Teräs

Teräksen valmistus

Teräksellä on pitkä historia. Intiassa ja Sri Lankassa valmistettiin pieniä määriä terästä jo yli 2 500 vuotta sitten. Se oli hyvin kallista, ja sitä käytettiin usein miekkojen ja veitsien valmistukseen. Keskiajalla terästä voitiin valmistaa vain pieniä määriä, koska prosessit kestivät kauan.

Sen jälkeen teräksen valmistuksessa on tapahtunut monia muutoksia. Noin vuonna 1610 terästä alettiin valmistaa Englannissa, ja sen valmistustapa parani ja halpeni seuraavien 100 vuoden aikana. Halpa teräs auttoi käynnistämään teollisen vallankumouksen Englannissa ja Euroopassa. Ensimmäinen teollinen muunnin (metallurgia) halvan teräksen valmistamiseksi oli Bessemer-konvertteri, jota seurasi Siemens-Martinin avotuliprosessi.

Nykyisin yleisin tapa valmistaa terästä on happipohjainen prosessi. Konvertteri on suuri nauriin muotoinen astia. Siihen kaadetaan nestemäistä raakarautaa, jota kutsutaan "harkkoraudaksi", ja siihen lisätään hieman metalliromua lämmön tasapainottamiseksi. Sen jälkeen rautaan puhalletaan happea. Happi polttaa ylimääräisen hiilen ja muut epäpuhtaudet pois. Sen jälkeen hiiltä lisätään niin paljon, että hiilipitoisuus on halutunlainen. Nestemäinen teräs kaadetaan sitten. Se voidaan joko valaa muotteihin tai valssata levyiksi, laatoiksi, palkeiksi ja muiksi niin sanotuiksi "pitkiksi tuotteiksi", kuten rautatiekiskoiksi. Joitakin erikoisteräksiä valmistetaan valokaariuunissa.

Terästä valmistetaan useimmiten koneilla valtavissa rakennuksissa, joita kutsutaan terästehtaiksi. Se on erittäin halpa metalli, ja sitä käytetään monien tavaroiden valmistukseen. Terästä käytetään rakennusten ja siltojen sekä kaikenlaisten koneiden valmistukseen. Lähes kaikki laivat ja autot valmistetaan nykyään teräksestä. Kun teräsesine on vanha tai korjauskelvoton, sitä kutsutaan romuksi. Se voidaan sulattaa ja muotoilla uudelleen uudeksi esineeksi. Teräs on kierrätyskelpoinen materiaali, eli samaa terästä voidaan käyttää ja käyttää uudelleen.

 

Raudan ja teräksen kemia

Teräs on metalliseos, joka sisältää rautaa ja usein hiiltä.

Jokainen materiaali koostuu atomeista, jotka ovat hyvin pieniä osia. Jotkin atomit pysyvät melko hyvin yhdessä, mikä tekee joistakin kiinteistä materiaaleista kovia. Puhtaasta raudasta tehty aine on pehmeämpää kuin teräs, koska atomit voivat liukua toistensa päälle. Jos siihen lisätään muita atomeja, kuten hiiltä, ne eroavat rauta-atomeista ja estävät rauta-atomeja liukumasta toisistaan niin helposti. Tämä tekee metallista vahvemman ja kovemman.

Teräkseen lisätyn hiilen (tai muiden atomien) määrän muuttaminen muuttaa niitä asioita, jotka ovat metallissa mielenkiintoisia ja hyödyllisiä. Näitä kutsutaan teräksen ominaisuuksiksi. Joitakin ominaisuuksia ovat:

• Kovuus
• Kuinka helposti se taipuu
• Taipuisuus: voidaanko siitä tehdä ohuita lankoja.
• Vahvuus
• Onko se magneettinen, magneetti voi poimia sen ylös?
• Ruostuuko (tai syöpyykö)

Teräs, jossa on enemmän hiiltä, on kovempaa ja vahvempaa kuin puhdas rauta, mutta se myös murtuu helpommin (haurastuu).

 

Terästyypit

Terästyyppejä on tuhansia. Kukin tyyppi on valmistettu erilaisista kemiallisista alkuaineista.

Kaikissa teräksissä on joitakin haitallisia aineita, kuten fosforia (P) ja rikkiä (S). Teräksenvalmistajat poistavat mahdollisimman paljon P:tä ja S:ää.

Tavalliset hiiliteräkset koostuvat ainoastaan raudasta, hiilestä ja ei-toivotuista alkuaineista. Ne voidaan jakaa kolmeen yleiseen ryhmään. Tavallinen hiiliteräs, jossa on 0,05-0,2 % hiiltä, ei kovetu nopeasti jäähdytettäessä. Sen hitsaaminen on yksinkertaista, joten sitä käytetään laivanrakennuksessa, kattiloissa, putkissa, aitauslangassa ja muissa tarkoituksissa, joissa alhaiset kustannukset ovat tärkeitä. Tavallisia teräksiä käytetään jousissa, hammaspyörissä ja moottorin osissa. Tavallista hiiliterästä, jossa on 0,45-0,8 % hiiltä, käytetään erittäin kovissa kappaleissa, kuten saksissa ja työstökoneissa.

Seosteräkset ovat tavallisia hiiliteräksiä, joihin on lisätty metalleja, kuten booria (B), mangaania (Mn), kromia (Cr), nikkeliä (Ni), molybdeeniä (Mo), volframia (W) ja kobolttia (Co). Nämä antavat muita ominaisuuksia kuin tavallinen hiiliteräs. Seosteräkset valmistetaan erikoistarkoituksiin. Esimerkiksi kromia voidaan lisätä ruostumattoman teräksen valmistamiseksi, joka ei ruostu helposti, tai booria voidaan lisätä erittäin kovan teräksen valmistamiseksi, joka ei myöskään ole haurasta.

 
Teräsköysi tai -kaapeli, joka on valmistettu monista ohuista teräslangoista.  

Teräksen käyttötarkoitukset

Ihmiset valmistavat teräksestä valtavasti erilaisia tuotteita. Se on yksi yleisimmistä ja hyödyllisimmistä metalleista. Monet aiemmin raudasta tehdyt esineet on nykyään valmistettu teräksestä. Joitakin niistä ovat mm:

• Työkalut
• Koneet
• Moottorit ja moottorit
• Johdot
• Kiskot junia varten
• Rakennukset
• Sillat
• Teräsbetonin valmistuksessa käytettävät tangot
• Laivojen ja suurten veneiden rungot
• Autojen ja junien korit
• Suuret laitteet
• Ruokailuvälineet ja veitset