Oțelul este peste tot. Privește câteva obiecte din camera în care stai chiar acum și este garantat că oțelul este prezent în mai multe dintre obiectele din jurul tău. Este greu de imaginat o lume fără oțel.
Ne-am gândit că merită să ajutăm oamenii să învețe puțin mai multe despre oțel: de unde provine, cum este fabricat, diferitele tipuri de opțiuni de oțel și, desigur, toate aplicațiile diferite ale oțelului. Fie că este vorba despre o țeavă de oțel, o bară de oțel sau o placă de oțel, ne bazăm pe producători pentru a ne oferi un produs aproape imposibil de puternic.
Ce este oțelul?
Fierul este cel mai abundent mineral disponibil distribuit în miezul și mantaua Pământului, deși este extrem de moale în forma sa pură și trebuie să fie oxidat în oxid de fier. Rezistența și durabilitatea slabă a acestei forme fac utilizarea fierului extrem de dificilă. Pentru a îmbunătăți aceste proprietăți, fierului pur se adaugă până la 2% carbon, producând o substanță foarte durabilă și dura numită oțel.
Datorită rezistenței și rezistenței sale ridicate la tracțiune, oțelul este folosit pentru fabricarea de orice, de la ace de cusut la petroliere, precum și uneltele necesare pentru a le produce. Cu toate acestea, alte tipuri de metale sunt adesea adăugate la oțel pentru a încorpora calități diferite în funcție de utilizarea prevăzută.
Aceste adaosuri metalice au produs până acum 3.500 de variante diferite de oțel, fiecare cu caracteristici și proprietăți structurale, chimice și fizice diferite. Și mai surprinzător este faptul că peste 75% dintre aceste variații au fost introduse în ultimele două decenii pentru a satisface cererea industrială care evoluează rapid.
Diferite tipuri de oțel
Să explorăm cele mai frecvent utilizate tipuri de oțel, proprietățile lor distinctive și utilizările lor. Există 14 tipuri principale de oțel, cu mai multe subcategorii în cadrul categoriilor.
1. Oțel carbon
Majoritatea oțelului din lume este o formă de oțel carbon. Este compus din fier, carbon și cantități specifice de alte elemente de aliere. Fiind principalul element de aliere al oțelurilor carbon, carbonul reprezintă aproximativ 90% din întreaga producție de oțel.
Ajută la crearea unui metal mai puternic și mult mai rigid. Acest lucru se datorează faptului că atomii prezenți în carbon îi permit să călătorească prin rețeaua cristalină de fier, distorsionând ușor rețeaua și umplând golurile dintre atomii de metal.
Având în vedere această caracteristică, produsele din oțel carbon rezultate sunt extrem de dure. Ceea ce determină această rezistență este cantitatea de carbon prezentă, clasificându-l și în trei categorii:
A) Oțel cu conținut ridicat de carbon
Oțelul cu conținut ridicat de carbon conține de obicei între 0,61% și 1,5% carbon, rezultând oțel puternic, fragil și dur. Pentru a-și îmbunătăți rezistența la uzură, acesta este supus unui tratament termic corespunzător. Pe lângă faptul că este folosit pentru fire și arcuri de înaltă rezistență, este un material util pentru producerea de mașini de absorbție a șocurilor.
B) Oțel carbon mediu
Această variantă încorporează un conținut de carbon de 0,31% până la 0,6%, rezultând un oțel ușor ductil cu rezistență la tracțiune mai mare decât oțelul cu conținut scăzut de carbon. Pentru a-l întări, este de obicei tratat cu călire, care este o formă de tratament termic.
Deoarece este foarte maleabil și poate fi turnat într-o mare varietate de forme și dimensiuni, acest tip este cel mai folosit dintre cele trei. De la zgârie-nori la garduri, poduri și case, îl vei vedea folosit peste tot.
C) Oțel cu conținut scăzut de carbon
Oțelul cu conținut scăzut de carbon (sau oțelul moale) conține până la 0,3% carbon. Deși oferă o mare maleabilitate și ductilitate, oțelul cu conținut scăzut de carbon se caracterizează prin rezistența sa scăzută la tracțiune, care poate fi îmbunătățită prin procesul de laminare la rece.
Acesta constă din rularea oțelului între două role lustruite în condiții de presiune ridicată. Printre cele mai frecvente utilizări ale sale se numără producția de foi, cutii, tuburi, lanțuri, fire, cutii, nituri, cadre de vehicule etc.
2. Oțel aliat
Oțelul aliat este alcătuit din diferite cantități de metale diferite, în plus față de fier. Aceste adaosuri ajută la manipularea proprietăților oțelului pentru a servi aplicații specifice. Metale precum aluminiul, nichelul, siliciul, cromul, manganul, titanul și cuprul sunt folosite într-o oarecare măsură.
Utilizarea acestor metale are ca rezultat caracteristici care nu se găsesc în oțelul carbon. Modificările dorite apar în rezistența, formabilitatea, rezistența la coroziune, ductilitatea și călibilitatea oțelului. Oțelul aliat este adesea folosit pentru a face țevi, piese de automobile, generatoare de energie, transformatoare și motoare electrice.
Oțelul aliat, în general, răspunde mai bine la diferite tipuri de tratamente și este utilizat în industrii mai specializate, cum ar fi aparatele de uz casnic, construcțiile navale și auto. Poate veni în forme mai puternice sau mai tactile, cele care au rezistență mare la oxidare, sau cele care sunt mai potrivite pentru sudare.
A) Oțel slab aliat
Oțelul slab aliat este o grupare de metale feroase care sunt încorporate pentru a îmbunătăți proprietățile mecanice generale ale unui material, care sunt de obicei mult mai rezistente decât oțelul carbon simplu.
Se adaugă elemente precum molibdenul, nichelul și cromul pentru a îmbunătăți ductilitatea și duritatea materialului, care altfel ar fi mult mai slab și mai moale. Oțelul slab aliat este adesea folosit pentru crearea de tablă, piese de automobile și forme structurale.
B) Oțel înalt aliat
Oțelul înalt aliat este alcătuit din diferite metale feroase care sunt combinate cu elemente de aliaj pentru a crea anumite faze și a le stabiliza. Aliajele de oțel inoxidabil sunt oțeluri înalt aliate.
Datorită elementelor precum nichelul și molibdenul, oțelul înalt aliat are capacitatea de a fi impecabil de puternic și foarte rezistent la coroziune.
În funcție de combinația de elemente de aliere, oțelurile aliate cuprind numeroase variații diferite. Am adunat cele mai utilizate tipuri:
3. Oțel tungsten
Tungstenul, cunoscut și sub numele de wolfram, este practic un metal argintiu tern care se mândrește cu cel mai înalt punct de topire dintre toate tipurile de metal în forma sa cea mai pură. Ceea ce îl face să iasă în evidență față de alte tipuri de metal este rezistența și capacitatea sa de a rezista la temperaturi ridicate. Datorită acestor caracteristici, diferite aliaje de oțel folosesc acest metal pentru a îmbunătăți rezistența la coroziune și uzură.
În plus, duzele pentru motorul rachetei folosesc oțel de tungsten pentru a obține o rezistență ridicată la căldură. Dacă este combinat cu cobalt, nichel și fier, oțelul tungsten poate fi folosit pentru a face palete de turbine pentru multe tipuri de aeronave. În plus, multe alte mașini și unelte necesită rezistență ridicată la căldură, motiv pentru care folosesc oțel tungsten.
4. Oțel nichel
Aliajul de oțel cu nichel este unul dintre cele mai utilizate aliaje de oțel la nivel mondial. Pe lângă un conținut ridicat de nichel, în jur de 3,5%, acesta cuprinde aproximativ 0,35% carbon. Specialitatea sa este că adăugarea de nichel întărește oțelul structural fără o scădere proporțională a ductilității. Această rezistență crescută ajută la rezistența la fracturi care pot fi cauzate de impacturi, accidente și sarcini mari.
În plus, la răcire, nichelul scade valoarea de distorsiune a oțelului. Oțelul cu nichel oferă o capacitate de răspuns incredibilă la tratamentul termic, deoarece adăugarea de nichel reduce temperatura oțelului, făcându-l ideal pentru tratamentul termic.
5. Oțel mangan
Oțelul cu mangan este un oțel care se întărește prin lucru care are un conținut de mangan de 11% până la 14%. Datorită caracteristicilor sale excelente de întărire prin muncă și rezistență la uzură, oțelul mangan este utilizat la fabricarea șinelor de cale ferată complexe. Alte aplicații curente sunt gălețile cu lopată, cabinele de sablare, raclete, plăci de siguranță antiforaj etc.
6. Oțel vanadiu
Oțelul cu vanadiu este cunoscut pentru proprietățile sale de rezistență la coroziune, precum și pentru capacitatea sa de a absorbi impactul. Pe lângă faptul că este folosit pentru tuburi și conducte care transportă substanțe chimice, oțelul vanadiu este folosit sub formă de strat subțire pentru a lega titanul de oțel în aplicații aerospațiale.
Doar 1% vanadiu și crom sunt suficiente pentru a obține rezistență la șocuri și vibrații, făcându-l ideal pentru aplicații auto.
7. Oțel cromat
Adăugarea de crom scade viteza critică de răcire și crește rezistența la exfoliere, rezistența la uzură și rezistența la temperaturi ridicate a oțelului. Este folosit în principal pentru a crește rezistența la coroziune. Elasticitate ridicată și rezistență la tracțiune, oțelul crom este adesea folosit pentru a face mașini și piese de automobile, concasoare de pietre și seifuri.
8. Oțel crom-vanadiu
Oțelul crom-vanadiu utilizează atât crom, cât și vanadiu, combinând caracteristicile fiecăruia. Cu o rezistență la tracțiune extrem de mare, oțelul poate fi tăiat cu ușurință, dar nu este casant. Cele mai frecvente utilizări ale sale sunt angrenajele, osiile, bielele, cadrele vehiculelor etc.
9. Oțel silicon
Când vine vorba de forța magnetică, oțelul siliconic este cel mai important material folosit astăzi. În timp ce cantități mici de oțel siliconic sunt utilizate în transformatoarele de impulsuri și releele mici, aplicații precum motoare mari și generatoare folosesc tone de oțel siliconic.
Printre proprietățile sale, sunt foarte apreciate reducerea saturației, rezistivitatea, magnetostricția și anizotropia magnetocristalină. Cu un adaos de siliciu de doar 1 până la 2%, acest oțel este cel mai folosit pentru a produce magneți permanenți.
10. Oțel molibden
Ca agent de aliere valoros pentru oțeluri, molibdenul ajută la îmbunătățirea tenacității, sudabilității și rezistenței la coroziune a oțelului. Acest lucru îl face ideal pentru utilizarea în oțeluri de structură și, prin urmare, sunt utilizate pe scară largă în aplicații de mediu marin. Conductele de petrol și gaze și rulmenții cu bile folosesc și oțel molibden.
11. Oțel cobalt
Aliajele de cobalt oferă o rezistență enormă la coroziune, uzură, temperaturi ridicate și proprietăți magnetice. Unele dintre cele mai dificile aplicații pentru cobalt sunt paletele și lingurile turbinelor cu gaz. Cu toate acestea, acest tip de oțel este mai des folosit pentru a face unelte de tăiere.
12. Oțel aluminiu
Adăugarea de aluminiu ajută la încorporarea capacității de a reflecta căldura. Cu o densitate de aproximativ o treime din cea a oțelului aluminiu, este utilizat în aplicații în care greutatea redusă și rezistența ridicată sunt esențiale.
Astfel, oțelurile din aluminiu sunt utilizate pe scară largă pentru fabricarea sistemelor de evacuare pentru motociclete și autoturisme. În afară de industria auto, oțelul aluminiu este utilizat în mod variat în generarea de energie, arhitectură, prepararea alimentelor, ambalare, aplicații de transmisie electrică etc.
13. Oțel pentru scule
Oțelurile pentru scule sunt tipurile de oțeluri care sunt utilizate pentru a produce diferite tipuri de unelte utilizate într-o gamă largă de scopuri, inclusiv unelte cu impact, unelte de tăiere, cum ar fi instrumente de fabricare a cuțitelor și altele. Sunt alcătuite din aliaje metalice, cum ar fi wolfram, cobalt, molibden și vanadiu, în cantități diferite. Ele nu sunt doar dure și durabile, ci și foarte rezistente la căldură.
În funcție de tipul de sculă care urmează să fie fabricată, calitatea oțelului pentru scule diferă, dând naștere la numeroase variante în cadrul categoriei oțelului pentru scule:
A) Oțel pentru scule rezistent la impact
După cum sugerează și numele, această variantă de oțel pentru scule este concepută pentru a oferi rezistență ridicată la impact la diferite niveluri de temperatură. Cu un conținut scăzut de carbon, siliciu și molibden, este abraziv și moderat rezistent. Acest oțel este folosit în principal pentru a face unelte precum șurubelnițe, poanson, dalți și unelte folosite la nituire.
B) Oțel pentru scule cu destinație specială
Acest oțel pentru scule este proiectat special pentru a obține o duritate și o maleabilitate moderată, folosind o calitate slab aliată de oțel. Ele sunt adesea folosite pentru a face chei, șuruburi și robinete.
C) Oțel fierbinte pentru scule
Oțelul pentru scule de lucru la cald este utilizat pentru a produce unelte care necesită rezistență ridicată la căldură pentru perioade lungi de timp, cum ar fi cele utilizate la forjare, extrudare, perforare, turnare și lame de tăiere la cald.
D) Oțel pentru scule de întărire cu apă
Fiind cel mai ieftin tip, oțelul pentru scule de întărire cu apă este cel mai utilizat în producția de scule. Pentru a adăuga duritate obiectelor sau uneltelor, acest oțel este stins cu apă. Cu o mare rezistență la uzura suprafeței, acest oțel este adesea folosit pentru a face pile, tăietoare, ciocane, lame și articole similare.
E) Oțel de scule de mare viteză
Oțelul pentru scule de mare viteză este compus din aliaje de oțel tungsten, molibden și vanadiu. Aceste componente sunt dure și își păstrează duritatea atunci când sunt expuse la temperaturi ridicate, contribuind la producerea oțelului perfect pentru mașinile de mare viteză, cum ar fi burghie, alezoare, ferăstrău, poanson, robinet etc.
F) Oțel pentru scule la rece
Această variantă de oțel pentru scule încorporează un conținut ridicat de crom pentru a obține o proprietate scăzută de distorsiune în timpul călirii, care poate fi realizată cu aer sau ulei. Această caracteristică face ca uneltele produse să nu se spargă ușor. Fiind un oțel foarte rezistent, oțelul pentru scule la rece este ideal pentru fabricarea de lame de cuțit, matrițe de ștanțare, scule de monedă etc.
G) Oțel turnat
Oțelul pentru matrițe folosește oțeluri carbon pentru a face matrițe de injecție și compresie pentru materiale plastice. În plus, o altă aplicație comună este turnarea sub presiune a zincului.
14. Oțel inoxidabil
Desi otelul inoxidabil este alcatuit din mai multe aliaje metalice, cromul este elementul principal si constituie intre 10 si 20% din compozitia totala a otelului. Cunoscut anterior sub denumirea de oțel „fără rugină”, oțelul inoxidabil este foarte popular pentru aspectul său și rezistența mare la oxidare. Mai exact, este de aproximativ 200 de ori mai rezistent la oxidare decât alte tipuri de oțel, mai ales când cantitatea de crom este mai mare de 11%.
Datorită capacităților sale mari de rezistență la coroziune, oțelul inoxidabil este cel mai scump tip de oțel. Fiind un tip foarte durabil, otelurile inoxidabile sunt capabile sa reziste la uzura care apare la utilizarea zilnica. Pentru a-și îmbunătăți și mai mult rezistența la zgârieturi și coroziune, stratul invizibil de crom servește la prevenirea oxidării. Alte componente metalice ale oțelului inoxidabil sunt molibdenul și nichelul.
În funcție de aplicație, dimensiunile și gradele de oțel inoxidabil pot fi diferite și pot veni sub formă de foi, bare, tuburi, plăci și fire. În funcție de structura cristalină și de proprietățile mecanice ale oțelului inoxidabil, acesta poate fi clasificat în mai multe tipuri:
A) Oțel inoxidabil feritic
Oțelul feritic conține aproximativ 12-17% crom, până la 0,1% carbon, urme de nichel și alte metale de aliere în cantități mici precum aluminiu, molibden și titan. Oțelurile feritice sunt dure, puternice și magnetice și pot fi întărite în continuare prin prelucrare la rece. Cu toate acestea, ele nu răspund la tratamentul termic, ceea ce înseamnă că nu pot fi întărite folosind această tehnică.
B) Oțel inoxidabil austenitic
Oțelurile austenitice au un conținut de crom mult mai mare decât omologii lor inoxidabil. Conținutul de crom în acest tip de oțel poate fi de până la 18%, în timp ce alte elemente sunt nichelul, care constituie 8%, și carbonul, cu 0,8%. Deși oțelul austenitic nu răspunde la tratamentele termice, este popular pentru proprietățile sale nemagnetice, făcând din acest oțel unul dintre cele mai utilizate pe scară largă din lume. Unele utilizări comune sunt fabricarea țevilor, echipamentelor de procesare a alimentelor și ustensilelor de bucătărie.
C) Oțel inoxidabil martensitic
Compus între 11 și 17% crom, oțelul martensitic conține aproximativ 1,2% carbon și mai puțin de 0,4% nichel. Oțelurile martensitice nu numai că răspund la tratamente termice, ci au și proprietăți magnetice. Instrumentele dentare și chirurgicale, cuțitele, lamele și alte instrumente de tăiere folosesc oțel inoxidabil martensitic.
D) Oțel inoxidabil duplex
Oțelul duplex este pur și simplu o combinație de oțeluri feritice și austenitice, rezultând un oțel mult mai rezistent decât ambele singure. Nu este doar sudabil, ci și rezistent la coroziune. Cu toate acestea, nu este puternic magnetic.
E) Oțel inoxidabil întărit prin precipitare
Acest oțel este compus din 17% crom și 4% nichel, rezultând o varietate de oțel călit. În plus, se adaugă și alte metale în cantități variate, cum ar fi aluminiu, cupru și niobiu. Acest tip poate fi turnat în diferite forme, ceea ce îl face ideal pentru utilizarea în componentele motorului și containerele de deșeuri nucleare. De asemenea, oferă rezistență moderată la coroziune.
