Что такое сталь?

Сталь — сплав железа с углеродом, в ней должно быть не менее 45% железа и от 0.2% до 2.14% углерода (когда углерода больше 2.14% - это чугун).

История стали превышает 3800 лет. Первыми научились делать сталь хетты. Самые древние стальные изделия, найденные до настоящего времени, относятся примерно к 1800 году до нашей эры.

Умели делать сталь в Индии — в первом тысячелетии до нашей эры (вуц). От индусов сталь научились делать арабы, дамасская сталь была знаменита в эпоху Средневековья.

Вплоть до XIX века, когда была разработана технология литья стали, стальные изделия изготавливались поштучно и были очень дороги. Технологии производства сталей, которые начали разрабатывать полтора-два века назад (и которые все время продолжают совершенствовать) позволили производить много недорогого и качественного металла.

Как производится сталь?

Бессемеровский процесс получения стали путем продувки находящегося в конверторе расплавленного чугуна воздухом был придуман англичанином Генри Бессемером в 1856 году. Такие вредные примеси, как фосфор и сера, при этом процессе не удаляются. Длительность процесса — всего около 15 минут. Окончание процесса в наше время определяется приборами по спектру пламени. Был вытеснен мартеновскими печами в начале XX века.

Сидни Гилкрист Томас в 1876 году предложил томасовский процесс для производства сталей из чугуна, содержащего до 2% фосфора. Полученная сталь была дешевле, чем полученная при помощи бессемеровского процесса. Длительность плавки — от 30 до 45 минут. Был сильно потеснен более современными методами производства стали в первой половине XX века, конкуренции с мартеновскими печами не выдержал.

Пьер Мартен в 1864 году произвел первую плавку стали по своему методу. Мартеновские печи появились на сталелитейных заводах в последние 25 лет XIX века, а уже в начале XX века этим методом стали производить половину всей стали. Последний мартен в России был закрыт в 2018 году.

Кислородно-конвертерный процесс начал развиваться только тогда, когда развитие криогенной техники позволило производить в больших количествах недорогой чистый кислород. Примерно с середины 1930-х годов на сталелитейных производствах СССР, Германии и Австрии начали использовать этот процесс, но массовое производство стали при помощи продувки чистым кислородом началось уже в конце 1940-х годов.

Дуговые электроплавильные печи появились в XX веке, а массовое их применение началось уже после Второй мировой войны, хотя сама идея плавить сталь при помощи электрической дуги была реализована в начале XIX века. Эта современная технология позволяет производить металл сразу со всеми необходимыми легирующими добавками, заодно решая проблему использования стального лома.

Сколько стали производится в мире?

• В 2019 году было произведено 1.691,2 миллиона тонн сталей. Из них почти половину, 831,7 миллиона тонн, произвели в Китае.
• Япония, вторая в рейтинге производителей стали, произвела в 7 раз меньше (104,7 миллиона тонн).
• Россия в рейтинге на пятом месте с 71.3 миллионом тонн.

Основными способами производства стали в настоящее время являются кислородно-конвертерный и электросталеплавильный.

Какие бывают стали?

Существует очень много различных видов сталей. Некоторые из них широко известны, о большинстве знают только специалисты. Есть конструкционные стали, нержавеющие, жаропрочные, криогенные. Из нержавейки много десятилетий делают посуду и столовые приборы, а заодно — множество различных кухонных агрегатов и приспособлений.

По химическому составу стали делятся на углеродистые (а те, в свою очередь — на низкоуглеродистые, среднеуглеродистые, высокоуглеродистые) и на легированные (низко-, средне- и высоколегированные, в которых больше 10% легирующих добавок).

Высокопрочные инструментальные стали служат для создания различных инструментов для металлообработки. Такие стали в несколько раз прочнее обычных, низкоуглеродистых.

Жаропрочные стали, хромоникелевые и хромомарганцовые, применяются в паровых и газовых турбинах, в котельном оборудовании, везде, где большие температуры и нагрузки.

Жаростойкие стали легируются хромом, никелем, титаном, молибденом, кремнием и могут работать при температурах до 1100 градусов Цельсия.

Легирование хромом увеличивает жаропрочность и устойчивость к нагрузкам, большое количество хрома делает сталь нержавеющей.

Легирование никелем увеличивает упругость сплава, а также жаропрочность и стойкость к коррозии.

Легирование молибденом уменьшает хрупкость и увеличивает твердость сплава.

Легирование марганцем улучшает режущие свойства, увеличивает твердость, однако уменьшает устойчивость к ударным нагрузкам.

Мы думаем, что живем в эпоху Интернета и возобновляемых источников энергии, хотя окружающий нас железобетон столь прочен именно благодаря стальной арматуре. Небоскребы были бы немыслимы без стального силового каркаса, и ездим мы на машинах из металла, рельсы на железной дороге и те — стальные.

Может, наше время можно назвать стальной эрой железного века.