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स्टील लोहे और कार्बन का एक मिश्र धातु है जिसमें लोहे के अन्य रूपों की तुलना में बेहतर ताकत और फ्रैक्चर प्रतिरोध है। अपनी उच्च तन्य शक्ति और कम लागत के कारण, स्टील दुनिया में सबसे अधिक निर्मित सामग्रियों में से एक है। स्टील का उपयोग इमारतों में, कंक्रीट की मजबूत छड़ों के रूप में, पुलों, बुनियादी ढांचे, औजारों, जहाजों, ट्रेनों, कारों, साइकिलों, मशीनों, बिजली के उपकरणों, फर्नीचर और हथियारों में किया जाता है।
स्टील में कुछ ऐसे गुण हैं जो इसे बहुत उपयोगी सामग्री बनाते हैं:
ताकत:स्टील एक मजबूत और टिकाऊ सामग्री है जो भारी भार को झेल सकती है और विरूपण का प्रतिरोध कर सकती है। यह निर्माण और बुनियादी ढांचा परियोजनाओं में उपयोग के लिए आदर्श है।
बहुमुखी प्रतिभा:स्टील को ढाला जा सकता है, आकार दिया जा सकता है, मशीन से बनाया जा सकता है और वेल्ड किया जा सकता है। इसे कई तरह के घटकों में बनाया जा सकता है।
आयामी स्थिरता:स्टील बहुत कठोर होता है, तथा विरूपण का अच्छी तरह प्रतिरोध करता है।
पुनर्चक्रणीय:इस्पात को असीमित रूप से पुनःचक्रित किया जा सकता है; स्क्रैप धातु को पिघलाकर पुनः बनाया जा सकता है।
सुरक्षा:स्टील एक गैर-दहनशील पदार्थ है जो गर्म होने पर भी हानिकारक घटक नहीं छोड़ता है। यह इसे निर्माण के लिए एक सुरक्षित पदार्थ बनाता है।
स्टील की विशेषताएँ क्या हैं?
ताकत
स्टील एक उच्च शक्ति वाली सामग्री है, विशेष रूप से तनाव में, और इसका उपयोग संरचनात्मक भार के लिए किया जा सकता है।
सहनशीलता
स्टील बहुत टिकाऊ होता है और इसकी संभावित आयु 100 साल से ज़्यादा होती है। यह फूलता या खिसकता नहीं है, बल्कि बहुत कठोर रहता है।
बहुमुखी प्रतिभा
स्टील एक अविश्वसनीय रूप से बहुमुखी सामग्री है। इसके कई ग्रेड हजारों उपयोगों के लिए लागू किए जा सकते हैं।
मशीन की
अधिकांश स्टील आसानी से मशीनिंग योग्य होते हैं, जो ग्रेड पर निर्भर करता है। स्टील के कुछ विशिष्ट ग्रेड (फ्री-कटिंग स्टील) अत्यधिक मशीनिंग योग्य होते हैं।
जुड़ने की योग्यता
अधिकांश ग्रेड के स्टील आसानी से वेल्ड किए जा सकते हैं, हालांकि कुछ के लिए विशेष वेल्डिंग प्रक्रिया की आवश्यकता होती है।
जंग प्रतिरोध
संक्षारण से बेहतर प्रतिरोध के लिए स्टील को क्रोमियम, निकल और मोलिब्डेनम जैसे अन्य तत्वों के साथ मिश्रित किया जा सकता है।
प्रवाहकत्त्व
स्टील में आम तौर पर अन्य धातुओं की तुलना में कम तापीय और विद्युत चालकता होती है। इसे एक मजबूत और गर्मी प्रतिरोधी परिरक्षण सामग्री के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।
पुनर्चक्रण
Steel can be completely recycled, and due to its value, a large portion (>विश्व स्तर पर 60% इस्पात का पुनर्चक्रण किया जाता है।
मूल रूप से, स्टील लोहे और कार्बन से बना होता है, लेकिन स्टील के हज़ारों अलग-अलग ग्रेड बनाने के लिए कई अन्य मिश्र धातु तत्व भी मिलाए जाते हैं। माइल्ड स्टील या कार्बन स्टील में आम तौर पर 99% से ज़्यादा लोहा होता है, जिसमें 0.25% से कम कार्बन, समान मात्रा में मैंगनीज़ और फ़ॉस्फ़ोरस और सल्फर के अंश होते हैं। इसके विपरीत, स्टेनलेस स्टील (304) के एक सामान्य ग्रेड में केवल 70% लोहा होता है, जिसमें न्यूनतम 18% क्रोमियम और 8% निकल होता है। मैंगनीज़, सिलिकॉन, फ़ॉस्फ़ोरस और निश्चित रूप से कार्बन भी इस प्रकार के स्टील में अलग-अलग मात्रा में मौजूद होते हैं। विभिन्न स्टील के लिए अन्य मिश्र धातु तत्वों में मोलिब्डेनम, वैनेडियम और बोरॉन शामिल हैं। प्रत्येक प्रकार के स्टील के कई ग्रेड मौजूद हैं, जिनकी संरचना में भिन्नता के कारण अलग-अलग विशेषताएँ पैदा होती हैं।
स्टील का उत्पादन दो मुख्य मार्गों से होता है: ब्लास्ट फर्नेस-बेसिक ऑक्सीजन फर्नेस (BF-BOF) मार्ग और इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस (EAF) मार्ग। उत्पादन मार्गों के विभिन्न प्रकार और संयोजन भी मौजूद हैं।
मार्गों के बीच मुख्य अंतर यह है कि वे किस प्रकार के कच्चे माल का उपयोग करते हैं। बीएफ-बीओएफ मार्ग के लिए ये मुख्य रूप से लौह अयस्क, कोयला और पुनर्चक्रित स्टील हैं, जबकि ईएएफ मार्ग मुख्य रूप से पुनर्चक्रित स्टील और बिजली का उपयोग करके स्टील का उत्पादन करता है। संयंत्र विन्यास और पुनर्चक्रित स्टील की उपलब्धता के आधार पर, धातु के लोहे के अन्य स्रोत जैसे कि डायरेक्ट-रिड्यूस्ड आयरन (डीआरआई) या हॉट मेटल का उपयोग ईएएफ मार्ग में भी किया जा सकता है।
कुल मिलाकर लगभग 70% स्टील का उत्पादन BF-BOF मार्ग का उपयोग करके किया जाता है। सबसे पहले, लौह अयस्क को लोहे में बदल दिया जाता है, जिसे हॉट मेटल या पिग आयरन भी कहा जाता है। फिर लोहे को BOF में स्टील में बदल दिया जाता है। ढलाई और रोलिंग के बाद, स्टील को कॉइल, प्लेट, सेक्शन या बार के रूप में वितरित किया जाता है।
ईएएफ में बने स्टील में बिजली का इस्तेमाल करके रिसाइकिल किए गए स्टील को पिघलाया जाता है। मिश्रधातु जैसे एडिटिव्स का इस्तेमाल वांछित रासायनिक संरचना को समायोजित करने के लिए किया जाता है। ईएएफ में इंजेक्ट किए गए ऑक्सीजन से विद्युत ऊर्जा को पूरक बनाया जा सकता है। डाउनस्ट्रीम प्रक्रिया चरण, जैसे कास्टिंग, रीहीटिंग और रोलिंग, बीएफ-बीओएफ मार्ग में पाए जाने वाले समान हैं। लगभग 30% स्टील का उत्पादन ईएएफ मार्ग के माध्यम से किया जाता है।
एक अन्य इस्पात निर्माण तकनीक, ओपन हर्थ फर्नेस (OHF), वैश्विक इस्पात उत्पादन का लगभग 0.4% हिस्सा बनाती है। OHF प्रक्रिया बहुत ऊर्जा-गहन है और इसके पर्यावरणीय और आर्थिक नुकसान के कारण गिरावट में है।
अधिकांश स्टील उत्पाद दशकों तक उपयोग में रहते हैं, उसके बाद उन्हें रीसाइकिल किया जा सकता है। इसलिए, अकेले EAF स्टीलमेकिंग विधि का उपयोग करके बढ़ती मांग को पूरा करने के लिए पर्याप्त रीसाइकिल स्टील नहीं है। मांग को BF-BOF और EAF उत्पादन विधियों के संयुक्त उपयोग के माध्यम से पूरा किया जाता है।
स्टील के कई अलग-अलग प्रकार हैं, जिनमें से प्रत्येक को मिश्र धातु तत्वों के प्रकार और मात्रा के आधार पर परिभाषित किया जाता है। ये नीचे सूचीबद्ध हैं:
स्टेनलेस स्टील
मोटे तौर पर कहें तो स्टेनलेस स्टील को इसकी संरचना में क्रोमियम द्वारा परिभाषित किया जाता है। ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील (18/8 और 18/10, या 304 और 316) सबसे लोकप्रिय हैं और इनमें क्रोमियम और निकल होते हैं। हालाँकि, विशेष इंजीनियर गुणों वाले मार्टेंसिटिक और डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील भी हैं। स्टेनलेस स्टील को मुख्य रूप से उनके उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध के लिए महत्व दिया जाता है, जो उन्हें साफ करना भी आसान बनाता है। जब उनके तापमान प्रतिरोध और ताकत के साथ जोड़ा जाता है, तो वे कुछ उद्योगों के लिए केंद्रीय होते हैं। उदाहरण के लिए, डेयरी उद्योग और अन्य खाद्य और पेय उद्योग अपने लगभग सभी प्रसंस्करण उपकरणों के लिए स्टेनलेस स्टील का उपयोग करते हैं।
कार्बन स्टील
कार्बन स्टील आम तौर पर कार्बन और लोहे के सबसे सरल स्टील मिश्र धातुओं को संदर्भित करता है, जिसमें थोड़ी मात्रा में मैंगनीज, फॉस्फोरस और सल्फर मौजूद होते हैं। प्रत्येक ग्रेड के लिए मुख्य परिभाषित कारक स्टील के भीतर कार्बन सामग्री है। यह 0.05% से लेकर 2% तक हो सकता है। कार्बन प्रतिशत कार्बन स्टील के प्रत्येक ग्रेड की ताकत, भंगुरता (लचीलापन) और वेल्डेबिलिटी जैसे कई गुणों को प्रभावित करता है। कार्बन स्टील का उपयोग संरचनाओं, ऑटोमोटिव घटकों और कई अन्य अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है।
अलॉय स्टील
मिश्र धातु इस्पात एक व्यापक शब्द है जिसका उपयोग ऐसे इस्पात के लिए किया जाता है जिसमें अतिरिक्त मिश्र धातु तत्व (कार्बन के अलावा) होते हैं जैसे: क्रोमियम, निकल, मोलिब्डेनम, मैंगनीज, बोरॉन, सिलिकॉन और वैनेडियम। मिश्र धातु तत्व मिश्र धातु का 1% से 50% तक बना सकते हैं। कम मिश्र धातु इस्पात में आमतौर पर 8% से कम मिश्र धातु तत्व होते हैं और उच्च मिश्र धातु इस्पात में 8% से अधिक मिश्र धातु तत्व होते हैं। मिश्र धातु इस्पात एक बहुत विस्तृत श्रेणी है। इसके ग्रेड का उपयोग कई अलग-अलग अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे कि डेयरी उत्पादकों के लिए स्टेनलेस स्टील, या ऑटोमोटिव उद्योग में उन्नत उच्च शक्ति वाला स्टील।
औजारों का स्टील
टूल स्टील स्टील ग्रेड की एक श्रृंखला है जिसे उपकरणों के रूप में अच्छी तरह से काम करने के लिए सावधानीपूर्वक विकसित किया गया है। यह बेहद कठोर, टिकाऊ और घर्षण-प्रतिरोधी है। टूल स्टील के विभिन्न ग्रेड हैं, लेकिन उनमें आम तौर पर 0.7% और 1.5% कार्बन होता है, मैंगनीज कम होता है, और गर्मी उपचारित होता है। टूल स्टील का उपयोग जैकहैमर बिट्स और फोर्जिंग डाई के निर्माण के लिए किया जाता है, उदाहरण के लिए।
अपक्षयकारी इस्पात
वेदरिंग स्टील एक कम मिश्र धातु वाला स्टील है जिसे बाहरी अनुप्रयोगों में जंग का प्रतिरोध करने के लिए डिज़ाइन किया गया है (यानी इसे मौसम प्रतिरोधी माना जाता है)। जंग प्रतिरोध को बेहतर बनाने के लिए स्टील को थोड़ी मात्रा में क्रोमियम, निकल और तांबे के साथ मिश्रित किया जाता है। जंग तंत्र स्टील की सतह पर एक निष्क्रिय ऑक्सीकृत परत बनाता है, जो आगे जंग को रोकता है। वेदरिंग स्टील को आमतौर पर पुलों और अन्य संरचनाओं के लिए संरचनात्मक सदस्यों के रूप में नियोजित किया जाता है, जहाँ इसे 100 से अधिक वर्षों के उपयोगी जीवन के लिए बहुत कम रखरखाव की आवश्यकता होती है।
विद्युत स्टील
विद्युत स्टील को सिलिकॉन (आमतौर पर 2-3.5% की सीमा में) के साथ मिश्रित किया जाता है और इसमें एक समान चुंबकीय गुण होते हैं। ये मिश्र धातुएँ विद्युत मोटर और ट्रांसफॉर्मर जैसे विद्युत घटकों में जाती हैं।
उच्च गति स्टील
हाई-स्पीड स्टील टूल स्टील की एक उपश्रेणी है जिसे विशेष रूप से घूमने वाले आरी ब्लेड जैसे तेज़ गति वाले उपकरणों के लिए तैयार किया जाता है। इस स्टील में मिश्र धातु तत्वों के रूप में टंगस्टन और मोलिब्डेनम शामिल हैं और इसे अल्ट्रा-हार्ड सतह बनाने के लिए गर्मी उपचारित किया जाता है। हाई-स्पीड स्टील को इसकी उत्कृष्ट कठोरता और घर्षण प्रतिरोध के लिए महत्व दिया जाता है।
स्टील एक अविश्वसनीय रूप से बहुमुखी धातु है और इसके कई प्रकार और ग्रेड हैं। नीचे इसके कुछ अनुप्रयोग सूचीबद्ध हैं:
परिवहन
स्टील का इस्तेमाल परिवहन में कई तरह से किया जाता है। पुल और रेल जैसे बुनियादी ढांचे स्टील से बनाए जाते हैं। यह ट्रेन की गाड़ियों, मोटर वाहनों और बड़े जहाजों के फ्रेम भी बनाता है। स्टील की अविश्वसनीय ताकत ही इसे इन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाती है।
निर्माण
स्टील का इस्तेमाल निर्माण में व्यापक रूप से किया जाता है, मुख्य रूप से संरचनात्मक, भार वहन करने वाले तत्वों के रूप में। ऐसा इसकी उच्च शक्ति और कठोरता के कारण होता है।
उत्पादन
विनिर्माण उद्योग में स्टील का भरपूर उपयोग होता है, खास तौर पर मशीन के पुर्जों और औजारों के लिए। इसकी मजबूती इसे भारी-भरकम कामों के लिए एक लोकप्रिय विकल्प बनाती है।
पैकेजिंग
स्टील का इस्तेमाल खाद्य और पेय पदार्थों के डिब्बों में किया जाता है। यह आदर्श हो सकता है क्योंकि यह टिकाऊ और पुनर्चक्रणीय है।
चिकित्सकीय संसाधन
स्टेनलेस स्टील का उपयोग चिकित्सा उपकरणों में बड़े पैमाने पर किया जाता है क्योंकि वे जंग का प्रतिरोध करते हैं। वे स्वाभाविक रूप से सूक्ष्मजीवों के विकास को बढ़ावा नहीं देते हैं और उन्हें आसानी से साफ किया जा सकता है और यहां तक कि गर्मी से भी निष्फल किया जा सकता है। सर्जिकल उपकरण और चिकित्सा उपकरण आमतौर पर स्टेनलेस स्टील से बनाए जाते हैं।
खेल सामग्री
स्टील का इस्तेमाल साइकिल और गोल्फ़ क्लब जैसे खेल उपकरणों में किया जाता है। यह उन वस्तुओं में पाया जाता है जो भारी भार का सामना करती हैं, इसलिए इसकी मज़बूती और टिकाऊपन मूल्यवान है।
ऊर्जा उत्पादन
स्टील का उपयोग ऊर्जा उत्पादन और संचरण में इसकी ताकत और चुंबकीय गुणों दोनों के लिए किया जाता है। यह जनरेटर, ट्रांसफार्मर और मोटरों में दिखाई देता है। इसका उपयोग संरचनात्मक रूप से खंभों और स्टील-प्रबलित विद्युत केबलों में भी किया जाता है।
स्टील सभी उद्देश्यों के लिए एक आदर्श सामग्री नहीं है। इसके नुकसान इसकी उपयोगिता को सीमित कर सकते हैं जैसा कि नीचे सूचीबद्ध है:
संक्षारण:इस्पात - विशेष रूप से कार्बन इस्पात - नम वातावरण में संक्षारित हो जाता है और उचित सेवा जीवन प्राप्त करने के लिए उसे सुरक्षात्मक कोटिंग (जैसे पेंट) और नियमित रखरखाव की आवश्यकता हो सकती है।
वज़न:स्टील एक अपेक्षाकृत भारी पदार्थ है। यह वजन एयरोस्पेस उद्योग जैसे क्षेत्रों में इसके मूल्य को सीमित कर सकता है, जहां कुल द्रव्यमान एक प्रमुख चिंता का विषय है।
ऊर्जा की आवश्यकता:स्टील गलाने के लिए बड़ी मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है। हालाँकि आधुनिक तकनीकों में सुधार हुआ है, लेकिन स्टील का ऊर्जा पदचिह्न अभी भी अपेक्षाकृत अधिक है।
ऊष्मीय चालकता:स्टील गर्मी का अच्छा संचालन करता है, जिससे बड़ी स्टील इमारतों के इन्सुलेशन, शीतलन और हीटिंग में जटिलता आ सकती है।
लागत:स्टील कई अन्य सामग्रियों की तुलना में ज़्यादा महंगा है। यह बात विशेष ग्रेड और स्टेनलेस स्टील के मामले में विशेष रूप से सच है।
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