СТАЛЬ

Материал из Юнциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Сталь — деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2%) и другими элементами. Сталь — важнейший продукт черной металлургии (см. Металлургия), без которого практически не могла бы работать ни одна отрасль промышленности. Уровень производства стали может служить характеристикой общего технико-экономического уровня развития государства.

К стали как важнейшему материалу современной техники предъявляются разнообразные требования. Поэтому существует большое число марок сталей, различающихся по химическому составу, структуре и свойствам.

По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные. Углеродистая сталь наряду с железом и углеродом содержит некоторое количество марганца (0,1 — 1,0%), кремния (до 0,4%), а также вредных примесей — серы и фосфора. Для придания стали каких-либо особых свойств — механических, электрических, магнитных, коррозионной стойкости и т. д.— в нее вводят так называемые легирующие элементы, как правило, металлы: хром, никель, молибден, алюминий и др. Такие стали называют легированными.

Свойства сталей можно также изменять, применяя различные виды обработки: термическую (закалка, отжиг), химико-термическую (цементация, азотирование), термомеханическую (прокатка, ковка). При обработке стали для получения необходимой структуры используют свойство полиморфизма, присущее сталям так же, как и их основе — железу. Полиморфизм — способность кристаллической решетки менять свое строение при нагреве и охлаждении. Взаимодействие углерода с двумя модификациями (видоизменениями) железа — α и γ — приводит к образованию твердых растворов. Избыточный углерод, не растворяющийся в α-железе, образует с ним химическое соединение — цементит Fe3C. При закалке стали образуется метастабильная фаза — мартенсит — перенасыщенный твердый раствор углерода в α-железе. Сталь при этом теряет пластичность и приобретает высокую твердость. Сочетая закалку с последующим нагревом (отпуском), можно добиться оптимального сочетания твердости и пластичности стали.

По назначению стали делятся на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами. Конструкционные стали применяют для изготовления строительных конструкций, деталей машин и механизмов, судовых и вагонных корпусов, паровых котлов. Инструментальные стали служат для изготовления резцов, штампов и других режущих, ударно-штамповых и измерительных инструментов. К сталям с особыми свойствами относятся электротехнические, нержавеющие, кислотостойкие и др.

В современной металлургии сталь выплавляют в основном из чугуна и стального лома. Основные виды агрегатов для ее выплавки: мартеновская печь, кислородный конвертер, электропечи. Наиболее прогрессивным в наши дни считается кислородно-конвертер-ный способ производства стали. В то же время развиваются новые, перспективные способы ее получения: прямое восстановление стали из руды, электролиз, электрошлаковый переплав и т. д.

При выплавке стали в сталеплавильную печь загружают чугун, добавляя к нему металлические отходы и железный лом, содержащие оксиды железа, которые служат источником кислорода. Выплавку следует вести при возможно более высоких температурах, чтобы ускорить расплавление твердых исходных материалов. При этом железо, содержащееся в чугуне, частично окисляется:

2Fe + O2 = 2FeO + Q

Образующийся оксид железа (II) FeO, перемешиваясь с расплавом, окисляет кремний, марганец, фосфор и углерод, входящие в состав чугуна:

Si + 2FeO == SiO2 + 2Fe + Q

Mn + FeO = MnO + Fe + Q

2P + 5FeO = P2O5 + 5Fe + Q

С + FeO = CO + Fe — Q

Чтобы довести до конца окислительные реакции в расплаве, добавляют так называемые раскислители — ферромарганец, ферросилиций, алюминий.