ภาพรวมความรู้เกี่ยวกับอุตสาหกรรมวัสดุเหล็กและเหล็กกล้า

ภาพรวมความรู้อุตสาหกรรมเหล็กและวัสดุเหล็กกล้า

I. ความหมายและสถานะหลักของเหล็กและเหล็กกล้า

เหล็กและเหล็กกล้าเป็นคำทั่วไปสำหรับโลหะผสมที่ประกอบด้วยเหล็ก (Fe) และคาร์บอน (C) เป็นหลัก พร้อมด้วยองค์ประกอบอื่นๆ เช่น แมงกานีส (Mn) ซิลิคอน (Si) ฟอสฟอรัส (P) และซัลเฟอร์ (S) เป็นวัสดุโลหะที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและมีความสำคัญมากที่สุดในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ ซึ่งมักเรียกกันว่า "กระดูกสันหลังของอุตสาหกรรม" คุณสมบัติสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในช่วงที่กว้างมากโดยการปรับองค์ประกอบทางเคมีและกระบวนการบำบัดความร้อนเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดที่แตกต่างกัน

ครั้งที่สอง การจำแนกประเภทหลัก: เหล็กหมู เหล็กกล้า และผลิตภัณฑ์เหล็กกล้า

หมูเหล็ก: High carbon content (>2.11%) แข็งและเปราะ ผลิตโดยวิธีถลุงเตาถลุงเป็นหลัก ส่วนใหญ่จะใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเหล็ก โดยจะมี ส่วนน้อยที่ใช้หล่อ (เหล็กหมูหล่อ)

เหล็ก: โดยทั่วไปประกอบด้วยคาร์บอน 0.02% ถึง 2.11% โดยมีลักษณะเฉพาะคือมีความแข็งแรง ความเหนียว และความเป็นพลาสติกผสมผสานกันอย่างลงตัว เหล็กผลิตจากเหล็กหมูโดยการออกซิไดซ์เพื่อกำจัดคาร์บอนและสิ่งสกปรกในเตาหลอมเหล็ก เป็นวัสดุฐานสำหรับผลิตภัณฑ์เหล็ก

ผลิตภัณฑ์เหล็ก: ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปหรือกึ่งสำเร็จรูป-ที่ทำจากเหล็กแปรรูปพลาสติกผ่านการรีด การตีขึ้นรูป การดึง ฯลฯ เช่น แผ่น ท่อ ส่วนต่างๆ และเหล็กลวด

III. ระบบการจำแนกประเภทแกนหลักสำหรับเหล็ก

การจำแนกประเภทเหล็กมีความซับซ้อน ระบบทั่วไปได้แก่:

โดยองค์ประกอบทางเคมี:

เหล็กกล้าคาร์บอน: ประกอบด้วยเหล็กและคาร์บอนเป็นหลัก แบ่งย่อยตามปริมาณคาร์บอนเป็นเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ- (C<0.25%), medium-carbon steel (0.25%≤C≤0.60%), and high-carbon steel (C>0.60%) ต้นทุนต่ำกว่า ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด

โลหะผสมเหล็ก: บนพื้นฐานของเหล็กกล้าคาร์บอน ธาตุผสมตั้งแต่หนึ่งชนิดขึ้นไป (เช่น โครเมียม Cr, นิกเกิล Ni, โมลิบดีนัม Mo, วาเนเดียม V) จะถูกเติมเข้าไปอย่างตั้งใจเพื่อให้ได้คุณสมบัติเฉพาะ สามารถแบ่งได้เป็นเหล็กกล้าอัลลอยด์ต่ำ-, เหล็กโลหะผสมขนาดกลาง-, และเหล็กกล้าอัลลอยด์สูง-.

ตามคุณภาพ​ (ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับปริมาณสิ่งเจือปนที่เป็นอันตราย ฟอสฟอรัส และกำมะถัน):

เหล็กธรรมดา​ (P น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.045%, S น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.050%)

เหล็กคุณภาพ​ (P, S ทั้งสองน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.035%)

เหล็กคุณภาพสูง-​ (P น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.035%, S น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.030%)

โดยวิธีการถลุงและระดับดีออกซิเดชัน:

เปิด-เตาเหล็ก​ (ล้าสมัยไปมาก)

เหล็กเตาออกซิเจนขั้นพื้นฐาน (BOF)​ (กระบวนการผลิตหลัก)

เตาหลอมไฟฟ้า (EAF) เหล็ก​ (มักใช้สำหรับการผลิตเหล็กโลหะผสมคุณภาพสูง-)

ตามระดับการกำจัดออกซิเดชัน: เหล็กขอบ (F), เหล็กฆ่า (Z), เหล็กฆ่ากึ่ง- (b) และเหล็กฆ่าพิเศษ (TZ)

โดยโครงสร้างทางโลหะวิทยา​ (เกี่ยวข้องกับสถานะการรักษาความร้อน):

สถานะอบอ่อน: เหล็กไฮโปยูเทคตอยด์, เหล็กยูเทคตอยด์, เหล็กไฮเปอร์ยูเทคตอยด์

สถานะปกติ: เหล็กเพิร์ลไลติก, เหล็กไบนิติก, เหล็กมาร์เทนซิติก, เหล็กออสเทนนิติก

โดยการสมัคร​ (วิธีการจำแนกประเภทที่พบบ่อยที่สุด):

เหล็กโครงสร้าง: ใช้ในการก่อสร้าง สะพาน เรือ ยานพาหนะ ภาชนะรับความดัน ฯลฯ เน้นความแข็งแกร่งและความเหนียว

เหล็กเครื่องมือ: ใช้สำหรับทำเครื่องมือตัด แม่พิมพ์ เครื่องมือวัด เน้นความแข็งสูง ทนต่อการสึกหรอ และความแข็งจากความร้อน

เหล็กวัตถุประสงค์พิเศษ: มีคุณสมบัติทางกายภาพ/เคมีพิเศษ เช่นสแตนเลส​ (ทนต่อการกัดกร่อน-)เหล็กทนความร้อน-, เหล็กทนการเสียดสี-.

IV. ผังกระบวนการผลิตหลัก

คอมเพล็กซ์เหล็กและเหล็กกล้าครบวงจรสมัยใหม่มี 2 รูปแบบเป็นหลัก: "กระบวนการยาว" และ "กระบวนการสั้น":

กระบวนการที่ยาวนาน: การเผาผนึก / การอัดเม็ด → การทำเหล็กด้วยเตาหลอม → การผลิตเหล็กด้วยเตาออกซิเจนขั้นพื้นฐาน → การกลั่นขั้นที่สอง → การหล่อแบบต่อเนื่อง → การกลิ้ง. ใช้แร่เหล็กและถ่านหินเป็นวัตถุดิบหลัก ความจุขนาดใหญ่ กระบวนการหลัก

กระบวนการสั้น ๆ: การผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์คไฟฟ้า → การกลั่นขั้นที่สอง → การหล่อแบบต่อเนื่อง → การกลิ้ง. ใช้เศษเหล็กรีไซเคิลเป็นวัตถุดิบหลัก การใช้พลังงานและการปล่อยก๊าซเรือนกระจกค่อนข้างลดลง เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น ทิศทางสำคัญสำหรับการเปลี่ยนแปลงสีเขียว

V. ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพหลัก

คุณสมบัติทางกล: ความแข็งแรง (ความแข็งแรงของผลผลิต, ความต้านทานแรงดึง), พลาสติก (การยืดตัว, การลดลงของพื้นที่), ความเหนียว (พลังงานกระแทก), ความแข็ง

คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี: ทนต่อการกัดกร่อน ทนความร้อน ทนต่อการสึกหรอ เชื่อมได้ ใช้งานได้ทั้งร้อน/เย็น

วี. พื้นที่ใช้งานหลัก

การก่อสร้าง: เหล็กเสริมแรง (เหล็กเส้น), เหล็กลวด, คาน H- สำหรับโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็ก

การผลิต: เหล็กแผ่นสำหรับยานยนต์ (แผงตัวถัง เหล็กสำหรับเกียร์) เหล็กสำหรับการผลิตเครื่องจักร เหล็กแบริ่ง เหล็กสปริง

พลังงานและการขนส่ง: เหล็กท่อส่งน้ำมัน/ก๊าซ เหล็กสำหรับหอคอยกังหันลม เหล็กสำหรับเรือและแท่นนอกชายฝั่ง รางและล้อสำหรับทางรถไฟ

เครื่องใช้ในครัวเรือนและสินค้าอุปโภคบริโภค: ปลอกใส่อุปกรณ์เครื่องใช้ต่างๆ, ช้อนส้อม (สแตนเลส)

ปกเกล้าเจ้าอยู่หัว แนวโน้มการพัฒนาอุตสาหกรรมในปัจจุบัน

การเปลี่ยนผ่านของคาร์บอนสีเขียวและต่ำ-: การพัฒนาโลหะวิทยาที่มีไฮโดรเจน- การดักจับคาร์บอน การใช้ประโยชน์ และการเก็บรักษา (CCUS) และเพิ่มสัดส่วนของเหล็ก EAF เพื่อจัดการกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

การอัปเกรดผลิตภัณฑ์เป็นระดับสูง-: มุ่งเน้นการวิจัยและพัฒนาและการผลิตเหล็กชนิดพิเศษที่มีความแข็งแรงสูง ความเหนียวสูง ทนต่อการกัดกร่อน และทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง (อุณหภูมิสูง/ต่ำ) เพื่อให้เกิดการทดแทนการนำเข้า

การผลิตอัจฉริยะ: การใช้อินเทอร์เน็ตอุตสาหกรรม ข้อมูลขนาดใหญ่ และปัญญาประดิษฐ์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต การลดต้นทุน การปรับปรุงประสิทธิภาพ และเสถียรภาพด้านคุณภาพ

บริการ-การจัดหาวัสดุเชิงมุ่งเน้น: พัฒนาจากการขายเหล็กเพียงอย่างเดียวไปสู่การจัดหาโซลูชั่นด้านวัสดุและบริการครบวงจร