De carbono e de outros elementos agir como um agente de endurecimento, evitando deslocamentos no ferro átomo de rede cristalina se deslizem entre si. Variando a quantidade de elementos de liga e a forma da sua presença no aço (elementos de soluto, o precipitado de fase) controla as qualidades, tais como a dureza , a ductilidade e resistência à tração do aço resultante. Aço com teor de carbono aumentado pode ser feita mais dura e mais forte do que o ferro, aço, mas como é também menos dúctil do que o ferro.
Ligas com um átomo de carbono superior a 2,1% (dependendo do teor de outro elemento e, possivelmente, no processamento) são conhecidos como o ferro fundido. Porque eles não são maleáveis, mesmo quando a quente, que pode ser trabalhado somente por fundição, e eles têm menor ponto de fusão e boa fluidez . O aço é também distinguível de ferro forjado , a qual pode conter uma pequena quantidade de carbono, mas é incluído na forma de escória inclusões.
Apesar que o aço tinha sido produzido em uma forja de ferreiro por milhares de anos, o seu uso se tornou mais extenso após métodos de produção mais eficientes foram criados no século 17. Com a invenção do processo Bessemer , em meados do século 19, tornou-se um aço de baixo custo produzido em massa de material. Refinamentos adicionais no processo, tais como a produção de aço de oxigênio (BOS), reduzido o custo de produção, aumentando a qualidade do metal. Hoje, o aço é um dos materiais mais comuns no mundo, com mais de 1,3 bilhão de toneladas produzidas anualmente. É um componente importante em edifícios, infra-estrutura, ferramentas, navios, automóveis , máquinas, aparelhos e armas. Aço moderno é geralmente identificado por vários graus definidos por diversos organismos de normalização.
O cabo de aço de uma mina de carvão, torre de enrolamento
Propriedades do material
Ferro-carbono diagrama de fase, mostrando as condições necessárias para formar fases diferentes.
O ferro é encontrado na crosta da Terra apenas sob a forma de um minério , geralmente óxido de ferro, tal como magnetite , hematite , etc. O ferro é extraído do minério de ferro através da remoção do oxigênio e combinando o minério com um parceiro químico preferido, tais como o carbono. Este processo, conhecido como fundição , foi primeiro aplicada a metais com baixo ponto de fusão , tais como pontos de estanho , que funde a aproximadamente 250 ° C (482 ° F) e de cobre , que funde a cerca de 1100 ° C (2010 ° F) .
Em comparação, o ferro fundido funde a cerca de 1375 ° C (2507 ° F) . As pequenas quantidades de ferro foram fundidos nos tempos antigos, no estado sólido, por aquecimento do minério enterrado numa lareira de carvão, o metal de soldadura em conjunto com um martelo, espremendo para fora as impurezas. Com cuidado, o teor de carbono poderia ser controlado, movendo-a em torno do fogo.
Todas estas temperaturas poderiam ser alcançados com métodos antigos que foram usados desde a Idade do Bronze. Uma vez que a taxa de oxidação de ferro aumenta rapidamente para além de 800 ° C (1.470 ° F) , é importante que a fundição ter lugar num ambiente de pouco oxigênio. Ao contrário de cobre e estanho, ferro líquido ou sólido dissolve-se muito facilmente de carbono. Resultados de fundição de uma liga ( gusa ) que contém carbono demais para ser chamado aço. O excesso de carbono e outras impurezas são removidas num passo subsequente.
Outros materiais são frequentemente adicionados à mistura de ferro / carbono para a produção de aço com propriedades desejadas. níquel e manganês em aço adicionar a sua resistência à tração e tornar a austenite forma de solução de ferro-carbono mais estável, de cromo aumenta a dureza e a temperatura de fusão, e vanádio , também aumenta a dureza, enquanto reduz os efeitos da fadiga do metal.
Para inibir a corrosão, pelo menos 11% de crómio é adicionada de modo que um aço duro de óxido de formas sobre a superfície do metal, o que é conhecido como aço inoxidável. Tungsténio interfere com a formação de cementite, permitindo que a martensite preferencialmente formar a taxas mais lentas de têmpera, o que resulta em aço de alta velocidade. Por outro lado, o enxofre, azoto e fósforo fazer aço mais frágil, de modo que estes elementos normalmente encontrados devem ser removidos a partir do minério durante o processamento. A densidade do aço varia de acordo com os componentes de liga, mas geralmente varia entre 7750 e 8,050 kg / m 3 (484 e 503 libras / pé cúbico), ou 7,75 e 8,05 g / cm 3 (4,48 e 4,65 onças / cu in).
Mesmo na pequena gama de concentrações que compõem o aço, as misturas de ferro e carbono pode formar um certo número de estruturas diferentes, com propriedades muito diferentes. Compreender tais propriedades é essencial para a produção de aço de qualidade. Em temperatura ambiente , a forma mais estável de ferro é o corpo centrado cúbico estrutura (BCC) a- ferrite. É um metal relativamente macio, que pode dissolver-se apenas uma pequena concentração de carbono, não mais do que 0,021% em peso a 723 ° C (1333 ° F) , e apenas 0,005% de 0 ° C (32 ° F) . Se o aço contém mais carbono do que 0,021%, a temperaturas de fabrico do aço que se transforma numa cara cúbica centrada estrutura (FCC), chamada de austenita ou ferro.Também é macio e metálico, mas pode dissolver consideravelmente mais carbono, tanto quanto 2,1% de carbono a 1148 ° C(2098 ° F) , o que reflete o teor de carbono superior do aço.
Talvez o mais importante forma polimórfica de aço é martensite, uma fase metaestável que é significativamente mais forte do que outras fases de aço. Quando o aço é de um austenítico fase e, em seguida, arrefecida rapidamente, ela forma em martensite, como os átomos de "congelar" no lugar quando as alterações das células da estrutura da FCC para BCC. Dependendo do teor de carbono na fase martensítica assume diversas formas. Abaixo de aproximadamente 0,2% de carbono que leva uma a ferrite BCC forma de cristal, mas ao maior teor de carbono que leva um corpo centrado tetragonal estrutura (BCT). Não há térmico energia de ativação para a transformação da austenite para martensite. Além disso, não há nenhuma mudança na composição de modo que os átomos de geralmente manter os seus vizinhos mesmos. Martensita tem uma densidade mais baixa do que a austenite , de modo que a transformação entre elas resulta numa mudança de volume. Neste caso, a expansão ocorre. As tensões internas desta expansão, geralmente sob a forma de compressão sobre os cristais de martensite e de tensão sobre a ferrite restante, com uma quantidade razoável de cisalhamento em ambos os componentes. Se têmpera é feito de forma inadequada, as tensões internas podem causar uma parte para quebrar enquanto esfria. No mínimo, causam interno encruamento e outras imperfeições microscópicas. É comum que as fissuras de têmpera para formar em que o aço é água temperada, embora possam não ser sempre visível.
Tratamento térmico
Existem muitos tipos de tratamento de calor de processos disponíveis para o aço. Os mais comuns são de recozimento e têmpera e têmpera. O recozimento é o processo de aquecimento do aço a uma temperatura suficientemente elevada para amolecer. Este processo ocorre através de três fases: recuperação, recristalização e crescimento de grãos . A temperatura necessária para recozer aço depende do tipo de recozimento e os constituintes da liga.
A produção de aço
De minério de ferro pelotas para a produção de aço.
Quando o ferro é fundido a partir do seu minério por processos comerciais, contem mais carbono do que é desejável. Para se tornar o aço, ele deve ser derretida e reprocessada para reduzir o carbono para a quantidade correta, momento em que os outros elementos podem ser adicionados. Este líquido é então continuamente lançados em chapas longas ou lançados em lingotes. Cerca de 96% do aço fundido continuamente, ao passo que apenas 4% é produzido como lingotes.
Os lingotes são então aquecidos em um poço de imersão e laminados a quente em lajes, flores , ou tarugos . Lajes são quente ou a frio, em chapa de metal ou placas. Tarugos são quente ou frio enrolados em barras, e arame. Flores são quente ou frio enrolados em aço estrutural , como vigas e trilhos . Em usinas siderúrgicas modernas estes processos ocorrem frequentemente em uma linha de montagem , com o minério vindo de aço e terminou saindo. Às vezes, depois de um rolamento do aço final, é tratado termicamente para a força, no entanto, este é relativamente rara.
História da siderurgia
Bloomery fundição durante Idade Média.
Antigo aço
O aço era conhecido na antiguidade, e pode ter sido produzido por gestão bloomeries.
A primeira produção conhecida de aço é um pedaço de ferragens escavado a partir de um sítio arqueológico em Anatólia ( Kaman-Kalehoyuk ) e é cerca de 4.000 anos de idade. Outros aço antigo vem de África Oriental , que remonta a 1400 aC. No século 4 aC armas de aço, como o Falcata foram produzidos na Península Ibérica , enquanto Noric aço foi usado pelo exército romano.
Aço foi produzido em grandes quantidades em Esparta torno 650BC.
O chinês dos Estados Guerreiros (403-221 aC) tinha têmpera de aço endurecido , enquanto chinês da dinastia Han (202 aC - 220 dC), criado pela fusão de aço junto de ferro forjado com ferro fundido, ganhando um produto final de um aço carbono-intermediário do século 1. Os Haya pessoas da África Oriental inventaram um tipo de forno que usado para fazer aço carbono em 1802 ° C (3276 ° F) cerca de 2.000 anos atrás.
Siderurgia moderna
Um conversor de Bessemer em Sheffield , Inglaterra
Desde o século 17 o primeiro passo na produção de aço europeia tem sido a fusão de minério de ferro em ferro-gusa em alto-forno. Originalmente uso do carvão vegetal, métodos modernos utilizam coque , que provou mais econômico.
Processos a partir de barra de ferro
Nestes processos de ferro-gusa foi "multado", em uma elegância forjar a produzir barra de ferro (ferro forjado), que foi então utilizado na produção de aço.
A produção de aço pelo processo de cimentação foi descrito em um tratado publicado em Praga em 1574 e estava em uso em Nuremberg de 1601. Um processo semelhante de cementação armadura e arquivos foi descrito em um livro publicado em Nápoles em 1589. O processo foi introduzido na Inglaterra em 1614 e cerca de utilizado para produzir aço tal por Sir Basil Brooke em Coalbrookdale durante o 1610.
A matéria-prima para este processo foram barras de ferro forjado. Durante o século 17, percebeu-se que o melhor aço veio de oregrounds ferro de uma região ao norte deEstocolmo , Suécia . Este foi ainda a fonte de material em bruto de costume, no século 19, quase tanto tempo quanto o processo foi utilizado.
Aço cadinho é de aço, que foi fundido num cadinho , em vez de terem sido forjado , com o resultado de que é mais homogênea. Fornos mais anteriores não poderia alcançar altas temperaturas suficiente para derreter o aço. A indústria do aço moderno adiantado cadinho resultou da invenção de Benjamin Huntsman na década de 1740. Aço Blister (preparado como acima) foi fundida num cadinho ou num forno, e gesso (geralmente) em lingotes.
Processos a partir de ferro-gusa
Branco-quente de aço saindo de um forno a arco elétrico.
A era moderna na produção de aço começou com a introdução de Henry Bessemer do processo de Bessemer em 1858, a matéria-prima para a qual era de ferro-gusa. Seu método deixá-lo produzir aço em grandes quantidades mais barato, portanto, aço carbono passou a ser usado para a maioria dos fins para os quais o ferro forjado foi usado anteriormente. O processo de Gilchrist-Thomas (ou processo de Bessemer básico ) foi uma melhoria para o processo de Bessemer, feita pelo revestimento do conversor com uma base material para remover fósforo. Um outro melhoramento na produção de aço foi o processo Siemens-Martin , que complementou o processo Bessemer.
Estes métodos de produção de aço tornaram-se obsoletas pelo processo de Linz-Donawitz de siderurgia de oxigénio (BOS), desenvolvido na década de 1950, e outro de aço de oxigênio faz métodos. Siderurgia de oxigênio é superior aos métodos siderúrgicos anteriores, porque o oxigênio bombeado para dentro da fornalha limita impurezas que anteriormente haviam entrado no ar usado. Hoje, fornos elétricos (EAF) são um método comum de reprocessamento de sucata para criar novo aço. Eles também podem ser usados para converter ferro gusa de aço, mas que utilizam uma grande quantidade de energia (cerca de 440 kWh por tonelada métrica), e são, portanto, em geral, apenas econômico quando existe um fornecimento abundante de energia barata.
Indústria siderúrgica
A produção de aço por país em 2007
Uma usina de aço no Reino Unido
É comum hoje para falar sobre "a ferro e do aço", como se fosse uma única entidade, mas historicamente eles eram produtos separados. A indústria do aço é muitas vezes considerado um indicador de progresso econômico, por causa do papel fundamental desempenhado pelo aço em infra-estrutura e, em geral o desenvolvimento econômico.
Em 1980, havia mais de 500 mil metalúrgicos EUA. Em 2000, o número de metalúrgicos caiu para 224.000.
O boom econômico na China e Índia causou um grande aumento na demanda por aço nos últimos anos. Entre 2000 e 2005, a demanda mundial de aço aumentou 6%. Desde 2000, vários indiana e as empresas de aço chinesas ganharam notoriedade como Tata Steel (que comprou a Corus Group em 2007), Xangai Baosteel Group Corporation e Grupo Shagang . ArcelorMittal , no entanto, o mundo da maior produtora de aço .
Em 2005, o British Geological Survey afirmou a China foi o produtor de aço de topo com cerca de um terço da quota mundo.Japão, Rússia e os EUA, seguido, respectivamente.
Em 2008, o aço começou a negociação como uma commodity na London Metal Exchange. No final de 2008, a indústria siderúrgica se uma quebra acentuada que levou a muitos cortes.
A indústria mundial de aço atingiu um pico em 2007. Naquele ano, a ThyssenKrupp gastou US $ 12 bilhões para construir as duas usinas mais modernas do mundo, no Alabama e no Brasil. A grande recessão mundial a partir de 2008, porém, com seus cortes pesados em construção, baixou drasticamente a demanda e os preços caíram. ThyssenKrupp perdeu 11 bilião dólares em suas duas novas plantas, que vendeu aço abaixo do custo de produção. Finalmente, em 2013, a ThyssenKrupp ofereceu as plantas para a venda em menos de US $ 4 bilhões.
Uso
Um rolo de lã de aço
Ferro e aço são amplamente utilizados na construção de estradas, ferrovias, outras infra-estruturas, equipamentos e edifícios. A maioria das grandes estruturas modernas, tais como estádios e arranha-céus, pontes e aeroportos, são suportados por um esqueleto de aço. Mesmo aqueles com uma estrutura de concreto empregar aço para reforço. Além disso, ele vê o uso difundido em grandes eletrodomésticos e carros. Apesar do crescimento no uso de alumínio, ainda é o principal material para carrocerias de automóveis. O aço é utilizado em uma variedade de outros de construção de materiais, tais como parafusos, pregos e parafusos.
Outras aplicações incluem a construção naval , transporte por dutos , de mineração , de construção , aeroespacial , produtos de linha branca (por exemplo,máquinas de lavar ), equipamentos pesados , como tratores, móveis de escritório, palha de aço , ferramentas e armadura em forma de coletes pessoais ou armaduras de veículo. Aço foi o metal de escolha para escultor Jim Gary e uma escolha frequente para escultura por muitos outros escultores modernos.
Histórico
Faca em aço carbono
Antes da introdução do processo de Bessemer e outras técnicas modernas de produção, o aço era caro e só foi utilizado onde não existia alternativa mais barata, especialmente para a ponta de facas, lâminas de barbear, espadas e outros itens onde uma borda afiada duro era necessário. Foi também utilizado para molas , incluindo os utilizados em relógios e aparelhos semelhantes.
Com o advento de métodos de produção mais rápidos e mais cautelosos, o aço foi mais fácil de obter e muito mais barato. Ele substituiu o ferro forjado para uma infinidade de propósitos.
No entanto, a disponibilidade de materiais plásticos, na última parte do século 20 permitiu que esses materiais para substituir o aço, em algumas aplicações, devido ao seu baixo custo de fabrico e de peso. Fibra de carbono é a substituição de aço em algumas aplicações, tais como custo insensível aeronaves, desportos equipamentos e automóveis.
Aços longos
Um poste de aço suspensão de linhas elétricas aéreas
• Como barras de reforço e malha em concreto armado
• Trilhos da ferrovia
• Aço estrutural em modernos edifícios e pontes
• Fios
• Trilhos da ferrovia
• Aço estrutural em modernos edifícios e pontes
• Fios
Aço carbono plano
• Principais aparelhos
• Núcleos magnéticos
• O corpo dentro e fora de automóveis, trens e navios.
• Núcleos magnéticos
• O corpo dentro e fora de automóveis, trens e navios.
Aço inoxidável
Molheira em aço inoxidável
• Talheres
• Governantes
• Equipamentos Cirúrgicos
• Relógios de pulso
• Governantes
• Equipamentos Cirúrgicos
• Relógios de pulso
Fonte: en.wikipedia.org/wiki/Steel
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