fbpx
Wikipedia

Stål

For alternative betydninger, se Stål (flertydig). (Se også artikler, som begynder med Stål)

Stål er en legering af jern med andre grundstoffer, primært kulstof (karbon), som bruges i byggeri og mange andre anvendelser på grund af dens høje trækstyrke og lave pris. Ståls grundmetal er jern som kan antage to forskellige krystalstrukturer (allotrope former), kubisk rumcentreret og kubisk fladecentreret, alt efter dets temperatur. Det er sammenspillet mellem disse allotroper og legeringsgrundstofferne, primært kulstof, der giver stål og støbejern deres mange unikke egenskaber. I den kubisk rumcentrerede struktur er der et jern-atom i midten af hver kube, og i den kubisk fladecentrerede struktur er der et jern-atom i midten af hver af kubens seks sider. Kulstof og andre grundstoffer hærder jernet så man undgår de forskydninger der ellers let kan ske i jern-atomernes krystalstruktur.

Ordet stål kommer af det urgermanske adjektiv stakhlijan (lavet af stål), som er beslægtet med stakhla (stå fast).

Stål er jern med mellem 0,2% og 2,1% karbon, målt efter vægt, når der er tale om rene jern-karbon-legeringer. Disse værdier varierer alt efter om der indgår andre grundstoffer såsom mangan, chrom, nikkel, wolfram, molybdæn, bor, titan, vanadium, kobolt og niobium. Andre grundstoffer er også vigtige, såsom fosfor, svovl og silicium, samt spor af oxygen, nitrogen og kobber som oftest betragtes som uønskede.

For lidt kulstofindhold gør jernet forholdsvis blødt, smidigt og svagt. Er kulstofindholdet derimod højere end i stål, giver det en legering der almindeligvis kaldes råjern, som er for sprød og skrøbelig til at den let kan bearbejdes. Andre legeringer med et kulstofindhold over 2,1%, alt efter behandling og indhold af andre grundstoffer, kendes som støbejern. Støbejern er ikke bearbejdeligt selv når det er varmt, men det kan formes ved støbning da det blandt andet har et lavere smeltepunkt end stål. Nogle former for støbejern, som bevarer evne til at smeltes og støbes, kan varmebehandles efter støbningen når man vil skabe genstande af tempergods eller aducérgods. Stål skelnes også fra smedejern (nu stort set forældet), som kan indeholde en lille mængde kulstof men store mængder slagge.

Dette fasediagram for jern og kulstof viser under hvilke betingelser forskellige faser dannes.

I stål er hovedbestanddelen, også kaldet basismaterialet, jern (Fe). Udover jern er der også andre grundstoffer, disse bliver kaldt legeringsgrundstoffer. Legeringsgrundstofferne er enten naturlige følgestoffer fra råjern, eller blevet tilsat fra stålværket.

Jern findes i Jordens skorpe i form af forskellige slags malm, oftest et jernoxid såsom magnetit, hæmatit, osv. Jern udvindes af jernmalm ved udsmeltning hvor et kemisk stof såsom kulstof tilsættes og forbinder sig med ilten, der så udskilles som kuldioxid. Denne proces blev oprindelig anvendt på metaller med et lavere smeltepunkt, såsom tin, som smelter ved omkring 250 °C, kobber, som smelter ved omkring 1100 °C, og kombinationen af de to, bronze, som er flydende ved 1083 °C. Til sammenligning smelter støbejern ved omkring 1375 °C. Små mængder jern kunne udsmeltes i oldtiden, i fast form, ved at varme malmen i en ild af trækul og svejse klumperne sammen med en hammer så at urenhederne klemmes ud. Med omhu kunne kulstofindholdet kontrolleres ved at bevæge det rundt i ilden.

Eftersom jern iltes langt hurtigere ved temperaturer over 800 °C, er det vigtigt at udsmeltning finder sted i omgivelser hvor iltindholdet er lavt. I modsætning til kobber og tin opløser flydende eller fast jern kulstof ret let. Udsmeltning, hvor kulstof bruges til at nedbryde jernoxid, resulterer i en legering som indeholder for meget kulstof til at det kan kaldes stål. Det overskydende kulstof og andre urenheder fjernes i et senere trin.

Det meste af al støbejern bliver omdannet til stål ved at reducere indholdet af urenheder, fx karbon, i jernet og tilsætte andre stoffer. Urenhederne bliver fjernet i en ovn. Dette gøres ved at 70 % støbejern og 30 % skrotjern bliver blandet sammen med calciumoxid, hvor der samtidig bliver blæst ren ilt ned i blandingen. Ilten omdanner karbon og svovl til karbonoxid og svovloxid, mens calciumoxiden omdanner nogle af urenhederne til slagge der lægger sig på overfladen af smelten. Slaggen skummes af og kommer dermed ikke med i de støbte emner. På denne måde bliver indholdet af karbon reduceret til <2 % og der vil kun være meget lidt svovl og phosphor.

Bethlehem Steel i Pennsylvania (USA) var en af verdens største stålfabrikanter inden værket blev lukket i 2003.

Legeringsgrundstofferne har stor indflydelse på stålets egenskaber; derfor opdeles stålene ofte løseligt i følgende grupper:

  • Ulegeret stål: Stål med mindre end 1,5 % legeringsgrundstoffer
  • Lavtlegerede stål: Stål med højst 5 % legeringsgrundstoffer
  • Højtlegerede stål: Stål med mere end 5 % legeringsgrundstoffer

Ulegeret kulstofstål

Moderne stål fremstilles med forskellige kombinationer af legeringsmetaller til forskellige formål. Kulstofstål, som ganske enkelt består af jern og kulstof, udgør 90% af al stålproduktion. Ofte galvaniseres kulstofstål med zink, enten ved at dyppe det i smeltet zink eller ved elektrolytisk metalbelægning.

Legerede ståltyper

Der bliver bl.a. tilsat legeringsgrundstoffer for at få nye og bedre egenskaber for stålet, fx hårdheden, slidstyrken, hærdbarheden og mange andre.

Rustfrit stål indeholder mindst 11% chrom, ofte kombineret med nikkel, for at modstå korrosion. Nogle rustfri ståltyper, f.eks. ferritiske, er magnetiske, mens andre, f.eks. austenitiske, er umagnetiske. Korrosions-afvisende stål forkortes CRES (corrosion-resistant steels).

Værktøjsstål er en moderne ståltype som er legeret med store mængder wolfram og kobolt eller andre grundstoffer for at maksimere hærdningen. Dette gør også legeringen mere modstandsdygtig over for høje temperaturer. Værktøjsstål bruges typisk i økser, bor og andre redskaber som behøver et skarpt, holdbart skær. Nogle øvrige legeringer til specielle formål er: cortenstål, maragingstål og eglinstål.

Ældre tid

I ældre tid brugtes, især til våben, damaskeret stål (efter byen Damaskus). Det var en teknik, hvor rent jern opkulledes ved opvarmning i en lukket ovn sammen med kulstof. Dette kunne give helt op til 1,8% kulindhold. Ved at smede det sammen med rent jern kombinerede man de to materialers egenskaber til et materiale, der var hårdt og fleksibelt på samme tid, faktisk ligesom vores tænder; en hård emalje udenpå og blødt ben indeni.

Nyere tid

En bessemer-converter i Sheffield (England).

Siden det 17. århundrede har det første trin i europæisk stålproduktion været udsmeltning af råjern fra jernmalm i en højovn. Oprindelig bruges trækul, men moderne metoder bruger koks, som er mere rentabelt. Før man kunne lave stål, måtte råjernet omdannes til smedejern.

Den moderne tidsalder inden for stål begyndte med Henry Bessemers opfindelse, bessemerprocessen, i 1855, som brugte råjern som råstof. Hans metode muliggjorde produktion af stål i store mængder billigt, og stål begyndte at blive brugt til mange af de formål hvor man tidligere havde brugt smedejern. Snart efter indførtes thomasprocessen som forbedrede bessemerprocessen ved at beklæde converter'en med et basisk materiale for at fjerne fosfor.

En anden produktionsmetode fra det 19. århundrede var Siemens-Martin-processen, som supplerede bessemerprocessen. Den bestod i at sammensmelte smedejern (eller skrot-stål) med råjern.

Disse metoder blev forældede efter Linz-Donawitz-processen og lignende metoder blev udviklet i 1950'erne. De er overlegne i forhold til tidligere metoder fordi ilten som pumpes direkte ind i ovnen forhindrer urenheder, særligt kvælstof, som tidligere kom ind gennem luften. I dag bruges lysbueovne ofte til at genbruge skrotmetal og lave det om til nyt stål. De kan også bruges til at lave råjern om til stål, men de bruger meget elektrisk energi (omkring 440 kWh per ton), og det er derfor generelt kun rentabelt hvis man har en overflod af billig elektricitet.

Wikimedia Commons har medier relateret til:
  1. Harper, Douglas. . Online Etymology Dictionary. Hentet 20. november 2016.
  2. Ashby, Michael F. & Jones, David R. H. (1992) [1986]. Engineering Materials 2 (revideret udgave). Oxford: Pergamon Press. ISBN 0-08-032532-7.
  3. "Smelting", Encyclopædia Britannica, 2007.
  4. "Galvanic protection", Encyclopædia Britannica, 2007.
  5. Tylecote, R. F. A history of metallurgy 2. udg., Institute of Materials, London 1992, 95–105.
  6. Swank, James Moore (1892). History of the Manufacture of Iron in All Ages. ISBN 0-8337-3463-6.
  7. "Bessemer process", Encyclopædia Britannica, 2, 2005, s. 168.
  8. "Iron and steel industry", Encyclopædia Britannica, 2007.
  9. "Basic oxygen process", Encyclopædia Britannica, 2007.
  10. Jones, J.A.T. ; Bowman, B. & Lefrank, P.A. (1998). "Electric Furnace Steelmaking", The Making, Shaping and Treating of Steel, ed. R.J. Fruehan. The AISE Steel Foundation, Pittsburgh, 525–660.

Stål
stål, legering, hovedsageligt, bestående, jern, sprog, overvåg, rediger, alternative, betydninger, flertydig, også, artikler, begynder, legering, jern, andre, grundstoffer, primært, kulstof, karbon, bruges, byggeri, mange, andre, anvendelser, grund, dens, høje. Stal legering hovedsageligt bestaende af jern Sprog Overvag Rediger For alternative betydninger se Stal flertydig Se ogsa artikler som begynder med Stal Stal er en legering af jern med andre grundstoffer primaert kulstof karbon som bruges i byggeri og mange andre anvendelser pa grund af dens hoje traekstyrke og lave pris Stals grundmetal er jern som kan antage to forskellige krystalstrukturer allotrope former kubisk rumcentreret og kubisk fladecentreret alt efter dets temperatur Det er sammenspillet mellem disse allotroper og legeringsgrundstofferne primaert kulstof der giver stal og stobejern deres mange unikke egenskaber I den kubisk rumcentrerede struktur er der et jern atom i midten af hver kube og i den kubisk fladecentrerede struktur er der et jern atom i midten af hver af kubens seks sider Kulstof og andre grundstoffer haerder jernet sa man undgar de forskydninger der ellers let kan ske i jern atomernes krystalstruktur Stalbro Stalwire Indholdsfortegnelse 1 Definition og beslaegtede materialer 2 Stalproduktion 3 Staltyper 3 1 Ulegeret kulstofstal 3 2 Legerede staltyper 4 Stalets historie 4 1 AEldre tid 4 2 Nyere tid 5 Se ogsa 6 ReferencerDefinition og beslaegtede materialer RedigerOrdet stal kommer af det urgermanske adjektiv stakhlijan lavet af stal som er beslaegtet med stakhla sta fast 1 Stal er jern med mellem 0 2 og 2 1 karbon malt efter vaegt nar der er tale om rene jern karbon legeringer Disse vaerdier varierer alt efter om der indgar andre grundstoffer sasom mangan chrom nikkel wolfram molybdaen bor titan vanadium kobolt og niobium 2 Andre grundstoffer er ogsa vigtige sasom fosfor svovl og silicium samt spor af oxygen nitrogen og kobber som oftest betragtes som uonskede For lidt kulstofindhold gor jernet forholdsvis blodt smidigt og svagt Er kulstofindholdet derimod hojere end i stal giver det en legering der almindeligvis kaldes rajern som er for sprod og skrobelig til at den let kan bearbejdes Andre legeringer med et kulstofindhold over 2 1 alt efter behandling og indhold af andre grundstoffer kendes som stobejern Stobejern er ikke bearbejdeligt selv nar det er varmt men det kan formes ved stobning da det blandt andet har et lavere smeltepunkt end stal 2 Nogle former for stobejern som bevarer evne til at smeltes og stobes kan varmebehandles efter stobningen nar man vil skabe genstande af tempergods eller aducergods Stal skelnes ogsa fra smedejern nu stort set foraeldet som kan indeholde en lille maengde kulstof men store maengder slagge Stalproduktion Rediger Dette fasediagram for jern og kulstof viser under hvilke betingelser forskellige faser dannes I stal er hovedbestanddelen ogsa kaldet basismaterialet jern Fe Udover jern er der ogsa andre grundstoffer disse bliver kaldt legeringsgrundstoffer Legeringsgrundstofferne er enten naturlige folgestoffer fra rajern eller blevet tilsat fra stalvaerket Jern findes i Jordens skorpe i form af forskellige slags malm oftest et jernoxid sasom magnetit haematit osv Jern udvindes af jernmalm ved udsmeltning hvor et kemisk stof sasom kulstof tilsaettes og forbinder sig med ilten der sa udskilles som kuldioxid Denne proces blev oprindelig anvendt pa metaller med et lavere smeltepunkt sasom tin som smelter ved omkring 250 C kobber som smelter ved omkring 1100 C og kombinationen af de to bronze som er flydende ved 1083 C Til sammenligning smelter stobejern ved omkring 1375 C 3 Sma maengder jern kunne udsmeltes i oldtiden i fast form ved at varme malmen i en ild af traekul og svejse klumperne sammen med en hammer sa at urenhederne klemmes ud Med omhu kunne kulstofindholdet kontrolleres ved at bevaege det rundt i ilden Eftersom jern iltes langt hurtigere ved temperaturer over 800 C er det vigtigt at udsmeltning finder sted i omgivelser hvor iltindholdet er lavt I modsaetning til kobber og tin oploser flydende eller fast jern kulstof ret let Udsmeltning hvor kulstof bruges til at nedbryde jernoxid resulterer i en legering som indeholder for meget kulstof til at det kan kaldes stal 3 Det overskydende kulstof og andre urenheder fjernes i et senere trin Det meste af al stobejern bliver omdannet til stal ved at reducere indholdet af urenheder fx karbon i jernet og tilsaette andre stoffer Urenhederne bliver fjernet i en ovn Dette gores ved at 70 stobejern og 30 skrotjern bliver blandet sammen med calciumoxid hvor der samtidig bliver blaest ren ilt ned i blandingen Ilten omdanner karbon og svovl til karbonoxid og svovloxid mens calciumoxiden omdanner nogle af urenhederne til slagge der laegger sig pa overfladen af smelten Slaggen skummes af og kommer dermed ikke med i de stobte emner Pa denne made bliver indholdet af karbon reduceret til lt 2 og der vil kun vaere meget lidt svovl og phosphor Staltyper Rediger Bethlehem Steel i Pennsylvania USA var en af verdens storste stalfabrikanter inden vaerket blev lukket i 2003 Legeringsgrundstofferne har stor indflydelse pa stalets egenskaber derfor opdeles stalene ofte loseligt i folgende grupper Ulegeret stal Stal med mindre end 1 5 legeringsgrundstoffer Lavtlegerede stal Stal med hojst 5 legeringsgrundstoffer Hojtlegerede stal Stal med mere end 5 legeringsgrundstofferUlegeret kulstofstal Rediger Moderne stal fremstilles med forskellige kombinationer af legeringsmetaller til forskellige formal Kulstofstal som ganske enkelt bestar af jern og kulstof udgor 90 af al stalproduktion 2 Ofte galvaniseres kulstofstal med zink enten ved at dyppe det i smeltet zink eller ved elektrolytisk metalbelaegning 4 Legerede staltyper Rediger Der bliver bl a tilsat legeringsgrundstoffer for at fa nye og bedre egenskaber for stalet fx hardheden slidstyrken haerdbarheden og mange andre Rustfrit stal indeholder mindst 11 chrom ofte kombineret med nikkel for at modsta korrosion Nogle rustfri staltyper f eks ferritiske er magnetiske mens andre f eks austenitiske er umagnetiske Korrosions afvisende stal forkortes CRES corrosion resistant steels Vaerktojsstal er en moderne staltype som er legeret med store maengder wolfram og kobolt eller andre grundstoffer for at maksimere haerdningen Dette gor ogsa legeringen mere modstandsdygtig over for hoje temperaturer 2 Vaerktojsstal bruges typisk i okser bor og andre redskaber som behover et skarpt holdbart skaer Nogle ovrige legeringer til specielle formal er cortenstal maragingstal og eglinstal Stalets historie RedigerAEldre tid Rediger I aeldre tid brugtes isaer til vaben damaskeret stal efter byen Damaskus Det var en teknik hvor rent jern opkulledes ved opvarmning i en lukket ovn sammen med kulstof Dette kunne give helt op til 1 8 kulindhold Ved at smede det sammen med rent jern kombinerede man de to materialers egenskaber til et materiale der var hardt og fleksibelt pa samme tid faktisk ligesom vores taender en hard emalje udenpa og blodt ben indeni Nyere tid Rediger En bessemer converter i Sheffield England Siden det 17 arhundrede har det forste trin i europaeisk stalproduktion vaeret udsmeltning af rajern fra jernmalm i en hojovn Oprindelig bruges traekul men moderne metoder bruger koks som er mere rentabelt For man kunne lave stal matte rajernet omdannes til smedejern 5 Den moderne tidsalder inden for stal begyndte med Henry Bessemers opfindelse bessemerprocessen i 1855 som brugte rajern som rastof 6 Hans metode muliggjorde produktion af stal i store maengder billigt og stal begyndte at blive brugt til mange af de formal hvor man tidligere havde brugt smedejern 7 Snart efter indfortes thomasprocessen som forbedrede bessemerprocessen ved at beklaede converter en med et basisk materiale for at fjerne fosfor En anden produktionsmetode fra det 19 arhundrede var Siemens Martin processen som supplerede bessemerprocessen 8 Den bestod i at sammensmelte smedejern eller skrot stal med rajern Disse metoder blev foraeldede efter Linz Donawitz processen og lignende metoder blev udviklet i 1950 erne De er overlegne i forhold til tidligere metoder fordi ilten som pumpes direkte ind i ovnen forhindrer urenheder saerligt kvaelstof som tidligere kom ind gennem luften 9 I dag bruges lysbueovne ofte til at genbruge skrotmetal og lave det om til nyt stal De kan ogsa bruges til at lave rajern om til stal men de bruger meget elektrisk energi omkring 440 kWh per ton og det er derfor generelt kun rentabelt hvis man har en overflod af billig elektricitet 10 Se ogsa Rediger Wikimedia Commons har medier relateret til Stal Se Wiktionarys definition pa ordet stalReferencer Rediger Harper Douglas steel Online Etymology Dictionary Hentet 20 november 2016 a b c d Ashby Michael F amp Jones David R H 1992 1986 Engineering Materials 2 revideret udgave Oxford Pergamon Press ISBN 0 08 032532 7 a b Smelting Encyclopaedia Britannica 2007 Galvanic protection Encyclopaedia Britannica 2007 Tylecote R F A history of metallurgy 2 udg Institute of Materials London 1992 95 105 Swank James Moore 1892 History of the Manufacture of Iron in All Ages ISBN 0 8337 3463 6 Bessemer process Encyclopaedia Britannica 2 2005 s 168 Iron and steel industry Encyclopaedia Britannica 2007 Basic oxygen process Encyclopaedia Britannica 2007 Jones J A T Bowman B amp Lefrank P A 1998 Electric Furnace Steelmaking The Making Shaping and Treating of Steel ed R J Fruehan The AISE Steel Foundation Pittsburgh 525 660 Hentet fra https da wikipedia org w index php title Stal amp oldid 10845902, wikipedia, wiki, bog, bøger, bibliotek,

artikel

, læs, download, gratis, gratis download, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, billede, musik, sang, film, bog, spil, spil.