Demirin aktif oksidasyonunu sağlamak için yaklaşık 1,4 MPa basınçta saf oksijen verilir.
4. Büyük miktarda oksijen sağlandığında, dökme demir ve diğer yükler oksitlenir ve bu da büyük miktarda ısının açığa çıkmasına neden olur. Güçlü ısıtma nedeniyle, şarj malzemesinin tamamı eritilir.
5. Fazla karbonun bileşimden çıkarıldığı anda, tasfiye durdurulur ve mızrak dönüştürücüden çıkarılır. Tipik olarak, tasfiye 20 dakika devam eder.
6. Bu aşamada, elde edilen bileşim büyük miktarda oksijen içerir. Bu nedenle, performansı artırmak için bileşime çeşitli deoksidanlar ve alaşım elementleri eklenir. Ortaya çıkan cüruf, özel bir cüruf potasına alınır.
7. Dönüştürücünün erime süresi değişebilir, kural olarak 35-60 dakikadır. Bekleme süresi, kullanılan şarj tipine ve üretilen çelik miktarına bağlıdır.

oksijen dönüştürücü yöntemi

Bu tür ekipmanların üretim kapasitesinin 250 ton kapasiteli yaklaşık 1,5 milyon ton olduğu dikkate alınmalıdır. Bu teknoloji karbonlu, düşük karbonlu ve alaşımlı çelikler üretmek için kullanılır. Oksijen dönüştürücü çelik üretimi yöntemi uzun zaman önce geliştirildi, ancak bugün hala çok popüler. Bunun nedeni, bu teknoloji kullanıldığında yüksek kaliteli metallerin elde edilebilmesi ve teknolojinin verimliliğinin çok yüksek olmasıdır.

Sonuç olarak, evde çelik üretmenin neredeyse imkansız olduğunu not ediyoruz. Bunun nedeni, karışımı yeterince yüksek bir sıcaklığa ısıtma ihtiyacıdır. Aynı zamanda, demir oksidasyonu süreci ve zararlı safsızlıkların giderilmesi çok karmaşıktır.