강철은 어떻게 만들어지나요?

강합금의 생산 및 특성 소개

세계 철강 협회(World Steel Association)에 따르면 2019년에 18억 6,990만 톤의 철강이 생산되었습니다. 이는 2018년에 비해 생산량이 3.4% 증가한 것이며 1999년에는 생산량의 두 배 이상입니다. 세계는 철강에 대한 수요가 계속해서 증가하고 있습니다. 건설, 산업 및 제조에 사용됩니다. 강력하고 저렴하여 모든 유형의 제조에 이상적입니다.

강철은 무엇으로 만들어지나요?

강철의 주요 원소 성분인 철은 지각에서 가장 풍부한 원소 중 하나입니다. 모든 강철 합금은 주로 철과 중량 기준으로 0.002-2.1%의 탄소입니다. 이 범위에서 탄소는 철과 결합하여 강한 분자 구조를 만듭니다. 결과적으로 생성된 격자 미세 구조는 인장 강도 및 경도와 같은 특정 재료 속성을 달성하는 데 도움이 되며, 이는 우리가 강철에 의존합니다.

모든 강철은 철과 탄소로 만들어지지만 강철의 종류에 따라 각 원소의 비율이 다릅니다. 강철에는 니켈, 몰리브덴, 망간, 티타늄, 붕소, 코발트 또는 바나듐과 같은 다른 요소도 포함될 수 있습니다. 강철 합금의 "레시피"에 다른 요소를 추가하면 재료 특성에 영향을 줍니다. 강철의 제조 및 처리 방법은 이러한 능력을 더욱 향상시킵니다.

주목할만한 강철 합금 그룹에는 크롬이 포함되어 있습니다. 이러한 모든 합금은 일반적으로 스테인리스강으로 알려져 있습니다.

강철 만드는 방법

가장 기본적으로 강철은 탄소와 철을 매우 높은 온도(2600°F 이상)에서 혼합하여 만듭니다.

1차 제강 "선철"이라는 제품으로 강철을 만듭니다. 선철은 철에 맞는 것보다 더 많은 탄소를 함유하고 있는 광석에서 제련된 철입니다.

제철소는 선철을 녹여서 산소를 발생시키는 시스템을 사용합니다. 이 공정은 용융 금속 전체에 걸쳐 균일한 산화를 생성합니다. 산화는 과잉 탄소를 ​​제거합니다. 또한 규소, 인, 망간과 같은 원소로 이루어진 불순물을 기화시키거나 결합시킵니다.

2차 제강 "국자에" 수행됩니다. 강철을 정제하고 합금하는 과정입니다. 2차 제강은 스크랩 용해로 시작하거나 1차 공정을 계속할 수 있습니다. 특정 합금을 얻기 위해 요소를 추가할 수 있습니다. 제철소는 또한 표면 불순물을 제거할 수 있습니다(슬래깅 제거). 국자는 필요한 화학 공정에 필요한 온도로 가열 및 냉각됩니다.

마무리 강철

주조 공장에서 강철은 모래 또는 패턴 모양으로 주조된 매몰입니다. 제철소에서 강철은 연속 주조기에 의해 건축 자재로 주조됩니다. 연속 주조기는 거의 완성된 부품이 아닌 표준화된 강철 모양을 만듭니다. 가공되지 않은 강철은 최종 제품으로 가공되거나 가공됩니다. 제철소에서는 일반적으로 시트, 빌렛, 바, 블룸, 파이프, 잉곳 및 와이어를 주조 및 성형합니다.

밀은 생산 중에 열간 압연 또는 냉간 압연 강을 사용할 수도 있습니다. 이러한 프로세스는 다양한 모양과 마감재를 만듭니다. 선적 전에 철강을 절단하거나 감거나 묶을 수 있습니다.

주조 공장이나 공장에서 강철은 열처리될 수 있습니다. 담금질, 템퍼링, 노멀라이징 및 어닐링과 같은 최종 단계는 애플리케이션에서 합금이 작동하는 방식을 형성할 수 있습니다.

강철의 발명

고고학자들은 4,000년 전 터키에서 가장 오래된 강철을 발견했습니다. 유명한 South Indian Wootz 강철과 같은 도가니 강철은 일찍이 4 에 일관되게 제작되었습니다. 기원전 세기. 그러나 1800년대 중반까지 제강은 엄청나게 어려웠습니다.

강철은 약 2700°F에서 녹습니다. 이 높은 열을 유지하는 것은 도가니 강철을 만드는 고대 용광로의 도전이었습니다. 또한, 불순물은 규소 및 망간과 같은 원소로 구성된 강철 합금에서 발견됩니다. 이를 관리하는 것은 여전히 ​​어려운 일입니다. 고대 제강에서는 길고 다단계 공정을 위해 만들었습니다. 창립자들은 합금을 가열하고, 교반하고, 슬래그를 제거하고, 재가열하는 데 긴 하루를 보냈습니다. 강철이 주조된 후 대장장이가 작업을 시작했습니다. 모루를 두드려 최종 모양을 만들었습니다. 또한 탄소 분산, 기공 또는 내포물을 분산하고 완화하는 데 도움이 되었습니다.

1856년 Henry Bessemer는 새로운 방식으로 강철을 만드는 방법에 대한 특허를 받았습니다. 기존의 용융 용기 대신 Bessemer 변환기를 사용하여 철강 제조업체는 용융 금속을 통해 공기를 버블링할 수 있었습니다. 공기와 반응하여 불순물이 산화되고 기체가 발생합니다. 산화는 또한 제강에 필요한 높은 열을 생성하고 유지하는 데 도움이 되었습니다.

주조 공장에서 하루에 한 번, 단조에서 더 많은 시간을 보내는 공정이 5톤의 강철을 생산할 수 있는 20분 공정으로 대체되었습니다. Bessemer의 강철은 또한 대부분의 강철 제조업체가 기대할 수 있는 것보다 더 강하고 고품질이었습니다. 이 혁신은 산업 혁명을 지원했습니다.

강철은 자성을 띠나요?

대부분의 강철은 자성이지만 전부는 아닙니다. 강철은 대부분 철로 만들어지며 철은 자성입니다. 강자성은 철의 산화물인 자철광으로 만들어진 돌인 "광석"에서 자연에서 처음 발견되었습니다. 코발트 및 니켈과 같은 다른 요소도 강자성입니다. 이러한 요소는 때때로 강철에서도 발견됩니다.

스테인리스강은 비자성으로 유명하지만 모든 스테인리스강에는 철이 포함되어 있고 많은 경우 니켈이 포함되어 있습니다. 사실 일부 스테인리스 합금만 비자성체입니다. 니켈을 함유한 오스테나이트계 스테인리스강은 대부분의 경우 비자성체입니다(가공 시 매우 약한 자성이 될 수 있음). 페라이트계 또는 마르텐사이트계 합금과 같은 다른 유형은 스테인리스 및 자성입니다.

강철의 속성

강철은 상대적으로 저렴한 비용과 결합된 특정 재료 특성으로 인해 일반적으로 사용됩니다. 다른 많은 건물 및 도구 제작 재료(목재, 석재, 콘크리트 또는 주철 등)와 비교할 때 강철 합금은 다음을 제공합니다.

• 경도 :점차적으로 증가하는 압력으로 눌렀을 때 눌림에 대한 저항
• 인성 :재료가 변형될 때 인성은 파손되기 전에 얼마나 멀리 가는지를 나타냅니다.
• 항복 강도 :점차적으로 증가하는 압력으로 잡아당기는 동안 형태 변화에 대한 저항
• 인장 강도 :끊어지기 전에 잡아당기는 것을 견디는 재료의 능력
• 가단성 :망치로 두드리거나 눌러 부서지지 않고 모양을 만드는 능력
• 연성 :인성을 잃지 않고 성형할 수 있는 능력 - 금속 가공으로 인해 종종 더 부서지기 쉽지만 연성 재료는 가공을 통해 빨리 부서지지 않습니다.

이러한 특성의 테스트 범위는 합금마다 다르지만 전체적으로 강철은 다른 많은 재료보다 더 단단하고 더 단단합니다(덜 취성).

강철의 종류

강철 합금에는 탄소강, 공구강, 합금강, 스테인리스강의 네 가지 주요 그룹이 있습니다.

• 탄소강 - 연강, 중탄소강, 고탄소강은 주로 경도와 연성에 따라 다릅니다. 연강 또는 저탄소강은 다른 강에 비해 연성이 높지만 경도가 낮습니다. 범위의 다른 쪽 끝에서 고탄소강은 더 단단합니다. 그러나 고탄소강은 일반적으로 연성이 낮습니다.
• 공구강 — 텅스텐, 바나듐 또는 몰리브덴과 같은 원소가 첨가된 고탄소강으로 열처리 및 담금질하여 우수한 경도를 제공하며 공구강에 사용됩니다.
• 합금강 -이 계열의 강은 일반적으로 다른 계열에 일반적으로 속하는 것 이외의 특별한 재료 특성을 위해 특정 요소와 혼합된 강을 나타냅니다. 모든 강철은 합금이며 많은 강철에는 추가 요소가 있습니다. 그러나 합금강은 특정 용도를 위해 제작된 특이한 강철이며 가치 공식에서 제트 엔진에 사용되는 이국적인 합금에 이르기까지 다양합니다.
• 스테인리스 스틸 —이 강철은 크롬과 합금되어 부동태화를 통해 녹이 슬지 않습니다.

강철 생산:재활용 이야기

강철(및 기타 금속)의 가장 큰 특징 중 하나는 스크랩이 완전히 새로운 고품질 금속이 될 수 있다는 것입니다. 2차 제강 공정은 선철에서 나오는 합금만큼 좋은 합금을 만듭니다. 금속 제품은 사용하면 열화될 수 있지만 금속의 원소 화학은 녹고 합금하면 완전히 새로운 제품을 만듭니다.

따라서 제강 생산량의 증가는 새로운 광석 제련의 증가를 필요로 하지 않습니다(선철 생산은 철강 공급망의 중요한 부분으로 남아 있음). 고철을 재생 및 처리한다는 것은 어제의 자동차 패널이 내일의 I-빔이 될 수 있음을 의미합니다.

강철의 98%를 재활용할 수 있는 금속은 세계에서 가장 재활용 가능한 제품 중 하나입니다. 그래도 환경적인 문제가 없는 것은 아닙니다. 석탄의 한 형태인 코크스는 일반적으로 철강 제조의 탄소 투입물로 사용됩니다. 또한 녹이거나 제련하는 데 필요한 높은 에너지와 산화 및 기타 생산 공정은 화학 물질과 이산화탄소를 생성합니다. 다행히도 제강 부문에서는 생산 문제를 완화하기 위해 많은 연구가 진행되고 있습니다. 일부는 탄소 공급원으로서 강철 자체로 이산화탄소를 재활용하여 코크스와 같은 다른 공급원에 대한 필요성을 낮추는 것을 포함합니다.

이러한 기술이 개선되고 구현됨에 따라 제강은 계속해서 미래의 주요 산업 중 하나가 될 것입니다. 이는 우리 경제를 뒷받침하고 추진하며 건설합니다.