ورق ۳۱ میل مایکل دی. فنتون، متخصص کالاهای معدنی برای سازمان زمین شناسی ایالات متحده، اطلاعات زیر را در مورد آهن و فولاد، فلزات حیاتی برای پایگاه صنعتی ایالات متحده جمع آوری کرده است. آهن یکی از فراوان ترین عناصر روی زمین است، اما در طبیعت به شکل فلزی مفید وجود ندارد. اگرچه مردم باستان ممکن است مقداری آهن را از شهاب سنگ ها بازیابی کرده باشند، اما تا زمانی که ذوب اختراع نشد، فلز آهن را می توان از اکسیدهای آهن به دست آورد. پس از آغاز عصر آهن در حدود 1200 قبل از میلاد، دانش آهن و فولادسازی از خاورمیانه باستان از طریق یونان به امپراتوری روم، سپس به اروپا و در اوایل قرن هفدهم به آمریکای شمالی گسترش یافت. اولین کوره موفق در آمریکای شمالی در سال 1646 در جایی که اکنون ساگس، ماساچوست نام دارد، شروع به کار کرد. معرفی مبدل Bessemer در اواسط قرن 19، عصر فولاد مدرن را ممکن کرد. آهن خام آلیاژی با کربن بالا است که از ذوب سنگ آهن در کوره بلند با مواد کربن دار، معمولاً کک، به عنوان یک عامل احیا کننده ساخته می شود. سنگ آهک به عنوان یک عامل روان کننده برای حذف ناخالصی ها به بار سنگ آهن-کک اضافه می شود. فولاد از آهن خام با حذف مقداری کربن موجود در یک مبدل اولیه اکسیژن و افزودن چندین عنصر آلیاژی مانند منگنز، کروم، مس، نیکل، تیتانیوم، مولیبدن، تنگستن و وانادیم تولید می‌شود. فولاد همچنین با بازیافت ضایعات آهنی در کوره قوس الکتریکی ساخته می شود. گریدهای فولادی زیادی وجود دارد، اما سه نوع اصلی فولاد کربن، آلیاژی و ضد زنگ هستند. حدود 93 درصد فولاد ساخته شده در ایالات متحده فولاد کربنی است که حداکثر 2 درصد کربن دارد. کاربردها در لوازم خانگی، ساخت و ساز، کشتی سازی، ظروف و بسته بندی و همچنین در صنایع خودروسازی، ماشین آلات و تجهیزات یافت می شود. فولاد آلیاژی، حدود 5 درصد از تولید سالانه، حاوی 4 درصد عناصر آلیاژی است. کاربردهای ویژه فولاد آلیاژی شامل استفاده در قطعات ماشینکاری شده و ساخت ابزار است. فولاد ضد زنگ که حدود 2 درصد از تولید سالیانه فولاد را تشکیل می دهد، با افزودن کروم و معمولاً نیکل به فولاد تشکیل می شود تا در برابر خوردگی بسیار مقاوم شود. از سال 2008، ظرفیت فولادسازی تا حد زیادی از مصرف ظاهری فولاد فراتر رفته است که در درجه اول به دلیل گسترش سریع اقتصادی چین و افزایش سریع ظرفیت است. این منجر به هجوم محصولات فولادی به ایالات متحده و سایر کشورهای فولادساز که در حال حاضر ظرفیت مازاد دارند، شده است. تقاضای فولادسازان چینی همچنین باعث افزایش بی سابقه قیمت سنگ آهن و زغال سنگ متالورژی شده است. انتظار می‌رود در کوتاه‌مدت، ظرفیت فولادسازی، در سطح جهانی و به‌ویژه در چین، همچنان از مصرف فولاد فراتر رود و قیمت فولاد و هزینه‌های تولید ثابت بماند. تولید و مصرف آهن در سال 2012 حدود 89 میلیون تن فولاد در ایالات متحده تولید شد که بیش از هر فلز دیگری بود. ارزش ضایعات آهن و فولاد صادر شده در سال 2012، 9.43 میلیارد دلار، بالاترین میزان در میان سایر قراضه های فلزی بود. تولید فولاد خام جهان در سال 2012 1.46 میلیارد تن بود. چین با بیش از 48 درصد ظرفیت فولادسازی جهان، با تولید 717 میلیون متریک تن پیشتاز تولید جهانی است. مصرف ظاهری فولاد جهان در سال 2012 حدود 1.41 میلیارد تن بود که حدود 646 میلیون متریک تن آن توسط چین و 97.8 میلیون متریک تن توسط ایالات متحده مصرف شد. موارد استفاده از آهن برای تولید فولاد و همچنین در مهندسی عمران مانند بتن مسلح، تیرها و غیره استفاده می شود. از آهن برای ساخت فولادهای آلیاژی مانند فولادهای کربنی با افزودنی هایی مانند نیکل، کروم، وانادیم، تنگستن و منگنز استفاده می شود. از اینها برای ساخت پل، دکل های برق، زنجیر دوچرخه، ابزار برش و لوله تفنگ استفاده می شود. چدن حاوی 3 تا 5 درصد کربن است. برای لوله ها، شیرها و پمپ ها استفاده می شود. کاتالیزورهای آهن در فرآیند هابر برای تولید آمونیاک استفاده می شوند. از این فلز و آلیاژها و ترکیبات آن می توان آهنربا ساخت. خواص فیزیکی آهن در هوای مرطوب زنگ می زند، اما در هوای خشک نه. به راحتی در اسیدهای رقیق حل می شود. در دمای اتاق، این فلز به شکل فریت یا α شکل است. در دمای 910 درجه سانتیگراد به گاما آهن تبدیل می شود که ماهیتی بسیار نرم تر دارد. در دمای 1536 درجه سانتی گراد ذوب می شود و در دمای 2861 درجه سانتی گراد می جوشد. فلز بودن ماهیت مغناطیسی دارد. چرا آهن با سایر عناصر متفاوت است؟ تفاوت در تعداد پروتون های موجود در هسته اتم ها است. تعداد پروتون ها هر عنصر را منحصر به فرد می کند، بنابراین آنها با این اعداد در جدول تناوبی سازماندهی می شوند. به تعداد پروتون هایی که در اتم یک عنصر یافت می شود عدد اتمی می گویند. در جدول تناوبی، این عدد در بالای نماد عنصر یافت می شود. آهن دارای بیست و شش پروتون است، بنابراین عدد اتمی آن 26 است. این واقعیت که آهن در هسته خود بیست و شش پروتون دارد، آن را آهن می کند. اگر یک پروتون به هسته آهن اضافه شود که به آن بیست و هفت پروتون می دهد، عنصری کاملاً متفاوت خواهد بود. افزودن پروتون دیگر اتم عنصر کبالت را ایجاد می کند. از بین بردن یکی از پروتون های آهن منجر به منگنز انسان (Mn) می شود که دارای بیست و پنج پروتون در هسته خود است. تغییر تعداد پروتون ها یک عنصر کاملا متفاوت ایجاد می کند.
ورق ۳۱ میل مایکل دی. فنتون، متخصص کالاهای معدنی برای سازمان زمین شناسی ایالات متحده، اطلاعات زیر را در مورد آهن و فولاد، فلزات حیاتی برای پایگاه صنعتی ایالات متحده جمع آوری کرده است. آهن یکی از فراوان ترین عناصر روی زمین است، اما در طبیعت به شکل فلزی مفید وجود ندارد. اگرچه مردم باستان ممکن است مقداری آهن را از شهاب سنگ ها بازیابی کرده باشند، اما تا زمانی که ذوب اختراع نشد، فلز آهن را می توان از اکسیدهای آهن به دست آورد. پس از آغاز عصر آهن در حدود 1200 قبل از میلاد، دانش آهن و فولادسازی از خاورمیانه باستان از طریق یونان به امپراتوری روم، سپس به اروپا و در اوایل قرن هفدهم به آمریکای شمالی گسترش یافت. اولین کوره موفق در آمریکای شمالی در سال 1646 در جایی که اکنون ساگس، ماساچوست نام دارد، شروع به کار کرد. معرفی مبدل Bessemer در اواسط قرن 19، عصر فولاد مدرن را ممکن کرد. آهن خام آلیاژی با کربن بالا است که از ذوب سنگ آهن در کوره بلند با مواد کربن دار، معمولاً کک، به عنوان یک عامل احیا کننده ساخته می شود. سنگ آهک به عنوان یک عامل روان کننده برای حذف ناخالصی ها به بار سنگ آهن-کک اضافه می شود. فولاد از آهن خام با حذف مقداری کربن موجود در یک مبدل اولیه اکسیژن و افزودن چندین عنصر آلیاژی مانند منگنز، کروم، مس، نیکل، تیتانیوم، مولیبدن، تنگستن و وانادیم تولید می‌شود. فولاد همچنین با بازیافت ضایعات آهنی در کوره قوس الکتریکی ساخته می شود. گریدهای فولادی زیادی وجود دارد، اما سه نوع اصلی فولاد کربن، آلیاژی و ضد زنگ هستند. حدود 93 درصد فولاد ساخته شده در ایالات متحده فولاد کربنی است که حداکثر 2 درصد کربن دارد. کاربردها در لوازم خانگی، ساخت و ساز، کشتی سازی، ظروف و بسته بندی و همچنین در صنایع خودروسازی، ماشین آلات و تجهیزات یافت می شود. فولاد آلیاژی، حدود 5 درصد از تولید سالانه، حاوی 4 درصد عناصر آلیاژی است. کاربردهای ویژه فولاد آلیاژی شامل استفاده در قطعات ماشینکاری شده و ساخت ابزار است. فولاد ضد زنگ که حدود 2 درصد از تولید سالیانه فولاد را تشکیل می دهد، با افزودن کروم و معمولاً نیکل به فولاد تشکیل می شود تا در برابر خوردگی بسیار مقاوم شود. از سال 2008، ظرفیت فولادسازی تا حد زیادی از مصرف ظاهری فولاد فراتر رفته است که در درجه اول به دلیل گسترش سریع اقتصادی چین و افزایش سریع ظرفیت است. این منجر به هجوم محصولات فولادی به ایالات متحده و سایر کشورهای فولادساز که در حال حاضر ظرفیت مازاد دارند، شده است. تقاضای فولادسازان چینی همچنین باعث افزایش بی سابقه قیمت سنگ آهن و زغال سنگ متالورژی شده است. انتظار می‌رود در کوتاه‌مدت، ظرفیت فولادسازی، در سطح جهانی و به‌ویژه در چین، همچنان از مصرف فولاد فراتر رود و قیمت فولاد و هزینه‌های تولید ثابت بماند. تولید و مصرف آهن در سال 2012 حدود 89 میلیون تن فولاد در ایالات متحده تولید شد که بیش از هر فلز دیگری بود. ارزش ضایعات آهن و فولاد صادر شده در سال 2012، 9.43 میلیارد دلار، بالاترین میزان در میان سایر قراضه های فلزی بود. تولید فولاد خام جهان در سال 2012 1.46 میلیارد تن بود. چین با بیش از 48 درصد ظرفیت فولادسازی جهان، با تولید 717 میلیون متریک تن پیشتاز تولید جهانی است. مصرف ظاهری فولاد جهان در سال 2012 حدود 1.41 میلیارد تن بود که حدود 646 میلیون متریک تن آن توسط چین و 97.8 میلیون متریک تن توسط ایالات متحده مصرف شد. موارد استفاده از آهن برای تولید فولاد و همچنین در مهندسی عمران مانند بتن مسلح، تیرها و غیره استفاده می شود. از آهن برای ساخت فولادهای آلیاژی مانند فولادهای کربنی با افزودنی هایی مانند نیکل، کروم، وانادیم، تنگستن و منگنز استفاده می شود. از اینها برای ساخت پل، دکل های برق، زنجیر دوچرخه، ابزار برش و لوله تفنگ استفاده می شود. چدن حاوی 3 تا 5 درصد کربن است. برای لوله ها، شیرها و پمپ ها استفاده می شود. کاتالیزورهای آهن در فرآیند هابر برای تولید آمونیاک استفاده می شوند. از این فلز و آلیاژها و ترکیبات آن می توان آهنربا ساخت. خواص فیزیکی آهن در هوای مرطوب زنگ می زند، اما در هوای خشک نه. به راحتی در اسیدهای رقیق حل می شود. در دمای اتاق، این فلز به شکل فریت یا α شکل است. در دمای 910 درجه سانتیگراد به گاما آهن تبدیل می شود که ماهیتی بسیار نرم تر دارد. در دمای 1536 درجه سانتی گراد ذوب می شود و در دمای 2861 درجه سانتی گراد می جوشد. فلز بودن ماهیت مغناطیسی دارد. چرا آهن با سایر عناصر متفاوت است؟ تفاوت در تعداد پروتون های موجود در هسته اتم ها است. تعداد پروتون ها هر عنصر را منحصر به فرد می کند، بنابراین آنها با این اعداد در جدول تناوبی سازماندهی می شوند. به تعداد پروتون هایی که در اتم یک عنصر یافت می شود عدد اتمی می گویند. در جدول تناوبی، این عدد در بالای نماد عنصر یافت می شود. آهن دارای بیست و شش پروتون است، بنابراین عدد اتمی آن 26 است. این واقعیت که آهن در هسته خود بیست و شش پروتون دارد، آن را آهن می کند. اگر یک پروتون به هسته آهن اضافه شود که به آن بیست و هفت پروتون می دهد، عنصری کاملاً متفاوت خواهد بود. افزودن پروتون دیگر اتم عنصر کبالت را ایجاد می کند. از بین بردن یکی از پروتون های آهن منجر به منگنز انسان (Mn) می شود که دارای بیست و پنج پروتون در هسته خود است. تغییر تعداد پروتون ها یک عنصر کاملا متفاوت ایجاد می کند.
