Plienas yra populiariausia statybinė medžiaga pasaulyje dėl savo unikalaus ilgaamžiškumo, darbingumo ir išlaidų derinio. Tai geležies lydinys, kuriame yra 0,2–2% masės anglies.
Pasaulio plieno asociacijos duomenimis, kai kurios didžiausios plieną gaminančios šalys yra Kinija, Indija, Japonija, o JAV Kinija sudaro maždaug 50% šios produkcijos. Tarp didžiausių pasaulyje plieno gamintojų yra „ArcelorMittal“, „China Baowu Group“, „Nippon Steel Corporation“ ir „HBIS Group“.
Šiuolaikinis plieno gamybos procesas
Gamybos metodai plienas pradėta pramoninė gamyba XIX a. pabaigoje. Tačiau šiuolaikiniai metodai vis dar grindžiami ta pačia prielaida, kaip ir originalus Besemerio procesas, kurio metu geležies anglies kiekiui sumažinti naudojamas deguonis.
Šiandien plieno gamyba naudoja perdirbtas medžiagas, taip pat tradicines žaliavas, tokias kaip geležies rūda, anglis ir kalkakmenis. Du procesai, pagrindinis deguonies plieno gamyba (BOS) ir elektrinės lankinės krosnys (EAF), lemia praktiškai visą plieno gamybą.
Geležies gamyba, pirmasis plieno gamybos etapas, apima neapdorotus geležies rūdos, kokso ir kalkių kiekius, lydomus aukštakrosnyje. Gautoje išlydytoje geležyje, dar vadinamoje karštu metalu, vis dar yra 4–4,5% anglies ir kitų priemaišų, dėl kurių jis tampa trapus.
Pirminis plieno gaminimas turi du metodus: BOS (pagrindinė deguonies krosnis) ir modernesnius EAF (elektrinio lankinio krosnies) metodus. BOS metodas į išlydytą geležį konverteryje prideda perdirbto plieno laužą. Esant aukštai temperatūrai, deguonis pučiamas per metalą, todėl anglies kiekis sumažėja iki 0–1,5%.
Tačiau taikant EAF metodą perdirbtas plieno laužas tiekiamas per galingas elektrines lankas (kurių temperatūra siekia iki 1650 laipsnių Celsijaus), kad metalas ištirptų ir paverstų jį aukštos kokybės plienu.
Antrinė plieno gamyba apima išlydyto plieno, pagaminto tiek BOS, tiek EAF keliais, apdorojimą, siekiant koreguoti plieno sudėtį. Tai daroma pridedant arba pašalinant tam tikrus elementus ir (arba) manipuliuojant temperatūra ir gamybos aplinka. Priklausomai nuo reikalingo plieno rūšių, gali būti naudojami šie antriniai plieno gamybos procesai:
- Maišant
- Kaušo krosnis
- Kaušo injekcija
- Degazavimas
- CAS-OB (sudėties reguliavimas uždarytame argone, burbuliuojant deguonies pūtimu)
Nuolatinis liejimas mato išlydytą plieną, išlietą į atvėsusią formą, todėl plonas plieno apvalkalas sustingsta.Apvalkalo sruoga ištraukiama naudojant valdomus ritinius, tada ji visiškai atvėsinama ir sukietėja. Tada sruoga pjaunama atsižvelgiant į pritaikymą - plokščių gaminių plokštės (plokštės ir juostos), žiedai sekcijoms (sijos), ilgų gaminių ruošiniai (vielos) arba plonos juostos.
Pirminio formavimo metu plienas, kuris yra išlietas, suformuojamas į įvairias formas, dažnai karštojo valcavimo būdu. Šis procesas pašalina liejimo defektus ir pasiekia reikiamą formą ir paviršiaus kokybę. Karštai valcuoti gaminiai skirstomi į plokščius gaminius, ilgus gaminius, besiūlius vamzdžius ir specialius gaminius.
Galiausiai atėjo laikas gamybai, gamybai ir apdailai. Antrinio formavimo būdai suteikia plienui galutinę formą ir savybės. Šie metodai apima:
- Formuojant (šaltas valcavimas), kuris atliekamas žemiau metalo perkristalizacijos taško, o tai reiškia, kad pokyčius veikia mechaninis įtempimas, o ne šiluma
- Apdirbimas (gręžimas)
- Prisijungimas (suvirinimas)
- Dengimas (cinkavimas)
- Terminis apdorojimas (grūdinimas)
- Paviršiaus apdorojimas (karburizuojantis)