مروری بر دانش صنعت مواد آهن و فولاد

I. تعریف و وضعیت هسته آهن و فولاد

آهن و فولاد اصطلاحات کلی برای آلیاژهایی هستند که عمدتاً از آهن (Fe) و کربن (C) به همراه عناصر دیگری مانند منگنز (Mn)، سیلیکون (Si)، فسفر (P) و گوگرد (S) تشکیل شده‌اند. آنها پرکاربردترین و حیاتی ترین مواد فلزی در صنعت مدرن هستند که اغلب به آنها "ستون فقرات صنعت" می گویند. خواص آنها را می توان با تنظیم ترکیب شیمیایی و فرآیندهای عملیات حرارتی برای برآوردن نیازهای مختلف در یک محدوده بسیار گسترده تغییر داد.

II. طبقه بندی اصلی: آهن خام، فولاد و محصولات فولادی

آهن خوک: High carbon content (>2.11٪، سخت و شکننده، عمدتاً از طریق ذوب کوره بلند تولید می شود. بیشتر به عنوان ماده خام برای فولادسازی استفاده می شود و بخش کوچکی برای ریخته گری (چدن ریخته گری) استفاده می شود.

فولاد: به طور کلی حاوی 0.02٪ تا 2.11٪ کربن است که با ترکیب خوبی از استحکام، چقرمگی و انعطاف پذیری مشخص می شود. فولاد از آهن خام با اکسیداسیون برای حذف کربن و ناخالصی ها در کوره فولادسازی تولید می شود. این ماده پایه برای محصولات فولادی است.

محصولات فولادی: محصولات تمام شده یا نیمه‌تمام{0} ساخته شده با پردازش پلاستیک فولاد از طریق نورد، آهنگری، کشش و غیره، مانند صفحات، لوله‌ها، مقاطع و میله‌های سیم.

III. سیستم های طبقه بندی هسته برای فولاد

طبقه بندی فولاد پیچیده است. سیستم های رایج عبارتند از:

توسط ترکیب شیمیایی:

فولاد کربن: اساساً از آهن و کربن تشکیل شده است. بر اساس محتوای کربن به فولاد کم کربن- (C<0.25%), medium-carbon steel (0.25%≤C≤0.60%), and high-carbon steel (C>0.60 درصد. هزینه کمتر، پرکاربردترین.

فولاد آلیاژی: بر اساس فولاد کربنی، یک یا چند عنصر آلیاژی (مانند کروم کروم، نیکل نیکل، مولیبدن مو، وانادیوم V) عمداً برای به دست آوردن خواص خاص اضافه می شود. قابل تقسیم استفولاد کم آلیاژ-, فولاد آلیاژی متوسط-، وفولاد آلیاژی-بالا.

با کیفیت(به طور عمده بر اساس محتوای ناخالصی مضر، فسفر و گوگرد):

فولاد معمولی(P کمتر یا مساوی 0.045٪، S کمتر یا مساوی 0.050٪)

فولاد با کیفیت(P, S هر دو کمتر یا مساوی 0.035%)

فولاد با کیفیت-بالا(P کمتر یا مساوی 0.035٪، S کمتر یا مساوی 0.030٪)

با روش ذوب و درجه اکسیداسیون:

-فولاد هورت را باز کنید(تا حد زیادی منسوخ شده)

فولاد پایه اکسیژن کوره (BOF).(فرایند اصلی تولید)

کوره قوس الکتریکی (EAF) فولادی (اغلب برای تولید-فولاد آلیاژی با کیفیت بالا استفاده می‌شود)

براساس درجه اکسیداسیون: فولاد لبه دار (F)، فولاد کشته شده (Z)، نیمه{0}فولاد کشته شده (b) و فولاد کشته شده ویژه (TZ).

توسط ساختار متالوگرافی(مربوط به وضعیت عملیات حرارتی):

حالت آنیل شده: فولاد Hypoeutectoid، فولاد Eutectoid، فولاد Hypereutectoid.

حالت عادی: فولاد پرلیتی، فولاد بینیتی، فولاد مارتنزیتی، فولاد آستنیتی.

توسط برنامه(متداول ترین روش طبقه بندی):

فولاد سازه: برای ساخت و ساز، پل ها، کشتی ها، وسایل نقلیه، مخازن تحت فشار و غیره استفاده می شود. بر استحکام و چقرمگی تأکید می کند.

فولاد ابزار: برای ساخت ابزار برش، قالب، ابزار اندازه گیری استفاده می شود. بر سختی بالا، مقاومت در برابر سایش و سختی گرم تأکید دارد.

فولاد هدف خاص: دارای خواص فیزیکی/شیمیایی خاصی است، به عنوان مثال،فولاد ضد زنگ (مقاوم در برابر خوردگی-)،فولاد مقاوم در برابر حرارت-, فولاد مقاوم در برابر سایش.

IV. جریان اصلی فرآیند تولید

مجتمع های مدرن یکپارچه آهن و فولاد در درجه اول از دو مدل پیروی می کنند: "فرآیند طولانی" و "فرایند کوتاه".

فرآیند طولانی: تف جوشی/گندله سازی ← آهن سازی کوره بلند ← فولادسازی کوره اکسیژن پایه ← پالایش ثانویه ← ریخته گری مداوم ← نورد. از سنگ آهن و زغال سنگ به عنوان مواد اولیه اصلی استفاده می کند. ظرفیت بزرگ، فرآیند اصلی.

فرآیند کوتاه: فولادسازی کوره قوس الکتریکی → پالایش ثانویه → ریخته گری مداوم → نورد. از فولاد قراضه بازیافتی به عنوان ماده اولیه اصلی استفاده می کند. مصرف انرژی و انتشار نسبتاً کمتر، دوستدار محیط زیست است. یک جهت کلیدی برای تحول سبز.

V. شاخص های کلیدی عملکرد

خواص مکانیکی: استحکام (مقاومت تسلیم، استحکام کششی)، انعطاف پذیری (ازدیاد طول، کاهش سطح)، چقرمگی (انرژی ضربه)، سختی.

خواص فیزیکی و شیمیایی: مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر سایش، قابلیت جوشکاری، کارایی گرم/سرد.

VI. حوزه های کاربردی اصلی

ساخت و ساز: میله‌های تقویت‌کننده (میلگرد)، میله‌های سیم، تیرهای H- برای سازه‌های بتنی مسلح.

تولید: ورق های فولادی خودرو (پانل های بدنه، فولاد برای چرخ دنده)، فولاد برای ماشین آلات ساخت، فولاد بلبرینگ، فولاد فنر.

انرژی و حمل و نقل: فولاد خط لوله برای انتقال نفت/گاز، فولاد برای برج های توربین بادی، فولاد برای کشتی ها و سکوهای دریایی، ریل و چرخ برای راه آهن.

لوازم خانگی و کالاهای مصرفی: روکش لوازم مختلف، کارد و چنگال (استیل ضد زنگ).

VII. روندهای فعلی توسعه صنعت

سبز و-انتقال کربن کم: توسعه متالورژی مبتنی بر هیدروژن، جذب کربن، استفاده و ذخیره سازی (CCUS) و افزایش نسبت فولاد EAF برای رسیدگی به تغییرات آب و هوا.

ارتقاء محصول به بالاتر-پایان: تمرکز بر تحقیق و توسعه و تولید فولادهای ویژه با استحکام بالا، چقرمگی بالا، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر محیط های شدید (دمای بالا/پایین) برای دستیابی به جایگزینی واردات.

تولید هوشمند: استفاده از اینترنت صنعتی، داده های بزرگ و هوش مصنوعی برای بهینه سازی تولید، دستیابی به کاهش هزینه، بهبود کارایی و ثبات کیفیت.

خدمات{0}تامین مواد گرا: تکامل از فروش ساده فولاد به ارائه راه حل های مواد و خدمات کامل چرخه عمر.