ステンレス鋼の生産と加工
製鉄所から工場まで、高品質のステンレス鋼の製造方法
私たちは千年前から鋼を製造してきましたが、ステンレス鋼は比較的新しいものです。これは、1913年に英国の冶金学者であるハリーブレアリーによって発明されました。それ以来、化学者、エンジニア、材料科学者は実験を続けてきました。防錆合金として、アルミニウムなどの合金と同じ防錆性を備えた鋼と同じ材料特性を提供できますが、費用は少なくて済みます。当初、ステンレス鋼は、水道メーターやポンプの部品として、また優れたカトラリーとして、主に小さな用途で使用されていました。最近では、構造建材としても多く使われています。
ステンレス製の物体を作るには2つの方法があります。製品は、ハンマーで叩かれ、圧延され、接合された生の鋼片から作られる場合があります。または、最終製品のような形の型に溶鋼を流し込んで作ることもできます。どちらがより効率的なステンレス鋼の製造方法であるかは、製品が何であるか、そしてそれが何に使用されるかによって異なります。
ステンレス鋼の製造プロセス
ステンレス鋼の製造は多段階のプロセスです。鋼のスクラップを溶かし、固体の形に鋳造し、熱処理、洗浄、研磨します。
- 溶解と鋳造
- フォーミング
- 熱処理
- 説明
- 加工硬化
- 切断または機械加工
- 仕上げ
鋼と合金金属は電気アーク炉に入れられます。炉に入ると、金属はその融点を超える特定の温度、通常は2800°Fを超える温度に加熱されます。極端な温度、精度、大量の処理が必要なため、通常、溶解段階には8〜12時間かかります。この段階を通して、鉄鋼技術者は定期的にバスの温度と化学組成をチェックします。
合金鋼が完全に溶けた後、混合物は精製されます。アルゴンガスと酸素は炉にポンプで送られ、そこで不純物をガスに変換し、他の人にスラグを形成させて簡単に除去します。ほとんどの用途では、精製鋼はブルーム、ビレット、スラブ、ロッド、チューブラウンドなどの形状に鋳造されます。これらは、鍛造品の原料として使用されます。鋳造所は、その設計に合わせて型を作成することにより、ステンレス鋼を最終的な意図された形状に鋳造することができます。この形状は、製造ステップではなく、仕上げステップとして機械加工が行われる場合があります。
ほとんどの鋳鋼は熱間圧延によって形成されます。スラブ、ブルーム、またはビレットは加熱されて大きなローラーを通過し、鋼をより長く、より薄い形に伸ばします。熱間圧延は、鋼の再結晶温度を超えると発生します。各スラブはシート、プレート、またはストリップに形成され、ブルームとビレットはワイヤーとバーに形成されます。
冷間圧延は、より正確な寸法または優れた表面光沢が必要な場合に使用されます。鋼の再結晶温度以下で発生します。冷間圧延では、一連の支持ホイールを備えた小径のホイールを使用して、公差を小さくするための滑らかで幅の広いステンレス鋼のシートを作成します。
熱処理は、変形した微細構造を再結晶化することにより、圧延ステンレス鋼を強化します。ほとんどのステンレス鋼は焼鈍によって熱処理されます。ステンレス鋼は、結晶化温度を超える正確な温度に加熱され、制御された条件下でゆっくりと冷却されます。このプロセスは、内部応力を緩和し、ステンレス鋼を柔らかくします。焼鈍温度、時間、および冷却速度はすべて、完全な鋼の特性に影響を与えます。
ステンレス鋼の圧延片は、酸化された「ミルスケール」の層を獲得します。これは、光沢のある表面仕上げを復元するために洗い流す必要があります。ミルスケールは通常、電気洗浄や酸洗いなどの化学的手段によって除去されます。酸洗いでは、ステンレス鋼を硝酸-フッ化水素酸の浴に沈めます。電気洗浄では、陰極とリン酸を使用してステンレス鋼の表面に電流を流します。スケール除去された金属は、高圧水ですすぎで仕上げられ、明るく光沢のある仕上がりになります。
加工硬化は、変形によって材料を強化するプロセスです。ステンレス鋼は全体的に急速に硬化し、正確な速度は特定のグレードによって決まります。オーステナイト鋼は他のグレードよりも硬化しやすいです。
ステンレス鋼は指定された形状とサイズにカットされます。ステンレス鋼は、円形のナイフで刈り取るか、高速の刃で鋸で切るか、パンチでブランクにすることができます。炎、プラズマ、ウォータージェット切断などの代替方法が使用されることがあります。
鋳造所で鋳造されたオブジェクトがすでに最終形状に近い場合、この切断/機械加工の段階は、接合線をきれいにする、正確な公差で測定する、または表面仕上げを作成するだけの場合があります。
ステンレス鋼は、さまざまな表面仕上げで作ることができます。選択した表面仕上げは、純粋に美的ではありません。特定の仕上げにより、ステンレス鋼は耐食性が高くなり、清掃が容易になり、製造でより簡単に使用できるようになります。仕上げの種類は、使用する用途によって決まります。
表面仕上げは、製造プロセスと仕上げ方法を組み合わせた結果です。熱間圧延、焼きなまし、およびスケール除去により、くすんだ仕上がりになります。熱間圧延とそれに続く研磨ロールでの冷間圧延により、明るい仕上がりになります。冷間圧延、焼きなまし、バフ研磨と微細な表面の組み合わせにより、反射面が作成されます。ステンレス鋼の表面の仕上げには、一連の研削、研磨、バフ研磨、およびサンドブラスト装置が使用されます。
品質管理と検査
ステンレス鋼の製造および製造全体に工程内管理が存在しますが、通常、国際的な品質基準を満たすには不十分です。出荷する前に、ステンレス鋼の各バッチは、希望の仕様を満たしていることを確認するために化学的および機械的テストを受ける必要があります。
機械的試験
機械的試験は、荷重、応力、および衝撃に耐えるステンレス鋼の物理的能力を測定します。機械的試験には、上記の機械的特性の引張試験、ブリネル試験、および靭性試験が含まれます。
化学的試験
化学的試験では、ステンレス鋼のグレードを認定する前に、サンプルの正確な化学的性質をチェックします。化学的試験は通常、非破壊分光化学分析によって実施されます。ステンレス鋼の場合、耐食性は特に重要です。製鉄所は、塩水噴霧試験で耐食性をテストおよび測定します。塩水噴霧にさらされた後、鋼が腐食によって損傷を受けない時間が長いほど、耐食性は高くなります。
ステンレス鋼の世界的な生産
ステンレス鋼が発明された後、エンジニアと発明者はすぐにそれの用途を見つけました。カトラリーは、ブリーリーが彼のクロム鋼が錆びにくいことに気付いてから5年後に生産されました。 1926年までに、ステンレス鋼は13歳で、外科用インプラントに使用され始めました。 1935年に最初のステンレス鋼のクラッド面が見られました。戦争努力はステンレス鋼の製造能力を高めるのに役立ちました。
2005年から2018年の間に、ステンレス鋼の生産量は2倍になり、世界の生産量は5,070万メートルトンになりました。中国は世界最大の金属生産国です。
建築資材の比較的新参者として、ステンレス鋼はさらに多くの可能性を秘めた材料です。二相ステンレス鋼のような革新はまだ起こっています。新しい化学物質が探索されるにつれて、私たちがまだ想像していない用途のために、新しいグレードのステンレス鋼が発見され続ける可能性があります。
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