сталь

Ковкий сплав железа с углеродом (до 2 %) и другими элементами. Материальная основа практически всех областей техники. Производство стали в мире составляет 90–95 % производства всех металлов. Древние мастера получали литую сталь, расплавляя мелкие куски чугуна в огнеупорных тиглях (тигельная плавка). В Средние века жители Индии, Средней Азии, Ирана, Сирии умели получать очень твёрдую и упругую сталь – булат. Из неё делали высококачественное холодное оружие – кинжалы, сабли, мечи. Со временем секрет изготовления булата был утерян. Лишь в сер. 19 в. его вновь получил российский металлург П. П. Аносов. В 18 в. сталь варили, перемешивая в горячих печах чугун с железной рудой (пудлинговый способ). В 1856 г. английский изобретатель Г. Бессемер создал специальный аппарат – конвертер в виде грушевидной вращающейся печи, в которой при высокой температуре в присутствии кислорода железо окисляется до оксида, который затем углеродом восстанавливается в чистый металл. В 1865 г. французский металлург П. Мартен построил гигантскую печь, в которой при сжигании топлива достигалась температура 1600 °C и сталь оставалась жидкой в течение всего процесса. Её разливали в формы, получая таким образом изделия и заготовки, которые впоследствии прокатывали в листы. В нач. 20 в. сталь начали выплавлять в электрических печах с графитовыми электродами; температура в такой печи достигает ок. 4000 °C, что позволяет легко вводить в расплавленную сталь различные добавки. В настоящее время сталь производят гл. обр. в конвертерах и электропечах. Выплавленную сталь разливают в изложницы, формируя слитки, или используют процесс непрерывной разливки, совмещённый с прокаткой.

Стальной Крымский мост, г. Москва

По составу различают углеродистые и легированные стали. Первые, помимо собственно стали, содержат Мn, Si, S и P. Для улучшения механических свойств сталь подвергают термической, термомеханической и химико-термической обработке (отжиг, закалка, отпуск, прокатка, поверхностное насыщение С, N₂, B, Cr). Нагревая и охлаждая сталь по определённому режиму, добиваются требуемой структуры твёрдого раствора, однородности, оптимального сочетания прочности, твёрдости и пластичности металла. В состав легированных сталей входят различные элементы, напр. Cr, Ni, Mo, W, V, Ti, повышающие качество стали и придающие ей особые свойства.

В технике сталь используют в зависимости от её структуры и механических свойств. Так, углеродистые стали (стали общего назначения) применяют для изготовления разнообразных деталей машин и механизмов.

Автоматные стали с повышенным содержанием Р (меньше 0.1 %) идут на изготовление деталей, длительно работающих при небольших ударных нагрузках с малым коэффициентом трения. Конструкционные углеродистые стали применяют для изготовления деталей машин и механизмов, не испытывающих больших нагрузок. Из легированных конструкционных сталей делают пружины, рессоры и другие детали, длительно работающие под постоянной нагрузкой. Инструментальные стали отличаются повышенной твёрдостью и износостойкостью; из них изготовляют режущие и измерительные инструменты (топоры, напильники, пилы, линейки, штангели), штампы для прессования, пуансоны, матрицы, формы для литья, детали машин, длительно работающих при умеренных динамических нагрузках. Быстрорежущие стали характеризуются большой твёрдостью и теплостойкостью, из них делают инструменты (свёрла, резцы, фрезы, зенкеры) для быстрого резания заготовок из твёрдых сплавов, жаропрочных сталей (без охлаждения) и сплавов титана, а также подшипники качения. Жаропрочные высоколегированные стали, содержащие Cr, Ni, Мо, V и тугоплавкие элементы W, Nb, Ta, применяют для изготовления деталей паровых и газовых турбин, двигателей внутреннего сгорания, авиационных реактивных двигателей, ракет. Коррозионностойкие, или нержавеющие, стали хорошо противостоят действию кислот и щелочей даже при высоких температурах. Электротехнические стали обладают высокой магнитной проницаемостью; применяются обычно в виде листа для изготовления магнитопроводов. Существует также множество сталей со специальными заданными свойствами. Напр., сплавы с малым коэффициентом температурного расширения – инвар, платинит; магнитотвёрдые сплавы – альни, альнико; сплавы с высоким электрическим сопротивлением – ферхаль; сплавы с заданным коэффициентом термического расширения – ковар.