terästä käytetään monilla eri teollisuudenaloilla ja sitä pidetään nykyajan infrastruktuurin selkärankana. Kyky lisätä muita elementtejä ja siten manipuloida teräksen ominaisuuksia tekee siitä niin laajalti käytetyn resurssin. Tässä artikkelissa tarkastellaan yleisimpiä elementtejä, jotka muodostavat laajan valikoiman teräslajeja, ja tutkitaan niiden vaikutusta materiaalin ominaisuuksiin.

pelkkä rauta ei riitä

puhtaimmassa muodossaan, rauta ei ole poikkeuksellisen vahvaa eikä kovaa – itse asiassa puhtaasta raudasta voitaisiin leikata puukolla. Hiilen lisääminen ja hapen poistaminen antavat rautapohjaiselle teräkselle sen uskomattoman lujuuden.

metalliseos on mitä tahansa metallia, joka on valmistettu yhdistämällä kahta tai useampaa metallista alkuainetta. Metallien ja ei-metallisten elementtien lisääminen rautaan ja hiileen mahdollistaa ominaisuuksien muokkaamisen tiettyyn tarpeeseen tai käyttötarkoitukseen sopivaksi.

jo raudan kanssa yhdistetyn hiilen määrän muuttaminen voi vaikuttaa materiaalin ominaisuuksiin. Runsashiilinen teräs sisältää 0,60-0,95% hiiltä (prosentteina painosta) ja on uskomattoman vahvaa ja kovaa, mutta on vähemmän sitkeää ja vaikeampi työstää ja hitsata. Hiilipitoisuuden vähentyessä materiaalista tulee enemmän puhdasta rautaa ja siten pehmeämpää ja sitkeämpää.

teräksen suurin hiilipitoisuus on 2,1%, koska mitään muuta ei varsinaisesti luokitella teräkseksi. Hiilipitoisuuden pienentyessä materiaali kuuluu yhteen neljästä kategoriasta:

erittäin runsashiilinen teräs (0,96% -2,1% hiiltä)

runsashiilinen teräs on erittäin vahva ja kykenee kestämään paikallista muodonmuutosta korkeajännityksessä. Se tuotetaan erikoistuneen prosessin kautta. Tämän seurauksena koneistus, hitsaus tai taivutus tämä materiaali on lähes mahdotonta.

korkea hiiliteräs (0,55% -0,95% hiiltä)

korkea hiiliteräs on melko vahva ja tarjoaa enemmän sitkeyttä kuin erittäin korkea hiiliteräs, ja viime aikoihin asti sitä käytettiin rautatiekiskojen sovelluksissa. Muita käyttökohteita ovat talttaus ja leikkurit.

Keskihiiliteräs (0,30% -0.54% hiiltä)

Keskihiiliteräs tasapainottaa lujuutta ja kovuutta sitkeydellä ja sitä käytetään pääasiassa koneen osissa eli hammaspyörissä, pulteissa ja akseleissa.

vähähiilinen teräs (0,05% -0,25%)

vähähiilinen teräs tarjoaa uskomattoman lujuuden suhteessa pienempään painoon verrattuna muihin teräsluokkiin. Metalliseosten lisääminen voi antaa vähähiiliselle teräkselle erilaisia ominaisuuksia ilman massiivista vaikutusta painoon.

vaikka kaikki teräsluokat voivat käyttää seoksia ja ei-metallisia alkuaineita ominaisuuksiensa muuttamiseen, tässä artikkelissa keskitytään siihen, miten tietyt alkuaineet muuttavat vähähiilisen teräksen ominaisuuksia.

alkuaineet, jotka kovettuvat

ennen kuin tutkitaan alkuaineita, jotka kovettuvat, on tärkeää huomata ero kovettumisen ja vahvistumisen välillä.

teräksen kovuus tarkoittaa iskutasoa, jonka materiaali voi absorboida ennen kolhuja, ja se mitataan tyypillisesti Charpy-törmäystestillä. Kovuuteen voi vaikuttaa suuresti lämpötila, koska materiaali voi yleensä absorboida vähemmän vaikutusta kylmemmissä lämpötiloissa.

toisaalta teräksen lujuus keskittyy myötöpisteeseen ja vetolujuuteen. Saantopiste on piste, jossa materiaali stressaantuu ja deformoituu, mutta ei murru. Vetolujuus on materiaalin pettämiseen tai rikkoutumiseen vaadittava rasituksen määrä.

elementit, jotka kovettavat terästä, lisäävät materiaalin absorboiman iskun määrää. Yleisimmät kovetusaineet ovat:

• fosfori*
• mangaani*
• typpi

nikkeli romi boori

nämä kovetusaineet ovat yleisiä karkaistuissa ja sammutetuissa laaduissa (esimerkiksi ASTM A514 tai ASTM A710) ja offshore-laaduissa (esimerkiksi ASTM A633). Nikkeliä voidaan lisätä hiiliterässeoksiin, mutta se on yleisempää ruostumattomissa teräslaaduissa.

*fosfori, pii ja mangaani ovat yleisimmät teräkseen lisätyt alkuaineet. ASTM A752-50 (luja, niukkaseosteinen teräs) ja ASTM A36 (mieto teräs) ovat kaksi Pohjois-Amerikan yleisimmin käytettyä laatua ja sisältävät nämä kolme elementtiä.

elementit, jotka vahvistavat

terästä vahvistavat elementit lisäävät materiaalin kantamaa kuormitusta. Näin ollen on tavallista, että nämä elementit näkyvät infrastruktuurissa, kuten teissä, silloissa ja rakennuksissa. Yleisimpiä vahvistavia elementtejä ovat:

• pii
• Kromi
• fosfori
• titaani

yppi& Alumiinikombo

• niobium (Kolumbium)

sitkeyttä lisäävät elementit

materiaaliporausta, hitsausta vaativissa projekteissa koneisto tai pulttaus, sitkeys on tärkeä tekijä. Yleisiä terässeoksiin lisättyjä sitkeyttä parantavia alkuaineita ovat:

• niobium (Kolumbium)
• rikki
• fosfori
• Kromi

nämä pehmentävät alkuaineet ovat yleisiä karkaistuissa ja sammutetuissa laaduissa (esim. ASTM A514) ja niitä käytetään kymmenissä muissa.

alkuaineet, jotka kestävät korroosiota

alkuaineet, jotka edistävät korroosionkestävyyttä, ovat terässeosten kannalta kriittisiä käytettäväksi sovelluksissa, joissa vaaditaan ilmakehän kestävyyttä. Yleisiä käytettyjä alkuaineita ovat:

• Zirkonium
• nikkeli
• fosfori
• kupari
• Kromi

korroosionkestävyys on tärkeää rakenneteräkselle, jota käytetään ulkotiloissa, kuten silloissa, sekä offshore-tai merisovelluksissa.

kemian voima

rauta ja hiili ovat teräksen yksinkertaisia rakennusaineita. Laaja valikoima metallisia ja ei-metallisia elementtejä voi kuitenkin muuttaa teräksen ominaisuuksia ja käyttäytymistä, mikä tekee siitä elinkelpoisen resurssin lukuisiin sovelluksiin.

Leeco Steel on erikoistunut toimittamaan hiiliteräslevyjä Yhdysvaltoihin, Kanadaan ja Meksikoon. Saatavilla on laaja valikoima seosteräslajeja. Kun olet määrittänyt ihanteellisen teräslaadun projektillesi, saat tarvitsemasi teräslevyn, kun tarvitset sitä.