金属生産過程の詳細な説明
金属材料の生産には,鉱石の採掘から最終製品までの複数のステップが含まれます.異なる金属 (鉄,アルミニウム,銅,ステンレス鋼など) のプロセスフローは異なります.,典型的な金属の工業生産過程は以下の通りです
1鉱山と鉱石加工
(1) 鉱石採掘
- 鉄鉱石 (ヘマタイトFe2O3,マグネタイトFe3O4)
- ボクサイト (Al2O3)
- 銅鉱石 (カルコピライト CuFeS2)
方法:露天採掘や地下採掘
(2) 鉱石のドレス
- 粉砕:鉱石を細粒子に粉砕する.
- フローテーション/磁気分離:金属鉱物を不純物から分離する (例えば磁気分離機を使用して鉄濃度を抽出する).
- 濃縮物:高純度鉱物 (例えば鉄濃縮物 60%以上の鉄を含む) を得ます.
2鋳造 (金属採掘)
(1) ピロメタルルギー (高温減熱)
適用可能な金属:鉄,銅,鉛,亜鉛など
- 高炉製鉄:
- 原材料:鉄鉱石 + コックス (減量剤) + 石灰岩 (フルックス)
- 反応:Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 (温度1500°C)
- 製品:生鉄 (2~4%の炭素を含み,鉄鋼の製造を進める必要がある)
- 変換器/電弧炉 鉄鋼製造:
- 脱炭化:原鉄の炭素含有量を減らすために酸素を吹き込む (例えばコンバーター製鉄で15〜20分).
- 合金:不?? 鋼を製造するためにクロム,ニッケルなどを加える.
(2) 水金属工学 (化学溶解)
適用可能な金属:アルミ,金,ウランなど
- アルミ製のベイヤープロセス:
1バウキサイト + NaOH → アル2O3を溶解する
2アルミ酸化物 (Al2O3) を電解し,純粋なアルミ (ホール=ヘロールプロセス) を得ます.
(3) 電解精製
適用可能な金属:銅 (純度99.99%),亜鉛,ニッケル.
- 銅鉱石は陽体として使用され,純銅シートはカソードとして使用され,銅硫酸溶液は電解されます.
3鋳造と鋳造
(1) キャスティング
- 砂鋳造:低コストで,複雑な形 (エンジンシリンダーなど) に適しています.
- 連続鋳造:鉄筋とアルミ板の直接生産 (効率の向上)
(2) 熱加工
- 熱巻き:再結晶温度を超えて熱付けし,巻き (例えば鋼板や銅管)
- 鍛造:圧迫型 (カーンシャフトや航空部品など)
(3) 冷凍加工
- 冷圧: 耐久性を高めるために室温で加工 (不?? 鋼シート,銅線など)
- スタンプ/切断:最終部品の製造 (例えば自動車のシェル)
4熱処理
テクノロジー
目標
例 を 示す
アニール
金属を柔らかくし,ストレスを軽減する
柔らかさ を 向上 する ため に 焼いた 銅線
消し + テンパー
硬さや強さを向上させる
鉄製の道具
溶液処理
均質な合金要素 (例えば不?? 鋼)
1100°Cまで加熱した304型ステンレス鋼
5表面処理
- 防腐:電熱加熱 (加熱鋼),アノイド化 (アルミ)
- 美学: 磨き (ミラー型ステンレス鋼),スプレー (色アルミ板)
- 機能性コーティング:PVDコーティング (耐磨ツール)
6品質検査
- 組成分析 元素含有量を検出するスペクトロメーター
- 機械試験:張力試験,硬度試験
- 破壊的でない検査:X線検査,超音波破裂検出
合金製造過程の詳細な説明
合金とは,融合,シンタリング,その他の過程で2つ以上の金属 (または金属と非金属) から作られ,より強い強度などの純粋な金属よりも優れた性質を有する材料である.耐腐食性または特殊機能以下は,合金製造の典型的なプロセスです.
1原材料の調製
- メイン金属基板:鉄 (Fe),アルミ (Al),銅 (Cu),ニッケル (Ni),など
- 合金元素:
- 性能向上:クロム (Cr),モリブデン (Mo),マンガン (Mn),シリコン (Si) など
- 加工可能性の向上:炭素 (C),硫黄 (S),リン (P) (含有量は厳格に管理されなければならない).
- 補助材料:フルクス (石灰岩CaOなど),脱酸化剤 (アルミアルアルなど),保護ガス (アルゴンArなど).
2溶融過程
(1) 材料の計算
目標合金組成 (例えば304型不?? 鋼には18%Cr+8%Niが必要) に基づいて,原材料を正確に重量化します.
(2) 溶解方法
溶融モード
応用シナリオ
特殊性
電気弧炉 (EAF)
ステンレス鋼,特殊合金
高温 (1600°C+),正確な組成制御
インダクションオーブン
小批量高純度合金 (ニッケルベースの合金など)
汚染なし 均質な組成
変換器 (AOD/VOD)
ステンレス鋼の脱炭素化精製
炭素含有量を低くし,クロムの損失を減らす
主要なステップ:
- 溶解:金属を液体状態に熱します (例えば,鉄ベースの合金では約1500~1600°C).
- 合金:合金元素 (例えばクロム,ニッケル) を加え,均質な混合を確保するために混ぜます.
- 精製:
- 脱酸化: アルミ/シリコンを添加して酸素不純物を除去する.
- 硫化/リン: 流体 (例えばCaO) 反応によって有害な元素を除去する.
3鋳造または連続鋳造
- 模具鋳造:液体合金を模具に注ぎ,冷却して形成する (複雑な部品の小批量に適している).
- 連続鋳造: プレート,正方形ビレットまたは丸いビレットに直接鋳造 (不老鋼コイルなどの大規模生産に適しています).
4熱い仕事だ
- 熱巻き:再結晶温度 (例えば不?? 鋼では1100~1250°C) を超えて熱付けし,プレート,棒などに巻き込みます.
- 鋳造:圧迫型 (航空合金鋳造など)
5冷凍加工 (オプション)
- 冷圧: 耐久性を高めるために室温で加工する (不?? 鋼シート,銅合金ワイヤなど).
- 焼却: 作業硬化を取り除き,強度を取り戻す (例えば,304ステンレス鋼の焼却温度は1010~1120°Cである).
6表面処理
- 漬け込み: オキシド・スケール (不?? 鋼のHNO3+HF混合物) を除去する.
- 磨き/塗装:電熱加熱 (加熱鋼),PVDコーティング (彩色ステンレス鋼).
7品質検査
- 組成分析:スペクトロメーターは元素の含有を検知します.
- 機械性能試験:硬さ,張力強度,衝撃試験
- 非破壊性試験:X線で欠陥検出,内部欠陥の超音波検出
金属と合金との違い
1金属 (純金属)
- 定義: 単一の金属元素 (例えば,純粋な鉄,純粋な銅,純粋なアルミ) で構成される材料.
- 特徴
- 電気・熱伝導性が良さながら,機械的特性 (柔らかい,易変形性) は低い.
- 活性化学特性 (例えば純鉄は易く生じます)
- 典型的な用途:ワイヤー (銅),アルミホイル (アルミ) と高純度要求の他のシーン.
2合金
- 定義: 二つ以上の金属 (または金属と非金属) の融合によって形成された材料
- 特徴
- 組成を調整することで性能 (強度,耐腐蝕性など) を最適化します.
- コスト管理 (不?? 鋼のコストを下げるため,ニッケルの一部をマンガンで置き換えるなど)
- 典型的な例:
- ステンレス鋼 (鉄+クロム+ニッケル),
- 銅 (銅+亜鉛),
- アルミ合金 (アルミ+マグネシウム/シリコン)
ステンレス鋼の製品を選ぶのはなぜですか?
ステンレス鋼 (例えば304,316) は,鉄ベースの合金の一種であり,その主な利点は以下の通りである.
1耐腐食性
- クロムの役割: クロムの含有量が10.5%を超えると,水中の酸素を隔離するために,表面に密度の高いクロム酸化物 (Cr2O3) の消化膜が形成されます.
- 比較する
- 普通の炭素鋼: 腐りやすい,加熱/塗装が必要です.
アルミニウム: 大気の腐食に耐えるが,酸やアルカリには耐えない.
2高強度で耐久性
- 硬化作業: 冷圧後には強度が著しく向上する (例えば,冷圧後には304の張力強度が50%増加する).
- 高温性能:オーステニト型不?? 鋼 (例えば310S) は800°Cで安定している.
3衛生と美学
- コーティングなし:コーティングの汚染を防ぐためにコーティングや塗装は必要ありません (キッチン機器,外科用機器などの食品級アプリケーション).
- 表面の多様性:磨き (鏡),ブラシ (マット),塗装 (PVD),など
4環境に優しいリサイクル可能
-100%リサイクル可能:不酸化鋼の廃棄物は性能低下なしに直接再溶融できます.
耐久性: 建築に使用されるステンレス鋼 (例えば316Lカーテンウォール) の耐久性は50年以上に達し,資源の浪費を減らすことができます.
5経済 (長期的見通し)
- 初期費用:不酸化鋼は炭素鋼の2~3倍ですが,メンテナンス不要 (防腐処理は必要ありません)
- ケース:化学貯蔵タンク:炭素鋼は定期的に交換する必要があるが,不oxidable steelの1回投資はコスト効率が優れている.
ステンレス鋼を選ぶべきでないのはいつですか?
1予算の限界: 短期的なプロジェクトでは炭素鋼+防腐塗料を使用できます.
2超軽量需要:アルミ合金またはチタン合金より軽量 (航空宇宙など).
3超高温環境:ニッケルベースの合金 (インコネルなど) は熱耐性があります.
