Overzicht van de kennis van de ijzer- en staalmaterialenindustrie
I. Definitie en kernstatus van ijzer en staal
IJzer en staal zijn algemene termen voor legeringen die voornamelijk bestaan uit ijzer (Fe) en koolstof (C), samen met andere elementen zoals mangaan (Mn), silicium (Si), fosfor (P) en zwavel (S). Het zijn de meest gebruikte en cruciale metaalmaterialen in de moderne industrie, vaak de ‘ruggengraat van de industrie’ genoemd. Hun eigenschappen kunnen over een extreem breed bereik worden gevarieerd door de chemische samenstelling en warmtebehandelingsprocessen aan te passen om aan verschillende eisen te voldoen.
II. Kernclassificatie: ruwijzer, staal en staalproducten
Varkensijzer: High carbon content (>2,11%), hard en bros, voornamelijk geproduceerd via smeltovens. Het grootste deel wordt gebruikt als grondstof voor de staalproductie, een klein deel wordt gebruikt voor het gieten (gietijzer).
Staal: Bevat over het algemeen 0,02% tot 2,11% koolstof, gekenmerkt door een goede combinatie van sterkte, taaiheid en plasticiteit. Staal wordt geproduceerd uit ruwijzer door te oxideren om koolstof en onzuiverheden in een staaloven te verwijderen; het is het basismateriaal voor staalproducten.
Staalproducten: Afgewerkte of half{0}}afgewerkte producten gemaakt door het plastisch verwerken van staal door middel van walsen, smeden, trekken, enz., zoals platen, buizen, profielen en walsdraad.
III. Kernclassificatiesystemen voor staal
De classificatie van staal is complex; veel voorkomende systemen zijn onder meer:
Door chemische samenstelling:
Koolstofstaal: Bestaat voornamelijk uit ijzer en koolstof. Onderverdeeld op koolstofgehalte in koolstofarm-staal (C<0.25%), medium-carbon steel (0.25%≤C≤0.60%), and high-carbon steel (C>0,60%). Lagere kosten, meest gebruikt.
Gelegeerd staal: Op basis van koolstofstaal zijn bewust één of meerdere legeringselementen (bijvoorbeeld chroom Cr, nikkel Ni, molybdeen Mo, vanadium V) toegevoegd om specifieke eigenschappen te verkrijgen. Kan worden onderverdeeld inlaag-gelegeerd staal, middelmatig-gelegeerd staal, Enhoog-gelegeerd staal.
Door kwaliteit (voornamelijk gebaseerd op het gehalte aan schadelijke onzuiverheden, fosfor en zwavel):
Gewoon staal (P Kleiner dan of gelijk aan 0,045%, S Kleiner dan of gelijk aan 0,050%)
Kwaliteit staal (P, S beide Minder dan of gelijk aan 0,035%)
Hoog-kwaliteitsstaal (P Kleiner dan of gelijk aan 0,035%, S Kleiner dan of gelijk aan 0,030%)
Volgens smeltmethode en deoxidatiegraad:
Open-Haardstaal(grotendeels verouderd)
Basiszuurstofoven (BOF) Staal (regulier productieproces)
Elektrische boogoven (EAF) Staal (vaak gebruikt voor de productie van gelegeerd staal van hoge-kwaliteit)
Op deoxidatiegraad: omrand staal (F), gehard staal (Z), half-gedoofd staal (b) en speciaal gedoofd staal (TZ).
Door metallografische structuur (gerelateerd aan de warmtebehandelingsstatus):
Gegloeide staat: hypoeutectoïde staal, eutectoïde staal, hypereutectoïde staal.
Genormaliseerde toestand: perlitisch staal, bainitisch staal, martensitisch staal, austenitisch staal.
Per toepassing (meest gebruikelijke classificatiemethode):
Structureel staal: Gebruikt voor constructie, bruggen, schepen, voertuigen, drukvaten, etc. Benadrukt sterkte en taaiheid.
Gereedschapstaal: Gebruikt voor het maken van snijgereedschappen, mallen, meetgereedschappen. Benadrukt hoge hardheid, slijtvastheid en hittehardheid.
Speciaal staal: Bezit speciale fysisch-chemische eigenschappen, bijv.Roestvrij staal (corrosie-bestendig),Hittebestendig-staal, Slijtvast-bestendig staal.
IV. Belangrijkste productieprocesstroom
Moderne geïntegreerde ijzer- en staalcomplexen volgen hoofdzakelijk twee modellen: "Long Process" en "Short Process":
Lang proces: Sinteren/pelletiseren → Hoogovenijzerproductie → Basiszuurstofovenstaalproductie → Secundaire raffinage → Continu gieten → Walsen. Gebruikt ijzererts en steenkool als belangrijkste grondstoffen. Grote capaciteit, mainstream proces.
Kort proces: Staalproductie met elektrische boogoven → Secundaire raffinage → Continu gieten → Walsen. Gebruikt gerecycled schroot als belangrijkste grondstof. Relatief lager energieverbruik en uitstoot, milieuvriendelijker. Een belangrijke richting voor groene transformatie.
V. Kernprestatie-indicatoren
Mechanische eigenschappen: Sterkte (vloeigrens, treksterkte), plasticiteit (rek, verkleining van het oppervlak), taaiheid (slagenergie), hardheid.
Fysische en chemische eigenschappen: Corrosiebestendigheid, hittebestendigheid, slijtvastheid, lasbaarheid, warm/koud verwerkbaarheid.
VI. Belangrijkste toepassingsgebieden
Bouw: Wapeningsstaven (wapening), walsdraad, H-balken voor gewapende betonconstructies.
Productie: Staalplaten voor de automobielsector (carrosseriepanelen, staal voor tandwielen), staal voor machinebouw, lagerstaal, verenstaal.
Energie en transport: Pijpleidingstaal voor olie-/gastransmissie, staal voor windturbinetorens, staal voor schepen en offshore-platforms, rails en wielen voor spoorwegen.
Huishoudelijke apparaten en consumptiegoederen: Behuizingen voor diverse apparaten, bestek (roestvrij staal).
VII. Huidige trends in de ontwikkeling van de sector
Groene en koolstofarme-transitie: Ontwikkeling van op waterstof-gebaseerde metallurgie, koolstofafvang, -gebruik en -opslag (CCUS) en het vergroten van het aandeel EAF-staal om de klimaatverandering aan te pakken.
Product upgraden naar high-end: Focussen op R&D en productie van speciale staalsoorten met hoge sterkte, hoge taaiheid, corrosieweerstand en weerstand tegen extreme omgevingen (hoge/lage temperaturen) om importvervanging te bereiken.
Intelligente productie: Gebruik maken van industrieel internet, big data en kunstmatige intelligentie om de productie te optimaliseren, kostenreductie, efficiëntieverbetering en kwaliteitsstabiliteit te bereiken.
Service-Georiënteerde materiaaltoevoer: Evolueren van simpelweg de verkoop van staal naar het leveren van materiaaloplossingen en volledige levenscyclusdiensten.