Varför kolstål är billigt
Kolstål är billigt av tre sammanhängande skäl: råvarorna, processen och skalan. Huvudkomponenterna är järn och en liten mängd kol, både extremt rikligt och billigt. Järnmalm bryts i enorma volymer och kol är i princip fritt som en-biprodukt från ståltillverknings- och energiindustrin. Tillverkningsprocessen, även om den är energiintensiv-, är mycket optimerad och körs på massiva produktionslinjer, så kostnaden per ton är mycket låg. Den utbredda användningen av stål i konstruktion och infrastruktur skapar en enorm efterfrågan, vilket stödjer de skalfördelar som ytterligare sänker priset. Resultatet är ett material med styrkan och mångsidigheten hos en metall till ett pris som gör det till standardvalet för strukturer, fordon och maskiner.
De två ståltillverkningsvägarna
Modernt stål tillverkas av två huvudvägar. Den grundläggande syrgasugnen (BOF) omvandlar järnmalm och koks i en masugn till tackjärn och förädlar det sedan med syre; den dominerar-storskalig plan och strukturell produktion och drar nytta av enorma stordriftsfördelar. Den elektriska ljusbågsugnen (EAF) smälter återvunnet skrot med elektricitet och är billigare att bygga, flexibelt och växer i andel. Båda rutterna optimeras kontinuerligt för energieffektivitet och avkastning, och resultatet är en råvara med snäva marginaler och låg enhetskostnad.
Problemen med hög-kolstål
De främsta problemen med hög-kolstål är sprödhet och dålig svetsbarhet. När kolhalten stiger blir stålet mycket hårt och kan hålla en vass egg, men det tappar formbarhet: det är benäget att spricka eller splittras vid stötar eller påkänningar istället för att böjas. Det är också svårt att svetsa, eftersom den snabba uppvärmningen och kylningen av svetsning skapar hårda, sprickkänsliga- mikrostrukturer i den värme-påverkade zonen, och stålet är mer mottagligt för rost om det inte skyddas. Dessa avvägningar- är anledningen till att hög-kolkvalitet endast används där hårdhet och slitstyrka motiverar förlusten av seghet.
Svagheten av kol i stål
Grundämnet kol har sina egna svagheter som påverkar stålet. I dess rena former, såsom grafit, oxiderar eller brinner kol vid hög temperatur i syre; även en diamant är rent kol och kan brännas i en ugn. I stål fungerar kolatomerna som platser för galvanisk korrosion, vilket påskyndar rostningen av järnmatrisen där stålet utsätts för fukt och syre. Det är därför kolstål behöver beläggningar, inhibitorer eller galvanisering vid korrosiv användning, och varför rostfritt stål, med sin kromfilm, istället motstår rost.
Vad varje kolklass används till
Kolstål klassificeras efter kolinnehåll och varje klass har sina egna användningsområden. Lågt-kolstål används för bilkarosser, tråd, rör, konstruktionsbalkar och plåt av apparaten. Medel-kolstål används för järnvägsspår, växlar, vevaxlar och maskindelar som behöver mer styrka. Hög-kolstål används för skärverktyg, knivar, fjädrar, hög-hållfast tråd och föremål som kräver hög hårdhet och slitstyrka. Graden väljs av balansen mellan styrka, seghet och kostnad som applikationen behöver.
Kan kolstål gå sönder?
Kolstål kan brytas i två bemärkelser. Kemiskt kräver kol-kolbindningen betydande energi för att bryta, som vid förbränning där kol binder till syre för att bilda koldioxid; starka oxidationsmedel kan också bryta dessa bindningar. Mekaniskt sett kan stål med hög-kolhalt, som är hårt men sprött, gå sönder vid en kraftig stöt eller plötslig stöt, och kolstål i allmänhet kan försvagas av korrosion och kan spricka vid en redan-defekt eller hack under tillräcklig kraft. Dessa är de klassiska fellägen som designkoder hanterar med seghetskrav, spänningsgränser och korrosionstillåtelser.
Vanliga frågor
F: Varför är kolstål så billigt?
Eftersom järn och kol finns i överflöd optimeras ståltillverkningsprocessen i enorm skala, och den höga efterfrågan på stål skapar starka skalfördelar.
F: Vilka är problemen med hög-kolstål?
Den är skör, dåligt svetsbar och mer benägen att rosta; hårdheten som gör den användbar gör också att den spricker vid stötar istället för att böjas.
F: Vad används kolstål till?
Lågt-kolstål för paneler, rör, balkar och tråd; medium-kol för band, kugghjul och axlar; hög-kol för verktyg, knivar och fjädrar.
F: Vilka är de två ståltillverkningsvägarna?
Den grundläggande syreugnsvägen från järnmalm och den elektriska ljusbågsugnen från skrot, båda optimerade för kostnad och skala.
F: Varför rostar kolstål?
Kolatomer fungerar som galvaniska-korrosionsplatser som påskyndar rostningen av järnmatrisen, och kolstål har ingen skyddande film som rostfritt stål.
F: Kan stål med högt kol- svetsas?
Med svårighet. Värmen från svetsning skapar hårda, sprickkänsliga-zoner, så hög-kolstål svetsas i allmänhet inte för strukturell service.
