स्टील के गुण और उपयोग

मुख्य रूप से या बड़े पैमाने पर सामग्री से बनी संरचनाएं जिन्हें. के रूप में जाना जाता है इस्पात पृथ्वी के परिदृश्य में मानव जाति का सबसे प्रमुख जोड़ हो सकता है।

यदि पृथ्वी पर सभी जीवन कहीं और टेलीपोर्ट किए गए थे, और एलियंस का एक समूह जांच करने के लिए हुआ था, तो वे सबसे टिकाऊ और प्रभावशाली वस्तुएं पाएंगे जो स्पष्ट रूप से नहीं थीं प्राकृतिक भूवैज्ञानिक प्रक्रियाओं से उत्पन्न होने वाले स्टील में शामिल होंगे: गगनचुंबी इमारतें, पुल, भारी मशीनरी और अनिवार्य रूप से मजबूत ताकतों का सामना करने के लिए आवश्यक कुछ भी समय।

आपको शायद इस बात का कुछ ज्ञान है कि स्टील "कहां से आता है" और यह "क्या है।" यदि और कुछ नहीं, तो आप निश्चित रूप से जानते हैं कि यह आम तौर पर कैसा दिखता है, महसूस करता है और शायद कुछ मामलों में ऐसा भी लगता है।

यदि आप स्टील को धातु मानते हैं, तो यह स्वाभाविक है, लेकिन स्टील को वास्तव में एक के रूप में वर्गीकृत किया गया है मिश्र धातु या विभिन्न धातुओं का मिश्रण। इस मामले में, लगभग सभी प्राथमिक धातु लोहा है, चाहे विशिष्ट नुस्खा कोई भी हो, लेकिन जैसा कि आप देखेंगे, कार्बन की थोड़ी मात्रा भी स्टील के गुणों को महत्वपूर्ण रूप से बदल सकती है।

निर्माण और इंजीनियरिंग के इतिहास में सबसे महत्वपूर्ण सामग्री क्या कहा जा सकता है, इसके बारे में बहुत कुछ सीखने की तैयारी करें,

जैसा कि आप निश्चित रूप से अपने हिस्से के सामान को देखने, सुनने और संपर्क में रहने से जानते हैं, स्टील को इसकी स्थायित्व, कठोरता और क्रूरता के लिए सबसे महत्वपूर्ण जाना जाता है। कुछ मामलों में, यह अपनी चमक के लिए भी प्रसिद्ध है।

मात्रात्मक भौतिक शब्दों में इन गुणों का अनुवाद क्या है a बहुत उच्च गलनांक (लगभग 1,510 डिग्री सेल्सियस, अधिकांश धातुओं से अधिक; तांबा, उदाहरण के लिए, लगभग ५०० डिग्री ठंडा है) और a बहुत उच्च घनत्व (7.9 ग्राम/सेमी³, पानी का लगभग आठ गुना)।

स्टील अपने तथाकथित मूल तत्व, लोहे की तुलना में समग्र रूप से कठिन और मजबूत है। फिर भी यह है अत्यंत लचीला और इसके लिए जाना जाता है उच्च तन्यता शक्ति (यानी, इसके आकार को खोए बिना, लागू भार, या बलों का सामना करने की क्षमता)।

अन्य सामग्रियों की तुलना में सभी प्रकार के स्टील की तन्य शक्ति अधिक होती है लेकिन स्टील के प्रकारों के बीच काफी भिन्न होती है। निचले सिरे पर, मान लगभग 290 N/mm. हैं²; उच्च अंत में, तन्य शक्ति 870 N/mm. जितनी अधिक होती है².

• एक वर्ग मिलीमीटर (मिमी²) वर्ग मीटर का केवल दस लाखवाँ भाग है। इसका मतलब है कि स्टील में प्रति वर्ग मीटर 870 मिलियन न्यूटन की तन्य शक्ति हो सकती है - पृथ्वी पर 88.8 मिलियन किलोग्राम या 195.7 मिलियन पाउंड (97,831 टन) के द्रव्यमान के बराबर!

यदि आपने कभी a. का उपयोग किया है कच्चे लोहे की कड़ाही, आपने देखा होगा कि यह कितना उल्लेखनीय रूप से मजबूत (या कम से कम भारी) लग रहा था। जब लोहा पैन जैसी किसी चीज का एकमात्र या लगभग एकमात्र घटक होता है, तो यह स्टील की तुलना में अधिक भंगुर होता है।

लेकिन अधिकांश रोजमर्रा के खाना पकाने के तापमान के लिए (जो "गर्म" लगते हैं, लेकिन गलाने वाली भट्टी जैसी कहीं नहीं हैं), लोहे और स्टील के बीच कार्यात्मक अंतर आसानी से स्पष्ट नहीं हो सकता है, भले ही वे आमतौर पर कुछ हद तक दिखते हों विभिन्न।

आज उत्पादित अधिकांश इस्पात को सरलता से कहा जाता है कार्बन स्टील, या सादे कार्बन स्टील, भले ही इसमें लोहा और कार्बन के अलावा सिलिकॉन और मैंगनीज जैसी धातुएं हो सकती हैं।

स्टील भिन्नता की मात्रा सतह पर महत्वपूर्ण नहीं लग सकती है, क्योंकि कार्बन कभी भी 1.5 प्रतिशत से अधिक स्टील का निर्माण नहीं करता है। हालाँकि, जब आप मानते हैं कि यह छोटा अंश स्वयं 10 (0.15 प्रतिशत से 1.5 प्रतिशत) के कारक तक हो सकता है, तो आप इसके होने वाले भौतिक प्रभाव की सराहना करना शुरू कर देते हैं।

कई मानदंडों का उपयोग करके स्टील को विभिन्न श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है। वैज्ञानिकों द्वारा उपयोग किए जाने वाले (जो अक्सर चीजों के गुणों के साथ वास्तव में अधिक चिंतित होते हैं उनका उपयोग करते हुए) अक्सर उन लोगों से भिन्न होते हैं जिनकी मुख्य चिंता से बने अंतिम उत्पादों के प्रकार होते हैं स्टील।

यांत्रिक: जैसा कि उल्लेख किया गया है, स्टील की तन्य शक्ति 290 N/m. के बीच हो सकती है² और 870 एन / एम². जिस तरह से कार्बन परमाणु प्रभावी रूप से फैलते हैं, उसके कारण स्टील में कार्बन जोड़ने से यह कठिन हो जाता है खुद को लोहे के परमाणुओं के बीच इस तरह से बनाते हैं जिससे सामग्री का विस्थापन बहुत मुश्किल हो जाता है Fe. का "अनाज"₃सी। यह स्टील को लोहे की तुलना में अधिक भंगुर बनाता है, इसलिए लोहे को स्टील में परिवर्तित करना, बाद वाले के स्पष्ट लाभों के बावजूद, शून्य व्यावहारिक लागत पर नहीं आता है।

स्टील जिसे उसके यांत्रिक गुणों के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है, "Fe" से शुरू होता है और जो निम्नानुसार है 1) ई और न्यूनतम उपज तनाव मूल्य स्टील को मुख्य रूप से इस आधार पर वर्गीकृत किया जाता है_, या 2) केवल तन्य शक्ति का मान यदि यह प्राथमिक वर्गीकरण विशेषता है। (_उपज तनाव यांत्रिक विकृति के प्रतिरोध का एक उपाय है।)

• उदाहरण के लिए, "Fe 290" 290 N/mm2 की तन्यता ताकत वाला स्टील है। जबकि "Fe E 220" 220 N/mm. के यील्ड स्ट्रेस के साथ स्टील है².

रासायनिक: सादा कार्बन स्टील्स जो 0.06 प्रतिशत कार्बन से 1.5 प्रतिशत कार्बन में भिन्न होते हैं, उनकी विशिष्ट कार्बन सामग्री के आधार पर निम्नलिखित प्रकारों में विभाजित होते हैं।

1. डेड माइल्ड स्टील — 0.15. तक

   प्रतिशत

   कार्बन 2. कम कार्बन या माइल्ड स्टील - 0.15

   प्रतिशत

   0.45. तक

   प्रतिशत

   कार्बन 3. मध्यम कार्बन स्टील - 0.45

   प्रतिशत

   से 0.8 to

   प्रतिशत

   कार्बन 4. उच्च कार्बन स्टील - 0.8

   प्रतिशत

   1.5. तक

   प्रतिशत

   कार्बन

स्टेनलेस स्टील एक प्रकार का स्टील है जिसका नाम इसके प्रतिरोध से प्राप्त होता है ऑक्सीकरण (जंग खा रहा है) साथ ही to जंग, जैसा कि एक मजबूत एसिड के आवेदन से हो सकता है। इसका आविष्कार 1913 में ब्रिटिश मेटलर्जिस्ट द्वारा किया गया था हैरी ब्रियरली, जिसने धातु को जोड़कर खोजा क्रोमियम उच्च मात्रा (13 प्रतिशत) में स्टील के लिए, क्रोमियम वस्तु के चारों ओर एक आत्म-नवीनीकरण सुरक्षात्मक फिल्म बनाने के लिए हवा में ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करेगा।

कई प्रकार के स्टेनलेस स्टील आज उपयोग में हैं:

• मार्टेंसिटिक स्टेनलेस स्टील्स 12 से 14. होते हैं

  प्रतिशत

  क्रोमियम और 0.12 से 0.35

  प्रतिशत

  कार्बन और विकसित किए गए पहले स्टेनलेस स्टील थे। ये स्टील्स हैं चुंबकीय और उन्हें गर्मी से उपचारित करके कठोर किया जा सकता है। इनका उपयोग अन्य इंजीनियरिंग उपकरणों के बीच हाइड्रोलिक पंप, स्टीम पंप, तेल पंप और वाल्व में किया जाता है।
  * फेरिटिक स्टेनलेस स्टील्स क्रोमियम की अधिक मात्रा होती है (16 से 18 .)

  प्रतिशत) और लगभग 0.12

  प्रतिशत

  कार्बन। ये स्टील्स मार्टेंसिटिक स्टेनलेस स्टील्स की तुलना में अधिक संक्षारण प्रतिरोधी हैं, लेकिन गर्मी के उपयोग से कठोर होने की क्षमता बहुत कम है। इन स्टेनलेस स्टील्स का उपयोग मुख्य रूप से जंग के लिए उनके उच्च प्रतिरोध के कारण संचालन बनाने और दबाने में किया जाता है।
  * ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील्स क्रोमियम और निकल दोनों की एक बड़ी मात्रा में होते हैं; सटीक रासायनिक संरचना में कई भिन्नताएं मौजूद हैं, लेकिन सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला 18

  प्रतिशत

  क्रोमियम और 8

  प्रतिशत

  निकल, कार्बन के साथ न्यूनतम रखा गया। वे किसी भी प्रशंसनीय सीमा तक गर्मी-उपचार योग्य नहीं होने की कीमत पर जंग का बहुत अच्छी तरह से विरोध करते हैं। इन स्टील्स का उपयोग पंप शाफ्ट, फ्रेम, शीथिंग और रोजमर्रा के घटकों जैसे स्क्रू, नट और बोल्ट में किया जाता है।

आप पहले ही देख चुके हैं कि कैसे मिश्र धातु पहले से ही उपयोगी सामग्री को बेहतर बना सकते हैं, या शायद अधिक विशिष्ट, अधिक विशिष्ट बना सकते हैं। यह प्रक्रिया आणविक स्तर पर कैसे काम करती है?

अधिकांश शुद्ध धातुएं, हालांकि कई कठोर लगती हैं, वास्तव में भारी निर्माण में उपयोग किए जाने के लिए अपने आप में बहुत नरम होती हैं। (एक उल्लेखनीय अपवाद मोटर वाहन उद्योग है, जहां स्टील को ज्यादातर बिना मिश्र धातु के छोड़ दिया जाता है और इसमें लगभग शुद्ध लोहा होता है।) लेकिन अन्य धातुओं में मिश्रण से उत्कृष्ट परिणाम मिल सकते हैं।

उदाहरण के लिए, निकल तथा क्रोमियम जंग प्रतिरोधी हैं और स्टेनलेस स्टील से बने सर्जिकल उपकरणों में शामिल होने के लिए जाने जाते हैं। यदि स्टील मैग्नेट में उपयोग के लिए उच्च चुंबकीय पारगम्यता वाला मिश्र धातु वांछित है, कोबाल्ट एक उत्कृष्ट विकल्प है।

मैंगनीज इसकी काफी ताकत और कठोरता के कारण भारी-शुल्क वाले रेलवे क्रॉसिंग जैसे बड़े पैमाने पर परियोजनाओं में उपयोग किया जाता है। आखिरकार, मोलिब्डेनम धातुओं के मानकों द्वारा भी असामान्य रूप से उच्च तापमान पर अपनी ताकत बनाए रखने में सक्षम है और उच्च गति ड्रिल युक्तियों जैसे सटीक अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है।

• जब मौजूदा स्टील जाली में बड़े आयन जोड़े जाते हैं, तो यह जाली को इस तरह से बाधित करता है कि यह इससे सटे "परतों" के लिए एक-दूसरे से आगे खिसकना मुश्किल हो जाता है, जिससे स्टील की मात्रा बढ़ जाती है कठोरता लोहे के क्रिस्टल जाली संरचना में यांत्रिक व्यवधान के एक अलग रूप के माध्यम से छोटे परमाणुओं को जोड़ने का समान प्रभाव हो सकता है।

स्टील के कई वांछनीय गुणों में से यह पर्यावरण के अनुकूल है। यह हमेशा बड़े स्टील संरचनाओं के साथ ऐसा नहीं दिखता है जो अक्सर अप्रिय स्थानों में स्काईस्केप को डॉट करता है, लेकिन यह बहुत अच्छा है स्थायित्व का अर्थ है कि, उदाहरण के लिए, यह किसी विषाक्त पदार्थ में अवक्रमित नहीं होगा और भूजल और अन्य में अनदेखी नहीं करेगा क्षेत्र। अक्षय ऊर्जा स्रोत (जैसे, सौर, पवन और जल विद्युत) स्टेनलेस स्टील का पर्याप्त उपयोग करते हैं।

• स्टील अब पृथ्वी पर सबसे अधिक पुनर्नवीनीकरण सामग्री है; हालांकि यह भारी है, इसके चुंबकीय गुण अन्य प्रकार के कचरे की तुलना में धाराओं और अन्य स्थानों से पुनर्प्राप्त करना आसान बनाते हैं। यह CO. को कम कर सकता है₂ उत्सर्जन

अन्य सामग्रियों की तुलना में, अपेक्षाकृत हल्के स्टील तत्वों का निर्माण करते समय स्टील को कम मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है, और इसे विभिन्न रूपों में आकार दिया जा सकता है। यह लोहे से बेहतर आकार और धार देता है जिसका उपयोग हथियार बनाने के लिए किया जाता है।

स्टील, जैसा कि उल्लेख किया गया है, ऑटोमोबाइल उद्योग में उपयोग किया जाता है। अपने शहर की सड़कों पर भीड़ के घंटों के दौरान कारों की संख्या के बारे में सोचें, उन सभी में बॉडी, दरवाजे, इंजन, सस्पेंशन और अंदरूनी हिस्से में बड़े पैमाने पर स्टील शामिल हैं।

• औसतन 50 प्रतिशत कार स्टील से बनी होती है।

यात्री वाहनों में अपनी भूमिका के अलावा, इस्पात का उपयोग कृषि वाहनों और मशीनों के उत्पादन में किया जाता है।

आधुनिक घरों में अधिकांश उपकरण, जैसे रेफ्रिजरेटर, टीवी, सिंक, ओवन आदि "सादे" स्टील से बने होते हैं। इसके अलावा, जिनके पास रसोई में समय बिताने के लिए येन है, वे बारीक कटलरी में स्टेनलेस स्टील की भूमिका के बारे में अच्छी तरह जानते हैं। स्टेनलेस स्टील विशेष रूप से एक बाँझ वातावरण के आसान रखरखाव के लिए खुद को उधार देते हैं, जो उन गुणों में से एक है जो इसे शल्य चिकित्सा उपकरणों और प्रत्यारोपण के लिए एक अच्छा विकल्प बनाता है।

क्योंकि यह खुद को अदृश्य बनाने से ज्यादा वेल्ड, स्टील के आसान गठन के लिए उधार देता है आधुनिक संरचनाओं का ढांचा, समकालीन के उदाहरणों में अपने आप में चित्रित किया गया है स्थापत्य कला। तथाकथित "हल्के" स्टील का उपयोग रोज़मर्रा के भवन निर्माण के लिए किया जाता है, विशेषकर उन क्षेत्रों में जहाँ तेज़ हवाएँ स्थानीय जलवायु की विशेषता होती हैं।

स्टील स्वयं एक मिश्र धातु है और परिभाषा के अनुसार, प्रकार की परवाह किए बिना कोई रासायनिक या आणविक सूत्र नहीं है। फिर भी स्टील बनाने की प्रक्रिया में होने वाली कुछ महत्वपूर्ण प्रतिक्रियाओं की जांच करना उपयोगी है।

आयरन प्लस स्क्रैप स्टील के दहन, या अकेले स्क्रैप स्टील के मामलों में, कई अलग-अलग प्रतिक्रियाएं शामिल हैं। उनमें से कुछ महत्वपूर्ण हैं:
2 सी + ओ₂ → 2 सीओ
सी + ओ₂ → सिओ₂
4पी + 5 ओ₂ → 4 पी₅हे₂
2 एमएन + ओ₂ → 2 एमएनओ
सह (कार्बन डाइऑक्साइड) एक बेकार उत्पाद है, लेकिन बाकी को चूने में मिलाया जाता है ताकि स्टील बनाने की प्रक्रिया को जारी रखा जा सके लावा.