De mensheid werkt al heel lang met metaal. Het kan dus verleidelijk zijn om te denken dat we alles hebben geleerd wat er te leren valt over de dingen. Zelfs in massa geproduceerd staal is meer dan een eeuw oud. Maar een recente aankondiging van US Steel laat ons zien dat oude honden nog steeds nieuwe trucs kunnen leren en de cleantech-revolutie vooruit kunnen helpen.

Een stukje geschiedenis (en prehistorie)

Hoewel we altijd horen over zaken als het stenen tijdperk, de bronstijd en de ijzertijd, was er waarschijnlijk geen specifieke datum waarop elke overgang plaatsvond. Maar weten hoe we zijn gekomen waar we nu zijn, is nuttig om te begrijpen hoe geweldig de nieuwste technologieën zijn.

De vroegste metalen die door mensen werden bewerkt, waren koper en goud, omdat ze relatief zacht en gemakkelijk te vormen zijn. Dit begon tijdens het stenen tijdperk, omdat deze metalen aanvankelijk relatief zwak waren en stenen werktuigen en gebouwen niet konden vervangen.

Er wordt algemeen aangenomen dat mensen per ongeluk koper ontdekten toen ze rotsen begonnen te gebruiken voor bouwen en gereedschap maken. Vroege mensen gebruikten soms stenen die kopererts bevatten (koper vermengd met andere mineralen) om gereedschappen en wapens te maken, en na verloop van tijd ontdekten ze dat ze door de rotsen in een vuur te verhitten het koper konden extraheren en het in bruikbare vormen konden gieten.

Koper was het eerste metaal dat op een significante manier werd gebruikt en dateert uit het einde van het stenen tijdperk, of rond 6000 v.Chr. De oude beschavingen van Mesopotamië, Egypte en de Indusvallei ontwikkelden allemaal op koper gebaseerde gereedschappen, wapens en kunstwerken. Goud werd ook veel gebruikt door deze beschavingen, evenals door de oude Grieken en Romeinen, die het waardeerden vanwege zijn schoonheid en zeldzaamheid. Andere metalen zoals zilver, tin en ijzer werden ook in de oudheid gebruikt, maar ze waren moeilijker te ontginnen en te verfijnen en werden daarom later in de menselijke geschiedenis op grotere schaal gebruikt.

Sommige onderzoekers beschouwen dit tijdperk als het kopertijdperk, maar daar bestaat enige onenigheid over.

Hoe dan ook, de dominantie van zachtere metalen kwam tot een einde toen brons werd ontdekt. Een legering van koper en tin (beide gemakkelijker te bewerken metalen), brons is een stuk harder en dus duurzamer. Mensen konden in die tijd niet genoeg hitte verdragen om ijzer te smelten, maar waren nog steeds in staat om veel betere gereedschappen en wapens te maken dan met steen of koper.

Helaas (voor de achterblijvers) hebben sommige beschavingen ontdekt hoe ze ijzer kunnen smelten en eerder kunnen bewerken dan andere. Een beroemd voorbeeld is de slag om Kades die in 1274 vGT plaatsvond tussen de Egyptenaren, die gewapend waren met bronzen wapens, en de Hettieten, die ijzeren wapens hadden. De Hettieten waren in staat om de overhand te krijgen in de strijd, grotendeels dankzij hun superieure wapens. Dit gebeurde op verschillende oude slagvelden.

Tegen die tijd was er al een metaal dat zelfs beter presteerde dan ijzer, maar het was niet gemakkelijk om het te maken. De exacte datum waarop staal werd uitgevonden is niet bekend, maar men neemt aan dat het ongeveer 4,000 jaar geleden in de oudheid is ontwikkeld.

De vroegste methoden om staal te produceren waren door het gebruik van een soort bloeioven, die een vorm van smeedijzer produceerde met een kleine hoeveelheid staal erin. Het proces van het maken van grotere hoeveelheden staal werd in de loop van de tijd verfijnd, waarbij het Bessemer-proces halverwege de 19e eeuw werd uitgevonden en het openhaardproces aan het einde van de 19e eeuw werd ontwikkeld.

Waarom het staaltijdperk een einde maakte aan het ijzertijdperk

Staal wordt over het algemeen als beter beschouwd dan ijzer omdat het veel sterker, duurzamer en beter bestand is tegen beschadiging en slijtage. Staal is een legering die voornamelijk is gemaakt van ijzer en koolstof, waaraan andere elementen zijn toegevoegd, afhankelijk van de gewenste eigenschappen van het metaal. De toevoeging van koolstof aan ijzer verandert de eigenschappen ervan, waardoor het sterker en minder bros wordt dan puur ijzer.

Hierdoor staal in verschillende kleuren ideaal voor een breed scala aan toepassingen, van hoogbouw tot bruggen tot schepen en auto's. Gezien de kracht die nodig is voor deze items, zouden we er waarschijnlijk geen hebben zonder in massa geproduceerd staal om het goedkoop genoeg te maken om ze allemaal te bouwen.

Dit was niet het einde van de geschiedenis van metalen

Hoewel in massa geproduceerd staal een revolutie teweegbracht in de wereld, betekende dat niet dat wetenschappers en metallurgen gewoon stopten met het zoeken naar nog betere metalen voor verschillende toepassingen.

Er zijn veel opmerkelijke metaallegeringen uitgevonden in de 20e en 21e eeuw. Hier zijn een paar voorbeelden:

• Roestvrij staal - Uitgevonden in 1913 door Harry Brearley, deze op ijzer gebaseerde legering is bestand tegen vlekken, roest en corrosie, waardoor het ideaal is voor gebruik in kookgerei, bestek en medische instrumenten.
• Magnalium - Dit is een legering van aluminium en magnesium, ontwikkeld in het begin van de 20e eeuw. Het is licht, sterk en hittebestendig en wordt gebruikt in de vliegtuigbouw, maar ook bij de vervaardiging van telescopen en cameralenzen.
• Inconel - Dit is een familie van legeringen die voornamelijk zijn gemaakt van nikkel en chroom, waaraan andere elementen zijn toegevoegd voor specifieke eigenschappen. Het is zeer goed bestand tegen corrosie, oxidatie en hoge temperaturen, waardoor het ideaal is voor gebruik in straalmotoren, gasturbines en andere toepassingen bij hoge temperaturen.
• Titaniumlegeringen – Deze legeringen combineren titanium met andere elementen zoals aluminium, vanadium en tin om materialen te creëren die sterk, licht en corrosiebestendig zijn. Ze worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen, van ruimtevaart tot auto's tot medische implantaten.
• Legeringen met vormgeheugen - Deze legeringen kunnen van vorm veranderen als reactie op een verandering in temperatuur of andere omstandigheden. Nitinol, een nikkel-titaniumlegering, is een bekende vormgeheugenlegering die wordt gebruikt in een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder medische implantaten, tandbeugels en brilmonturen.

Over het algemeen blijft de ontwikkeling van nieuwe metaallegeringen de grenzen verleggen van wat mogelijk is in industrieën variërend van ruimtevaart tot bouw tot gezondheidszorg.

Een speciaal staal voor elektrische toepassingen

Elektrisch staal, ook wel magnetisch staal of siliciumstaal genoemd, is een staalsoort die is ontworpen voor gebruik in elektrische apparatuur, met name die welke magnetische velden moeten genereren, verzenden of gebruiken. Het wordt gemaakt door silicium toe te voegen aan koolstofarm staal, wat helpt om de elektrische weerstand te vergroten en de magnetische verliezen te verminderen.

Met andere woorden, in plaats van te vertrouwen op koolstof voor sterkte (vergeleken met ruw ijzer) zoals normaal staal, vertrouwt het op silicium, waardoor het ook beter compatibel is met speciale elektrische toepassingen.

Elektrisch staal heeft een aantal belangrijke eigenschappen die het ideaal maken voor gebruik in elektrische apparatuur. Ten eerste heeft het een hoge magnetische permeabiliteit, wat betekent dat het magnetische velden kan dragen met relatief lage energieverliezen. Ten tweede heeft het een laag kernverlies, wat betekent dat het minder warmte genereert dan andere staallegeringen wanneer het wordt blootgesteld aan een magnetisch veld. Ten slotte heeft het een hoge verzadigingsfluxdichtheid, wat betekent dat het meer magnetische energie per volume-eenheid kan opslaan dan andere materialen.

Elektrisch staal wordt gebruikt in een breed scala aan toepassingen, van transformatoren en generatoren tot elektromotoren en relais. De unieke eigenschappen maken het ideaal voor gebruik in apparaten die een efficiënte magnetische energieoverdracht vereisen, terwijl ze in deze speciale omgevingen minimale warmte produceren.

US Steel bedacht een betere manier om dit staal te produceren

In een recente aankondiging, zegt US Steel pionier te zijn geweest met een versie van elektrisch staal die veel breder en dunner kan worden gemaakt dan andere staalsoorten. Het zou ook lichter, sterker en beter moeten zijn voor elektrische omgevingen. Ten slotte zou het corrosiebestendiger moeten zijn.

Kortom, het is een ideaal staal voor elektrische motoren, en het werd aangekondigd in een tijd waarin de Verenigde Staten proberen meer autoproductie terug naar het land te brengen. Meer gedetailleerde informatie over het metaal zal in de komende weken op de website van het bedrijf worden vrijgegeven.

Op de Ceres Global-conferentie in New York City onthulde Richard L. Fruehauf, Senior Vice President en Chief Strategy and Sustainability Officer van US Steel, hun InduX elektrisch staalproduct tijdens het Corporate Climate Leadership-panel. De heer Fruehauf benadrukte samen met andere sprekers het belang van partnerschappen bij het bevorderen van wereldwijde inspanningen om de economie koolstofarm te maken.

"We weten dat het bereiken van ons doel om tegen 2050 netto geen broeikasgassen meer uit te stoten, buitengewone actie van iedereen vereist, en we dragen ons steentje bij door samen te werken om nieuwe zakelijke benaderingen te vinden en nieuwe technologieën te ontwikkelen", aldus Fruehauf. "Bovendien maken het aanpassingsvermogen en de bijna oneindige recyclebaarheid van staal het tot het ideale materiaal om veilige, moderne en duurzame samenlevingen op te bouwen."

InduX elektrisch staal zal worden vervaardigd op de nieuw gebouwde NGO elektrische staallijn bij Big River Steel in Osceola, Arkansas. De constructie van de lijn is momenteel in volle gang en zal in staat zijn om tot 200,000 ton InduX elektrisch staal per jaar te produceren zodra deze volledig operationeel is.

Uitgelichte afbeelding geleverd door US Steel.

Ik hou niet van betaalmuren. Je houdt niet van betaalmuren. Wie houdt er van betaalmuren? Hier bij CleanTechnica hebben we een tijdje een beperkte betaalmuur geïmplementeerd, maar het voelde altijd verkeerd - en het was altijd moeilijk om te beslissen wat we daar achter moesten zetten. In theorie gaat je meest exclusieve en beste content achter een betaalmuur. Maar dan lezen minder mensen het! We houden gewoon niet van betaalmuren en daarom hebben we besloten om de onze te laten vallen. Helaas is de mediabusiness nog steeds een harde, moordende business met kleine marges. Het is een nooit eindigende Olympische uitdaging om boven water te blijven of misschien zelfs — snik - groeien. Dus …

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://cleantechnica.com/2023/03/29/u-s-steel-announces-new-steel-thats-ideal-for-evs/