Χάλυβα - είναι απολύτως παντού. Είναι σε κουζίνες, αυτοκίνητα, γέφυρες, σπίτια και κτίρια γραφείων. Οπουδήποτε κοιτάτε, ο χάλυβας χρησιμοποιείται για να προσθέσει δύναμη και αντοχή στα πράγματα που χρησιμοποιούμε στην καθημερινή μας ζωή.
Πρώιμες χρήσεις χάλυβα
Η ιστορία δείχνει ότι ο χάλυβας έχει χρησιμοποιηθεί από τους σιδεράδες για χιλιάδες χρόνια, ωστόσο η χρήση του έγινε πολύ πιο σημαντική τον 17ο αιώνα, αφού αναπτύχθηκαν πιο αποδοτικές μέθοδοι παραγωγής. Στα μέσα του 19ου αιώνα αναπτύχθηκε η διαδικασία Bessemer, η οποία επέτρεψε την μαζική παραγωγή του χάλυβα με χαμηλό κόστος. Οι πρόσθετες εξελίξεις επέτρεψαν την περαιτέρω μείωση του κόστους παραγωγής, ενώ ταυτόχρονα αυξανόταν η ποιότητα του τελικού προϊόντος.
Ο χάλυβας είναι σήμερα ένα από τα πιο συνηθισμένα υλικά που χρησιμοποιούνται σε όλο τον κόσμο. Κάθε χρόνο παράγονται πάνω από 1.3 δισεκατομμύρια τόνοι χάλυβα και χαρακτηρίζονται από διάφορες ποιότητες και πρότυπα. Χρησιμοποιείται ως βασικό συστατικό σε εργαλεία, μηχανές, συσκευές, όπλα, αυτοκίνητα, κτίρια, πλοία, υποδομές, συσκευές και πολλά άλλα.
Τι είναι χάλυβας; Ο χάλυβας είναι κράμα που είναι κατασκευασμένο από σίδηρο και συνδυασμό άλλων στοιχείων, συμπεριλαμβανομένου του άνθρακα. Υπάρχουν διάφοροι τύποι χάλυβα με βάση τα άλλα στοιχεία που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία του. Για παράδειγμα, όταν ο άνθρακας είναι το κύριο στοιχείο του κράματος, η περιεκτικότητά του στο χάλυβα πρέπει να είναι κάπου μεταξύ 0,002 και 2,1% κατά βάρος.
Ενώ μπορούν να χρησιμοποιηθούν άλλα κράματα, πρέπει πάντα να υπάρχουν τα ακόλουθα στοιχεία στον χάλυβα:
αλουμίνιο (ίχνος)
άνθρακας
μαγγάνιο
οξυγόνο (ίχνος)
άζωτο (ίχνος)
φώσφορος
πυρίτιο
θείο
Εκτός από αυτά τα στοιχεία, άλλα στοιχεία που μπορούν να προστεθούν σκόπιμα για να αλλάξουν τα χαρακτηριστικά του τελικού προϊόντος χάλυβα περιλαμβάνουν:
βόριο
χρώμιο
μαγγάνιο
μολυβδαίνιο
νικέλιο
νιόβιο
τιτάνιο
βανάδιο
Ο άνθρακας, καθώς και άλλα στοιχεία που χρησιμοποιούνται στη δημιουργία χάλυβα, λειτουργούν ως παράγοντας σκλήρυνσης. Με την αλλαγή της ποσότητας των στοιχείων κράματος και της μορφής που χρησιμοποιούνται στον χάλυβα θα μεταβληθούν οι ιδιότητες, όπως η αντοχή, η ολκιμότητα και η σκληρότητα. Για παράδειγμα, ο χάλυβας που έχει υψηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα μπορεί να γίνει ισχυρότερη και πιο σκληρή, αλλά ακόμα λιγότερο όλκιμη από το σίδηρο.
Ο χάλυβας μπορεί να διακριθεί εύκολα από δύο δημοφιλείς εκδόσεις κραμάτων γνωστές ως χυτοσίδηρος και σφυρήλατο σίδερο. Ο χυτοσίδηρος έχει κράμα που περιλαμβάνει άνθρακα πάνω από 2,1%. Ο σφυρήλατος σίδηρος περιέχει μόνο μια μικρή ποσότητα άνθρακα, καθιστώντας ευκολότερο να λυγίσει και να στρίψει σε σχήμα.
Επιλογές θεραπείας
Εκτός από τους βασικούς τύπους χάλυβα που καθορίζονται από τα στοιχεία που χρησιμοποιούνται στη δημιουργία κραμάτων, υπάρχουν επίσης πολλοί διαφορετικοί τύποι επιλογών θερμικής επεξεργασίας. Η σκλήρυνση, η σβέση και η ανόπτηση είναι οι πιο συνήθεις τύποι επεξεργασίας που χρησιμοποιούνται σήμερα στην κατασκευή χάλυβα.
Η σβέση και η σκλήρυνση επιτυγχάνονται με τη θέρμανση του χάλυβα σε αυτό που είναι γνωστό ως "φάση ωστενίτη", πριν τον σβήσει σε διάλυμα ελαίου ή νερού για γρήγορο ψύχος. Αυτή η διαδικασία γρήγορης ψύξης δημιουργεί μια σκληρή και εύθραυστη δομή, η οποία στη συνέχεια μετριέται με εξειδικευμένο τύπο ανόπτησης. Η ανόπτηση είναι μια διαδικασία που περιλαμβάνει τη θέρμανση του χάλυβα μέχρι να μαλακώσει μέσω μιας διαδικασίας τριών μερών ανάκτησης, ανακρυστάλλωσης και ανάπτυξης κόκκων.
Πώς χάλυβα χρησιμοποιείται σήμερα
Ο χάλυβας χρησιμοποιείται σε μεγάλο αριθμό εφαρμογών στις σύγχρονες κατασκευές, όπως η κατασκευή σιδηροδρόμων, δρόμων, κτιρίων, συσκευών και άλλων υποδομών. Στην πραγματικότητα, οι περισσότερες σύγχρονες δομές, όπως ουρανοξύστες, γήπεδα, αεροδρόμια και γέφυρες, δημιουργούνται με ανθεκτικό σκελετό από χάλυβα. Ακόμη και οι δομές που χρησιμοποιούν σκυρόδεμα χρησιμοποιούν επίσης χάλυβα ως ενισχυτικό υλικό.
Ο χάλυβας χρησιμοποιείται επίσης σε πολλούς διαφορετικούς τύπους οχημάτων και συσκευών. Χρησιμοποιείται επίσης σε βασικά δομικά υλικά, λόγω της ανθεκτικότητας και της αντοχής του. Μερικά από αυτά τα υλικά περιλαμβάνουν βίδες, καρφιά και μπουλόνια. Χρησιμοποιείται επίσης σε βιομηχανίες όπως η εξόρυξη, η μεταφορά αγωγών, η αεροναυπηγική, η ναυπηγική βιομηχανία και ο σχεδιασμός βαρύ εξοπλισμού.
Ο χάλυβας βρίσκεται επίσης σε άλλα κοινά υλικά, όπως βασικά εργαλεία, χαλύβδινο μαλλί και προσωπικά θωρακισμένα γιλέκα για την ασφάλεια και την επιβολή του νόμου. Εκτός από τις πρακτικές χρήσεις, ο χάλυβας χρησιμοποιείται επίσης σε καλλιτεχνικές χρήσεις, όπως γλυπτά, κορνίζες και δομές επίδειξης.