تاریخچه ایجاد فولاد ضد زنگ. تاریخچه فولاد ضد زنگ: چه کسی و چه زمانی آن را اختراع کرد

در تاریخ متالورژی آهن، سه تحول انقلابی وجود داشت که تأثیر عمیقی بر کل دوره تاریخ بشر گذاشت: اولین مورد در دوران باستان، زمانی که کوره های پنیر ظاهر شد، رخ داد. دومی در قرون وسطی و پس از کشف فرآیند بازسازی رخ داد. سومین مورد در نیمه دوم قرن نوزدهم رخ داد و با آغاز تولید فولاد ریخته‌گری همراه بود.

فولاد در همه زمان ها ضروری ترین و مطلوب ترین محصول متالورژی آهن باقی مانده است، زیرا فقط آن سختی و استحکام لازم برای ساخت ابزار، سلاح و قطعات ماشین را داشت.

اما قبل از تبدیل شدن به یک محصول فولادی، این فلز باید تحت تعدادی عملیات سخت کار قرار می گرفت. ابتدا چدن از سنگ معدن ذوب شد.

سپس چدن به حالت نرم ترمیم شد. در نهایت، با آهنگری طولانی هسته آهن، قطعه فولادی لازم از آن به دست آمد (یا فقط یک قطعه خالی برای آن، که سپس در ماشین های برش فلز در معرض تکمیل نهایی قرار گرفت).

تولید آهن نرم و به ویژه آهنگری مدت‌هاست که در تنگناها باقی مانده است فرآیند فرآوری آهن آنها بیشترین تلاش و زمان را صرف کردند و نتایج همیشه رضایت بخش نبود. این مشکل به ویژه در قرن نوزدهم حاد شد، زمانی که تقاضا برای فولاد ارزان به شدت افزایش یافت.

طبیعتاً بسیاری از دانشمندان و مخترعان ایده ای داشتند که بعداً توسط بسمر بیان شد: چگونه می توان فلزی با خواص آهن و فولاد اما به صورت مایع به دست آورد تا بتوان از آن برای ریخته گری استفاده کرد؟ حل این مشکل نیازمند چندین دهه کار سخت بسیاری از متالوژیست ها بود. در این مسیر چندین اکتشاف و اختراع مهم صورت گرفت که هر کدام عصری در تاریخ فرآوری آهن را تشکیل دادند.

تا پایان قرن هجدهم، تبدیل چدن به آهن چکش خوار نرم فقط در فورج ها انجام می شد. اما این روش از بسیاری جهات ناخوشایند بود. فلز حاصل ناهمگن بود - در بعضی جاها کیفیت آن به آهن چکش خوار نزدیک بود و در برخی دیگر - به فولاد. علاوه بر این، کار به زمان و تلاش فیزیکی زیادی نیاز داشت. از آنجایی که سوخت (زغال سنگ) مستقیماً با آهن در تماس بود، تقاضای بسیار زیادی برای آن ایجاد شد، زیرا هر گونه ناخالصی بر کیفیت محصول نهایی تأثیر می گذاشت.

مصرف زغال سنگ بسیار بالا بود (به طور متوسط برای احیای 1 کیلوگرم آهن به 4 کیلوگرم زغال سنگ نیاز بود). در بزرگترین در فورج ها می توان در 24 ساعت بیش از 400 کیلوگرم آهن به دست آورد. در این میان بازار تقاضای آهن و فولاد بیشتری داشت. برای برآورده ساختن این درخواست ها، یافتن روش پیشرفته تری برای تبدیل چدن ضروری بود.

یک گام مهم رو به جلو در این مسیر، فرآیند پادلینگ بود که در سال 1784 توسط هنری کورت انگلیسی در کوره ای که مخصوص این منظور ایجاد شده بود، پیشنهاد شد. ساختار اصلی کوره پادلینگ به شرح زیر بود. سوخت در جعبه آتش سوزی شد. محصولات احتراق از آستانه سنگی به فضای کار کوره عبور می کند، جایی که چدن بارگیری شده با سرباره آهنی روی اجاق وجود دارد. تحت تأثیر شعله، سرباره به حالت خمیری تبدیل شده و تا حدی ذوب می شود.

با افزایش دما، چدن شروع به ذوب شدن کرد و ناخالصی های آن به دلیل اکسیژن موجود در آن سوخت. در سرباره ها به این ترتیب چدن کربن زدایی شد یعنی تبدیل به آهن اسفنجی شد. یک تفاوت مهم بین کوره پادلینگ و کوره این بود که اجازه استفاده از هر سوختی را به عنوان سوخت، از جمله زغال سنگ تصفیه نشده ارزان می داد و حجم آن بسیار بیشتر بود.

به لطف کوره های پادلینگ، آهن ارزان تر شد. در عین حال، برخلاف بوق های جیغ، کورتا نیازی به دمیدن اجباری نداشت. دسترسی هوا و کشش خوب به لطف یک لوله بالا به دست آمد. این یکی از دلایلی بود که کوره های پودینگ در سراسر جهان رواج یافت. با این حال، یک عیب قابل توجه این کوره ها این بود که هوا فقط از قسمت بالایی چدن عبور می کرد.

برای اینکه کاهش آهن در کل حجم به طور یکنواخت انجام شود، لازم بود به طور دوره ای کوره را باز کرده و چدن را هم بزنید. کار یدی سختی بود. علاوه بر این، از آنجایی که قدرت و توانایی های کارگر محدود بود، کوره نمی توانست خیلی بزرگ باشد. کورت برای اجازه دادن به هم زدن، دو لوله تهیه کرد که یکی از آنها در زیر آتشدان و دیگری در انتهای کوره قرار داشت. در لحظه ای که نیاز به کاهش دما بود باز شد.

در اواسط قرن نوزدهم، کوره‌های پادلینگ دیگر نیازهای جدید صنعت را برآورده نکردند. برای همگام شدن با تقاضا، لازم بود برای هر کوره بلند بزرگ چندین کوره ساخته شود (به طور متوسط، ده کوره پادلینگ در خدمت یک کوره بلند بودند). این امر باعث افزایش هزینه و پیچیدگی تولید شد. بسیاری از مخترعان به این فکر کرده اند که چگونه می توان پادلینگ را با روش پیشرفته تر بازیابی آهن جایگزین کرد.

مهندس انگلیسی هنری بسمر اولین کسی بود که این مشکل را حل کرد. بسمر پس از سالها کار بر روی بهبود اسلحه ها و گلوله های توپخانه وارد متالورژی شد. هدف او یافتن راهی برای تولید فولاد ریخته گری با کیفیت بالا بود که بتوان از آن ریخته گری کرد.

او که بارها ذوب آهن خام را مشاهده کرد، متوجه شد که آهن احیا شده جامد ابتدا در لوله های دمنده تشکیل می شود. این به او ایده تولید فولاد را با دمیدن شدید هوا در چدن مذاب داد. بسمر اولین آزمایش های خود را در یک بوته بسته که در فورج با کک گرم می کرد انجام داد. نتیجه فراتر از وحشیانه ترین انتظارات ما بود. در کمتر از یک ساعت دمیدن، فولاد درجه یک را از چدن تولید کرد.

علاوه بر این، آزمایشات بیشتر نشان داده است که نیازی به معرفی نیست فرآیند گرمای خارج است. واقعیت این است که چدن حاوی مواد قابل احتراق خود به عنوان ناخالصی است: سیلیکون، منگنز، کربن - فقط حدود 45 کیلوگرم مواد قابل احتراق برای هر تن چدن. آنها با احتراق خود باعث افزایش قابل توجه دمای ذوب و بدست آوردن فولاد در حالت مایع شدند.

در سال 1856، بسمر به طور عمومی مبدل ثابتی را که اختراع کرده بود به نمایش گذاشت. مبدل شبیه یک اجاق گاز عمودی کم بود که در بالا با گنبدی با سوراخی برای انتشار گازها بسته شده بود. یک سوراخ دوم در کنار اجاق برای ریختن چدن وجود داشت. فولاد تمام شده از طریق سوراخ در قسمت پایین کوره آزاد شد (در حین کار مبدل با خاک رس مسدود شده بود). لوله های هوا (tuyeres) در نزدیکی انتهای کوره قرار داشتند.

از آنجایی که مبدل ثابت بود، پاکسازی قبل از ریختن چدن آغاز شد. در غیر این صورت، فلز به داخل لوله ها سرازیر می شود. به همین دلیل لازم بود دمیدن تا رها شدن تمام فلز انجام شود. کل فرآیند بیش از 20 دقیقه طول نکشید. کوچکترین تاخیر در انتشار منجر به نقص شد. این ناراحتی و همچنین تعدادی دیگر از معایب یک مبدل ثابت، بسمر را مجبور کرد که به کوره دوار سوئیچ کند. در سال 1860، او حق اختراعی برای طراحی مبدل جدید به ثبت رساند که به طور کلی تا به امروز باقی مانده است.

روش بسمر یک انقلاب واقعی در زمینه متالورژی بود. در 8-10 دقیقه تبدیل او تبدیل به گل شد 10-15 تن چدن به آهن یا فولاد چکش خوار که قبلاً به چندین روز کار در کوره پودینگ یا چندین ماه کار در کوره قدیمی نیاز داشت. با این حال، پس از شروع استفاده از روش بسمر در شرایط صنعتی، نتایج آن بدتر از آزمایشگاهی بود و فولاد از کیفیت بسیار پایینی خارج شد.

بسمر به مدت دو سال تلاش کرد تا این مشکل را حل کند و در نهایت متوجه شد که در آزمایشات خود چدن حاوی فسفر کمی است، در حالی که در انگلستان چدن ذوب شده از سنگ آهن با محتوای فسفر بالا به طور گسترده استفاده می شود. در این میان، فسفر و گوگرد همراه با سایر ناخالصی ها نسوختند. از چدن وارد فولاد شدند و کیفیت آن را به میزان قابل توجهی کاهش دادند. این امر و همچنین هزینه بالای مبدل باعث شد که روش بسمر به کندی وارد تولید شود. و 15 سال بعد در انگلستان، بیشتر چدن در کوره‌های آب‌پاشی ذوب شد. مبدل ها در آلمان و ایالات متحده بسیار بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.

در کنار روش بسمر در تولید فولاد، روش اجاق باز به زودی نقش بسیار زیادی پیدا کرد. ماهیت آن این بود که چدن با آهن قراضه در یک کوره احیا کننده خاص ذوب می شد. این کوره در سال 1861 توسط مهندسان آلمانی فردریش و ویلیام زیمنس برای نیازهای صنعت شیشه اختراع و ساخته شد، اما بیشترین استفاده را در متالورژی داشت.

این کوره شامل تولیدکنندگان گاز (یا مولدهای گاز)، خود کوره با احیاگرهای حرارتی (یا احیاکننده) برای گرم کردن گاز و هوا و یک بخش ریخته گری (حیاط) بود. ژنراتورها و احیاگرها توسط سیستم خاصی از کانال های گاز، هوا و محصولات احتراق به هم متصل شدند. دومی ها به دودکشی تا ارتفاع 40 متر تخلیه شدند که پیش نویس لازم را فراهم می کرد. ژنراتورها در زیر کوره یا در کناره های کوره قرار داشتند.

احیا کننده ها اتاقک های مخصوصی برای گرم کردن گاز و هوا بودند. دریچه های متغیر ویژه گاز و هوا را ابتدا به یک محفظه و سپس به محفظه دیگر هدایت می کنند و محصولات احتراق به لوله تخلیه می شوند. احتراق به شرح زیر رخ داد. گاز و هوا هر کدام در محفظه مخصوص به خود گرم می شدند و سپس وارد فضای ذوب می شدند و در آنجا احتراق صورت می گرفت. محصولات احتراق پس از عبور از کف کوره، به داخل احیاگرها هجوم بردند و بیشتر گرمای خود را به سنگ تراشی احیاگر دادند و سپس به داخل دودکش رفتند.

برای اینکه فرآیند به طور مداوم اتفاق بیفتد، از دریچه هایی برای هدایت هوا و گاز به یک جفت احیاگر و سپس به جفت دیگر استفاده شد. در نتیجه چنین تبادل حرارتی متفکرانه در کوره، به 1600 درجه رسید، یعنی از دمای ذوب آهن خالص بدون کربن فراتر رفت. ایجاد کوره های با دمای بالا افق های جدیدی را برای متالورژی باز کرد. تا اواسط قرن نوزدهم، تمام کشورهای صنعتی دارای ذخایر عظیم آهن قراضه بودند.

به دلیل نسوز بالای آن نمی توان از آن در تولید استفاده کرد. مهندسان فرانسوی امیل و پیر مارتین (پدر و پسر) پیشنهاد کردند که این آهن قراضه با چدن در یک کوره احیا کننده ذوب شود و در نتیجه فولاد تولید شود. در سال 1864، در کارخانه Cireil، تحت رهبری زیمنس، آنها اولین ذوب موفق را انجام دادند. سپس این روش شروع به استفاده در همه جا کرد.

کوره‌های اجاق باز ارزان‌تر از مبدل‌ها بودند و به همین دلیل گسترده‌تر بودند. با این حال، نه روش بسمر و نه روش اجاق باز امکان تولید فولاد با کیفیت بالا از سنگ معدن حاوی گوگرد و فسفر را فراهم نکرد. این مشکل برای یک دهه و نیم حل نشده باقی ماند تا اینکه در سال 1878 متالورژیست انگلیسی سیدنی توماس ایده افزودن 10-15٪ آهک به مبدل را مطرح کرد.

در این حالت سرباره هایی تشکیل شد که قابلیت نگهداری فسفر را در ترکیبات شیمیایی قوی داشتند. در نتیجه، فسفر همراه با سایر ناخالصی های غیر ضروری سوخت و چدن به فولاد با کیفیت تبدیل شد. اهمیت اختراع توماس بسیار زیاد بود. این امکان تولید فولاد را در مقیاس بزرگ از سنگ معدن های حاوی فسفر فراهم کرد که در مقادیر زیادی در اروپا استخراج می شد.

به طور کلی، معرفی فرآیندهای بسمر و اجاق باز امکان تولید فولاد در مقادیر نامحدود را فراهم کرد. فولاد ریخته گری به سرعت جایگاهی در صنعت پیدا کرد و از دهه 70 قرن نوزدهم، آهن فرفورژه تقریباً به طور کامل از کار افتاد. در حال حاضر در پنج سال اول پس از معرفی تولید اجاق باز و بسمر، تولید فولاد جهان 60 درصد افزایش یافته است.

وقتی آنها می گویند "شخصیت فولادی" به معنای استحکام و اراده، قابلیت اطمینان و مردانگی است. آلیاژ آهن و کربن امروزه به عنوان نمادی از بهترین ویژگی هایی است که نه تنها به اشیا، بلکه به افراد نیز نسبت داده می شود. دو نوع وجود دارد:

آلیاژی؛
کربن

طبقه بندی بر اساس کیفیت نیز اتخاذ شده است. آلیاژهای معمولی و باکیفیت و همچنین آلیاژهای باکیفیت و مرغوب وجود دارد.

آنچه از قوی ترین مواد ساخته شده است

فولاد اصلی اولین بار توسط سلت ها تولید شد. این در حدود 200 سال قبل از میلاد اتفاق افتاد. فن آوری تولید در آن زمان به شرح زیر بود: آهن فرفورژه را به نوارهای نازکی برش می دادند که در ظرفی که قبلاً حاوی استخوان های سوخته و زغال سنگ بود قرار می گرفت. ظرف را به همراه تمام محتویات آن گرم کرده و حدود 12-10 ساعت در فر که روی حرارت بالا نگه داشته می شد باقی می ماند. در نتیجه این فرآیند طولانی و پر زحمت، سطح فلز با کربن غنی شد.

اولین ابزار ساخته شده از فولاد چاقو بود. ورق ها به هم متصل شدند و برای به دست آوردن شکل خاصی پردازش شدند. برای مدت بسیار طولانی، دستور تهیه یک آلیاژ بادوام مخفی نگه داشته می شد و از دهان به دهان فقط برای شروع منتقل می شد. از آن زمان به بعد، فولاد راه درازی را در پیشرفت خود پیموده است. محصولات فولادی را می توان در هر خانه ای یافت.

یک پیشرفت بزرگ، اختراع فولاد ضد زنگ در قرن بیستم بود. این محصول در بسیاری از زمینه های صنعت و زندگی روزمره کاربرد پیدا کرده است. گفتن جایی که از آن استفاده نمی شود راحت تر است. رایج ترین و محبوب ترین انواع محصولات فولادی عبارتند از:

فلز نورد شده؛
دکوراسیون؛
ابزار؛
ظرف ها؛
قطعات ماشین آلات و وسایل نقلیه و غیره

تقاضای زیاد برای این ماده به دلیل خواص شگفت انگیز آن است. این شامل استحکام، مقاومت در برابر خوردگی، هدایت حرارتی، هدایت الکتریکی و غیره است. انواع مختلف آلیاژ ممکن است کیفیت های متفاوتی داشته باشند.

از کجا می توان محصولات فولادی با کیفیت بالا را خریداری کرد

همانطور که در بالا ذکر شد، طبقه بندی های مختلفی از آلیاژ وجود دارد که یکی از آنها بر اساس کیفیت آن است. باید با هدف چیزی که در حال تولید است مطابقت داشته باشد. مجموعه وسیعی از محصولات فولادی توسط پورتال تجاری All.biz ارائه می شود. این منبع شامل قطعات یدکی، ابزار، اجاره و موارد دیگر است. اینجا http://www.kz.all.biz/ هر چیزی که در اینجا و خارج از کشور تولید می شود وجود دارد. موتور جستجو به گونه ای پیکربندی شده است که بتوانید هر آنچه را که نیاز دارید پیدا کنید. قیمت ها به خصوص جذاب است.

فولادآلیاژ آهن-کربن است که حاوی حدود 1.5 درصد کربن است که در صورت افزایش محتوای آن، شکنندگی و سختی فولاد به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. منبع اصلی مطالب برای تولید فولاد- ضایعات فولاد و چدن.

اول از همه، آهن با برهمکنش اکسیژن و چدن در کوره های ذوب فولاد اکسید می شود. همراه با آهن، فسفر، سیلیسیم، کربن و منگنز اکسید می شوند. اکسید آهن که در دماهای بالا تشکیل می شود، اکسیژن خود را در چدن به ناخالصی های فعال تر می دهد و در عین حال آنها را اکسید می کند.

تولید فولاد در سه مرحله انجام می شود.

مرحله اول تولید فولاد، ذوب سنگ است

شارژ ذوب می شود و حمام فلزی مایع گرم می شود. دمای فلز پایین است، آهن به شدت اکسید می شود، اکسید آهن تشکیل می شود و ناخالصی ها اکسید می شوند: منگنز، سیلیکون و فسفر.

مهمترین وظیفه این مرحله است تولید فولاد- این حذف فسفر است. برای انجام این کار، ذوب باید در کوره اصلی انجام شود، جایی که سرباره حاوی اکسید کلسیم (CaO) است. انیدرید فسفریک - P2O5 یک ترکیب ضعیف (FeO) 3 x P2O5 با اکسید آهن تشکیل می دهد. اکسید کلسیم پایه قوی تری نسبت به اکسید آهن است و در دمای نه چندان بالا P2O5 را متصل کرده و به سرباره تبدیل می کند.

برای حذف فسفر به دمای نه چندان بالا، حمام سرباره و فلز و مقدار کافی FeO در سرباره نیاز دارید. به منظور افزایش محتوای FeO در سرباره و تسریع اکسیداسیون ناخالصی ها، رسوب و سنگ آهن به کوره اضافه می شود و سرباره آهنی ایجاد می کند. به تدریج، با حذف فسفر از فلز به سرباره، محتوای فسفر در سرباره افزایش می یابد. بنابراین شما باید این سرباره را از سطح فلز جدا کنید و سپس آن را با یک سرباره جدید با افزودن اکسید کلسیم تازه جایگزین کنید.

مرحله دوم تولید فولاد جوشاندن است

حمام فلزی می جوشد. با گرم شدن تا دمای بالا به تدریج شروع می شود. با افزایش دما، واکنش اکسیداسیون کربن شدیدتر رخ می دهد و با جذب گرما ادامه می یابد:

به منظور اکسید شدن کربن، مقدار کمی از رسوب، سنگ معدن وارد فلز می شود یا اکسیژن تزریق می شود. هنگامی که کربن با اکسید آهن واکنش می دهد، حباب های مونوکسید کربن از فلز مایع آزاد می شود و "جوش حمام" رخ می دهد. در طی "جوش"، محتوای کربن در فلز به مقدار لازم کاهش می یابد، دما در کل حجم حمام یکسان می شود، و اجزای غیرفلزی که به حباب های CO شناور و گازهایی که به حباب های CO نفوذ می کنند می چسبند. کمی حذف شده است. همه اینها منجر به افزایش کیفیت فلز می شود. به این معنی که این مرحله اصلی ترین مرحله در فرآیند تولید فولاد است.

شرایط برای حذف گوگرد ایجاد شده است. در فولاد، گوگرد به شکل سولفید - FeS است که در سرباره اصلی حل شده است. هر چه دما بالاتر باشد، سولفید آهن بیشتری در سرباره حل می شود و با اکسید کلسیم CaO برهمکنش می کند.

ترکیبی که تشکیل می شود، CaS، در سرباره حل می شود، اما در آهن حل نمی شود، بنابراین گوگرد در سرباره آزاد می شود.

مرحله سوم تولید - اکسید زدایی فولاد

کاهش اکسید آهن، که در فلز مایع حل می شود، رخ می دهد. افزایش میزان اکسیژن در فلز در هنگام ذوب برای اکسیداسیون ناخالصی ها ضروری است، اما در فولاد تمام شده، اکسیژن ناخالصی مضری است زیرا خواص مکانیکی فولاد را کاهش می دهد.

اکسید زدایی فولاد به دو روش انتشار و رسوب انجام می شود.

اکسید زدایی انتشار به دلیل اکسید زدایی سرباره اتفاق می افتد. به صورت خرد شده، فروسیلیس، فرومنگنز و آلومینیوم به سطح سرباره منتقل می شوند. این دی اکسید کننده ها اکسید آهن را احیا می کنند و در عین حال محتوای آن را در سرباره کاهش می دهند. یعنی اکسید آهن که در فولاد حل می شود به داخل این سرباره می رود. اکسیدهایی که در طی این فرآیند تشکیل می شوند در سرباره باقی می مانند و آهن که قبلاً به شکل احیا شده است به فولاد می رود و محتوای اجزای غیر فلزی در آن کاهش می یابد و کیفیت آن افزایش می یابد.

اکسید زدایی بارش به دلیل وارد شدن اکسیدزدای محلول به فولاد مایع (فروسیلیس، فرومنگنز، آلومینیوم)، که حاوی عناصری با میل ترکیبی بالاتر برای اکسیژن در مقایسه با آهن است، رخ می دهد. در نهایت پس از اکسید زدایی، آهن کاهش یافته و اکسیدهای SiO2، MnO، Al2O5 ایجاد می شود که چگالی کمتری نسبت به فولاد دارند و به سرباره تخلیه می شوند.

بسته به سطح اکسیداسیون، انواع فولاد زیر را می توان ذوب کرد: - جوشان - به طور کامل در کوره اکسید نشده است. اکسید زدایی چنین فولادی در طول انجماد شمش به دلیل برهمکنش کربن و اکسید آهن در قالب ادامه می یابد: FeO + C = Fe + CO.

مونوکسید کربن تشکیل شده از فولاد حذف می شود، با اطمینان از حذف هیدروژن و نیتروژن از فولاد، گازها به شکل حباب حذف می شوند و باعث جوشیدن آن می شوند. فولاد جوشان دارای آخال های غیرفلزی نیست و بنابراین دارای درجه بالایی از شکل پذیری است.

آرام - با اکسید زدایی مطلق در ملاقه و در کوره به دست می آید.
نیمه آرام - با اکسید زدایی متوسط بین فولادهای در حال جوش و آرام مشخص می شود. به دلیل برهم کنش کربن و اکسید آهن موجود در فولاد، تا حدی در ملاقه و کوره و تا حدی در قالب اکسیده می شود.

آلیاژ فولادبا وارد کردن فلزات یا فروآلیاژهای خالص به مقدار معین در مذاب اتفاق می افتد. عناصر آلیاژی که تمایل کمتری به اکسیژن نسبت به آهن دارند (Co, Ni, Cu, Mo) در هنگام ریخته‌گری و ذوب اکسید نمی‌شوند و به همین دلیل در زمان ذوب وارد می‌شوند. عناصر آلیاژی که تمایل بیشتری به اکسیژن نسبت به آهن دارند (Mn, Si, Cr, Al, Ti, V) پس از اکسید زدایی یا همراه با آن در مرحله نهایی ذوب و گاهی به داخل ملاقه وارد فلز می شوند.

تجهیزات تولید و ذوب فولاد

برای تولید فولادکارخانه های فولاد باید دارای تجهیزات ویژه باشند:

مبدل های اکسیژن

اقتصاد آرگون;
قطعات مبدل (رگ ها و حلقه های پشتیبانی مبدل)؛
فیلتراسیون گرد و غبار؛
مکش گاز مبدل;

کوره های برقی

(تولید لوازم جانبی)؛
(تولید پایه های انرژی، قطعات فولادی برای کوره ها، خنک کننده الکترودها)؛
وان بارگیری؛
بخش ضایعات؛
مبدل های فرکانس برای گرمایش القایی؛

متالورژی ثانویه

گوگرد زدایی فولاد؛
همگن سازی فولاد؛
ذوب مجدد الکتروسرباره؛
ایجاد خلاء؛

تکنولوژی سطل

تجهیزات نوع LF؛
تجهیزات نوع SL؛

کشاورزی سطلی

درب ملاقه های ریخته گری و ریختن؛
ملاقه ریخته گری و ریختن;
دریچه های دروازه;

تجهیزات ریخته گری مداوم

قالب چرخشی ریخته گری برای جابجایی تاندیش ها و ملاقه ها.
قطعات تجهیزات ریخته گری مداوم؛
ماشین های تندیش;
سینی ها و ظروف اضطراری؛
سطل های میانی و پایه های تاشو؛
مکانیزم پلاگین؛
میکسرهای چدن سیار;
تجهیزات خنک کننده؛
مناطق خروجی ریخته گری مداوم؛
وسایل نقلیه ریلی متالورژی

بدین ترتیب تولید فولادیک فرآیند پیچیده تکنولوژیکی است که اصول اولیه شیمیایی تولید آهن را در ترکیب با فناوری های ریخته گری فولاد ترکیب می کند.

قدمت آن به زمانی برمی گردد که بشریت روی زمین ظاهر شد. در تمام این مدت، تعداد زیادی اکتشاف و اختراع شگفت انگیز انجام شده است. اما روش های استخراج فولاد را می توان به حق در میان تمام اختراعات، در میان تمام اکتشافات، مهمترین آنها نامید. نویسنده عکس: سرگئی بوگومیاکوبه برکت فولاد بود که انسان قدرتمند شد و قادر به حرکت کوه ها و چرخاندن رودخانه ها شد و توانست اقیانوس ها و بلندی های بهشت را فتح کند. هزاران سال ما را از زمانی که این ماده واقعا شگفت انگیز برای اولین بار به دست آمد، جدا می کند. تولید برخی از انواع فولاد برای مدت طولانی مخفی بود. قرن‌ها به این شکل بود که تنها در قرن نوزدهم می‌توان آن را کشف کرد (جزئیات بیشتر:). امروزه قدرت و ثروت هر کشوری در درجه اول بر اساس میزان ذوب فولاد کارخانه های آن تعیین می شود.

استخراج سنگ معدن

برای تولید فولاد معدن معدنو سوخت اما حتی اگر زغال سنگ کافی داشته باشید، (جزئیات بیشتر:) هنوز نمی توانید شروع به ساخت فولاد کنید. سنگ معدن و زغال سنگ هر دو باید به روش خاصی تهیه شوند. سنگ معدن را فرآوری کنید و از زغال سنگ کک بسازید.

استخراج سنگ معدن

سنگ معدن قبل از اینکه به فولاد تبدیل شود مسیر طولانی و دشواری را طی می کند. و اولین مرحله در این مسیر است استخراج سنگ معدنبه کارخانه فرآوری ابتدا سنگ معدن با استفاده از ماشین هایی به نام خرد می شود سنگ شکن ها. اولین، قدرتمندترین، بلوک های بزرگ را به قطعات تقسیم می کند. سپس دومی این قطعات را به سنگ خرد شده و غیره تبدیل می کند. تا زمانی که سنگ معدن به غلات تبدیل شود. اما این هنوز غنی سازی کامل نیست. سپس سنگ معدن را به آسیاب می فرستند و به پودر تبدیل می کنند. و تنها اکنون چیزی شروع می شود که متالورژیست ها غنی سازی می نامند - جداسازی سنگ معدن از سنگ همراهی که با آن در زمین قرار دارد. اینجوری میشه پودر با آب مخلوط شده و بین آهنرباها عبور داده می شود. آهن ربا و ذرات سنگ آهن مغناطیسی را از جریان کدر انتخاب می کند. و آنچه لازم نیست - دیگر حدس زدن آن دشوار نیست - توسط آب برده می شود. اما حتی چنین سنگ معدن انتخاب شده هنوز برای پردازش بیشتر مناسب نیست. میزان آهن موجود در آن به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. با این حال، این همه چیز نیست. سنگ معدن باید دوباره از پودر به قطعات تبدیل شود. برای انجام این کار، پودر با کک، آهک مخلوط شده و به شدت گرم می شود.

کک

برای ذوب فولاد سوخت اصلی زغال سنگ است. اما نه به شکل استخراج استخراج کنندگان. زغال سنگ استخراج شده حاوی ناخالصی های زیادی است که می تواند بر فلز آینده تأثیر منفی بگذارد. و بنابراین آنها باید حذف شوند. زغال سنگ، مانند سنگ معدن، ابتدا آسیاب می شود و به پودر ریز تبدیل می شود. سپس این پودر در یک محفظه مخصوص بدون دسترسی به هوا گرم می شود. زغال سنگ گاز و قطران را آزاد می کند. سایر ناخالصی های غیرضروری نیز با آنها ترک می کنند. و خود پودر زغال سنگ به یک توده متخلخل متراکم متخلخل تبدیل می شود. توده داغ شعله ور از محفظه بر روی یک سکوی فلزی رانده می شود و با آب خنک می شود. در اثر سرد شدن ناگهانی، توده تکه تکه می شود. این قطعات هستند کک. اکنون هم سنگ معدن و هم سوخت آماده شده است. می توانید شروع به ذوب کنید. اما ما هنوز آماده ذوب فولاد نیستیم. قبل از اینکه سنگ آهن به فولاد تبدیل شود، هنوز باید تبدیل شود چدن. این فرآیند در کوره ذوب اهن. کوره بلند یک کوره غول پیکر است. حتی یک ساختمان ده طبقه در کنار چنین اجاقی خیلی بزرگ به نظر نمی رسد. این اجاق به مدت چندین دهه به طور مداوم می سوزد. متالورژی ها هر از گاهی سنگ معدن، کک و آهک را در آن بار می کنند - این نیز در هنگام ذوب ضروری است - و چدن نهایی تولید می کنند. چه فرآیندهایی در کوره بلند انجام می شود، چگونه سنگ معدن به چدن تبدیل می شود؟ برای درک این موضوع باید به سنگ آهن برگردیم.

چدن

سنگ آهن یک فلز اکسید شده است، به عنوان مثال. ترکیبی از آهن و اکسیژن برای به دست آوردن فلز خالص، مبارزه با اکسیژن ضروری است. این مبارزه زمانی آغاز می شود که متالورژی ها کوره بلند را با سنگ معدن و کک بارگیری می کنند. در دمای بالا اکسیژن با کربن کک ترکیب شده و از آهن جدا می شود. معلوم می شود دی اکسید کربن. و کربن باقی مانده بلافاصله جای اکسیژن را می گیرد و با آهن ترکیب می شود. آهن به علاوه کربن - همین چدن.

برای سرعت بخشیدن به ذوب، متالورژها شروع به استفاده از اکسیژن در برابر اکسیژن کردند. برای اینکه شعله داغتر شود، نه تنها هوا، بلکه اکسیژن خالص به داخل کوره بلند پمپ می شود. کوره های بلند مدرن با گاز طبیعی کار می کنند. این نه تنها سرعت ذوب را افزایش می دهد، بلکه مصرف کک را نیز به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. این امر امکان دستیابی به چدن ارزان تر را فراهم می کند.

راهی برای کاهش قیمت تمام شده فلز

متالورژی دیگری را پشت سر گذاشته است روشی برای کاهش قیمت فلز. این مسیر جایگزینی نیروی گران قیمت انسانی با نیروی کار ماشینی است. اگر قبلاً تمام کارهای تعمیر و نگهداری کوره بلند عمدتاً به صورت دستی انجام می شد ، اکنون متالوژیست ها به کمک آمده اند. نوار نقاله، مکانیسم های بارگیری، جرثقیل ها. بسیاری از عملیات ها به طور کلی بدون دخالت انسان انجام می شود. آنها به صورت خودکار انجام می شوند. در حال حاضر، کوره بلند تقریباً به طور کامل بدون کمک مردم کار می کند. تمام فرآیندها خودکار هستند. اتوماسیون پیام هایی را از ابزارها در مورد کیفیت سنگ معدن و کک دریافت می کند و به مکانیسم های اجرایی فرمان می دهد که چقدر باید وزن شود و در کوره هر دو بارگذاری شود. سپس دمای فر را بررسی می کند. در صورت لزوم، او اکسیژن یا گاز را اضافه یا کاهش می دهد. یک سکوی راه‌آهن با سطل‌ها تا کانالی که از طریق آن فلز از کوره آزاد می‌شود، حرکت می‌کند. یک دستگاه حفاری مخصوص سوراخی را برای تخلیه فلز سوراخ می کند که به آن سوراخ شیر می گویند. و سوراخ شیر با استفاده از یک تفنگ مخصوص بسته می شود. یک توده نسوز از طریق مکانیزم پیستونی تامین می شود که پس از تخلیه چدن، کانال را می بندد. بلافاصله پس از تخلیه فلز، بارگیری مواد شارژ از قسمت بالای کوره آغاز می شود، زیرا ذوب در کوره بلند پیوسته است.

فولاد

این در مورد چگونگی تبدیل سنگ معدن است فولاد. به هر حال، چدن اولین قدم در مسیر این تحول است. اما چه تفاوتی بین چدن و فولاد وجود دارد، زیرا آن نیز یک فلز است؟ چدن را نمی توان آهنگری کرد و پردازش آن در دستگاه های برش فلز دشوار است. و این به این دلیل است که حاوی مقدار زیادی کربن است. و کربن ماده ای است، اگرچه بسیار سخت، اما شکننده است. بنابراین آهن وقتی با آن در کوره بلند ترکیب شد، بسیار شکننده شد. مورد دیگر فولاد است. همچنین می توان آن را جعل کرد - می توان آن را مهر و موم کرد و ورق های فولادی را می توان به اشکال مختلف درآورد. همچنین بر روی ماشین ها پردازش می شود، انواع قطعات تبدیل می شود. چدن نیز در تولید ضروری است. سپس محصولاتی که نیاز به پردازش دقیق ندارند از آن ریخته می شوند. به عنوان مثال، فریم هایی که ماشین ها روی آنها قرار می گیرند، فلایویل های موتور، لوله ها. اما بخش اصلی چدن به پردازش بیشتر می رود - برای تولید فولاد.

کوره های اجاق باز

یکی یکی ملاقه ها - حامل های چدنی - پر شد و قطار به کارگاه فرستاده شد و در یک ردیف ردیف شدند. کوره های اجاق باز. کوره های اجاق باز چیست؟ در اینجا چدن آشنا دوباره در شعله می افتد. درست است، بلافاصله نه. مقدار چدنی که کوره بلند به اینجا می فرستد را نمی توان فوراً توسط کوره های اجاق باز پردازش کرد. تعداد زیادی از آنها در کارگاه وجود دارد، اما آنها بسیار کوچکتر از کوره بلند هستند. بنابراین، چدن ابتدا وارد قمقمه می شود. اینجا در دکان اجاق باز به آنها می گویند میکسرها. وظیفه آنها جلوگیری از سرد شدن چدن است تا آن را مایع نگه دارند. فولادسازان در صورت نیاز از اینجا آن را برای ریختن در کوره های اجاق باز می برند. جوش دادن فولاد آسان نیست. کسانی که این کار را انجام می دهند نه تنها باید بتوانند کارهای زیادی انجام دهند، بلکه چیزهای زیادی هم می دانند. از این گذشته ، به آنها بستگی دارد که چه نوع فولادی از کوره اجاق باز خارج می شود - محکم و الاستیک ، که از آن ریل برای قطارها و مهمترین قسمت های اتومبیل ساخته می شود ، یا نرم ، که مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان مثال، برای ساخت ورق برای سقف. هر گرید فولادی با استفاده از تکنولوژی خاصی در اجاق های باز پخته می شود. در اینجا، ضایعات فلزی، سنگ معدن غیر آهنی، منگنز، نیکل، کروم و بسیاری موارد دیگر مورد نیاز است. و از همه مهمتر، البته، چدن. فر شروع به بارگیری کرده است. جرثقیل ها یکی پس از دیگری جعبه های چند تنی - قالب ها را برمی دارند، آنها را داخل فر می برند و محتویات را می ریزند. به این عمل پر کردن کوره می گویند. اما اکنون آخرین جعبه واژگون شده است. شعله های آتش در کوره بیشتر و بیشتر می شتابد. سرکارگر به سازها نگاه می کند. ضایعات فلزی، آهک و سنگ معدن به اندازه کافی گرم شده اند. زمان ریختن چدن فرا رسیده است. قبلاً از میکسرها آورده شده است، اینجا ایستاده است و به طرز غیرقابل تحملی از گرما می سوزد. بازوی فولادی جرثقیل ملاقه را برمی‌دارد و آهن گداخته را به درون ماوی آتش‌نفس کوره اجاق باز می‌ریزد. پخت فولاد شروع شده است. اکنون همه چیز به فولادساز، به مهارت و تجربه او بستگی دارد.

نویسنده عکس: سرگئی بوگومیاکوالبته فناوری به فولادساز مدرن وفادارانه خدمت می کند. او را با وسایل مختلف مسلح کرد. او را به تفصیل از آنچه در کوره می‌گذرد آگاه می‌کنند، اما نه، نه، و سرکارگر عینک محافظ خود را روی چشمانش پایین می‌آورد و از سوراخ مخصوصی به درون کوره اجاق باز نگاه می‌کند. فولادسازان هر از گاهی نمونه های فلزی را به آزمایشگاه مخصوص می فرستند. آزمایشگاه خیلی سریع کار می کند. به دلیل سرعت آن، حتی در کارخانه های متالورژی "آزمایشگاه اکسپرس" نامیده می شود. بنابراین او به سرعت به کسانی که در کوره های اجاق باز ایستاده اند اطلاع می دهد که در حال حاضر چقدر کربن، گوگرد، فسفر و سایر عناصر در فلز وجود دارد. اما اکنون مهلت به پایان رسیده است، آخرین نمونه گرفته شده است، نتیجه آخرین آنالیز در سراسر کارگاه پخش می شود - فلز آماده است. انگار خورشید در کارگاه می تابد. جریانی از فلز به داخل قالب ها سرازیر می شود. اما در اجاق باز چه گذشت؟ چرا چدن به فولاد تبدیل شد؟ برای درک این موضوع، بیایید به یاد بیاوریم که چه اتفاقی برای سنگ معدن در کوره بلند افتاده است. در آنجا آهن از اکسیژن جدا شد. کربن جایش را گرفت. در کوره های باز، مقداری از کربن از چدن خارج می شود. در اکسیژن هوا می سوزد که به طور مداوم توسط دستگاه های اتوماتیک به داخل کوره وارد می شود. و هرچه کربن بیشتری بسوزد، فولاد چسبناکتر و نرمتر از کوره خارج می شود. و اگر برخی از ویژگی های اساسی از آن مورد نیاز باشد، افزودنی های خاصی به آن می دهد - منگنز، کروم، سیلیکون. در یک کلام، آنچه با توجه به تکنولوژی برای این درجه از فولاد مورد نیاز است. تجهیزات به انواع مختلف فولاد نیاز دارند. و کارگران فولاد تمام خواسته های او را برآورده می کنند. فولاد جوش داده شده است. از اجاق باز رها شد و به قالب افتاد. در اینجا کم کم سرد شد و یخ زد. اما قالب ها وان های بزرگی هستند. و با بیرون آوردن فولاد از آنها شمش های فلزی به وزن چندین تن به دست می آید. بنابراین، فولاد ابتدا به میله هایی تبدیل می شود که برای کار راحت هستند. این کار بر روی ماشین های چین دار مخصوص انجام می شود. نامیده می شوند شکوفه ها. بلومینگ مدرن یک ماشین بسیار بزرگ و پیچیده است. مثل یک ترن هوایی بلند است. شمش های بزرگ فلزی که از قبل گرم شده اند با سرعت زیاد از داخل آن عبور می کنند. در طول مسیر به رول های فولادی می افتند. این رول ها شمش ها را از هر طرف فشرده می کنند و به میله هایی به اندازه لازم تبدیل می کنند.

نویسنده عکس: سرگئی بوگومیاکوو تنها پس از این میله ها به کارخانه های نورد فرستاده می شوند، جایی که از آنها برای ساخت ریل، تیرها، لوله ها، ورق های فولادی یا میله های ضخیم و نازک استفاده می شود. هر چیزی که نیاز دارید.

روش مبدل اکسیژن

علاوه بر روش کوره باز تولید فولاد، در مرحله حاضر وجود دارد روش مبدل اکسیژنبا دمیدن ترکیبی فرآیند تولید فولاد از چدن با استفاده از این روش بدون مصرف سوخت انجام می شود. در مبدل، چدن با اکسیژن خالص تصفیه می شود. چدن اکسید می شود، گرما آزاد می شود، ناخالصی های غیر ضروری می سوزند و در نتیجه اکسید زدایی فلز رخ می دهد. تاریخچه تولید فولاد پیچیده است. برای رسیدن به سطح مدرن، مراحل زیادی طی شده است. از شمش فلزی که در چوب به دست می‌آید و آهنگری در یک آهنگری می‌شود، تا کارخانه‌های فولاد مدرن با نورد و مغازه‌های مکانیکی.

عموم مردم اغلب در مورد نوآوری های فناوری از رسانه ها می آموزند، اما چنین گزارش هایی معمولاً بر اساس منابع دیپلماتیک نیست. در 31 ژانویه 1915، این قانون شکسته شد. نیویورک تایمز مقاله کوتاهی با عنوان فولاد غیر زنگ زده منتشر کرد. در گزارش این روزنامه آمده است که یک شرکت در شهر شفیلد بریتانیا نوع جدیدی از فولاد را راه اندازی کرده است که «خورنده، کدر یا لکه نمی شود». سازنده ادعا کرد که برای ساخت کارد و چنگال بسیار مناسب است، زیرا محصولات ساخته شده از آن به راحتی شسته می شوند و در تماس با اسیدی ترین غذاها درخشش خود را از دست نمی دهند. جان ساویج، کنسول آمریکا در شفیلد به عنوان منبع این اطلاعات نام برده شد. اینگونه بود که جهان بدون هیاهو و با تاخیر قابل توجهی از اختراع فولاد ضد زنگ مطلع شد.

فولادهای زنگ نزن از نظر خواص، ترکیب و هدف متفاوت هستند، اما به طور کلی می توان آنها را بر اساس ساختار بلوری به چند گروه اصلی تقسیم کرد: فریتی، آستنیتی، مارتنزیتی و دو فازی (فریتی-آستنیتی). فولادهای ضد زنگ فریتی عبارتند از فولادهای کروم (10-30٪ کروم) و فولادهای کم کربن (کمتر از 0.1٪). آنها کاملاً قوی، انعطاف پذیر، پردازش نسبتاً آسان و در عین حال ارزان هستند، اما نمی توانند عملیات حرارتی (سخت شدن) شوند. فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی، فولادهای کرومی (10-17٪ کروم) هستند که حاوی حداکثر 1٪ کربن هستند. آنها به خوبی برای عملیات حرارتی (سخت کردن و تلطیف) مناسب هستند، که به محصولات ساخته شده از چنین فولادهایی سختی بالایی می دهد (چاقوها، بلبرینگ ها و ابزارهای برش از آنها ساخته می شوند). فرآوری فولادهای مارتنزیتی دشوارتر است و به دلیل محتوای کروم کمتری که دارند، نسبت به فولادهای فریتی در برابر خوردگی مقاومت کمتری دارند. فولادهای زنگ نزن آستنیتی - کروم نیکل. آنها حاوی 16-26٪ کروم و 6-12٪ نیکل، و همچنین کربن و مولیبدن هستند. از نظر مقاومت در برابر خوردگی نسبت به فولادهای فریتی و مارتنزیتی برتری دارند و غیر مغناطیسی هستند. استحکام بالا با کار سرد (سخت شدن) به دست می آید؛ در طی عملیات حرارتی (سخت شدن)، سختی آنها کاهش می یابد. فولادهای دوفاز ترکیبی از خواص مختلف فولادهای فریتی و آستنیتی هستند.

اجداد فولاد ضد زنگ

در واقع، چنین فولادی در اروپا و ایالات متحده آمریکا حتی قبل از متالورژیست های شفیلد تولید می شد. فولاد معمولی، آلیاژی از آهن و کربن، به راحتی با لایه ای از اکسید آهن پوشانده می شود - یعنی زنگ می زند. به هر حال، همین شرایط یکی از دلایل موفقیت تجاری درخشان کارآفرین آمریکایی کینگ کمپ ژیلت بود که تیغ ایمنی را اختراع کرد. در سال 1903، شرکت او تنها 51 تیغه فروخت، در سال 1904 - تقریباً 91000 تیغه، و تا سال 1915، کل فروش از 70 میلیون تجاوز کرد. تیغه های ژیلت که از فولاد بدون آلیاژ از مبدل های Bessemer ساخته شده بودند، به سرعت زنگ زدند و کدر شدند و بنابراین نیاز به تعویض مکرر داشتند. جالب است که مدتها پیش دستور مبارزه با این بیماری فلز اصلی صنعت آن زمان پیدا شد. در سال 1821، زمین شناس و مهندس معدن فرانسوی پیر برتیه متوجه شد که آلیاژهای آهن و کروم مقاومت اسیدی خوبی دارند و پیشنهاد ساخت چاقوهای آشپزخانه و رومیزی، چنگال و قاشق را از آنها داد. با این حال، این ایده برای مدت طولانی یک آرزو باقی ماند، زیرا اولین آلیاژهای آهن و کروم بسیار شکننده بودند. تنها در آغاز قرن بیستم بود که فرمولاسیون آلیاژ آهن اختراع شد که می توانست عنوان فولاد ضد زنگ را به خود اختصاص دهد. در میان نویسندگان آنها یکی از پیشگامان صنعت خودروسازی آمریکا به نام الوود هاینز بود که قصد داشت از آلیاژ خود برای ساخت ابزارهای برش فلز استفاده کند. در سال 1912، او برای ثبت اختراع مربوطه درخواست داد، که تنها هفت سال بعد پس از اختلافات طولانی با اداره ثبت اختراع ایالات متحده اعطا شد.

تیغه های ماشین های ژیلت از فولاد کربن سخت ساخته شده بودند. آنها خیلی بادوام نبودند، زیرا در اثر قرار گرفتن مداوم در معرض رطوبت به راحتی زنگ می زدند.

شانس پیدا کردن

اما والدین رسمی فولاد ضد زنگ معروف مردی بود که اصلاً به دنبال آن نبود و فقط به لطف یک تصادف خوشحال کننده آن را ایجاد کرد. این قرعه به دست متالورژیست انگلیسی خودآموخته هری برلی افتاد که در سال 1908 ریاست آزمایشگاه کوچکی را که توسط دو شرکت فولاد شفیلد تأسیس شده بود، بر عهده داشت. او در سال 1913 تحقیقاتی را روی آلیاژهای فولادی انجام داد که قرار بود برای ساخت لوله تفنگ مورد استفاده قرار گیرند. متالورژی علمی در آن زمان در مراحل اولیه خود بود، بنابراین Brearley با آزمون و خطا عمل کرد و آلیاژها را با افزودنی های مختلف برای استحکام و مقاومت در برابر حرارت آزمایش کرد. او به سادگی قطعات ناموفق را در گوشه ای قرار داد و آنها بی سر و صدا زنگ زدند. او یک بار متوجه شد که ریخته گری که یک ماه پیش از یک کوره الکتریکی بیرون آورده شده بود، اصلا زنگ زده به نظر نمی رسید، اما مانند نو می درخشید. این آلیاژ حاوی 85.3 درصد آهن، 0.2 درصد سیلیکون، 0.44 درصد منگنز، 0.24 درصد کربن و 12.8 درصد کروم است. این او بود که اولین نمونه از فولاد در جهان شد که بعداً توسط نیویورک تایمز گزارش شد. در اوت 1913 ذوب شد.

و چاقوهای رومیزی ساخته شده توسط یک شرکت در شفیلد ممکن است به این اندازه تیز نبودند، اما به خوبی در برابر خوردگی مقاومت می کردند.

شکست و موفقیت

Brearley به ریخته گری غیر معمول علاقه مند شد و به زودی متوجه شد که به خوبی در برابر اسید نیتریک مقاومت می کند. اگرچه آلیاژ جدید به عنوان یک فولاد تسلیحاتی موفقیت آمیز نبود، اما Brearley متوجه شد که این ماده کاربردهای دیگری نیز خواهد داشت. شفیلد از قرن شانزدهم به دلیل محصولات فلزی خود مانند چاقو و کارد و چنگال مشهور بوده است، بنابراین Brearley تصمیم گرفت آلیاژ خود را برای این منظور امتحان کند. با این حال، دو تولید کننده داخلی که او برای آنها ریخته گری فرستاده بود به پیشنهاد او شک داشتند. آنها دریافتند که چاقوهای ساخته شده از فولاد جدید به کار بیشتری برای ساخت و سخت شدن نیاز دارند. شرکت های متالورژی، از جمله شرکتی که برلی برای آن کار می کرد، نیز مشتاق نبودند. واضح است که هم برش‌کن‌ها و هم تولیدکنندگان فلز می‌ترسیدند که محصولات فولادی ضد زنگ آنقدر بادوام باشند که بازار به سرعت اشباع شود و تقاضا برای آنها کاهش یابد. بنابراین، تا تابستان 1914، تمام تلاش های بریرلی برای متقاعد کردن صنعتگران به وعده آلیاژ جدید به هیچ چیز ارزشمندی منجر نشد.

اما بعد شانس آورد. در اواسط تابستان، سرنوشت او را با دوست مدرسه اش ارنست استوارت در تماس قرار داد. استوارت، آر.اف. Mosley & Co که کارد و چنگال تولید می کرد، در ابتدا به واقعیت وجود فولادی که در معرض زنگ زدگی نیست اعتقاد نداشت، اما موافقت کرد که چندین چاقوی پنیر از آن به عنوان آزمایش بسازد. محصولات عالی بودند، اما استوارت این سرمایه گذاری را شکست خورده تلقی کرد، زیرا ابزارهای او هنگام ساخت این چاقوها به سرعت کسل کننده شدند. اما در نهایت، استوارت و برلی بالاخره یک حالت گرمایشی پیدا کردند که در آن فولاد می توانست پردازش شود و پس از سرد شدن شکننده نمی شد. در ماه سپتامبر، استوارت دسته کوچکی از چاقوهای آشپزخانه را ساخت که با یک شرط آن را برای آزمایش در بین دوستانش توزیع کرد: او درخواست کرد که اگر لکه یا زنگ زدگی روی تیغه‌های چاقوها ظاهر شد، آنها را برگرداند. اما حتی یک چاقوی هم به کارگاه او برنگشت و به زودی سازندگان شفیلد فولاد جدید را شناختند.

اغلب اوقات می توانید با این جمله برخورد کنید که آهن شهاب سنگ زنگ نمی زند. در واقع این افسانه محض است. شهاب‌سنگ‌های آهن نیکل حاوی حدود 10 درصد نیکل هستند، اما حاوی کروم نیستند و بنابراین مقاومت در برابر خوردگی ندارند. می توانید با مراجعه به بخش کانی شناسی یک موزه تاریخ طبیعی این موضوع را تأیید کنید. با نگاهی دقیق‌تر به نمونه‌های شهاب‌سنگ‌های آهن نیکل (مثلاً شهاب سنگ سیخوت آلین که اغلب در چنین نمایشگاه‌هایی یافت می‌شود)، می‌توانید آثار متعددی از زنگ زدگی را مشاهده کنید. اما نمونه ای از شهاب سنگ آهن نیکل خریداری شده در یک فروشگاه سوغات معدنی به احتمال زیاد واقعا زنگ نمی زند. دلیل آن "آماده سازی پیش فروش" است که شامل پوشاندن نمونه با یک روان کننده محافظ غلیظ است. لازم است این گریس را با یک حلال بشویید - و سپس رطوبت و اکسیژن جو انتقام می گیرد.

کاتر و چاقو

در آگوست 1915، برلی برای اختراع خود در کانادا، در سپتامبر 1916 - در ایالات متحده آمریکا، و سپس در چندین کشور اروپایی، حق ثبت اختراع دریافت کرد. به بیان دقیق، او حتی خود آلیاژ را نیز ثبت اختراع نکرد، بلکه فقط چاقو، چنگال، قاشق و سایر کارد و چنگال های ساخته شده از آن را ثبت کرد. هاینز حق امتیاز آمریکایی بریل را به دلیل اولویت به چالش کشید، اما طرفین در نهایت به توافق رسیدند. این امر تأسیس یک شرکت مشترک انگلیسی-آمریکایی، شرکت فولاد ضد زنگ آمریکایی را در پیتسبورگ ممکن کرد. اما این یک داستان کاملا متفاوت است. شایان ذکر است که فولاد ضد زنگ هاینز حاوی کربن بسیار بیشتری نسبت به فولاد Brearley بود و بنابراین ساختار کریستالی متفاوتی داشت. این قابل درک است: کربن سختی را در طول سخت شدن فراهم می کند و هاینز به دنبال ایجاد آلیاژی برای ساخت ماشین برش و فرز برش بود. امروزه فولادهای نوع هاینز مارتنزیتی نامیده می شوند و فولادهایی که از نظر تاریخی به آلیاژ برلی باز می گردند فریتی نامیده می شوند (انواع دیگری از فولادهای زنگ نزن نیز وجود دارد).

ستون آهنی (Kutubov) یکی از جاذبه های اصلی دهلی است. در سال 415 ساخته شد و به مدت 1600 سال تقریباً هیچ خوردگی نداشته است - فقط لکه های کوچک زنگ روی سطح قابل مشاهده است، در حالی که محصولات فولادی معمولی با اندازه مشابه در این مدت تقریباً به طور کامل اکسید شده و به گرد و غبار فرو می ریزند. فرضیه های زیادی در تلاش برای توضیح این پدیده مطرح شده است: استفاده از آهن بسیار خالص یا شهاب سنگی، نیترید شدن طبیعی سطح، آبی شدن، تصفیه مداوم روغن و حتی تابش رادیواکتیو طبیعی که لایه بالایی را به آهن بی شکل تبدیل می کند. تلاش هایی برای توضیح حفظ ستون توسط عوامل خارجی - به ویژه آب و هوای بسیار خشک - وجود داشت. تجزیه و تحلیل نشان داد که ستون از 99.7٪ آهن تشکیل شده است و حاوی کروم نیست، یعنی به معنای امروزی کلمه ضد زنگ نیست. ناخالصی اصلی در مواد ستون فسفر است و این به گفته دانشمندان دلیل اصلی مقاومت در برابر خوردگی است. لایه ای از فسفات FePO4·H3PO4·4H2O با ضخامت کمتر از 0.1 میلی متر بر روی سطح تشکیل می شود و بر خلاف زنگ زدگی که خرد می شود و مانع اکسیداسیون بیشتر نمی شود، این لایه یک لایه محافظ بادوام تشکیل می دهد که از زنگ زدن آهن جلوگیری می کند.

طعم طبیعی

استوارت نه تنها راه را برای استفاده از فولاد جدید باز کرد، بلکه نامی که اکنون به طور کلی به زبان انگلیسی پذیرفته شده است فولاد ضد زنگ، "فولاد بدون لکه" را برای آن یافت. طبق توضیحات استاندارد، زمانی به ذهنش خطور کرد که یک صفحه فولادی صیقلی را در سرکه فرو برد و با تعجب به نتیجه نگاه کرد: «این فولاد کمتر لکه می‌گیرد» یعنی «لکه‌ای روی این فولاد کم است». Brearley ذهن خود را کمی متفاوت نامید - فولاد ضد زنگ که با اصطلاح روسی "فولاد ضد زنگ" مطابقت دارد. به هر حال، عنوان مقاله در نیویورک تایمز ظاهر فولاد ضد زنگ (نه کم زنگ!) را اعلام کرد.

راز او ساده است. با غلظت کافی کروم (حداقل 10.5٪ و تا 26٪ برای محیط های به ویژه تهاجمی)، یک فیلم شفاف جامد از اکسید کروم Cr 2 O 3 بر روی سطح محصولات فولادی ضد زنگ تشکیل می شود که محکم به فلز چسبیده است. یک لایه محافظ نامرئی برای چشم ایجاد می کند که در آب حل نمی شود و از اکسید شدن آهن جلوگیری می کند و بنابراین اجازه زنگ زدن به آن را نمی دهد. این فیلم یک کیفیت ارزشمند دیگر دارد - در مناطق آسیب دیده خود ترمیم می شود، بنابراین از خراش نمی ترسد. کارد و چنگال از جنس استنلس استیل نیز به این دلیل محبوبیت زیادی به دست آورده است که به ما اجازه می دهد از طعم خاص ظروف فلزی ارزان قیمت خلاص شویم. لایه اکسید کروم به شما امکان می دهد از طعم طبیعی غذا لذت ببرید، زیرا از تماس مستقیم جوانه های چشایی زبان با فلز جلوگیری می کند. به طور کلی، فولاد ضد زنگ، که صنعت مدرن در انواع مختلف تولید می کند، واقعاً یک اختراع تصادفی قابل توجه است.