Что такое сталь
Сталь — это сплав железа с углеродом, который используют в промышленности.
Она устойчива к коррозии (особенно, если металлурги подобрали правильное соотношение компонентов для сплава) и из нее можно сделать почти любую деталь — только воображение приложи!
Из чего состоит
Основной компонент сплава — железо, его в составе как минимум 45%. Второе вещество, которое обязательно присутствует в металле, — углерод. От его концентрации зависит тип стали:
- низкоуглеродистая — до 0,25%;
- среднеуглеродистая — от 0,25 до 0,55%;
- высокоуглеродистая — от 0,6 до 2,14%.
- порошковая — от 2,9 до 3%.
Из стали делают машины, станки, посуду, медицинские инструменты и многое другое.
Как производят сталь
Первый этап — добыча каменного угля и железной руды. Второй этап — переработка: уголь коксуют, а руду измельчают и с помощью специального магнита выбирают куски с высоким содержанием металлов.
Затем их перемешивают, добавляют известь и в доменной печи переплавляют в чугун. Половина дела сделана, но это все еще не сталь — в сплаве слишком много углерода и других элементов.
Выделяют три основные стадии производства стали.
- Плавление (около 1300°C)
На этом этапе в доменной печи в специальной емкости плавят смесь сырых компонентов и топлива. Под воздействием большой температуры железо окисляется. При этом оно реагирует с другими элементами и тоже их окисляет.
На поверхности образуется шлак — из-за нагрева поднимаются различные примеси, в том числе фосфор.
- Кипение (до 1600–1650°С)
Температуру в камере домны значительно увеличивают и подают кислород. Он вступает в реакцию с углеродом и окисляет его. В процессе образуется газ из оксида углерода, который выпаривается из емкости. Благодаря этому снижается содержание углерода в сплаве, и он из чугуна превращается в сталь.
Вместе с оксидом углерода из смеси удаляется сера — она поднимается на поверхность и выпадает в шлак, который легко убрать механически. Это повышает качество сплава.
- Раскисление (до 1700°С)
После первых двух этапов из стали уходят практически все лишние примеси, но остается кислород, который снижает качество. Чтобы избавиться от него, необходим третий этап — раскисление (процесс обратный окислению).
Проще всего устранить кислород, добавив в сплав элементы, которые реагируют с ним активнее железа. Также можно добавить металлы в шлак. Примеси окисляются и всплывают, а железо раскисляется и опускается на дно.
После этого шлак механически убирают с поверхности и используют в других целях. Например, изготавливают из него кирпичи.
Сталь же прокатывают и сворачивают в рулоны или отливают из нее детали.
Какие виды бывают
Есть два вида стали:
- Углеродистая. Состоит в основном из железа и углерода. Других элементов настолько мало, что их не учитывают. Чем больше углерода, тем прочнее сплав.
- Легированная. Помимо углерода есть и другие элементы. В низколегированной стали концентрация примесей не превышает 4%. В среднелегированной — от 4 до 11%. А в высоколегированной примесей более 11%.
Как используют
Сфера применения зависит от количества углерода и других элементов в сплаве. Сталь делят на пять типов:
- Конструкционная. Из нее делают сложные конструкции: рессоры, пружины, детали транспортных средств, метизы.
- Нержавеющая. Легированная сталь, у которой, помимо углерода и железа, в составе алюминий, хром, титан, азот и другие вещества. Из нержавеющей стали производят кухонную бытовую электронику, сантехнику, некоторые автомобильные детали и трубы.
Самое любопытное изобретение из нержавеющей стали — мыло. Грязь оно, конечно, не смоет, зато удалит неприятный запах с кожи.
Считается, что нержавейку получили случайно. Английский изобретатель Гарри Брирли экспериментировал с разными составами, чтобы найти сплав, из которого получатся надежные пушки. Один из опытов показал, что состав с 12–20% хрома не окисляется. - Инструментальная. Высокоуглеродистая сталь, из которой делают инструменты: молотки, пассатижи, пилы, ножи и некоторые медицинские инструменты.
- Жаропрочная. Легированный сплав, у которого основной дополнительный компонент — хром. Выдерживает повышенные нагрузки и высокие температуры (до трети от t плавления).
Из жаропрочной стали изготавливают элементы моторов, реактивных двигателей и так далее. - Криогенная. Высоколегированные сплавы, которые выдерживают сверхнизкие температуры. Обычно за точку отсчета берут -183°C — при такой температуре кипит кислород. Для большей устойчивости в сплав добавляют никель и другие металлы.
Как правило, изделия из криогенной стали используют для работы со сжиженным газом. Также металл применяют в космической промышленности.
Можно ли использовать сталь повторно
Сталь — один из самых перерабатываемых металлов, так как детали из нее можно переплавить. Если верить статистике, более половины стальных изделий переплавили во что-то новое — промышленные детали или кузовы для авто.
Интересный факт: машины не делают из нержавеющей стали, потому что она хрупкая и быстро покрывается трещинами. А оцинкованные кузовы легко поцарапать — при контакте с кислородом и водой развивается коррозия, машина постепенно разрушается. Если ваша «ласточка» покрыта вмятинами и требует ремонта, советуем не затягивать.
В Совкомбанке можно оформить кредит наличными на любые цели до 5 млн рублей. Выберите удобную программу и рассчитайте ежемесячный платеж на кредитном калькуляторе. Деньги нужны срочно? Достаточно паспорта и любого второго документа. Нужна крупная сумма? Вы можете взять кредит под залог автомобиля или недвижимости. Заполните заявку на сайте и получите быстрое одобрение.
Сколько лет изготавливают сталь
Первым стальным деталям и инструментам почти 4000 лет, их нашли во время раскопок в Турции.
В Античные времена сталь научились выплавлять в Европе.
Доменных печей в древности не было, поэтому железо и угли укладывали слоями в яму, а затем поджигали. Все это обдувалось холодным воздухом, в результате чего компоненты соединялись. Получившийся «слиток» можно было ковать.
Спустя несколько веков кельты усовершенствовали технологию — вместо углей использовали другой источник углерода — обожженные кости животных. Их вместе с кусками кованого железа складывали в специальную емкость и несколько часов нагревали. В результате получали стальные слитки, из которых ковали ножи.
Главная проблема заключалась в том, что железо не плавилось — технологии не позволяли достичь необходимой температуры. Поэтому производить сталь было очень трудно.
Прорыв совершил английский часовщик Бенджамин Гентсман. Он получил сталь тигельным способом — плавил железо и чугун и добавлял к ним флюс, благодаря чему металлы плавились при более низких температурах. После нескольких лет экспериментов он сумел упростить производство.
Любопытно, что Гентсман не патентовал свой способ и тщательно его оберегал. Есть легенда, что один владелец мануфактуры притворился нищим и попросил у Бенджамина кров и еду, а потом подсмотрел и украл «рецепт».
Сейчас производство стали — выгодный бизнес. Выплавка в РФ в 2023 году вернулась на уровень 2021 года. Это хороший показатель с учетом того, что России в последние пару лет пришлось переориентироваться на внутренний рынок и искать новые направления для экспорта.
