آینده فولاد : آلیاژهای هوشمند و تولید پایدار
آنچه در این مطلب میخوانید:
مقدمه
ستون فقرات صنعتی به این عناصر به عنوان عنصر اساسی خود متکی است زیرا هم پایه های زیرساختی و هم سیستم های حمل و نقل را پشتیبانی می کند و شبکه های انرژی و اقلام مصرفی را تامین می کند. صنعت فولاد اکنون با یک نقطه تصمیم گیری اساسی روبرو است زیرا تقاضاهای جهانی به سمت پایداری زیست محیطی حرکت می کنند و در عین حال از تحول دیجیتال و سازگاری با آب و هوا استقبال می کنند.
توسعه صنعت فولاد به دو عنصر دگرگون کننده بستگی دارد که تولید آلیاژهای هوشمند با عملکرد بالا را با رویکردهای تولید پایدار سازگار با محیط زیست متحد می کند.
این مقاله به بررسی این عوامل محرک دوگانه می پردازد .
که آینده فولادها را تغییر شکل داده .
مسیرهایی را به سوی راه حل های هوشمند سازگار با محیط زیست برای توسعه آینده ایجاد کرده اند.
تکامل فولاد : از فلز فله تا مواد هوشمند
یک چشم انداز تاریخی
فرآیند آینده فولاد سازی با استفاده از کوره بلند و کوره اکسیژن پایه (BOF) بر تولید آینده فولاد در مقادیر زیاد و در عین حال تضمین دوام با حداقل هزینه متمرکز بود. از طریق توسعه فولاد کم آلیاژ با مقاومت بالا (HSLA) و ایجاد فولاد ضد زنگ و اجرای درجه کربن فوق العاده کم، صنعت فولاد در دهه های گذشته به کاربردهای جدیدی گسترش یافت.
بیشتر نوآوری‌های فولادی بر دوام مکانیکی و دفاع در برابر خوردگی همراه با ویژگی‌های شکل‌پذیری تاکید کرده‌اند، در حالی که ویژگی‌های اصلی پایداری و طراحی تطبیقی را نادیده می‌گیرند.
ظهور آلیاژهای هوشمند
آلیاژهای هوشمند به عنوان یک دسته توسعه پیشرو در تولید آینده فولاد عمل می کنند.
گروهی از آلیاژهای آهنی پیشرفته واکنش‌هایی را به محرک‌های خارجی نشان می‌دهند که شامل تغییرات دما و سطوح تنش و تغییرات میدان مغناطیسی می‌شود. یک سری پیشرفت های اساسی صورت گرفت.
- آلیاژهای حافظه شکل (SMAs): تحقیق و توسعه SMA های مبتنی بر آهن با وجود باقی ماندن نیکل-تیتانیوم ماده غالب در این زمینه، محبوبیت بیشتری پیدا می کند. این مواد فلزی با آشکار کردن شکل اصلی خود پس از قرار گرفتن در معرض دماهای خاص یا میدان‌های مغناطیسی، کاربردهایی را برای محرک‌ها همراه با حسگرها و ساختارهای خود ترمیم شونده ارائه می‌کنند.
- فولادهای مغناطیسی کالری: با واکنش به میدان های مغناطیسی، این فولادها می توانند دمای خود را تغییر دهند که راه را برای سیستم های تبرید حالت جامد هموار می کند که فناوری های مبتنی بر مبرد معمولی را به حداقل می رساند.
- آلیاژهای با آنتروپی بالا (HEAs): نسبت استحکام به وزن در کنار مقاومت در برابر خوردگی و خواص پایداری حرارتی HEAs، این مواد را برای کاربردهای دفاعی هوافضا و بخش انرژی مناسب می‌کند. اگرچه آنها در درجه اول از آهن در کنار سایر عناصر اصلی استفاده می‌کنند.
مهندسی نسل بعدی فولاد هوشمند
انفورماتیک مواد و طراحی آلیاژ مبتنی بر هوش مصنوعی آینده فولاد
امروزه، زیست‌شناسی محاسباتی مبتنی بر احتمال نتایج پیش‌بینی‌شده‌ای را ارائه می‌کند که قبل از آزمایش به دست می‌آید و راه را برای توسعه گریدهای فولادی پیشرفته هموار می‌کند.
پلت فرم مهندسی مواد محاسباتی یکپارچه (ICME) روشی را برای تجسم ویژگی های آلیاژ پیشنهادی از طریق مدل های کامپیوتری که تحت روش های مختلف تولید عمل می کنند و سناریوها استفاده می کنند، به دانشمندان ارائه می دهد.
مزایای این روش داده‌محور منجر به چرخه‌های توسعه سریع‌تر همراه با به حداقل رساندن هزینه‌های تحقیق و توسعه و ایجاد شخصی‌شده مواد فولادی هوشمند می‌شود.
مهندسی نانو در فولاد
حوزه نانومهندسی پیشرفت هایی را به همراه دارد که به توسعه فولاد هوشمند کمک می کند. متالورژها می توانند طول عمر خستگی فولاد و خواص مغناطیسی و رفتار فوق الاستیک را بهبود بخشند
زیرا آنها از مهندسی مرز دانه با تکنیک های نانو دوقلویی و تقویت بارش استفاده می کنند که چقرمگی فولاد را همراه با کارایی آن حفظ می کند.
برنامه های هوشمند: جایی که فولادهای پیشرفته در حال ایجاد تفاوت هستند
خودرو و تحرک
خودروسازان در حال حاضر از نسل سوم فولادهای پیشرفته با استحکام بالا (AHSS) استقبال می کنند زیرا این نوع مواد به بهترین ترکیب ممکن از شکل پذیری و قابلیت ضربه دست می یابد. فولادهای مغناطیسی با تلفات هسته کم به عنوان مواد کلیدی در موتورهای الکتریکی پرسرعت خودروهای برقی برای ارائه بازده انرژی بهبود یافته و تولید گرما کاهش می‌یابند.
زیرساخت ها و شهرهای هوشمند
هدف تولید آلیاژهای هوشمند برای میلگردهای خود ترمیم شونده .
شناسایی و ترمیم ترک‌های سازه بتنی و در نتیجه افزایش طول عمر آنها برای ساختمان‌ها و پل‌ها است.
فولادهایی که توسط میدان‌های مغناطیسی کار می‌کنند، زمانی که مجهز به ابزارهای نظارتی برای تبدیل سیستم‌های زیرساخت سنتی به شبکه‌های هوشمند شوند، به پلتفرم‌های حسگر قدرتمند تبدیل خواهند شد.
هوافضا و دفاع و آینده فولاد
صنعت هوافضا آینده فولاد ماریجینگ با کارایی بالا را همراه با HEA ها .
برای قطعات ضروری که به عملکرد قوی در محیط های سخت نیاز دارند، اجرا می کند.
خانواده فولاد هوشمند دارای ویژگی‌هایی است که به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد در حین ساخت پانل‌های بدنه ضربه‌گیر و زره‌های مقاوم در برابر آسیب، بال‌های شکل‌گیری ایجاد کنند.
بازاندیشی در فولادسازی: دستور پایداری
الزامات تولید آلیاژهای هوشمند باید با هنجارهای افزایش پایداری برای عملیات تولید مطابقت داشته باشد. صنعت آینده فولاد بین 7 تا 9 درصد از انتشار CO2 در سراسر جهان را آزاد می کند، بنابراین تولیدکنندگان فولاد باید فعالانه برای کاهش انتشار تلاش کنند.
فولاد سبز: یک اولویت جهانی
تولید آینده فولاد سبز شامل انتشار گازهای گلخانه ای به میزان قابل توجهی کمتر است که در نتیجه استفاده از انرژی های تجدیدپذیر همراه با هیدروژن یا مواد خام دایره ای شکل است.
استراتژی های کلیدی عبارتند از:
- کاهش مستقیم مبتنی بر هیدروژن: شرکت های اروپایی و آسیایی از طریق این رویکرد جدید شروع به استفاده از گاز هیدروژن به جای کک در هنگام کاهش سنگ آهن کردند. فرآوری هیدروژن به جای انتشار CO2 بخار آب تولید می کند و در نتیجه منجر به کاهش قابل توجه انتشار می شود. بخش کارخانه فولاد هیدروژنی حمایت مالی قابل توجهی از SSAB و ArcelorMittal و Thyssenkrupp دریافت می کند.
- کوره‌های قوس الکتریکی (EAFs): سیستم‌های EAF که توسط جریان‌های انرژی تجدیدپذیر کار می‌کنند، یک گزینه فولادسازی سازگار با محیط‌زیست را فراهم می‌کنند که به ویژه در هنگام پردازش مواد ضایعات موثر است. مسئله اصلی از ایجاد فولاد با خلوص بالا از مواد بازیافتی ناشی می‌شود، اما روش‌های جدید پالایش در حل این مشکل امیدوارکننده است.
- جذب و ذخیره کربن (CCS): صنعت فولاد می تواند از فناوری CCS به عنوان یک راه حل کوتاه مدت برای بهبود کارخانه های موجود .
- که از طریق جذب انتشار قبل از خروج آلاینده ها به هوا استفاده کند
اقتصاد دایره ای و تفکر چرخه زندگی
مدل صرفه جویی در انرژی اقتصاد دایره ای به طور فزاینده ای در سراسر بخش فولاد محبوبیت دارد. این سه اصل اصلی این رویکرد شامل طراحی مواد برای بازیافت همراه با اقداماتی برای کاهش ضایعات و ماندگاری بیشتر محصولات است.
- بازیافت فولاد: قابلیت بازیافت ذاتی این عنصر عملکرد بازیافت در سراسر جهان را بهتر از 85 درصد ایجاد می کند. عناصر آلیاژی کمیاب در فولادهای با کارایی بالا وجود دارد که هنگام تلاش برای بازیافت آنها مشکلاتی را ایجاد می کند. تحقیق و توسعه روش های جدید از جمله مرتب سازی هوشمند و جداسازی مغناطیسی به همراه پروتکل های خاص برای بازیافت آلیاژها برای حل این مشکل ایجاد شده است.
- محصول به عنوان خدمات (PaaS): صنعت آینده فولاد در حال حاضر تجهیزات مبتنی بر خدمات شامل داربست و واحدهای مدولار را با شرایط اجاره ارائه می دهد که نیاز به دفع را از طریق ترویج استفاده مجدد از محصول کاهش می دهد.
- دوقلو دیجیتال و تعمیر و نگهداری پیش‌بینی‌کننده: دوقلوهای دیجیتال همراه با حسگرهای تعبیه‌شده، نظارت بر شرایط دارایی فولاد را برای انجام تعمیر و نگهداری پیش‌بینی می‌کنند. از طریق این روش ها ایمنی افزایش می یابد. همچنین عمر مفید سازه فولادی افزایش می یابد.
سیاست، همکاری، و روند سرمایه گذاری
دگرگونی کامل صنعت آینده فولاد علاوه بر مشارکت های بین المللی و جریان های مالی قابل توجه نیازمند حمایت از سیاست های استراتژیک است.
سیاست فشار
دولت های جهانی در حال اتخاذ اشکال مختلف حمایت از سیاست فولاد سبز هستند که شامل موارد زیر است:
- طرح‌های تجارت آلاینده‌ها و سیستم‌های قیمت‌گذاری کربن دو عنصر را در مشوق‌های فعلی برای فولاد سبز تشکیل می‌دهند.
- فرآیند تدارکات برای سازمان‌های عمومی، دستیابی به محصولات فولادی با ردپای کربن کم را ترویج می‌کند.
- دولت از ابتکارات تحقیقاتی متالورژی پاک از طریق برنامه مالی خود حمایت می کند.
شورای جهانی آب و هوای فولاد (GSCC) همراه با اتحادهای ملی هند به نام شورای فولاد سبز هند برنامه های صدور گواهینامه را برای گسترش کاربردهای فولاد سبز ایجاد می کنند.
همکاری بین بخشی
مسیر کربن زدایی آینده فولاد مستلزم تمام روش های استخراج و تولید نیرو .
به همراه خدمات حمل و نقل و راه حل های تکنولوژیکی است.
ائتلاف از جمله مایکروسافت و جنرال موتورز در میان سایر شرکت‌های جهانی، اتحادی را برای تهیه محصولات فولادی کم کربن به منظور تحریک تقاضای بازار برای فولاد پایدار ایجاد کردند.
شرکت‌های فولادی سنتی و استارت‌آپ‌های نوظهور از منابع خود برای ارتباط با شرکت‌های فناوری پاک و مؤسسات دانشگاهی و همچنین مراکز تحقیقاتی هوش مصنوعی و آزمایشگاه‌های هوش مصنوعی برای توسعه مشترک آلیاژهای هوشمند و فرآیندهای پاک استفاده می‌کنند.
راه پیش رو: چالش ها و فرصت ها
موانع متعددی مسیر انتقال تولیدکنندگان فولاد به تولید هوشمند و پایدار را مسدود می کند.
- رقابت پذیری هزینه: هزینه آلیاژهای هوشمند به دلیل نیاز آنها به عناصر کمیاب یا روش های ساخت پیشرفته افزایش می یابد. افزایش مقیاس تولید در سراسر شرکت همراه با بهینه‌سازی زنجیره تامین نیاز به توجه فوری برای به حداقل رساندن هزینه‌ها دارد.
- در دسترس بودن مواد خام: فولادهای با کارایی بالا حاوی نیوبیم همراه با کبالت و خاکهای کمیاب با منابع اخلاقی مبارزه می کنند زیرا این اجزا به دلیل محدودیت های ژئوپلیتیکی در دسترس نیستند.
- ارتقای مهارت نیروی کار: برای دستیابی به رهبری دیجیتال در بخش فولاد، سازمان‌ها باید سرمایه‌گذاری زیادی در آموزش و آموزش پرسنل داشته باشند، زیرا صنعت جدید به کارگرانی با تخصص در هوش مصنوعی در کنار انفورماتیک مواد و قابلیت‌های تولید هوشمند نیاز دارد.
با این حال، فرصت ها بسیار زیاد است.
همه صنایعی که از ساخت و ساز و هوافضا همراه با سایر صنایع استفاده می کنند .
به دنبال مواد جدید با قابلیت های تطبیقی و استحکام ردپای کربن پایین هستند .
فولاد برای توسعه مجدد ظهور می کند.
کلام آخر
توسعه آینده این فولاد فراتر از استفاده از آن به عنوان یک ساختار است، زیرا اکنون نشان دهنده یک دارایی پایدار عملکردی هوشمند است. سوپرسل ها و شیوه های تولید سبز با هم متحد می شوند تا صنعت فولاد را از منبع اصلی انتشار گازهای گلخانه ای به یک مروج کلیدی تولید پایدار در سراسر چشم انداز صنعتی تبدیل کنند.
رهبران صنعتی که در مراحل اولیه تحقیق و توسعه سرمایه‌گذاری می‌کنند، دیجیتالی‌سازی را پذیرفته و با اهداف ESG همسو می‌شوند، دوره بعدی تولید جهانی را شکل خواهند داد. آینده فولاد فقط ساخت پل ها و آسمان خراش ها نیست، بلکه ساخت دنیایی هوشمندتر، تمیزتر و انعطاف پذیرتر است.
شرکت آرمان گستر اقتدار ضمانت یک خرید مطمئن را به شما می دهد و مرجع تخصصی خرید و فروش آهن آلات و کلیه مقاطع فولادی است که شما در جهت ثبت درخواست میتوانید با واحد مشاوره و فروش شرکت آرمان گستر اقتدار (آهن آرمان) در ارتباط باشید.
هم‌اکنون با بهترین مقاطع فولادی آشنا شوید!
آیا به دنبال تأمین مقاطع فولادی با کیفیت و قیمت روز آهن آلات مناسب هستید؟
ما در آرمان گستر اقتدار ، با ارائه انواع مقاطع فولادی شامل تیرآهن، نبشی، ناودانی و پروفیل و … آماده‌ایم تا نیازهای شما را برآورده کنیم.
همین حالا با ما تماس بگیرید و از مشاوره رایگان بهره‌مند شوید!
شما میتوانید برای مشاوره خرید آهن آلات و مقاطع فولادی ، برای پروژه های خود و دریافت قیمت روز با شماره 02158336،شرکت آرمان گستر اقتدار( آهن آرمان) تماس بگیرید تا کارشناسان ما، پاسخگوی سوالات شما باشند.
