Шел XIX век. Человечеству были нужны тысячи и тысячи тонн стали — для рельсов, для пароходов и для многого другого. Уже были найдены способы производства стали из чугуна, но они были сложными, таким способом получить много хорошей стали было невозможно.
В 1856 году Генри Бессемер получил патент на производство стали из чугуна путем продувки жидкого чугуна воздухом. Сталь получалась, но была низкого качества и требовала очень хороших мастеров, управлявших процессом и в нужный момент прекращавших продувку, иначе сталь теряла слишком много углерода и получалась некачественной.
В 1864 году французский инженер П. Мартен изобрел мартеновские печи, использовавшиеся до 2018 года, а в прошлом веке на них производилось 80% всей стали.
В наше время большая часть стали, особенно высококачественной, легированной, производится на конверторах. Взяв за основу процесс Бессемера и его конвертор, металлурги сильно все изменили: через чугун стали продувать не воздух, а кислород; специальные добавки в металл стали вытягивать из него ненужные примеси; объем перерабатываемого чугуна сумели во много раз увеличить. На конверторах сумели получить более дешевым способом более качественную сталь, чем это позволяет мартеновский способ.
Стали делят на низкоуглеродистые, среднеуглеродистые и высокоуглеродистые. От количества углерода в стали зависит ее прочность. Высокоуглеродистые стали — самые прочные, их употребляют в таких местах, где их прочность особенно важна.
Еще стали можно легировать различными другими металлами. Прямо в процессе производства стали из чугуна в жидкое железо добавляют те или другие металлы.
- Добавили в сталь по 1% хрома и марганца, 2% кремния — и получили упругую пружинную сталь.
- Добавка в сталь хрома, никеля и молибдена делает сталь броневой, очень крепкой и вязкой.
- Для получения нержавеющей стали к ней надо прибавить не менее 12% хрома (если добавить более 17%, но все же не более 20%, то сталь будет устойчивой и при работе с агрессивными кислотами).
Правда, кроме хрома в сталь добавляют еще понемногу марганец и титан, а еще никель, молибден, ниобий, причем каждый металл выполняет свою работу. Кто-то из них уменьшает теплопроводность (а зачем, чтобы ложка обжигала?), кто-то в дополнение к хрому увеличивает коррозионную стойкость.
А если к железу добавить 1% хрома и 34% никеля, то получится сталь очень низкой теплопроводности, названная за свои диковинные свойства «деревянной». Причем что удивительно: маленькое изменение процентного состава примесей лишает полученную сталь ее уникальных свойств.
Хромоникелевые и хромомарганцевые стали являются жаропрочными, а хромомолибденовые стали — особо жаропрочными. Для камер сгорания реактивных двигателей используют стали с большим количеством хрома и никеля (в сумме — до 45% состава) и небольшими добавками марганца и кремния.
Добавив ниобий, ванадий и титан, получим сталь, сохраняющую пластичность при сверхнизких температурах, а значит пригодную для применения и на полюсах холода, и в криогенной технике.
Человек научился, добавляя при литье стали нужные элементы, получать на выбор то упругую сталь для пружин, то сверхпрочную — для брони, то жароупорную, то холодоустойчивую сталь.
И если кто-то будет говорить, что сейчас век информатики или век пластмасс, то подумайте сами: а те дома, где размещены серверы, где живут люди, можно сделать без использования сталей? А та пластмасса может заменить стали в теплоходах, автомобилях, самолетах?
Вот когда стали будут не нужны — тогда их век и кончится. Но будет это далеко не завтра.
Что еще почитать по теме?
Что есть в металлургии от химии?
Сколько лет пластмассам? Лео Бакеланд и бакелит
Как развитие металлургии повлияло на историю денег? Часть 1