Stål och kol
EU:s historia - från kol- och stålgemenskap till en union av länder
Den moderna stålproduktionen tog sin början i samband med de tätt på varandra följande uppfinningarna av bessemer- och martinprocesserna. Därför behöver man i krävande tillämpningar ha stålsorter med därför lite kol som möjligt. Kolatomer i stål rubbar dock inte bara järnatomernas kristallstruktur, utan även oxidskiktets. Stålets historia sammanfaller delvis tillsammans järnets, då en exakt avgränsning mellan stål och järn i många fall är svår att göra.
Traditionella stålsorter har kol såsom viktigaste legeringsämne. Stål som innehåller en högre halt av legeringsämnen utöver kol kallas legerade stål. Stål kan även härdas , på grund av att öka hårdhet och slitstyrka i ytskiktet. Under trycket av den tilltagande träkolsbristen uppkom i England omkring en ny välljärnsmetod, puddlingsmetoden , där tackjärnet behandlas i en stenkolseldad flammugn. Detta gör smidesgodset härdbart , [ 5 ] och det kan göras tuffare genom avkylning i vatten eller olja.
Järnet kommer då att uppträda i två olika tillstånd, nämligen austenit och ferrit. För för att göra stål rostfritt tillsätts krom som ger det ett skyddande oxidskikt i luft. Moderna stålsorter innehåller även många andra ämnen exempelvis krom , nickel , molybden och vanadin , vilket ger stålet olika egenskaper. enstaka metod för framställning av stål i smält form hade uppfunnits redan omkring , nämligen degelstålsmetoden.
Sedan man börjat framställa tackjärn samt infört masugnar omkring år och därigenom fått ett järn med hög kolhalt som utför järnet hårt, sprött och osmidbart, börjar stål framställas genom reducering av kolhalten i detta stål genom de så kallade härdjärnsmetoderna. detta andra intervallet ligger mellan °C och smältpunkten och kallas δ -järn deltajärn alternativt δ-ferrit. Den maximala lösligheten för kol i austenit -fasen av järn är 2,1 viktprocent samt inträffar vid °C; lägre temperatur eller högre kolhalt leder till att kolet kristalliserar sig och bildar järnkarbid cementit , Fe 3 C.
Järnlegeringar med högre kolhalter går beneath benämningen gjutjärn. Mängden kol i legeringen bestämmer vilka egenskaper stålet får. Vid ungefär identisk tidsepok framställdes stål i Norrbotten av grupper tillhörande den öst-västliga invandringen. Ett av dem äldsta beläggen på detta är en egyptisk kniv från f. Det första intervallet ligger upp till °C kallat α-järn alfajärn alternativt α-ferrit. Stål med högt kolinnehåll kan göras starkare, hårdare och mer elastiskt än järn, men det blir även sprödare.
Stål tillsammans små mängder legeringsämnen utöver kol kallas olegerade stål eller kolstål. Stål latinskt namn: chalybs eller aciarium är en smidbar legering huvudsakligen bestående av järn. Stål kan i sin tur legeras med andra grundämnen , liksom mangan , vilket ökar hållfastheten och värmeresistensen, eller krom och nickel som gör stålet rosttrögt. Järn med liten andel kol kallas smidesjärn och innehåller ofta slagg.
Traditionella ståls kolhalt är högre än 0,4 procent dock lägre än cirka 2 procent [ 3 ] [ 4 ].
Materialet
Kolet verkar som ett bindande material, som förhindrar järnatomer i kristallagren från att glida förbi varandra. Mycket tidigt upptäckte man att man genom att upphetta järn på en kolbädd beneath längre tid kunde få järnet att ta upp kol. När rent järn värms upp från rumstemperatur till sin smältpunkt omvandlas dess kristallstruktur i flera steg som åskådliggörs inom fasdiagram se fasdiagram för järn och kol.
I Kina hade man under Handynastin smält samman smidesjärn och gjutjärn och på således sätt fått en form av laminerat stål ca f. Austenit är enbart stabilt inom ett intervall mellan °C och °C, kallat γ -järn gammajärn alternativt γ-austenit. Ytterligare en steg i utvecklingen togs i början från talet genom införandet av elektriska masugnar samt elektrostålugnar. Det ferrita tillståndet är stabilt nära två temperaturintervall.
Några modell är [ 12 ] :. När man först började framställa järn var kolhalten vanligen mycket låg, och man hade problem tillsammans med att järnet blev för mjukt. Dessa kallas legerade stål. Rent järn är mjukt samt böjbart. Normalt menas med stål en järnlegering med mellan 0,5 och 2 procent kolinnehåll, men definitionen styrs även av förekomsten från andra legeringar. Det finns många olika principer för härdning.
Kolfritt stål tillverkas genom för att man vakumbehandlar smält stål. Några av fördelarna med stål är att det går för att forma plastiskt i både kallt och varmt tillstånd, att det kan härdas på en flertal sätt, att legeringsämnen kan förändra stålets egenskaper samt att det går att materialåtervinna. Järn har antingen lägre eller betydligt högre halt av kol; gjutjärn och tackjärn [ 3 ] har dock mycket hög kolhalt, vilket gör det omöjligt att smida.