ステンレス鋼とは何ですか?またどのように作られるのでしょうか?

鉱山から製造業者まで、ステンレス鋼がどのように作られるのかを簡単に説明します。

ステンレス鋼は、その優れた耐食性、高強度、魅力的な外観により、産業市場と消費者市場の両方で幅広い用途に使用されています。

しかし、ステンレス鋼はどのようにしてスクラップや精製鉱石の山から最終的な形状や用途に至るのでしょうか?

ほとんどのステンレス鋼は、加工に入る前に同様の方法で寿命を迎えます。 この加工は、合金鋼の正確な組成とともに、その多くの特性を決定します。したがって、ステンレス鋼がどのように製造されるかを理解するには、まずその組成を詳しく調べる必要があります。

ステンレス鋼とは何ですか?

ステンレス鋼は鉄とクロムの合金です。

ステンレスには少なくとも 10.5% のクロムが含まれている必要がありますが、正確な成分と比率は要求されるグレードと鋼の用途によって異なります。

その他の一般的な添加剤には次のものがあります。

ニッケル

炭素

マンガン

モリブデン

窒素

硫黄

銅

ケイ素

鋼が必要な品質を確実に発揮できるように、合金の正確な組成は合金化プロセス全体を通じて厳密に測定および評価されます。

ステンレス鋼合金に他の金属やガスを添加する一般的な理由は次のとおりです。

耐食性の向上

高温耐性

耐低温性

強度の向上

溶接性の向上

成形性の向上

磁気を制御する

ただし、ステンレス鋼に含まれる成分がその独特の特性を決定する唯一の要素ではありません…

製造方法によって鋼の特性がさらに変化します。

 

ステンレス鋼がどのように作られるか

ステンレス鋼のグレードに応じた正確なプロセスは、後の段階で異なります。 鋼種の形状、加工、仕上げがどのように行われるかは、鋼材の外観と性能を決定する上で重要な役割を果たします。

納品可能な鉄鋼製品を作成するには、まず溶融合金を作成する必要があります。

このため、ほとんどの鋼種は共通の開始ステップを共有します。

ステップ 1: 溶かす

ステンレス鋼の製造は、スクラップ金属と添加剤を電気アーク炉 (EAF) で溶解することから始まります。 EAF は高出力の電極を使用して、長時間にわたって金属を加熱し、溶融した流体混合物を生成します。

ステンレス鋼は 100% リサイクル可能であるため、多くのステンレス鋼の注文には 60% ものリサイクル鋼が含まれています。 これはコストを管理するだけでなく、環境への影響も軽減します。

正確な温度は、作成される鋼のグレードによって異なります。

ステップ 2: 炭素含有量の除去

炭素は鉄の硬度と強度を高めるのに役立ちます。 ただし、炭素が多すぎると、溶接中に炭化物が析出するなどの問題が発生する可能性があります。

溶融ステンレス鋼を鋳造する前に、炭素含有量を適切なレベルまで校正および低減することが不可欠です。

鋳造工場が炭素含有量を制御する方法は 2 つあります。

1 つ目は、アルゴン酸素脱炭 (AOD) によるものです。 アルゴンガス混合物を溶鋼に注入すると、他の必須元素の損失を最小限に抑えながら炭素含有量が減少します。

使用されるもう 1 つの方法は、真空酸素脱炭 (VOD) です。 この方法では、溶鋼を別のチャンバーに移し、そこで熱を加えながら酸素を鋼に注入します。 次に、真空によって排気されたガスがチャンバーから除去され、炭素含有量がさらに減少します。

どちらの方法でも、炭素含有量を正確に制御して、最終的なステンレス鋼製品の適切な混合と正確な特性を保証します。

ステップ 3: チューニング

炭素を削減した後、温度と化学的性質の最終的なバランスと均質化が行われます。 これにより、金属が対象グレードの要件を満たし、鋼の組成がバッチ全体で一貫していることが保証されます。

サンプルはテストおよび分析されます。 その後、混合物が必要な基準を満たすまで調整が行われます。

ステップ 4: 成形または鋳造

溶鋼が作成されたら、鋳造工場は鋼を冷却して加工するための基本的な形状を作成する必要があります。 正確な形状と寸法は最終製品によって異なります。

一般的な形状には次のようなものがあります。

咲く

ビレット

スラブ

ロッド

チューブ

その後、フォームには識別子がマークされ、その後のさまざまなプロセスを通じてバッチを追跡します。

ここからの手順は、対象グレードや最終製品や機能によって異なります。 スラブはプレート、ストリップ、シートになります。 ブルームやビレットは棒やワイヤーになります。

注文されたグレードや形式に応じて、鋼材はこれらのステップの一部を複数回経て、望ましい外観や特性を作り出す場合があります。

次の手順が最も一般的です。

熱間圧延

鋼の再結晶温度よりも高い温度で実行されるこのステップは、鋼の大まかな物理的寸法を設定するのに役立ちます。 プロセス全体を通じて正確な温度制御により、鋼材の構造を変えることなく加工できる程度の柔らかさを保ちます。

このプロセスでは、繰り返しパスを使用して、鋼の寸法をゆっくりと調整します。 ほとんどの場合、目的の厚さを達成するために、時間をかけて複数の圧延機で圧延する必要があります。

冷間圧延

冷間圧延は、精度が必要な場合によく使用され、鋼の再結晶温度以下で行われます。 複数の支持ローラーを使用して鋼を成形します。 このプロセスにより、より魅力的で均一な仕上がりが得られます。

ただし、鋼の構造を変形させる可能性もあり、多くの場合、鋼を元の微細構造に再結晶化させるために熱処理が必要になります。

アニーリング

ほとんどの鋼は圧延後、焼きなましプロセスを受けます。 これには、制御された加熱および冷却サイクルが含まれます。 これらのサイクルは鋼を柔らかくし、内部応力を軽減するのに役立ちます。

必要な正確な温度と時間は鋼のグレードによって異なり、加熱速度と冷却速度の両方が最終製品に影響します。

スケール除去または酸洗い

鋼はさまざまな工程を経て加工されるため、表面にスケールが蓄積することがよくあります。

この蓄積は単に魅力的ではないだけではありません。 また、鋼の耐汚染性、耐久性、溶接性に影響を与える可能性があります。 このスケールの除去は、ステンレスに特有の耐食性と耐汚染性を与える酸化物バリアを形成するために不可欠です。

スケール除去または酸洗いでは、酸浴 (酸洗いとして知られています) を使用するか、酸素のない環境で制御された加熱と冷却によってこのスケールを除去します。

最終製品によっては、金属はさらなる加工のために圧延または押し出しに戻る場合があります。 その後、所望の特性が得られるまでアニーリング段階が繰り返されます。

切断

鋼材が加工され準備が整うと、注文の要件に合わせてバッチが切断されます。

最も一般的な方法は、ギロチン ナイフ、丸ナイフ、高速ブレードによる切断、またはダイによるパンチングなどの機械的方法です。

ただし、複雑な形状の場合は、火炎切断またはプラズマ ジェット切断も使用できます。

最適なオプションは、要求された鋼材のグレードと納品される製品の望ましい形状の両方によって異なります。

仕上げ

ステンレススチールはマットからミラーまでさまざまな仕上げが可能です。 仕上げは、製造プロセスの最後のステップの 1 つです。 一般的な技術には、酸またはサンド エッチング、サンド ブラスト、ベルト研削、ベルト バフ研磨、ベルト研磨などがあります。

この時点で、鋼材は最終的な形状に集められ、顧客への出荷の準備が整います。 ロールとコイルは、他の製造プロセスで使用するために大量のステンレスを保管および輸送する一般的な方法です。 ただし、最終的な形状は、必要な鋼の種類や注文に特有のその他の要因によって異なります。

最終的な考え

特定の用途や環境に適したステンレス鋼のグレードと種類を理解することは、長期にわたる結果を確保し、コストを最適化するために不可欠です。 海洋環境向けに強力で耐食性のあるものを探している場合でも、レストランで使用するために美しく手入れが簡単なものをお探しでも、ニーズに合ったステンレス鋼合金が見つかります。