Сталь из чего состоит: Марочник сталей и сплавов: свойства, характеристики

Содержание

Сталь: состав, свойства, сферы применения

Сталь – это сплав железа с углеродом с добавлением различных примесей, оказывающих влияние на основные характеристики продукта. При заказе материала нужно учитывать, какими свойствами должна обладать сталь, так как механические и химические свойства стали напрямую влияют на то, где ее можно использовать.

Сталь – это один из основных промышленных материалов, используемых в разных отраслях, от машиностроения до медицины. Сырье представляет собой сплав, в котором соединяется железо с углеродом. Также добавляются и другие примеси, оказывающие значительное влияние на основные характеристики конечного продукта.

Состав стали

Основа состава – железо и углерод. В сплаве обычно содержится не более 2,14%.

Основной критерий классификации – химический состав. Вся представленная на рынке продукция разделена на два основных вида сырья:

  • Углеродистая сталь. В ее составе кроме железа и углерода также есть фосфор, сера, марганец и кремний. В зависимости от процентного содержания углерода сырье разделено на высоко-, средне- и низколегированные марки. Этот материал можно применять, даже если перед вами стоит задача создать инструмент, использующийся под постоянным напряжением и высокими нагрузками.
  • Легированная сталь. К основным компонентам добавлены дополнительные легирующие элементы. Среди них – множество типов веществ, от кремния, бора и азота до хрома, циркония, ниобия, вольфрама и титана. Это влияет не только на стоимость, но и на качество продукции, область использования и характеристики. В продаже вы найдете множество типов продукции – жаропрочные, цементуемые, улучшаемые стали. В зависимости от структуры сырье может быть доэвтектоидного, ледебуритного, эвтектоидного и заэвтектоидного типа.

Свойства и применение стали можно определить по ее марке.

В состав стали могут добавляться различные примеси. В зависимости от того, в каком количестве они представлены в рецептуре, выделяются два основных типа продукции:

  • Обыкновенного качества. В составе такого сплава углерода не более 0,6%. Основные стандарты, используемые в изготовлении –ГОСТ 14637 и ГОСТ 380-94. Многие виды продукции в маркировке указываются как «Ст», что означает стандартное качество. На рынке этот тип сырья –один из наиболее доступных по стоимости.
  • Качественный. К этой категории относятся легированная и углеродистая разновидности. Уже в маркировке указывается особенность состава, количество углерода в сотых долях. Основной стандарт, которого придерживаются изготовители, – ГОСТ 1577. Стоит такая сталь дороже, чем продукт обыкновенного качества. При этом материал намного более пластичен, хорошо сваривается и отлично защищен от механического воздействия.

Основные свойства стали

При заказе материала нужно учитывать, какими свойствами должна обладать сталь, чтобы подойти под конкретную область применения. Если не понимать такой особенности, есть риск покупки сырья, не соответствующего прочности, уровню защиты от коррозии, качеству свариваемости и другим характеристикам.

Рассмотрим основные характеристики материала.

Механические

Показывают, какие варианты обработки можно выбирать и где использовать. Есть несколько основных параметров:

  • Прочность. Показывает, какую нагрузку можно прикладывать к детали, пока не появятся первые признаки разрушения. Для каждой марки материала указывается этот параметр, а также предел текучести.
  • Предел прочности. Указывает на защищенность материала от механического напряжения.
  • Предел текучести. Дает представление о растягиваемости материала. Это помогает понимать, насколько сильно можно растянуть материал до момента, пока процесс будет продолжаться, даже когда нагрузка перестанет прикладываться.
  • Пластичность. Чтобы материал можно было использовать в изготовлении различных типов деталей и заготовок. Такая характеристика помогает сырью менять форму, прописывается, чтобы определить параметры относительного угла изгиба и удлинения.
  • Ударная вязкость. Напрямую связана с пределами динамических нагрузок. Характеристика указывает, насколько сильный удар сможет выдержать готовое изделие или заготовка, прежде чем начнет окончательно разрушаться.
  • Твердость. Показывает предельную нагрузку по площади до момента возникновения вдавливания. Может определяться разными методами, как Бринелля, так и Виккерса.

Физические

Параметры дают понять, возможно ли применение стали в строительстве или различных областях промышленности. Есть три значимых центральных показателя:

  • Плотность. В характеристике зашифровано, какая масса стали содержится в указанном объеме. Чем выше прочность, тем больше защищенность от деформации, сильного давления и других потенциальных угроз.
  • Теплопроводность. Параметр дает представление, насколько быстро тепло передается по заготовке. Параметр очень важен для промышленности, к примеру, при изготовлении радиаторов или труб для теплотрасс.
  • Электропроводность. Позволяет оценить безопасность применения материала в местах, где есть риск удара током. Также сплав можно выбрать и для установки в сферах, где имеют значение его проводниковые характеристики.

Химические

Весь набор параметров дает представление о том, как поведет себя материал в разных температурах или средах с разной степенью агрессивности. Есть четыре основных параметра:

  • Окисляемость. Процесс окисления вызывается контактом металла с кислородом, может стимулироваться увеличением температуры. На уровень окисляемости влияет содержание углерода и среда, в которой используются изделия. Чем больше подверженность окислению, тем быстрее на поверхности появится ржавчина.
  • Защищенность от коррозии. Указывается для разных сред. Может меняться при использовании на открытом воздухе, а также при контакте с водой или почвой.
  • Жаростойкость. Помогает понять, при каком нагреве на металле начинает постепенно развиваться коррозия. Характеристика напрямую связана с окисляемостью.
  • Жаропрочность. От жаростойкости отличается тем, что затрагивает не коррозийную стойкость и защиту от окалины, а саму прочность. Знание параметров поможет вам понять, до какой температуры нагреется заготовка, прежде чем ее можно будет сломать или деформировать.

Технологические

Показывают возможность обработки с применением различных технологий. Центральные параметры:

  • Ковкость. Чем она выше, тем быстрее можно будет придать форму постоянным внешним механическим воздействием.
  • Жидкотекучесть. Если этот параметр находится на высоком уровне, расплавленный материал сможет лучше заполнять пустоты.
  • Свариваемость. Помогает соединять различные заготовки между собой. Отличается как в зависимости от типа использованной сварки, так и самого сплава.
  • Обрабатываемость резанием. Сталь можно обрабатывать разными видами режущих инструментов для создания металлопроката и деталей с разными параметрами и областью применения.

Применение стали

Механические и химические свойства стали напрямую влияют на то, где ее можно использовать. Проще всего определиться со сферой по марке, указанной на сырье. Так продукцию с хорошей жаропрочностью можно использовать в средах, где есть риск воздействия постоянных высоких температур. То же относится к маркам, отличающимся хорошей свариваемостью и коррозийной стойкостью.

По сферам производства можно выделить несколько основных категорий:

  • Строительные. Применяются при создании металлоконструкций различного масштаба, арматуры, обшивки стен. Необходимые характеристики отличаются в зависимости от области применения. Так для одних видов сплава важна стойкость к коррозии во влажных средах, для других – защита от окисления при контакте с почвой. Но все используемые типы сырья должны хорошо свариваться, иметь повышенную прочность при постоянном или периодическом сильном механическом давлении. В сочетании с важной для строителей доступностью стоимости такими параметрами обладают низколегированные сплавы и варианты обычного качества.
  • Инструментальные. Применяются для изготовления инструментов различного назначения. Все сплавы разделены на три категории. Первая используется для создания штампованных деталей. Вторая – при производстве режущего инструмента, третья – измерительного с высокой точностью. Лучшим решением станет заказ высоколегированных и высокоуглеродистых материалов. Они не только хорошо защищены от износа, но и отличаются твердостью, хорошей теплопроводностью.
  • Конструкционные. Разнообразны по сфере использования: применяются для металлоконструкций, а также для деталей, крупных механических узлов. Лучшее решение – применение сплава с малой долей марганца. Легирование позволяет расширить список полезных характеристик. Эксперты рекомендуют обратить внимание на высокопрочные, автоматные, износостойкие и другие марки.

Также всегда можно заказать материалы со специальными характеристиками для конкретной зоны применения. Это могут быть как сплавы с повышенной жаропрочностью, так и защищенные от окисления при контакте с кислородом, хорошо плавящиеся, электропроводные и многие другие.

Сталь – один из популярнейших материалов

В ООО «Лидер-М» можно заказать трубы из стали разных марок для технологических и магистральных трубопроводов разного назначения. Изделия из таких сплавов отличаются высокой прочностью и устойчивостью к коррозии. Благодаря своей пластичности, вязкости, твёрдости и иным практичным свойствам, сталь — один из самых востребованных металлов в строительно-промышленной сфере. В этой статье наши специалисты рассказали подробнее о том, как обозначаются виды этого материала и какими характеристиками они обладают.

Маркировка и классификация сталей

В качестве примера разберём 12ХН3А. Маркировка представляет собой группу символов, записанных в строгой последовательности.

  1. Предшествующее буквенному обозначению двузначное число, указывающее на среднее содержание углерода в сотых долях процента. В данном случае — 0,12%.
  2. Буквы русского алфавита, указывающие на наличие легирующих добавок. Каждому такому элементу соответствует своя буква:
    • Х — для хрома;
    • Н — для никеля;
    • Г — для марганца;
    • М — для молибдена;
    • В — для вольфрама;
    • Ю — для алюминия;
    • Ф — для ванадия;
    • Д — для меди;
    • С — для кремния;
    • П — для фосфора;
    • Т — для титана;
    • Б — для ниобия.
  3. Следующие за буквами цифры, указывающие на концентрацию легирующих элементов. Если их содержание составляет 1% и менее, то цифра отсутствует. 1,5% добавок соответствует цифра «1», 2% — цифра «2» и др.
  4. Литера «А» в конце, свидетельствующая о пониженном содержании фосфора и серы и о высоком качестве стали.

Таким образом, 12ХН3А — это информативное обозначение, из которого следует, что сплав состоит из 0,12% углерода, 3% никеля и 1% хрома.

Стали подразделяются и по степени окисления. В зависимости от этого они бывают кипящими (Кп), полуспокойными (Пс) и спокойными (Сп).

Ещё одно основание для классификации, которое отображается в маркировке, — методы выплавки. Для каждого из них предусмотрено своё буквенное обозначение:

  • ВД — для вакуумно-дугового;
  • ВИ — для вакуумно-индукционного;
  • Ш — для шлакового;
  • ПВ — для метода прямого восстановления;
  • ЭШП — для электронно-шлакового переплава;
  • ШД — для вакуумно-дуговой обработки после шлакового переплава;
  • ЭЛП — для электронно-лучевого переплава;
  • ПДП — для плазменно-дугового переплава;
  • ИШ — для вакуумно-индукционного метода в сочетании с электрошлаковым переплавом;
  • ИП — для вакуумно-индукционного метода и плазменно-дугового переплава.

Эксплуатационные свойства сталей разных марок

Углеродистые стали, в которых нет легирующих добавок, подразделяются на несколько категорий:

  • стали обыкновенного качества, из которых изготавливают крепёжные детали, листовой прокат, заклёпки, сварные трубы и металлоконструкции;
  • углеродистые стали, которые лучше всего подходят для наиболее ответственных узлов, подверженных наибольшим нагрузкам, ударам и трению. К таковым относятся зубчатые колёса, оси, шпиндели, подшипники, шатуны, коленчатые валы, бесшовные и сварные трубы.

Отдельная группа — легированные стали с содержанием вольфрама, молибдена, никеля, хрома, кремния или марганца. Их отличает повышенная твёрдость, прочность и сопротивляемость изнашиванию. При этом такие сплавы достаточно пластичны, чтобы обеспечить удобство механической обработки.

Для работы в тяжёлых условиях существуют жаропрочные, коррозионностойкие и высоколегированные стали. Примеры таких марок — 25Х13Н2, 08Х22Н6Т, 03Х18Н12 и др. В их числе — хладостойкие и жаростойкие сплавы, выдерживающие температуру до –80 ˚С и до +850 ˚С соответственно.

В каталоге «Металлоцентра Лидер-М» представлен широкий выбор труб из разных сталей. Можно подобрать изделия под любые проектно-технические требования. Для консультации по маркировке и выбору сплавов вы всегда можете обратиться к нашим специалистам.

Сталь 20 конструкционная углеродистая качественная

Сталь 20 относится к разряду обогащенных углеродом конструкционным сталям высокого уровня качества. На производства поставляется в нескольких вариациях – серебрянка, калиброванная, кованная или горячекатаная. Можно выделить пять типов данной разновидности стали по требованиям к ее механическим свойствам.

Типы стали по требованию к механическим свойствам:

  • Первый тип представляет собой сталь всех используемых видов обработки, но без проведенных испытаний по растяжению и ударной вязкости.
  • Второй тип – это образцы нормализованной стали всех типов обработки размеров в двадцать пять миллиметров, которые подвергаются испытаниям на растяжение и ударную вязкость.
  • Третий тип представляет собой все те же образцы, на которых проводятся вышеупомянутые испытания. Единственное отличие – это их размер. В этом типе он составляет от двадцати шести до ста миллиметров.
  • Четвертый тип представляет собой образцы из заготовок с размером  — до сотни миллиметров, которые были обработаны термическим путем. Они также применяются для проведения испытаний над материалом.
  • Пятый тип – это также образцы, которые изготовлены из отожженных или выскоопущенных сталей. Еще одно технологическое решение – это образцы из нагартованной стали.

Сталь 20 может быть при необходимости заменена схожими материалами марок 15 и 25.

Технологические свойства стали 20

Для начала процесса ковки достаточно разогреть сталь до +1280 градусов Цельсия, а завершаться процесс должен при температуре -750 градусов Цельсия, при том что охлаждение поковки производится воздушным способом. Сталь марки 20 относится с типу нефлокеночувствительных, а также она не склонна к отпускной способности. Возможность сваривания данного типа стали ничем не ограничена, за исключением тех деталей, которые подвергались химико-термической обработке.

Сталь 20 зачастую используется в процессе производства тех деталей, которые работают со сравнительно небольшим нагружением. Это могут быть оси, пальцы или шестерни, а также и те детали, которые будут подвергаться цементированию  для продления срока службы. Помимо всего, такой тип стали может быть использован в процессе изготовления особо тонких деталей, в большинстве своем работающих на истирание. Без термической обработки этот вид стали используется в производстве крюков подъемных кранов, а также прочих деталей, эксплуатация которых производится под некоторым давлением в диапазоне температур от -40 до +450 градусов Цельсия. Химико-термическая обработка наделяет сталь 20 всеми необходимыми свойствами для использования ее в качестве основы для деталей, главной особенностью которых является высокий уровень прочности поверхности.

 

Химический состав стали 20

Состав марки стали 20 очень разнообразен, ведь в нем  представлен углерод, марганец, кремний, медь, мышьяк, никель, фосфор и сера. По сути своей данный тип стали представляет собой очень интересную смесь, в составе которой имеется феррит  и перлит. В процессе термической обработки структуру материала можно изменить до пакетного мартенсита. Стоит отметить, что данные преобразования структуры приведут к тому, что прочность стали увеличиться, а ее пластичность, наоборот, уменьшиться. Если сталь 20 подвергнуть термической обработке, после этого она  может быть использована в процессе изготовления  особой продукции метизного типа.

C Si Mn S P Ni Cr Cu As Fe
0,17 — 0,24 0,17 — 0,37 0,35 — 0,65 до 0,04 до 0,04 до 0,25 до 0,25 до 0,25 до 0,08 ~98

 

Зарубежные аналоги стали 20

США 1020, 1023, 1024, G10200, G10230, h20200, M1020, M1023
Германия 1.0402, 1.0405, 1.1151, C22, C22E, C22R, Ck22, Cm22, Cq22, St35, St45-8
Япония S20C, S20CK, S22C, STB410, STKM12A, STKM12A-S, STKM13B, STKM13B-W
Франция 1C22, 2C22, AF42, AF42C20, C20, C22, C22E, C25E, XC15, XC18, XC25
Англия 050A20, 055M15, 070M20, 070M26, 1449-22CS, 1449-22HS, 1C22, 22HS, 430, C22, C22E
Евросоюз 1.1151, 2C22, C20E2C, C22, C22E
Италия C18, C20, C21, C22, C22E, C22R, C25, C25E
Бельгия C25-1, C25-2
Испания 1C22, C22, C25k, F.112, F.1120
Китай 20, 20G, 20R, 20Z
Швеция 1450
Болгария 20, C22, C22E
Венгрия A45.47, C22E
Польша 20, K18
Румыния OLC20, OLC20X
Чехия 12022, 12024
Австралия 1020, M1020
Швейцария Ck22
Юж.Корея SM20C, SM20CK, SM22C

 

Физические свойства стали 20

T E 10— 5 a 10 6 l r C R 10 9
Град МПа 1/Град Вт/(м·град) кг/м3 Дж/(кг·град) Ом·м
20 2,13   52 7859    
100 2,03 11,60 50.6 7834 486 219
200 1,99 12,60 48.6 7803 498 292
300 1,90 13,10 46.2 7770 514 381
400 1,82 13,60 42.8 7736 533 487
500 1,72 14,10 39.1 7699 555 601
600 1,60 14,60 35.8 7659 584 758
700   14,80 32 7617 636 925
800   12,90   7624 703 1094
900       7600 703 1135
1000         695  

 

Механические свойства стали 20 при температуре 20 

0С
Соответствие по ГОСТ Вид поставки  σВ (МПа) δ 5 (%) ψ (%) HB (не более)
1050-74 Сталь калиброванная:        
   горячекатаная, кованая и серебрянка 2-й категории после нормализации 410 25 55
   5-й категории после нагартовки 490 7 40
   5-й категории после отжига или высокого отпуска  390 21 50
10702-78 Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой:         
   после отпуска или отжига 390-490   50   163
   после сфероидизирующего отжига  340-440   50   163
   нагартованная без термообработки 490 7 40   207

 

Механические свойства стали 20 при повышенных температурах 

0С
 Температурные испытания, °С  σ0,2, МПа  σВ, МПа  δ5, %  ψ, %  KCU, Дж/см2
20 280 430 34 67 218
200 230 405 28 67 186
300 170 415 29 64 188
400 150 340 39 81 100
500 140 245 40 86 88
700   130 39 94  
800   89 51 96  
900   75 55 100  
1000   47 63 100  
1100   30 59 100  
1200   20 64 100  

 

Пределы выносливости стали 20

σ-1, МПа J-1, МПа n δ5, МПа σ0,2,МПа Термообработка, состояние стали
206   1Е+7 500 320  
245     520 310  
225     490 280  
205 127       Нормализация 910 С, отпуск 620 С.
193     420 280  
255 451       Цементация 930 С, закалка 810 С, отпуск 190 С.

 

Механические свойства стали 20 после ХТО

Сечение, мм σ0,2, МПа σВ, МПа δ5, % y , % KCU, Дж/м 2 HB HRC
Цементация 920-950 °С, воздух. Закалка 800-820 °С, вода. Отпуск 180-200 °С, воздух.
50 290-340 490-590 18 45 54 156 55-63

 

Технологические свойства стали 20

Коррозионная стойкость В среде H2S: скорость общей коррозии ≤ 0,5 мм/год; стойкость к водородному растрескиванию CLR ≤ 3 % CTR ≤ 6 %; стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением ≥ 75 % от σ0,2. По ТУ 14-3-1971-97 металл труб должен выдерживать испытания на водородное растрескивание по стандарту NACE ТМ 02 84 (испытательная среда NACE TM 01 77). Предельные значения коэффициентов длины (CLR) и толщины трещин (CTR) не должны превышать соответственно 3 и 6%. Металл труб должен выдерживать испытания на стойкость к сульфидному растрескиванию под напряжением. Пороговое напряжение СКРН должно быть не менее 75% (254 МРа) от минимального гарантируемого предела текучести материала. Скорость общей коррозии металла труб не должна превышать 0,5 мм/год.
Наплавка Наплавка уплотнительных поверхностей деталей трубопроводной арматуры в соответствии с ОСТ 26-07-2028-81 производится ручной электродуговой наплавкой электродами типа Э-20Х13 с обмазкой УОНИ-13НЖ, НИИ-48, НИИ-48Ж-1 или проволокой СВ-12Х13 или СВ-20Х13. Подготовка поверхности под наплавку производится механической обработкой. Наплавка производится с предварительным и сопутствующим нагревом детали до 400-450 °C не менее чем в 3 слоя толщиной не менее 4 мм без учета припуска на механическую обработку. Термообработка после наплавки производится путем отпуска при 550-600 °C (выдержка 2-5 ч) на твердость НВ=301-350, при 600-650 °C (выдержка 2-5 ч) на твердость НВ=240-300, при 400-450 °C (выдержка 2-5 ч) на твердость НВ=351-400. Температура печи при загрузке деталей для отпуска должна быть не более 300 °C.
Обрабатываемость резаньем В горячекатанном состоянии при НВ 126-131 и sВ=450-490 МПа Kn тв.спл.=1,7 Kn б.ст.=1,6.
Свариваемость Сваривается без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки. Способы сварки РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС. Для ручной дуговой сварки используются электроды МР-3 или УОНИ13/45А; для автоматической под флюсом — проволока Св-08А, Cв-08ГA или Св-10Г2 с флюсом АН-348А; для сварки в защитных газах Ar и CO2 — сварочная проволока Св-08Г2С.
Склонность к отпускной хрупкости Не склонна.
Температура ковки Начала — 1280 °C, конца — 750 °C. Охлаждение на воздухе.
Флокеночувствительность не чувствительна.

 

Ударная вязкость стали 20 KCU (Дж/см3) при низких температурах °С

Соответствие по ГОСТ Вид поставки Сечение, мм KCU при +20 KCU при -40 KCU при -60
19281-73 Сортовой и фасонный прокат от 5 до 10 64 39 34
от 10 до 20 вкл. 59 34   29
от 20 до 100 вкл. 59 34  

 

Предел текучести стали 20

Температура испытания, °C/s0,2
150 200 250 300 320 350 400 450
≥215 ≥210 ≥196 ≥180   ≥160 ≥137 ≥127

 

Химический состав стали 20 по ТУ и ГОСТ

НТД C S P Mn Cr Zn V Sn Si Sb Pb Ni N Mo Fe Cu Bi As Al
ТУ 14-1-3987-85 0,17-0,24 ≤0,025 ≤0,030 0,35-0,65 ≤0,25 0,17-0,37 ≤0,30 ≤0,30
ТУ 14-1-5058-91 0,18-0,24 ≤0,012 ≤0,020 0,35-0,65 ≤0,15 ≤0,0040 ≤0,040 ≤0,005 0,17-0,37 0,00015-0,00045 ≤0,0030 ≤0,10 ≤0,010 ≤0,10 0,0002-0,00045 ≤0,010
ГОСТ 11017-80 0,17-0,24 ≤0,035 ≤0,035 0,35-0,65 ≤0,25 0,17-0,37 ≤0,30 ≤0,006 ≤0,30 ≤0,080
ГОСТ 19277-73, ГОСТ 21729-76 0,17-0,24 ≤0,035 ≤0,035 0,35-0,65 ≤0,25 0,17-0,37 ≤0,25 ≤0,20
ТУ 14-1-1529-2003 0,17-0,24 ≤0,025 ≤0,030 0,35-0,65 ≤0,25 0,17-0,37 ≤0,25 Ост.  ≤0,30
ТУ 14-3Р-251-2007, ТУ 14-3-251-74, ГОСТ 1050-88 0,17-0,24 ≤0,040 ≤0,035 0,35-0,65 ≤0,25 0,17-0,37 ≤0,30 ≤0,006 ≤0,30 ≤0,080
ТУ 14-3-808-78 0,17-0,24 ≤0,040 ≤0,035 0,35-0,65 ≤0,25 0,17-0,37 ≤0,25 ≤0,006 ≤0,25 ≤0,080 0,02-0,08
ТУ 14-3-1971-97 0,17-0,21 ≤0,008 ≤0,012 0,35-0,65 ≤0,25 ≤0,060 0,17-0,37 ≤0,30 ≤0,30 0,02-0,05
ТУ 14-3-341-75 0,17-0,24 ≤0,025 ≤0,030 0,35-0,65 ≤0,025 0,17-0,37 ≤0,25 ≤0,30
ТУ 14-162-14-96 0,17-0,22 ≤0,015 ≤0,015 0,50-0,65 ≤0,25 0,17-0,37 ≤0,25 ≤0,25 0,03-0,05
ТУ 14-1-5185-93 0,18-0,24 0,002-0,015 0,005-0,015 0,35-0,65 ≤0,15 0,0005-0,0040 0,002-0,100 0,0005-0,0040 0,17-0,37 0,0005-0,0030 0,0003-0,0040 ≤0,15 0,002-0,012 ≤0,15 0,0001-0,0030 ≤0,010 0,002-0,009
ТУ 08.002.0501.5348-92 0,17-0,24 ≤0,020 ≤0,035 0,35-0,65 ≤0,25 0,17-0,37 ≤0,30 ≤0,30
ТУ 14-159-1128-2008 0,17-0,24 ≤0,025 ≤0,030 0,35-0,65 ≤0,25 0,17-0,37 ≤0,30 ≤0,006 ≤0,30 ≤0,080
ТУ 14-161-148-94 0,17-0,24 ≤0,013 ≤0,018 0,35-0,65 0,17-0,37 ≤0,25 ≤0,25
TУ 1317-006.1-593377520-2003 0,17-0,24 ≤0,015 ≤0,017 0,35-0,65 ≤0,40 ≤0,050 0,17-0,37 ≤0,25 ≤0,008 ≤0,25 0,02-0,05
ТУ 1301-039-00212179-2010 0,17-0,24 ≤0,025 ≤0,030 0,35-0,65 ≤0,25 0,17-0,37 ≤0,25 ≤0,15 ≤0,30
ТУ 14-3Р-55-2001, ТУ 14-3-460-2003 0,17-0,24 ≤0,025 ≤0,030 0,35-0,65 ≤0,25 0,17-0,37 ≤0,25 ≤0,30
ТУ 14-3Р-1128-2007 0,17-0,24 ≤0,025 ≤0,030 0,35-0,65 ≤0,25 0,17-0,37 ≤0,30 ≤0,008 ≤0,30

 

Обозначения используемые в таблицах

Механические свойства:

  • sв — Предел кратковременной прочности, [МПа]
  • sТ — Предел текучести, [МПа]
  • s0,2 — Предел пропорциональности (допуск на остаточную деформацию — 0,2%), [МПа]
  • d5 — Относительное удлинение при разрыве, [ % ]
  • y — Относительное сужение, [ % ]
  • KCU — Ударная вязкость, [ кДж / м2]
  • HB — Твердость по Бринеллю, [МПа]
  • HV — Твердость по Виккерсу, [МПа]
  • HSh — Твердость по Шору, [МПа]

Физические свойства:

  • T — Температура, при которой получены данные свойства, [Град]
  • E — Модуль упругости первого рода, [МПа]
  • a — Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o — T ) , [1/Град]
  • l — Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
  • r — Плотность материала , [кг/м3]
  • C — Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o — T ), [Дж/(кг·град)]
  • R — Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Маркировка сталей, как в ней разобраться

24 апреля 2020

Наличие широкого сортамента выпускаемых сталей и сплавов, изготавливаемых в различных странах, обусловило необходимость их идентификации, однако до настоящего времени не существует единой системы маркировки сталей и сплавов, что создает определенные трудности для металлоторговли.

Так в России и в странах СНГ (Казахстан, Белоруссия и др.) принята разработанная раннее в СССР буквенно-цифровая система обозначения марок сталей и сплавов, где согласно ГОСТу, буквами условно обозначаются названия элементов и способов выплавки стали, а цифрами — содержание элементов.

Европейская системаобозначений стали, регламентирована стандартом EN 100 27. Первая часть этого стандарта определяет порядок наименования сталей, а вторая часть регламентирует присвоение сталям порядковых номеров.

В Японии наименование марок стали, как правило, состоит из нескольких букв и цифр. Буквенное обозначение определяют группу, к которой относится данная сталь, а цифры — ее порядковый номер в группе и свойство.

В США существует несколько систем обозначения металлов и их сплавов. Это объясняется наличием нескольких организаций по стандартизации, к ним относятся АMS, ASME, ASTM, AWS, SAE, ACJ, ANSI, AJS. Вполне понятно, что такая маркировка требует дополнительного разъяснения и знания при торговле металлом, оформлении заказов и т. п.

До настоящего времени международные организации по стандартизации не выработали единую систему маркировки сталей.

В связи с этим существуют разночтения, приводящие к ошибкам в заказах и как следствие нарушения качества изделий.

В России и странах СНГ принята буквенно-цифровая система, согласно которой цифрами обозначается содержание элементов стали, а буквами — наименование элементов. Буквенные обозначения применяются также для указания способа раскисления стали: «КП — кипящая сталь, ПС — полуспокойная сталь, СП — спокойная сталь».

Существуют определенные особенности обозначения для разных групп сталей конструкционных, строительных, инструментальных, нержавеющих и др. Общими для всех обозначениями являются буквенные обозначения легирующих элементов: Н — никель, Х — хром, К — кобальт, М — молибден, В — вольфрам, Т — титан, Д — медь, Г — марганец, С — кремний.

Конструкционные стали обыкновенного качества нелегированные (ГОСТ 380-94) обозначают буквами СТ., например СТ. 3. Цифра, стоящая после букв, условно обозначает процентное содержание углерода стали.

Конструкционные нелегированные качественные стали (ГОСТ 1050-88) обозначают двузначным числом, указывающим на среднее содержание углерода (например, СТ. 10).

Качественные стали для производства котлов и сосудов высокого давления согласно (ГОСТ 5520-79) обозначают как конструкционные нелегированные стали, но с добавлением буквы К (например, 20К).

Конструкционные легированные стали, согласно ГОСТ 4543-71, обозначают буквами и цифрами. Цифры после каждой буквы обозначают примерное содержание соответствующего элемента, однако при содержании легирующего элемента менее 1,5% цифра после соответствующей буквы не ставится. Качественные дополнительные показатели пониженное содержание примесей типа серы и фосфата обозначаются буквой — А или Ш, в конце обозначения, например (12 Х НЗА, 18ХГ-Ш) и т. п.

Литейные конструкционные стали, согласно ГОСТ 977-88, обозначаются как качественные и легированные, но в конце наименования ставят букву Л.

Стали строительные, согласно ГОСТ 27772-88, обозначают буквой С и цифрами, соответствующими минимальному пределу текучести стали. Дополнительно применяют обозначения: Т — термоупрочненный прокат, К — повышенная коррозионная стойкость, (например, С 345 Т, С 390 К и т. п.). Аналогично буквой Д обозначают повышенное содержание меди.

Стали подшипниковые, согласно ГОСТ 801-78, обозначаются также как и легированные, но с буквой Ш в конце наименования. Следует заметить, что для сталей электрошлакового переплава буква Ш обозначается через тире, (например, ШХ 15, ШХ4-Ш).

Стали инструментальные нелегированные, согласно ГОСТ 1435-90 делят на качественные, обозначаемые буквой У и цифрой, указывающей среднее содержание углерода (например, У7, У8, У10) и высококачественные, обозначаемые дополнительной буквой А в конце наименования (например, У8А) или дополнительной буквой Г, указывающей на дополнительное увеличение содержания марганца (например, У8ГА).

Стали инструментальные легированные, согласно ГОСТ 5950-73, обозначаются также как и конструкционные легированные (например, 4Х2В5МФ и т. п.).

Стали быстрорежущие в своем обозначении имеют букву Р (с этого начинается обозначение стали), затем следует цифра, указывающая среднее содержание вольфрама, а затем буквы и цифры, определяющие массовое содержание элементов. Не указывают содержание хрома, т. к. оно составляет стабильно около 4% во всех быстрорежущих сталях и углерода, т. к. последнее всегда пропорционально содержанию ванадия. Следует заметить, что если содержание ванадия превышает 2,5%, буква Ф и цифра указываются, (например, стали Р6М5 и Р6 М5Ф3).

Стали нержавеющие стандартные, согласно ГОСТ 5632-72, маркируют буквами и цифрами по принципу, принятому для конструкционных легированных сталей (например, 08Х18Н10Т или 16Х18Н12С4ТЮЛ).

Стали нержавеющие, нестандартные опытных партий обозначали буквами — индексами завода производителя и порядковыми номерами. Буквы ЭИ, ЭП, или ЭК присваивают сталям, впервые выплавленным заводом «Электросталь», ЧС — сталям выплавки Челябинского завода «Мечел», например, ЭИ-435, ЧС-43 и др.

Для обозначения способа выплавки доводки названия ряда сталей дополняют буквами (например, 13Х18Н10-ВИ), что означает вакуумно- индукционная выплавка.

Нержавейка и углеродистая сталь — свойства и различия

Сталь – неотъемлемый материал во всех сферах промышленности. Стальные изделия используются повсеместно – от бытового применения до промышленного.

Стали классифицируются на обычные углеродистые стали, низколегированные и высоколегированные стали. Углеродистая сталь состоит в основном из железа и углерода в качестве основных легирующих элементов. Нержавейка относится к высоколегированным сталям с высоким содержанием дополнительных элементов в сплаве.

Свойства стали

Обычные углеродистые стали мягкие и легко поддаются формовке. С увеличением содержания углерода может быть достигнута более высокая твердость при сниженной пластичности. Высокоуглеродистые стали также демонстрируют плохую свариваемость и термостойкость.

Нержавейка по своей природе устойчива к коррозии. Хром образует тонкий самовосстанавливающийся слой вокруг металла, защищая нижележащий металл от воздействия агрессивных сред. Нержавеющая сталь улучшает внешний вид благодаря превосходному качеству поверхности. Состав нержавеющих сталей может быть подобран в соответствии с конкретными задачами.

Нержавеющая сталь с более высокой коррозионной стойкостью обеспечивает лучшие показатели эксплуатации в агрессивных средах. Также она отлично подходит в ситуациях, когда важна эстетика компонента, так как обеспечивает превосходное качество поверхности. Выбор также может быть основан на бюджете. Нержавейка содержит дорогостоящие легирующие элементы, что увеличивает ее стоимость по сравнению с обычной углеродистой сталью. Однако, высокая стоимость нержавейки при закупке оправдывается долгим сроком эксплуатации без особых затрат на обслуживание изделий.

Специалисты компании Металлобаза №2 помогут подобрать нержавеющую сталь с учетом особенностей эксплуатации и вашего бюджета. Чтобы подобрать и купить нержавейку – обращайтесь в филиалы компании М2.

Нержавейка для пищевой промышленности, особенности применения

Сделать заказ можно по телефону

Наши специалисты с радостью вам помогут

+7 495 775-50-79

Нержавеющая сталь была изобретена на рубеже 19 и 20 столетия нашей эры. Первоначально материал использовался как очень качественное сырье для производства бытовых предметов – ложек, ножей, вилок, кружек. И только ближе к 50 годам 20 века ученые осознали реальную ценность нержавейки для пищевой промышленности.

На сегодня наравне со стеклом и некоторыми видами полимеров применяется нержавейки для пищевой промышленности. Материал используется для создания тары под хранение готовой продукции, трубопроводов и чанов для производства и перевозки сырья.

Использование нержавеющей стали для изготовления различного промышленного оборудования для производства пищевых продуктов обусловлено высоким сопротивлением материала естественной коррозии даже под воздействием ускоряющих ее факторов. Также материал практически не подвергается действию химически активных веществ, содержащихся сырье для производства молочной продукции. Это позволяет избежать появления каверн в которых будет задерживаться сырье и образовываться среда для появления грибков и плесени.

Чаще всего нержавейка в пищевой промышленности используются под мароками стали AISI 304 и AISI 316. Эти стали относятся к аустенитным материалам, обладающим высокой прочностью при довольно хорошей пластичности. Нержавеющая сталь состоит из смеси металла и хрома, с небольшим добавлением углерода. Хром и придает материалу особую стойкость к коррозии. Аустенитные материалы являются немагнитными а их структура образует плотную кристаллическую решетку, которая несколько напоминает жидкий металл. Такие материалы имеют практически идеально гладкую поверхность, которая не нуждается в дополнительной полировке.

Для пищевой промышленности важным свойством аустенитных сталей является то, что при производстве сварочных работ на месте соединения материала не образуется между шовного пространства. Материал при температуре близком к плавлению становится пластичным и смешивается. Но нержавеющая сталь, помимо хрома, содержание которого строго лимитируется по международным нормам, содержит и никель. Присутствие этого материала придает нержавеющей стали пластичность. Но для некоторых узлов требуется особая прочность, и тогда приходится использовать нержавеющую сталь, легируемую только хромом.


Устойчивые к коррозии материалы | Руководство по выбору материалов

Связаться с экспертомДоступ к экспертным сервисам


Нержавеющая сталь 316

Нержавеющая сталь

Во всех марках нержавеющей стали главными компонентами, отвечающими за коррозионную стойкость и пластичность металла, являются хром и никель. Добавление > 10 % хрома делает сталь нержавеющей, создавая на поверхности слой, содержащий большое количество оксида хрома. Этот слой образуется в результате реакции содержащегося в сплаве хрома с кислородом из атмосферного воздуха. Он придает стали свойство, которое делает ее нержавеющей. Добавление никеля обеспечивает хорошую пластичность и улучшенные свойства формовки и сварки.

Однако не все прутковые заготовки одинаковы. Содержание никеля и хрома в трубных обжимных фитингах и инструментальных кранах Swagelok из нержавеющей стали 316/316L превышает минимальные требования стандартов ASTM для прутков и поковок.

Следует учитывать, что хотя нержавеющая сталь разных марок и не подвержена сплошной коррозии, на ней может возникать местная коррозия.

Для борьбы со:

сплошной коррозией; водородным охрупчиванием; межкристаллитной коррозией

Материал имеет значение

Опасность коррозионного растрескивания под напряжением возрастает при высоких значениях концентрации хлоридов, температуры и растягивающих напряжений. Все марки нержавеющей стали подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением. Мы провели испытания фитингов Swagelok для трубок под давлением на устойчивость к SCC и получили превосходные результаты.

Трубные обжимные фитинги и инструментальные краны Swagelok из нержавеющей стали 316 превышают минимальные требования стандартов ASTM.

Cплавы 6Mo

Нержавеющая сталь

Сплавы 6-Moly (6Mo) представляют собой супераустенитную нержавеющую сталь, которая содержит не менее 6 % молибдена и имеет значение PREN (коэфф. устойчивости к точечной коррозии) не ниже 40. Сплав 6HN (UNS N08367) содержит на 6 весовых процентов больше никеля (Ni), чем сплав 254 (UNS S31254). Благодаря такому повышенному содержанию никеля сплав 6HN имеет повышенную стабильность с точки зрения формирования нежелательных интерметаллических фаз. Сплав 6HN проявил более высокую коррозионную стойкость в хлоридсодержащих средах по сравнению со сплавом 254.

  • Устойчивость к точеной и щелевой коррозии под воздействием хлоридов.
  • Устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением (CSCC) под воздействием хлоридов.
  • Предел текучести материала на 50 % выше, чем у аустенитных нержавеющих сталей серии 300.
  • Ударная прочность, хорошая обрабатываемость и свариваемость.
  • Возможность использования в среде высокосернистого газа (NACE MR0175/ISO 15156)
  • Изделия Swagelok из сплава 6-Moly предлагаются из прутков и поковок 6HN (UNS N08367), соответствующих требованиям стандарта NORSOK M-650, регламентирующего поставщиков стали.

Для борьбы со:

сплошной коррозией; местной коррозией; коррозионным растрескиванием под напряжением


Сплав cупердуплексной нержавеющей стали 2507

Нержавеющая сталь

Дуплексная нержавеющая сталь имеет двухфазную микроструктуру, состоящую из зерен аустенита и феррита. Такая структура придает этим материалам сочетание привлекательных свойств, включая прочность, пластичность и коррозионную стойкость.

Сплав супердуплексной феррито-аустенитной нержавеющей стали 2507 отлично подходит для работы в высококоррозионных условиях. В ее состав входят никель, молибден, хром, азот и марганец, что обеспечивает превосходную устойчивость к сплошной, точечной и щелевой коррозии, коррозионному, а также растрескиванию под напряжением при сохранении качества свариваемости.

  • Повышенный предел текучести и прочности на разрыв при повышенных номинальных параметрах давления.
  • По сравнению с трубками из стали 316/316L с таким же наружным диаметром и номинальным давлением меньшая толщина стенок способствует увеличению потока среды.
  • Свариваемость.
  • Области применения с температурами до 482 °F (250 °C).
  • Более высокая теплопроводность / более низкий коэффициент температурного расширения в сравнении с нержавеющей сталью 316.
  • Возможность использования в среде высокосернистого газа (NACE MR0175/ISO 15156)
  • Изделия Swagelok из сплава 2507 предлагаются из прутков и поковок, соответствующих требованиям стандарта NORSOK M-650, регламентирующего поставщиков стали.
Механические свойства сплава 2507 делают его превосходным выбором для морских систем высокого давления и подводных систем, где необходимо учитывать факторы коррозии, большого расхода среды и веса.

Для борьбы со:

сплошной коррозией; местной коррозией; коррозионным растрескиванием под напряжением


Сплав 825

Никелевые сплавы

Назначение сплава 825 (Incoloy® 825), в состав которого входят никель, железо, хром и молибден, состоит в том, чтобы обеспечить устойчивость к сплошной, точечной и щелевой коррозии, а также коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC) в широком диапазоне рабочих сред.

  • Стойкость к межкристаллитной коррозии благодаря стабилизации титаном
  • Возможность использования в среде высокосернистого газа (NACE MR0175/ISO 15156)
  • Стойкость при использовании в кислотных средах (в т. ч. в серной или фосфорной кислоте).

Для борьбы со:

General Corrosion; Localized Corrosion; Stress Corrosion Cracking; Sour Gas Cracking


Сплав 625

Никелевые сплавы

Назначение сплава 625 (Inconel® 625), в состав которого входят никель, хром и молибден с небольшой добавкой ниобия, состоит в том, чтобы снизить риск межкристаллитной коррозии в широком спектре крайне агрессивных сред.

  • Стойкость к воздействию соляной и азотной кислот.
  • Прочность и пластичность.
  • Стойкость к щелевой и точечной коррозии при высоких температурах.
  • Возможность использования в среде высокосернистого газа (NACE MR0175/ISO 15156)

Для борьбы со:

сплошной коррозией; местной коррозией; коррозионным растрескиванием под напряжением; Коррозия под воздействием высокосернистой среды


Сплав C-276

Никелевые сплавы

Сплав C-276 (Hastelloy® C-276) содержит никель, молибден и хром. Высокое содержание молибдена делает этот сплав особо устойчивым к точечной и щелевой коррозии. Он относится к немногим материалам, которые обладают устойчивостью к коррозионным воздействиям влажного газообразного хлора, гипохлорита и диоксида хлора.

  • Устойчивость к окислительным и кислотным рабочим средам.
  • Пластичность, ударная вязкость и прочность при высоких температурах.
  • Устойчивость к щелевой и точечной коррозии, сульфидной коррозии под напряжением (SSC) и межкристаллитной коррозии (IGC)
  • Возможность использования в среде высокосернистого газа (NACE MR0175/ISO 15156)

Следует иметь в виду, что данный сплав НЕ рекомендуется использовать в средах с сильной окислительной способностью, таких как горячая и концентрированная азотная кислота.

Для борьбы со:

сплошной коррозией; местной коррозией; коррозионным растрескиванием под напряжением; Коррозия под воздействием высокосернистой среды


Сплав 400

Никелевые сплавы

Сплав 400 (Monel® 400) является медно-никелевым сплавом, который известен своей исключительной стойкостью к плавиковой кислоте, а также к коррозионному растрескиванию под напряжением и точечной коррозии в большинстве видов чистых и технических вод.

  • Прочность и коррозионная стойкость в условиях широкого диапазона температур и рабочих сред.
  • Сохранение механических свойств при температурах ниже нуля.

Следует иметь в виду, что стоячая морская вода по результатам экспериментов способствует возникновению щелевой и точечной коррозии у данного сплава.

Для борьбы со:

сплошной коррозией; местной коррозией; коррозионным растрескиванием под напряжением; Коррозия под воздействием высокосернистой среды


Титановые сплавы

Стабильная оксидная пленка с надежной адгезией защищает титановые сплавы от коррозии. Эта пленка образуется мгновенно под воздействием воздуха или влаги на поверхность. Следует избегать безводных условий в отсутствие источника кислорода, поскольку в случае повреждения защитная пленка не восстановится.

Титан успешно применяется во многих системах благодаря превосходной коррозионной стойкости в следующих средах:

  • хлоридсодержащие растворы и газ с содержанием влажного хлора;
  • водные растворы хлоритов, гипохлоритов, перхлоратов и двуокиси хлора;
  • естественная и хлорированная морская вода достаточно высокой температуры.

Титан и его сплавы:

  • обладают исключительно высокой стойкостью к коррозии, вызванной микроорганизмами;
  • высокоустойчивы к кислотам-окислителям различной концентрации и температуры (к распространенным кислотам этой категории относятся азотная, хромовая, хлорная и хлорноватистая кислота [влажный Cl]).

Ограничивающие факторы для применения титана и его сплавов:

  • нелегированный титан иногда подвержен коррозии в водных хлоридсодержащих средах при условиях, не прогнозируемых с помощью скорости общей коррозии;
  • сухой хлор может подвергнуть титан резкому окислению, вплоть до возгорания;
  • титан не подходит для использования с фтористыми газами, чистым кислородом и водородом.

Сочетания компонентов из различных сплавов

В морских установках, в которых фитинги Swagelok из нержавеющей стали 316/316L проявили себя хорошо, а трубки из стали 316/316L подверглись щелевой коррозии в хомутах, возможно, будет экономически выгодно использовать фитинги из стали 316/316L в сочетании с трубками из более коррозионностойкого сплава. В сочетаниях компонентов из различных сплавов используются трубные обжимные фитинги Swagelok из стали 316/316L с трубками из сплавов 254, 904L, 825 или Tungum® (медный сплав UNS C69100).

Повышенное содержание хрома и никеля в стали 316/316L обеспечивает более высокую стойкость трубных обжимных фитингов Swagelok к местной коррозии. Превосходный обхват трубки обеспечивается за счет запатентованной компанией Swagelok конструкции заднего обжимного кольца и шарнирно-цангового способа обжима (hinging-colleting™), при котором достигается низкий крутящий момент и вращение гайки не передается на трубку. Процесс низкотемпературного науглероживания SAT 12, запатентованный компанией Swagelok, применяется для упрочения поверхности задних обжимных колец, что упрощает достижение превосходного обхвата трубок из вышеперечисленных сплавов.

Сочетания компонентов из различных сплавов могут стать экономически эффективным коррозионностойким решением, обеспечивающим следующие преимущества в морских установках:

  • содержание никеля и хрома в стандартной нержавеющей стали Swagelok 316, превышающее минимальные требования стандарта ASTM A479, благодаря чему достигается более высокое значение PREN и повышенная стойкость к местной коррозии;
  • высокая стойкость к точечной и щелевой коррозии трубок из специальных сплавов;
  • низкий риск контактной коррозии за счет позиций 316, 254, 904L и 825 в таблице электродных потенциалов или с учетом длительной успешной эксплуатации фитингов из стали 316/316L с трубками из сплава Tungum.

Как и во всех узлах, в которых используются разные материалы, значения номинального давления для трубок и фитингов из разных сплавов определяются по материалу с самым низким значением номинального давления. Номинальные параметры давления см. в справочнике «Данные по трубкам — сочетания компонентов из различных сплавов», MS-06-117.

С помощью числового эквивалента стойкости к точечной коррозии (Pitting Resistance Equivalent Number, PREN) измеряется стойкость к местной точечной коррозии. Более высокие значения PREN показывают более высокую стойкость материала к точечной коррозии.

Связаться с экспертомДоступ к экспертным сервисам


Чтобы получить больше информации, ознакомьтесь с дополнительными полезными информационными материалами от Swagelok.


> Просмотреть и загрузить подготовленную к печати версию руководства по подбору материалов

Все, что вам нужно знать о сплавах стали

Если вы когда-либо задавались вопросом, какой металл в мире используется чаще всего, вы можете быть удивлены (или не удивлены в этом отношении), узнав, что это сталь. Сталь прочна и широко используется. Многие объекты, с которыми мы с вами регулярно взаимодействуем, сделаны из стали. Тем не менее, учитывая ее популярность и применимость, многие люди относительно не осведомлены о различных свойствах, тонкостях и использовании стали. Если это правда для вас, вы, вероятно, найдете интересную информацию в этом посте.

Истоки современных стальных сплавов

Сталь впервые была получена путем добычи железной руды из земли, плавления руды в печи для удаления примесей и добавления углерода. Сегодняшний процесс производства стали предполагает переработку существующей стали. Добыта ли она на Земле или переработана, сталь представляет собой комбинацию железа и углерода.

Поскольку сталь является полностью перерабатываемым материалом, нет ограничений на то, сколько раз сталь может быть повторно использована и перепрофилирована. По данным Американского института железа и стали,

«Североамериканские сталеплавильные печи потребляют почти 70 миллионов тонн отечественного стального лома при производстве новой стали… Используя стальной лом для производства новой стали, сталелитейная промышленность Северной Америки экономит энергию, выбросы, сырье и природные ресурсы.”

Кроме того, переработка стали не приводит к потере качества или прочности.

Группы сталей: нержавеющая, углеродистая, инструментальная и легированная

Когда вы впервые пытаетесь понять сталь, легко потерпите поражение. Отчасти это связано с тем, что сталь состоит из четырех различных групп. Немного разобравшись в этих группах, вы найдете информацию о стали более удобоваримой. К четырем группам относятся нержавеющая сталь, углерод, инструмент и сплав, и они сгруппированы по химическому составу.

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь известна как самая коррозионно-стойкая из четырех групп. Нержавеющая сталь обычно включает хром, никель или молибден, причем эти сплавы составляют около 11-30 процентов стали.

Из четырех групп сталей наиболее широко известна нержавеющая сталь. Он обычно используется в пищевой и пищевой промышленности, в медицинских инструментах, оборудовании и бытовой технике.

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь

и нержавеющая сталь содержат одни и те же основные компоненты железа и углерода, но их состав различается по содержанию сплава.Углеродистая сталь содержит менее 10,5% сплава. Обычно углеродистую сталь разбивают на три подкатегории: низкоуглеродистая сталь (0,03–0,15% углерода), среднеуглеродистая сталь (0,25–0,50% углерода) и высокоуглеродистая сталь (0,55–1,10% углерода).

По мере увеличения процентного содержания углерода сталь становится тверже, и ее становится труднее сгибать или сваривать. Чаще используются низкоуглеродистые стали из-за более низких производственных затрат, большей пластичности и простоты использования в производстве.Низкоуглеродистые стали с большей вероятностью деформируются под нагрузкой, а высокоуглеродистые стали более склонны к разрушению под давлением. Низкоуглеродистые стали обычно используются в автомобильных панелях, болтах, приспособлениях, бесшовных трубах и стальных листах.

Инструментальная сталь

Инструментальная сталь имеет содержание углерода от 0,5% до 1,5%. Инструментальная сталь содержит другие добавки, в том числе вольфрам, хром, ванадий и молибден. Инструментальные стали известны своей твердостью и способностью удерживать режущую кромку при повышенных температурах.Это, в сочетании с устойчивостью к износу и деформации, делает инструментальную сталь идеально подходящей для использования при механической обработке и изготовлении инструмента.

Легированная сталь

Если вы технический специалист, сталь, которая попадает в любую из этих четырех групповых классификаций, является сплавом, но я говорю не об этом. «Легированная сталь» отличается от «стальных сплавов». Итак, что такое легированная сталь? Легированная сталь — это сталь, в состав которой входит около 5% легирующих элементов. Эти легирующие элементы могут включать марганец, хром, ванадий, никель и вольфрам.Добавление легирующих элементов увеличивает общую обрабатываемость и коррозионную стойкость.

Легированная сталь

чаще всего используется для производства труб, особенно труб, связанных с энергетикой. Он также используется в производстве нагревательных элементов в таких приборах, как тостеры, столовое серебро, кастрюли и сковороды, а также коррозионностойкие контейнеры.

Надеюсь, вы лучше понимаете сталь в целом и четыре группы стали, на которые часто подразделяются: нержавеющая сталь, углеродистая сталь, инструментальная сталь и легированная сталь.Если вы хотите узнать больше о нержавеющей стали, вы можете бесплатно скачать нашу техническую документацию по стали:

Как производится нержавеющая сталь?

Возможно, вы уже знакомы со свойствами различных типов нержавеющей стали, например, с тем, как нержавеющая сталь марки 304 обладает превосходной коррозионной стойкостью или как отожженная и снятая напряжения нержавеющая сталь 430 имеет невероятно высокую твердость. Однако у многих возникает один общий вопрос: «Как производится нержавеющая сталь?»

Хотя Marlin Steel не производит слитки или проволоку из нержавеющей стали, производственная группа ежедневно работает с металлом из нержавеющей стали.Чтобы понять, как работать с различными типами нержавеющей стали, необходимо знать, как они сделаны и как их можно модифицировать.

Итак, вот краткое объяснение того, как производится нержавеющая сталь.

Что такое нержавеющая сталь?

Прежде чем объяснять, как производится нержавеющая сталь, важно знать, что такое нержавеющая сталь и чем она отличается от простой стали. По своей сути нержавеющая сталь представляет собой сплав железа и нескольких других элементов (таких как никель, хром, молибден и углерод), который более устойчив к коррозии, чем обычное железо или сталь (которые просто железо и углерод).

Эти элементы из нержавеющей стали, такие как никель, хром и другие добавки, создают пассивный оксидный слой, который препятствует образованию ржавчины и создает блестящую отражающую поверхность. Блестящую поверхность нержавеющей стали очень трудно потускнить по сравнению с простой сталью, поэтому ее называют «нержавеющей» сталью.

Сырье

Металлическая нержавеющая сталь образуется при плавлении никеля, железной руды, хрома, кремния, молибдена и других материалов.Металл из нержавеющей стали содержит множество основных химических элементов, которые, сплавившись вместе, образуют мощный сплав.

Различные пропорции элементов из нержавеющей стали — железа, никеля, хрома, молибдена и углерода (среди прочих) — определяют тип нержавеющей стали. Отношение железа к другим материалам влияет на то, насколько прочен защитный оксидный слой, насколько устойчив металл к определенным коррозионным веществам, а также на некоторые другие механические свойства (твердость, температуру плавления, модуль сдвига и т. Д.).

Эти различные соотношения компонентов из нержавеющей стали позволяют производить различные типы сплавов нержавеющей стали. Каждая уникальная комбинация называется «сортом» нержавеющей стали, например, нержавеющая сталь марки 304, нержавеющая сталь марки 316 или нержавеющая сталь марки 420.

Как производится нержавеющая сталь?

Во-первых, при производстве нержавеющей стали производитель должен точно определить, какой тип нержавеющей стали он хочет производить. Это важно, потому что сорт нержавеющей стали, которую они хотят изготавливать, будет влиять на соотношение материалов нержавеющей стали, которые будут присутствовать в смеси, таких как железо, углерод, никель и т. Д.Эти соотношения не всегда точны — иногда они находятся в диапазоне из-за неизбежного риска расхождения в чистоте каждого элемента в смеси.

Производственный процесс: как сделать нержавеющую сталь

После того, как сырье собрано, можно начинать остальную часть процесса производства нержавеющей стали. Вот основные шаги:

  1. Плавка сырья. Различные материалы из нержавеющей стали помещаются в печь (обычно это электрическая печь для современного производства нержавеющей стали) и нагреваются до точки плавления.По данным Metallicupermarkets.com и других источников, этот процесс может занять от 8 до 12 часов. Как только металл расплавлен, производство нержавеющей стали может переходить к следующему этапу.
  2. Удаление излишков углерода. Расплавленный материал помещают в систему вакуумного кислородного обезуглероживания (VOD) или кислородного обезуглероживания аргона (AOD) для удаления избыточного углерода. В зависимости от того, сколько углерода удаляется, в результате этого процесса может быть получен стандартный или низкоуглеродистый вариант сплава — например, 304 по сравнению с нержавеющей сталью 304L.Это может повлиять на прочность на разрыв и твердость конечного продукта.
  3. Настройка или перемешивание. Чтобы улучшить качество конечного продукта, расплавленную сталь можно перемешать, чтобы помочь распределить и / или удалить определенные компоненты нержавеющей стали из смеси. Это помогает обеспечить однородное качество нержавеющей стали и соответствие спецификациям, требуемым конечными пользователями (например, Marlin Steel).
  4. Формовка металла. По мере того, как нержавеющая сталь начинает остывать, ее подвергают различным формам обработки — начиная с горячей прокатки, когда температура стали все еще превышает температуру кристаллизации.Горячая прокатка помогает придать стали грубую форму и часто используется для создания заготовок или блюсов из металла. Для создания металлических блюмов или заготовок точных размеров нержавеющая сталь может подвергаться холодной прокатке.
  5. Термическая обработка / отжиг. Для снятия внутренних напряжений и изменения механических свойств нержавеющей стали ее можно отжигать (нагревать и охлаждать в контролируемых условиях). После отжига сталь может нуждаться в удалении окалины, чтобы не повредить защитный оксидный слой.
  6. Резка и формовка. После процесса отжига нержавеющая сталь подвергается различным процессам резки и формовки, чтобы создать идеальный конечный продукт для применения. Конкретные операции, используемые для резки нержавеющей стали, будут варьироваться в зависимости от размера и формы заготовки / блюма и желаемого конечного продукта. Например, при изготовлении толстых металлических пластин сталь можно разрезать механически большими ножницами по металлу. Между тем, вырубные станки с ЧПУ или станки для лазерной резки могут использоваться для вырезания форм из более тонких металлических листов.Производственная группа Marlin Steel часто создает индивидуальные вырезы из листового металла с помощью лазеров и пробивных станков с ЧПУ.
  7. Применение отделки поверхности. Производитель нержавеющей стали может нанести различную отделку поверхности на свои заготовки, блюмы или проволоку из нержавеющей стали перед отправкой их другим производителям. Конкретное нанесенное покрытие будет зависеть от предполагаемого использования стали, но одним из наиболее распространенных видов отделки поверхности является простое шлифование поверхности, чтобы удалить загрязнения и сделать ее более гладкой.

Контроль качества

Перед отделкой корзины или изделия из нержавеющей стали инженеры Marlin Steel проводят анализ методом конечных элементов для каждой конструкции. Для обеспечения контроля качества Marlin Steel использует передовое программное обеспечение для анализа конструктивных элементов от Autodesk, поскольку оно обеспечивает невероятно точное моделирование за считанные минуты — значительно экономя время, труд и материалы по сравнению с процессами ручного тестирования.

В этом процессе анализа FEA инженеры Marlin могут запрограммировать программное обеспечение для моделирования различного распределения веса на корзине при различных температурах и после воздействия определенных химикатов.

Проверяя эти эффекты, команда Marlin Steel может выявить потенциальные проблемы еще до завершения работы, гарантируя, что заказчик получит корзину из нержавеющей стали самого высокого качества.

Производство нержавеющей стали в Marlin Steel

Marlin Steel не производит проволоку и листовой металл из нержавеющей стали собственными силами. Вместо этого Marlin Steel работает с различными производителями нержавеющей стали в Америке, чтобы в кратчайшие сроки закупить высококачественные сплавы нержавеющей стали всех типов.Команда Marlin Steel гордится тем, что работает со сталью американского производства для изготовления 100% американских корзин из проволоки и листового металла на заводе Marlin’s в Балтиморе, штат Мэриленд.

Используя высококачественные материалы из нержавеющей стали и применяя самые современные методы контроля качества, Marlin Steel производит нестандартные формы из стальной проволоки, которые рассчитаны на долгие годы.

Хотите узнать, как Marlin производит нашу продукцию из нержавеющей стали? Или вам нужна специальная форма провода для вашего производственного приложения как можно скорее? Если да, обратитесь к команде Marlin Steel сегодня.

Что такое нержавеющая сталь и как она производится?

Благодаря своей превосходной коррозионной стойкости, высокой прочности и привлекательному внешнему виду нержавеющая сталь находит широкое применение как на промышленных, так и на потребительских рынках.

Но как нержавеющая сталь превращается из груды лома или очищенной руды в свою окончательную форму и применение?

Большинство нержавеющих сталей начинают свой жизненный цикл аналогичным образом, прежде чем отправиться на переработку. Эта обработка — наряду с точным составом стального сплава — определяет его многие характеристики.

Итак, чтобы понять, как производится нержавеющая сталь, мы должны сначала погрузиться в ее состав.

Что такое нержавеющая сталь?

Нержавеющая сталь — это сплав железа и хрома.

Хотя нержавеющая сталь должна содержать не менее 10,5% хрома, точные компоненты и соотношения будут зависеть от требуемой марки и предполагаемого использования стали.

Другие распространенные добавки:

  • Никель
  • Углерод
  • Марганец
  • Молибден
  • Азот
  • Сера
  • Медь
  • Кремний

Точный состав сплава строго измеряется и оценивается на протяжении всего процесса легирования, чтобы гарантировать, что сталь демонстрирует требуемые качества.

Распространенные причины добавления других металлов и газов в сплав нержавеющей стали:

  • Повышенная коррозионная стойкость
  • Устойчивость к высоким температурам
  • Низкотемпературная стойкость
  • Повышенная прочность
  • Повышенная свариваемость
  • Повышенная формуемость
  • Управляющий магнетизм

Однако то, что содержится в вашей нержавеющей стали, — не единственный фактор, определяющий ее уникальные характеристики…

Способ изготовления в дальнейшем изменит свойства стали.

Как производится нержавеющая сталь

Точный процесс получения марки нержавеющей стали будет отличаться на более поздних стадиях. То, как марка стали формируется, обрабатывается и обрабатывается, играет важную роль в определении ее внешнего вида и характеристик.

Прежде чем вы сможете создать поставляемый стальной продукт, вы должны сначала создать расплавленный сплав.

По этой причине для большинства марок стали используются общие этапы запуска.

Шаг 1: плавление

Производство нержавеющей стали начинается с плавки металлолома и добавок в электродуговой печи (ДСП).Используя электроды большой мощности, ДСП нагревает металлы в течение многих часов для создания расплавленной жидкой смеси.

Поскольку нержавеющая сталь на 100% подлежит вторичной переработке, многие заказы на нержавеющую сталь содержат до 60% вторичной стали. Это помогает не только контролировать расходы, но и снижает воздействие на окружающую среду.

Точные значения температуры зависят от марки стали.

Шаг 2: Удаление содержания углерода

Углерод помогает повысить твердость и прочность железа.Однако слишком много углерода может создать проблемы, такие как выделение карбида во время сварки.

Перед разливкой жидкой нержавеющей стали необходима калибровка и снижение содержания углерода до надлежащего уровня.

Есть два способа контролировать содержание углерода в литейном производстве.

Первый — обезуглероживание кислородом аргона (AOD). Введение газовой смеси аргона в жидкую сталь снижает содержание углерода с минимальными потерями других важных элементов.

Другой используемый метод — вакуумное кислородное обезуглероживание (VOD).В этом методе расплавленная сталь переносится в другую камеру, где кислород вводится в сталь при приложении тепла. Затем с помощью вакуума из камеры удаляются выпускаемые газы, что еще больше снижает содержание углерода.

Оба метода обеспечивают точный контроль содержания углерода, чтобы гарантировать правильную смесь и точные характеристики в конечном продукте из нержавеющей стали.

Шаг 3: Настройка

После восстановления углерода происходит окончательная балансировка и гомогенизация температуры и химического состава.Это гарантирует, что металл соответствует требованиям к его предполагаемой марке и что состав стали остается неизменным на протяжении всей партии.

Образцы протестированы и проанализированы. Затем производятся корректировки до тех пор, пока смесь не будет соответствовать требуемому стандарту.

Шаг 4: Формовка или отливка

Создав расплавленную сталь, литейный цех должен создать примитивную форму, используемую для охлаждения и обработки стали. Точная форма и размеры будут зависеть от конечного продукта.

Общие формы включают:

  • Цветет
  • Заготовки
  • Плиты
  • Стержни
  • Трубы

Формы затем помечаются идентификатором для отслеживания партии в различных последующих процессах.

Далее шаги будут отличаться в зависимости от предполагаемой марки и конечного продукта или функции. Плиты становятся пластинами, полосами и листами. Блюмы и заготовки превращаются в прутки и проволоку.

В зависимости от заказанной марки или формата сталь может проходить некоторые из этих этапов несколько раз для создания желаемого внешнего вида или характеристик.

Следующие шаги являются наиболее распространенными.

Горячая прокатка
Этот этап, выполняемый при температурах выше, чем температура рекристаллизации стали, помогает установить приблизительные физические размеры стали.Точный контроль температуры на протяжении всего процесса сохраняет сталь достаточно мягкой, чтобы работать без изменения структуры.

В процессе используются повторяющиеся проходы для медленной корректировки размеров стали. В большинстве случаев для достижения желаемой толщины требуется прокатка на нескольких станах с течением времени.

Холодная прокатка
Холодная прокатка, которая часто используется, когда требуется точность, происходит при температуре ниже температуры рекристаллизации стали. Ролики с несколькими опорами используются для формовки стали.Этот процесс создает более привлекательную и однородную поверхность.

Однако он также может деформировать структуру стали и часто требует термической обработки для рекристаллизации стали до ее исходной микроструктуры.

Отжиг
После прокатки большая часть стали проходит процесс отжига. Это включает в себя контролируемые циклы нагрева и охлаждения. Эти циклы помогают смягчить сталь и снять внутреннее напряжение.

Точные значения температуры и времени будут зависеть от марки стали, при этом скорость нагрева и охлаждения влияет на конечный продукт.

Удаление окалины или травление
Поскольку сталь обрабатывается на различных этапах, на ее поверхности часто накапливается окалина.

Это скопление не просто непривлекательно. Это также может повлиять на стойкость к пятнам, долговечность и свариваемость стали. Удаление накипи необходимо для создания оксидного барьера, который придает нержавеющей стали характерную устойчивость к коррозии и пятнам.

При удалении окалины или травлении эти окалины удаляются либо с помощью кислотных ванн (известное как кислотное травление), либо с помощью контролируемого нагрева и охлаждения в бескислородной среде.

В зависимости от конечного продукта металл может вернуться на прокатку или выдавливание для дальнейшей обработки. За этим следуют повторные фазы отжига до достижения желаемых свойств.

Резка
Как только сталь обработана и готова, партия разрезается в соответствии с требованиями заказа.

Наиболее распространенными методами являются механические, такие как резка гильотинными ножами, дисковыми ножами, высокоскоростными лезвиями или штамповка штампами.

Однако для сложных форм также может использоваться газовая резка или плазменная резка.

Наилучший вариант будет зависеть как от требуемой марки стали, так и от желаемой формы поставляемого продукта.

Отделка
Нержавеющая сталь доступна в различных вариантах отделки — от матовой до зеркальной. Отделка — один из последних этапов производственного процесса. Обычные методы включают кислотное или песчаное травление, пескоструйную очистку, ленточное шлифование, полировку ленты и полировку ленты.

На этом этапе сталь собирается в окончательном виде и готовится к отправке заказчику.Рулоны и рулоны — распространенные способы хранения и отправки больших количеств нержавеющей стали для использования в других производственных процессах. Однако окончательный вид будет зависеть от типа требуемой стали и других факторов, специфичных для заказа.

Последние мысли

Понимание надлежащих марок и типов нержавеющей стали для конкретных применений и сред является важной частью обеспечения долговременных результатов и оптимизации затрат. Ищете ли вы что-то прочное и устойчивое к коррозии для морской среды или что-то потрясающее и простое в уходе для использования в ресторане, для ваших нужд найдется сплав нержавеющей стали.

Если вам интересно, как нержавеющая сталь может работать для вашего следующего проекта, проконсультируйтесь с Unified Alloys. Являясь ведущим поставщиком нержавеющей стали на всей территории Канады на протяжении более 40 лет, мы обладаем знаниями и ресурсами, чтобы помочь вам найти идеальный продукт, отвечающий вашим требованиям.

Знаете ли вы? Как из железа делают сталь

Сталь — один из самых универсальных материалов в мире. Он определяется как сплав железа и углерода, он прочен и долговечен.Кроме того, по данным Американского института железа и стали, более двух третей всей стали, производимой в Северной Америке, ежегодно перерабатывается. Однако для производства стали металлообрабатывающие компании должны выполнить несколько этапов, связанных с использованием сырого железа.

Почему для стали требуется сырое железо


Вся сталь производится из сырого железа. Как упоминалось ранее, сталь характеризуется наличием железа и углерода. Соотношение этих двух элементов варьируется в зависимости от конкретного типа изготавливаемой стали.С учетом сказанного, большинство типов стали содержат около 1% углерода и 97% железа, а оставшиеся 2% состоят из микроэлементов и примесей.

Количество углерода влияет на физические свойства стали. Вообще говоря, чем выше концентрация углерода, тем прочнее и тверже сталь. С учетом сказанного, добавление слишком большого количества углерода к стали может сделать ее восприимчивой к ржавчине и коррозии, а также затруднить сварку и формовку.

Выплавка чугуна


Будь то низкоуглеродистая, среднеуглеродистая или высокоуглеродистая, первым шагом к производству стали является выплавка сырого железа.После того, как железная руда была добыта и добыта, ее переплавляют в большой печи. Такие печи нередко достигают температуры более 3000 градусов по Фаренгейту. По мере того, как железо нагревается и ожижается, оно отделяется от примесей, в результате чего получается более чистое железо, которое лучше подходит для производства стали.

Добавление углерода

При выплавке сырого чугуна с целью производства стали металлообрабатывающие компании также будут использовать эту возможность для добавления углерода.Углерод, конечно, важен для этого процесса. Он отличает сталь от сырого железа, что обеспечивает большую прочность и долговечность. Когда сырое железо превращается из твердого в жидкое, добавляется определенное количество углерода.

Добавление известняка

Помимо углерода, металлообрабатывающие компании также будут загружать в печь известняк при производстве стали. И углерод, и известняк необходимы для производства стали. Известняк используется для удаления примесей, включая флюс, за счет отделения железа от примесей.

В прошлом производство стали было кропотливо утомительным и трудным, а также опасным процессом. Однако благодаря последним достижениям в области металлообработки компании могут производить значительно больше стали за меньшее время. Типичная доменная печь может превратить почти 400 тонн железа и углерода в сталь всего за 40 минут. Подовые печи могут производить аналогичные объемы стали, но требуют большего времени.

Нет тегов для этого сообщения.

Вся история стали

История стали начинается задолго до мостов, двутавров и небоскребов.Это начинается со звезд.

За миллиарды лет до того, как люди ходили по Земле — еще до того, как Земля вообще существовала — пылающие звезды сплавили атомы в железо и углерод. В результате бесчисленных космических взрывов и возрождений эти материалы попали в астероиды и другие планетные тела, которые врезались друг в друга при перемешивании космического котла. В конце концов, некоторые из этих камней и металла сформировали Землю, где они будут определять судьбу одного конкретного вида ходячих обезьян.

В день, потерянный для истории, несколько случайных людей нашли сверкающий метеорит, в основном из железа и никеля, который пролетел сквозь атмосферу и врезался в землю.Так началась навязчивая идея, охватившая этот вид. На протяжении тысячелетий наши предки работали с материалом, открывая лучшие способы извлечения железа из самой Земли и, в конечном итоге, плавления его в сталь. Мы будем бороться за него, создавать и уничтожать вместе с ним нации, развивать с его помощью глобальную экономику и использовать его для создания некоторых из величайших изобретений и структур, которые когда-либо знал мир.

Металл с небес

У короля Тутанхамона был железный кинжал — ценный предмет в древнем мире, достойный немногих больше, чем фараон.Когда британский археолог Говард Картер нашел гробницу Тутанхамона почти столетие назад и увидел этот объект, стало ясно, что кинжал был особенным. В то время археологи не знали, что лезвие пришло из космоса.

Кинжал Тутанхамона из метеоритного железа.

Политехнический университет Милана

Железо, получаемое из метеоритов, содержит более высокое содержание никеля, чем железо, добытое из земли и выплавленное людьми.За годы, прошедшие после открытия Картера, исследователи обнаружили, что не только кинжал Тутанхамона, но и практически все изделия из железа, относящиеся к бронзовому веку, были сделаны из железа, упавшего с неба.

Нашим предкам этот экзотический сплав, должно быть, казался присланным существами за пределами нашего понимания. Древние египтяне называли его biz-n-pt . В Шумере он назывался ан-бар . Оба переводятся как «металл с небес». Сплав железа с никелем был податливым и легко придавал форму без разрушения.Но его запасы были крайне ограниченными, и их доставляли на Землю лишь изредка внеземные цивилизации, что делало этот металл богов более ценным, чем драгоценные камни или золото.

Потребовались тысячи лет, прежде чем люди начали смотреть себе под ноги. Около 2500 г. до н.э. племена Ближнего Востока обнаружили еще один источник темного металлического материала, спрятанный под землей. Это было похоже на металл с небес — и так оно и было, но что-то было по-другому. Железо было смешано с камнями и минералами и превратилось в руду.Добыча железной руды — это не то же самое, что подобрать потерянный кусок золота или серебра. Удаление железа из подземных царств означало искушение духовного мира, поэтому первые горняки проводили ритуалы, чтобы успокоить высшие силы, прежде чем выкопать руду, согласно книге The Forge and the Crucible 1956 года.

Но вытащить железную руду с Земли было только полдела. Еще 700 лет понадобилось древнему миру, чтобы понять, как отделить драгоценный металл от руды. Только тогда действительно закончится бронзовый век и начнется железный век.

Долгий путь к первой стали

Чтобы узнать сталь, мы должны сначала понять железо, поскольку металлы почти одно и то же. Концентрация железа в стали составляет от 98 до 99 процентов и более. Остальное — углерод — небольшая добавка, которая существенно влияет на свойства металла. За столетия и тысячелетия до того, как были построены небоскребы, цивилизации изменили и переделали методы плавки, чтобы производить железо, приближаясь к стали.

Около 1800 г. до н.э. народ вдоль Черного моря, называемый Халибами, хотел изготовить металл прочнее бронзы — то, что можно было бы использовать для изготовления непревзойденного оружия.Они клали железную руду в очаги, ковали ее и обжигали для размягчения. Повторив процесс несколько раз, Халибы вытащили из кузницы прочное железное оружие.

Майкл Стиллвелл

То, что сделали Халибы, называется кованым железом, одним из нескольких основных предшественников современной стали. Вскоре они присоединились к воинственным хеттам, создав одну из самых мощных армий в древней истории. Ни одна нация не могла сравниться с хеттским мечом или колесницей.

Другой младший брат стали, так сказать, чугун, который впервые начали производить в древнем Китае. Примерно с 500 г. до н.э. китайские мастера по металлу построили печи высотой семь футов для сжигания большего количества железа и дерева. Материал плавили в жидкость и разливали в резные формы, принимая форму кухонных инструментов и статуй.

Однако ни ковка, ни чугун не были идеальной смесью. Кованое железо Chalybes содержало только 0,8 процента углерода, поэтому оно не имело прочности на разрыв стали.Китайский чугун с содержанием углерода от 2 до 4 процентов был более хрупким, чем сталь. Черноморские кузнецы в конце концов начали вставлять железные прутья в груды раскаленного добела древесного угля, в результате чего получилось кованое железо со стальным покрытием. Но у общества в Южной Азии была идея получше. Индия произведет первую настоящую сталь.

Около 400 г. до н.э. индийские мастера по металлу изобрели метод плавки, который позволил связать идеальное количество углерода с железом. Ключом была глиняная емкость для расплавленного металла: тигель.Рабочие поместили в тигли небольшие прутья из кованого железа и угольки, затем запечатали контейнеры и поместили их в печь. Когда они подняли температуру печи с помощью дутья из сильфона, кованое железо расплавилось и поглотило углерод из древесного угля. Когда тигли охлаждались, внутри лежали слитки чистой стали.

Пример раннего глиняного тигля, обнаруженного в Германии.

SSPL / Getty Images

Металлургические компании Индии отправили свою «вутц-сталь» по всему миру.В Дамаске сирийские кузнецы использовали этот металл для изготовления знаменитых, почти мифологических мечей из «дамасской стали», которые, как говорят, были достаточно острыми, чтобы резать перья в воздухе (и вдохновляли вымышленные сверхматериалы, такие как валирийская сталь из Игры престолов). Индийская сталь доставлялась до Толедо, Испания, где кузнецы выковывали мечи для римской армии.

При поставках в Рим абиссинские торговцы из Эфиопской империи служили лживыми посредниками, намеренно дезинформируя римлян о том, что сталь была из Сереса, латинского слова, обозначающего Китай, чтобы Рим мог подумать, что сталь пришла из слишком далекого места. завоевывать.Римляне назвали свою покупку серией сталью и использовали ее для изготовления основных инструментов и строительного оборудования в дополнение к оружию.

Дни железа как драгоценного металла давно прошли. Самые жестокие воины в мире теперь будут носить сталь.

Священные мечи и самурайская сталь

Согласно легенде, великий меч Экскалибур был внушительным и красивым. Слово означает «резаная сталь». Но это была не сталь. Со времен короля Артура и до средневековья Европа отставала в производстве чугуна и стали.

Средневековый широкий меч с клинком викинга на гербе семьи Де Богун. Фото Криса Рэдберна / PA Изображения через Getty Images)

Крис Рэдберн / PA ImagesGetty Images

Когда Римская империя пала (официально в 476 году), Европа погрузилась в хаос. Индия все еще производила сенсационную сталь, но она не могла надежно отправлять металл в Европу, где дороги были неухоженными, торговцы попадали в засады, а люди боялись чумы и болезней.В Каталонии, Испании, рабочие-металлисты разработали печи, аналогичные тем, что были в Индии; «Каталонская печь» производила кованое железо, причем в большом количестве — металла, достаточном для изготовления подков, колес для карет, дверных петель и даже брони со стальным покрытием.

Рыцари размахивали мечами специальной работы. Они были выкованы путем скручивания железных прутьев, в результате чего на лезвиях оставались уникальные узоры в елочку и плетение. Викинги интерпретировали рисунки как змеиные кольца, а мечи, такие как Экскалибур короля Артура и Тизона Эль Сида, стали мифологическими.

Однако лучшие мечи в мире были сделаны на другой стороне планеты. Японские кузнецы выковали лезвия для самураев, создав мастерскую технику создания легких, смертельно острых лезвий. Оружие стало семейной реликвией, передаваемой из поколения в поколение, и немногие подарки в Японии были более значительными. Изготовление катаны было делом сложным и ритуальным.

Японские кузнецы умылись перед изготовлением мечей. Если бы они не были чистыми, то в клинок могли проникнуть злые духи.Ковка металла началась с кованого железа. Кусок материала нагревали углем до тех пор, пока он не стал достаточно мягким, чтобы сложиться. После охлаждения железо нагревали и складывали еще примерно 20 раз, придавая лезвию дугообразную форму, и на протяжении всего процесса ковки и складывания постоянное воздействие на кованое железо углеродистого угля превращало металл в сталь.

Катана, подписанная Масамунэ, который считается величайшим мастером мечей Японии периода Камакура 14 века.

Токийский национальный музей в Уэно

Кузнец использовал глину, уголь или железный порошок для следующего шага, нанося кистью материал вдоль лезвия, чтобы придать окончательный вид. На стали появлялись узоры, похожие на текстуру дерева, с закрученными узлами и рябью. Детали были даже лучше, чем чешуя дракона европейских клинков, а японские катаны получили такие названия, как «Дрейфующий песок», «Полумесяц» и «Убийца Сютэн-додзи», мифологического зверя из японских преданий.Пять оставшихся сегодня лезвий, Тенка-Гокен, или «Пять мечей под небом», хранятся в Японии как национальное достояние и святые реликвии.

Чугуна и угля

Первая доменная печь выглядела как песочные часы.

Вдоль долины Рейна в современной Германии мастера по металлу разработали хитроумное приспособление высотой около 10 футов с двумя сильфонами, расположенными внизу, для размещения большего количества железной руды и древесного угля. Доменная печь стала раскаленной, чугун поглотил больше углерода, чем когда-либо, и смесь превратилась в чугун, который можно было легко разлить в форму.

Это был процесс производства чугуна, которым китайцы занимались 1700 лет, но с котлом побольше. Рабочие вырыли траншеи на полу литейного цеха, которые отходили от длинного центрального канала, давая пространство для стекания жидкого чугуна. Траншеи напоминали подстилку поросят-сосунов, отсюда и родилось прозвище: чугун.

Майкл Стиллвелл

Инновации в железе появились как раз вовремя для западного мира, находящегося в состоянии войны. Изобретение пушек в 13 веке и огнестрельного оружия в 14 веке породило голод по металлу.Чугун можно было заливать прямо в формы для пушек и стволов, и Европа начала выпускать оружие, как никогда раньше.

Но железная стрела создала проблему. Когда европейские державы начали распространять свою власть по всему миру, они использовали огромное количество древесины как для постройки кораблей, так и для производства древесного угля для плавки. Согласно книге Брук К. Сталь : от рудника до мельницы, для одной английской печи требовалось около 240 акров деревьев в год.Стоддард. Британская империя обратилась к неиспользованным ресурсам Нового Света в поисках решения и начала отправлять металл, выплавленный в американских колониях, обратно через Атлантику. Но выплавка чугуна в колониях разрушила бизнес металлургического завода в Англии.

Ответ на проблемы с топливом в Великобритании дал производитель чугунных котлов. Авраам Дарби провел большую часть своего детства, работая на солодовнях, и в начале 1700-х годов он вспомнил технику из своих дней измельчения ячменя: обжиг угля, горючего камня.Другие пытались плавить железо с углем, но Дарби была первой, кто обжарил уголь перед плавкой. Обжаренный уголь сохранял тепло намного дольше, чем древесный уголь, и позволял кузнецам создавать более тонкий чугун, идеально подходящий для заливки в формы для оружия. Сегодня большую доменную печь Дарби можно увидеть в Музее железа в Коулбрукдейле.

Англия открыла способность плавить с углем. Но из него все еще не из стали.

Часовщик и тигель

Бенджамин Хантсман был разочарован железом.Сплавы, доступные часовщику из Шеффилда, слишком различались для его работы, особенно для изготовления тонких пружин.

Неопытный глазной врач и хирург в свободное время, Хантсман экспериментировал с железной рудой и опробовал различные способы ее плавки. В конце концов он придумал процесс, очень похожий на древнеиндийский метод использования глиняного тигля. Однако у техники Хантсмана было два ключевых отличия: он использовал обожженный уголь, а не древесный уголь, и вместо того, чтобы помещать топливо в тигель, он нагревает смеси железа и углерода над слоем углей.

Слитки, полученные в плавильном заводе, были более однородными, прочными и менее хрупкими — лучшая сталь, которую когда-либо видели Европа и, возможно, мир. К 1770-м годам Шеффилд стал национальной опорой производства стали. Семь десятилетий спустя вся страна знала об этом процессе, и сталелитейные заводы Англии горели ярко.

В 1851 году в Лондоне прошла одна из первых мировых ярмарок — Большая выставка промышленных предприятий всех наций. Хрустальный дворец был построен для этого мероприятия из чугуна и стекла, и почти все внутри было сделано из железа и стали.На выставке были представлены паровозы и паровые машины, фонтаны и фонарные столбы, все, что можно было отлить из расплавленного металла. Мир никогда не видел ничего подобного.

Прорыв Бессемера

Генри Бессемер был британским инженером и изобретателем, известным рядом не связанных между собой изобретений, включая краску на основе золотой латуни, клавиатуру для наборных машин и дробилку сахарного тростника. Когда в 1850-х годах в Восточной Европе разразилась Крымская война, он построил новый артиллерийский снаряд удлиненной формы.Он предложил его французским военным, но традиционные чугунные пушки того времени были слишком хрупкими, чтобы стрелять снарядом. Только сталь могла выдержать управляемый взрыв.

Процесс производства стали в тиглях был слишком дорогим, чтобы производить изделия размером с пушки, поэтому Бессемер решил найти способ производить сталь в больших количествах. Однажды в 1856 году он решил залить чугун в контейнер, а не позволить ему просачиваться в траншею. Оказавшись внутри контейнера, Бессемер выпустил воздух через отверстия на дне.Согласно Steel: From Mine to Mill , все оставалось спокойным около 10 минут, а затем внезапно из контейнера вырвались искры, пламя и расплавленный чугун. Когда хаос закончился, в контейнере осталось чистое железо, не содержащее углерода.

Картина маслом Э.Ф. Скиннера, показывающая сталь, производимую по Бессемеровскому процессу на заводе Penistone Steel Works, Южный Йоркшир. Около 1916 г.

SSPLGetty Изображения

Трудно переоценить влияние этой взрывной плавки.Когда Бессемер использовал сильфон непосредственно на расплавленном чушевом чугуне, углерод связывался с кислородом от воздушных потоков, оставляя после себя чистое железо, которое — за счет добавления углеродсодержащих материалов, таких как spiegeleisen, сплав железа и марганца — могло легко превратиться в высококачественную сталь.

Бессемер построил машину для выполнения процедуры: «преобразователь Бессемера». Он имел форму яйца с внутренней облицовкой из глины, а снаружи — из прочной стали. Вверху из небольшого отверстия извергалось пламя высотой 30 футов, когда воздух врывался в печь.

Однако почти сразу на британском металлургическом заводе возникла проблема. Оказалось, что Бессемер использовал железную руду, содержащую очень мало фосфора, в то время как большинство месторождений железной руды богаты фосфором. Старые методы плавки чугуна надежно удаляли фосфор, но конвертер Бессемера этого не делал, производя хрупкую сталь.

Майкл Стиллвелл

Эта проблема беспокоила металлургов в течение двух десятилетий, пока 25-летний клерк британской полиции и химик-любитель Сидни Гилкрист Томас не нашел решение проблемы с фосфором.Томас обнаружил, что глиняная футеровка устройства не реагирует с фосфором, поэтому он заменил глину футеровкой на основе извести. Оно работало завораживающе. Новый метод, позволяющий производить пять тонн стали за 20 минут, теперь можно было использовать на всех металлургических заводах Англии. Старый тигельный процесс Huntsman, который производил жалкие 60 фунтов стали за две недели, был устаревшим. Бессемеровский преобразователь стал новым королем стали.

American Steel

На другой стороне Атлантики огромные залежи железной руды остались нетронутыми в американской дикой природе.В 1850 году Соединенные Штаты производили только пятую часть производства железа, чем Великобритания. Но после Гражданской войны промышленники начали обращать внимание на бессемеровский процесс, положив начало сталелитейной промышленности, которая принесла гораздо больше богатства, чем Калифорнийская золотая лихорадка 1849 года. Были дороги, которые нужно было построить между городами, мосты, которые нужно было построить через реки, и железнодорожные пути, которые пролегали в самое сердце Дикого Запада.

Эндрю Карнеги хотел построить все это.

Никто не осуществил американскую мечту так, как Карнеги.Шотландский иммигрант прибыл в страну в возрасте 12 лет, поселившись в бедном районе Питтсбурга. Карнеги начал свое восхождение еще подростком в телеграфной службе. Однажды высокопоставленный чиновник Пенсильванской железнодорожной компании, впечатленный трудолюбивым подростком, нанял Карнеги своим личным секретарем.

Эндрю Карнеги.

Библиотека Конгресса

«Усеянный звездами шотландец» развил деловую хватку и поднялся по служебной лестнице в железнодорожной отрасли, попутно вложив разумные средства.Ему принадлежали доли в мостостроительной компании, железнодорожном заводе, локомотивном заводе и металлургическом заводе. Когда Конфедерация сдалась в 1865 году, 30-летний Карнеги обратил свое внимание на наведение мостов. Благодаря своей мельнице в его распоряжении было массовое производство чугуна.

Но Карнеги знал, что умеет лучше, чем чугун. Для прочного моста нужна сталь. Примерно за десять лет до того, как Сидни Томас усовершенствовал конвертер Бессемера футеровкой на основе извести, Карнеги принес в Америку бессемеровский процесс и приобрел железо, не содержащее фосфора, для производства стали.Он основал сталелитейный завод в Хомстеде, штат Пенсильвания, по производству сплава для нового типа зданий, которые архитекторы назвали «небоскребами». В 1889 году все холдинги Карнеги были объединены под одним названием: Carnegie Steel Company.

К этому моменту Карнеги в одиночку производил примерно вдвое меньше стали, чем вся Великобритания. Дополнительные сталелитейные компании начали расти по всей стране, создавая новые города, в том числе город добычи железа в Коннектикуте, названный «Chalybes» в честь производителей железа древности.

Америка внезапно продвигалась к вершине сталелитейной промышленности. Но на сталелитейном заводе Карнеги в Хомстеде, прямо через реку Мононгахела от Питтсбурга, дела пошли прахом.

Чтобы снизить производственные затраты, заработная плата была низкой. Заработная плата за 84-часовую рабочую неделю составляла менее 10 долларов в 1890 году (около 250 долларов сегодня), а также за непосильный труд на сталелитейных заводах. Несчастные случаи были обычным явлением, а в Питтсбурге воздух был настолько загрязнен, что писатель The Atlantic Monthly назвал «Стальной город» «черт возьми со снятой крышкой».”

Район Питтсбурга Стрип-Дистрикт, вид на северо-запад с крыши Union Station.

НАСА

В июле 1892 года между компанией Carnegie Steel Company и профсоюзом, представлявшим рабочих фабрики в Хомстеде, накалилась напряженность. Председатель компании Генри Клей Фрик занял жесткую позицию, пригрозив сократить заработную плату. Рабочие повесили изображение Фрика, и он в ответ окружил мельницу забором из колючей проволоки на три мили, ожидая боевых действий.Рабочие проголосовали за забастовку и впоследствии были уволены, в результате чего мельница получила прозвище «Форт Фрик».

Около 3000 забастовщиков взяли под свой контроль Усадьбу, вынудив местные правоохранительные органы. Фрик нанял 300 агентов из Детективного агентства Пинкертона для охраны мельницы, и утром 6 июля 1892 года завязалась гражданская битва. Мужчины собрались на берегу реки, бросали камни и стреляли в агентов Пинкертона, пытающихся выбраться на берег на лодках. Бастующие использовали все, что могли найти в качестве оружия, выкатывая старую пушку, поджигая динамит и даже вталкивая горящий вагон в лодки.

Порядок был восстановлен, когда в город вошел 8 500 батальон Национальной гвардии и ввел в Хомстеде военное положение. В результате столкновения погибли десять человек. Позже Фрик был застрелен в своем офисе анархистом, который слышал о забастовке, но выжил. Вскоре после этого он покинул компанию, а в 1897 году Карнеги нанял инженера по имени Чарльз М. Шваб (не путать с основателем Charles Schwab Corporation) в качестве нового президента. В 1901 году Шваб убедил Карнеги продать свою сталелитейную компанию за 480 миллионов долларов.Новая компания Шваба объединилась с дополнительными заводами и образовала United States Steel Corporation.

Милиция штата Пенсильвания прибывает, чтобы подавить боевые действия, статья Harpers Weekly , автор Thure de Thulstrup.

Библиотека Конгресса

Американская сталелитейная промышленность продолжала бурно развиваться в ХХ веке. В 1873 году в США было произведено 220 000 тонн стали. К 1900 году на долю Америки приходилось 11,4 миллиона тонн стали, больше, чем в британской и успешной немецкой промышленности вместе взятых.Новая стальная корпорация США стала крупнейшей компанией в мире, производящей две трети стали в стране.

Это был невиданный ранее уровень производства в мире, но сталелитейные заводы только начинали прогреваться.

Металл войны и мира

Разногласия в US Steel вынудили Чарльза Шваба найти новую работу в другой, быстрорастущей компании: Bethlehem Steel. В 1914 году, через два месяца после начала Первой мировой войны, Шваб получил секретное сообщение от британского военного ведомства.Через несколько часов он купил билет, чтобы пересечь Атлантику под вымышленным именем. В Европе он встретился с военным министром Англии, который хотел разместить крупный заказ — с уловом. Британцы хотели, чтобы Вифлеем построил для Англии вооружение на 40 миллионов долларов и не имел дела с врагами короны. Шваб согласился и пошел на свою следующую встречу, на этот раз с первым лордом Адмиралтейства Уинстоном Черчиллем. Черчилль разместил собственный заказ: подводные лодки для Королевского флота для борьбы с немецкими подводными лодками, и он нуждался в них немедленно.

HMS E34, британская подводная лодка E-класса в плавучем доке. Она была введена в строй в марте 1917 года, 10 мая 1918 года потопила подводную лодку UB-16 у Харвича в Северном море и заминирована около Фризских островов 20 июля 1918 года. Подлодка была потеряна вместе со всем экипажем.

Правительство Соединенного Королевства

Но у Шваба была проблема. Законы о нейтралитете в США не позволяли компаниям продавать оружие комбатантам Первой мировой войны по обе стороны окопов.Не испугавшись, Bethlehem Steel отправила запчасти для подводных лодок на сборочный завод в Монреале якобы для гуманитарных усилий по восстановлению — и американская сталь начала просачиваться в военные усилия союзников.

Необходимость обходить законы нейтралитета исчезла, когда Соединенные Штаты официально вступили в Первую мировую войну в апреле 1917 года. В 1914 году, когда война только начиналась, Соединенные Штаты произвели 23,5 миллиона тонн стали, что более чем вдвое превышает объем производства за 14 лет. ранее. В конце войны в 1918 году производство снова увеличилось вдвое.Американская сталь дала союзникам решающее преимущество в борьбе с центральными державами.

Строящийся Эмпайр-стейт-билдинг на фоне Крайслер-билдинг, 1930 год.

Ирвинг Браунинг / Нью-Йоркское историческое общество Getty Images

Когда война закончилась, сталелитейное производство США стало сильнее, чем когда-либо. Башни в стиле ар-деко начали прорастать среди горизонтов Нью-Йорка и Чикаго, причем подавляющее большинство стали поступало от двух компаний: U.S. Steel и Bethlehem Steel. Знаменитые сооружения, такие как Рокфеллер-центр, отель Waldorf-Astoria, мост Джорджа Вашингтона и мост Золотые Ворота, были построены из вифлеемской стали. В 1930 году из стали компании был возведен самый высокий в то время небоскреб в мире: Крайслер-билдинг. Менее чем через год Эмпайр-стейт-билдинг с 60 000 тонн стали, поставленной компанией US Steel, достигнет высоты, превышающей Chrysler, и станет непреходящим символом Манхэттена.

Но небоскребы не были единственной инновацией, вызванной взрывом в производстве стали.Материал ушел в изобилие автомобилей, бытовой техники и консервных банок. (Две многообещающие компании, Dole и Campbell’s, набирали популярность благодаря долгому сроку хранения их консервов.) Активы Bethlehem Steel и U.S. Steel были оценены выше, чем у компаний Ford и General Motors.

Это был действительно век стали, но неприятности не за горами.

После краха фондового рынка в 1929 году производство стали замедлилось, поскольку экономика погрузилась в Великую депрессию.Американские сталелитейщики были уволены, но комбинаты так и не погасли полностью. Железнодорожные пути по-прежнему разбросаны по стране, консервы оставались популярными, а когда Сухой закон подошел к концу, появился новый стальной продукт: стальная пивная банка, представленная в 1930-х годах компанией Pabst для своего пива Blue Ribbon.

Стальная банка Pabst Blue Ribbon начала 1940-х годов.

Стальной холст

После Великой депрессии жаждущие металла двигатели войны снова зажгли литейные заводы мира.Германия двинулась, чтобы оккупировать земли в Дании, Норвегии и Франции, получив контроль над новыми железными рудниками и заводами. Внезапно нацисты смогли производить столько же стали, сколько Соединенные Штаты. На Востоке Япония взяла под свой контроль железные и угольные шахты в Маньчжурии.

Когда нападение на Перл-Харбор привело Америку во Вторую мировую войну, правительство США запретило производство большинства потребительских товаров из стали. Промышленно развитые страны мира, бросившись головой в мировую войну, начали нормировать сталь для нескольких избранных целей: кораблей, танков, орудий и самолетов.

Американские заводы выплавляли металл 24 часа в сутки, часто с преимущественно женской рабочей силой. Экономика снова начала расти, и вскоре производство стали в Америке было более чем в три раза больше, чем в любой другой стране. Во время Второй мировой войны США произвели в 25 раз больше стали, чем во время Первой мировой войны. И снова сталелитейные заводы Нового Света сыграли решающую роль в победе союзников.

Когда война наконец закончилась, США сняли запрет на производство потребительских товаров из стали.Поскольку в настоящее время более половины мировой стали производится в Америке, рынки автомобилей, бытовой техники, игрушек и арматурных стержней (арматуры) для строительства остаются прибыльными, как никогда. Сталь с оставшихся кораблей и цистерн переплавляли в огромных печах для повторного использования в мостах и ​​пивных банках.

Но за границей острая необходимость в восстановлении и внедрении новых технологий производства стали должна была помочь иностранным металлургическим компаниям процветать.

Дорога к современной стали

Даже несмотря на то, что заводы работали без перерыва в военное время, производители еще не достигли совершенства в искусстве выплавки стали.Потребуется идея, придуманная за 100 лет до окончания Второй мировой войны, чтобы еще раз революционизировать процесс — и в конечном итоге свергнуть США как стального короля мира.

Немецкий ученый и стеклодув Уильям Сименс, живущий в Англии, чтобы воспользоваться преимуществами, которые он считал благоприятными патентными законами, в 1847 году понял, что он может продлить время, в течение которого печь поддерживает максимальную температуру, рециркулируя излучаемое тепло. Компания Siemens построила новую стекловаренную печь с небольшой сетью труб из огнеупорного кирпича.Горячие газы из плавильной камеры выходили через трубы, смешивались с внешним воздухом и возвращались обратно в камеру.

Стекловаренная печь Сименс нашла свое применение в металлургии почти 20 лет. В 1860-х годах французский инженер по имени Пьер-Эмиль Мартен узнал об этой конструкции и построил печь Сименса для плавки железа. Рециркулируемое тепло удерживало металл в жидком состоянии дольше, чем процесс Бессемера, давая рабочим больше времени, чтобы добавить точное количество углеродсодержащих сплавов железа, которые превратили материал в сталь.А из-за дополнительного тепла можно было переплавить даже стальной лом. На рубеже веков процесс Сименса-Мартина, также известный как мартеновский процесс, получил широкое распространение во всем мире.

Майкл Стиллвелл

Перенеситесь в 20-й век, когда швейцарский инженер Роберт Даррер нашел еще лучший способ. Дуррер преподавал металлургию в нацистской Германии. После окончания Второй мировой войны он вернулся в Швейцарию и экспериментировал с методом Бессемера.Он направил в печь чистый кислород (а не воздух, который состоит только из 20 процентов кислорода) и обнаружил, что он более эффективно удаляет углерод из расплавленного железа.

Дюррер также обнаружил, что, подавая кислород в печь сверху, а не снизу, как в конвертере Бессемера, он может плавить холодный стальной лом в чугун и повторно использовать его в процессе производства стали. Этот «основной кислородный процесс» также отделил все следы фосфора от железа. Этот метод сочетал в себе преимущества печей Бессемера и Сименс-Мартин.Благодаря инновациям Дюррера производство стали в огромных количествах снова стало дешевле.

В то время как страны Европы и Азии немедленно приняли базовый кислородный процесс, американские заводы, все еще находящиеся на вершине отрасли, уверенно продолжали использовать процесс Сименс-Мартин, невольно открывая двери для иностранных конкурентов.

Нержавеющая сталь и упадок американской фабрики

В 1912 году британский металлург по имени Гарри Брирли искал способ продлить срок службы стволов.Экспериментируя с хромом и стальными сплавами, он обнаружил, что сталь со слоем хрома особенно устойчива к кислотам и погодным условиям.

Бреарли начал продавать сплав стали с хромом своему другу, работающему с столовыми приборами, назвав его «нержавеющая сталь» — буквальное прозвище, подходящее инженеру. Его друг Эрнест Стюарт, которому нужно было продавать ножи широкой публике, придумал более запоминающееся название: нержавеющая сталь.

Компания под названием Victoria производила стальные ножи для швейцарской армии, когда она узнала о новом антикоррозийном металле из Великобритании.Компания быстро поменяла металл в своих ножах на нержавеющий, что является другим словом для сплава, происходящим от французского слова «нержавеющая сталь», «не окисляемый». Виктория переименовала себя в Victorinox. Сегодня есть хороший шанс найти один из таких сплавов. их красные складные ножи в ящике вашего стола.

Внезапно нержавеющая сталь стала во всем мире. Антикоррозийный мерцающий металл стал критически важным материалом для хирургических инструментов и предметов домашнего обихода. Колпаки в верхней части здания Крайслер изготовлены из нержавеющей стали. что помогает им сохранять серебряный блеск на солнце.В 1959 году в Сент-Луисе рабочие начали строительство арки ворот из нержавеющей стали, которая остается самым высоким искусственным памятником в Западном полушарии.

Арка ворот в Сент-Луисе высотой 630 футов.

Даниэль Швен / Викимедиа

Но пока Сент-Луис строил Ворота на Запад, остальной мир догонял американское производство стали. Низкая заработная плата за границей и использование кислородного процесса сделали зарубежную сталь дешевле, чем американскую к 1950-м годам, точно так же, как сталелитейная промышленность пострадала от более дешевого сплава для товаров для дома: алюминия.

В 1970 году деятельность US Steel как крупнейшей в мире сталелитейной компании прекратилась после семи десятилетий, уступив место японской Nippon Steel. Китай стал ведущим производителем стали в мире в 1990-х, а Bethlehem Steel закрыла свой завод в Вифлееме в 1995 году. Лишь в конце 20-го века большинство американских сталелитейных заводов наконец перешли на кислородный процесс. По данным World Steel Association, по состоянию на 2016 год США занимали четвертое место по производству стали.

Устойчивое будущее стали

Большая часть нержавеющей стали в мире производится на мини-заводах.Эти металлоконструкции не производят сталь с нуля, а переплавляют стальной лом для повторного использования. Самая распространенная печь на мини-заводе — электродуговая печь, также изобретенная Уильямом Сименсом, — использует угольные электроды для создания электрического заряда для плавления металла.

Распространение мини-заводов за последние полвека стало решающим шагом на пути к переработке старой стали, но для достижения полностью экологически рациональной выплавки еще предстоит пройти долгий путь. Кованая сталь — известный источник парниковых газов.Основной кислородный процесс, широко используемый до сих пор, был разработан почти столетие назад, когда последствия изменения климата только входили в круг научных исследований. Основной кислородный процесс по-прежнему сжигает уголь, выделяя примерно в четыре раза больше углекислого газа, чем электрические печи. Но полное прекращение использования кислородных дутьев для электрической дуги не является рациональным решением — для вторичной переработки доступно лишь определенное количество стального лома.

Сегодня металлурги только начинают разрабатывать экологически безопасные методы производства стали.В Массачусетском технологическом институте исследователи тестируют новые основанные на электричестве технологии плавки металлов. Эти методы электроплавки могут значительно снизить выбросы парниковых газов, если их можно улучшить для работы с металлами с более высокими температурами плавления, такими как железо и сталь.

Схема электролиза расплавленного полупроводника.

Массачусетский технологический институт / Майкл Стиллвелл,

Также проходят испытания дополнительные идеи, которые использовались для ограничения выбросов от автомобилей.В феврале прошлого года австрийский производитель Voestalpine начал строительство мельницы, предназначенной для замены угля водородным топливом — технологии, которая, вероятно, будет реализована не ранее чем через два десятилетия. В качестве временной меры китайское правительство даже ввело ограничения на производство стали в своей стране в прошлом году.

Ставки изменились в 21 веке. Но вопрос остается таким же, как и всегда, таким же, как и для тех, кто обслуживает тигли Индии, доменные печи Германии и литейные заводы Америки.Как нам улучшить производство стали?

Джонатан Шифман Джонатан работает в Нью-Йорке и до сих пор часто останавливается, чтобы полюбоваться небоскребами, где он находит вдохновение для своих произведений.

Все, что вам нужно знать: сталь

Вы не поверите, но выражение «прочнее стали» не стало общепринятой фразой просто потому, что оно приятно скатывается с языка. Скорее, что бы вы ни сравнивали с этим металлическим сплавом, оно, вероятно, чертовски круто.

Сталь, изготовленная из комбинации железа и углерода, а также множества других элементов, является одним из наиболее широко используемых материалов в мире. От наших простейших инструментов до самых сложных структур — они повсюду по всему земному шару, ежедневно окружая нас и влияя на нас.

Тем не менее, для того, чтобы играть такую ​​важную роль в нашем обществе, знание об этом распространенном материале является довольно редким явлением.

Итак, что же такое сталь? И почему это так важно?

Что такое сталь?

Металл, сталь, все они одинаковые, да? Не совсем так.

Если быть точным, металлы — это природные элементы, обнаруженные в земной коре. Вспомните школьную химию и металлы в периодической таблице, такие как медь, цинк и железо. Если помните, стали не было.

Это связано с тем, что сталь классифицируется как разновидность металла. В частности, он известен как сплав железа. Это означает, что его химический состав на самом деле представляет собой смесь, состоящую частично из металла (железо) и частично из неметалла (углерода).

По сути, вы можете рассматривать сталь как очищенную форму железа.Он сохраняет металлические характеристики железа, но имеет содержание углерода от 0,02% до 1,7%. Кроме того, в процессе производства часто добавляются металлические и неметаллические элементы.

Добавление определенного количества углерода и других легирующих элементов увеличивает физико-химические свойства, такие как прочность, сопротивление и изменчивость. Эти радикальные улучшения делают сталь одним из наиболее широко используемых материалов в мире.

Как производится сталь?

Итак, сталь — это в основном железо с добавлением углерода и некоторых других элементов — отлично.Но как мы можем перейти от камня в земле к готовому продукту?

Что ж, сегодня существует два основных способа производства стали: метод BOS (кислородная печь) или метод EAF (электродуговая печь).

Метод BOS восходит к первоначальному Бессемеровскому процессу (первый недорогой промышленный процесс для массового производства стали) и использует сырье для производства стали.

В методе BOS железо выплавляется из руды в доменной печи и перерабатывается путем продувки кислорода через нагретое железо.Кислород снижает содержание углерода и уменьшает количество примесей в чугуне, превращая его в расплавленную сталь.

В отличие от метода BOS, метод EAF использует более современный подход и использует переработанный стальной лом — сталь, уже произведенную и готовую к переработке. Вместо того, чтобы использовать сырье, такое как железная руда, переработанная сталь подается через мощные электрические дуги и плавится в высококачественную сталь.

Изначально методы BOS и EAF различаются, но оба дают один и тот же конечный результат: жидкую сталь.

После получения жидкой стали ее необходимо обработать вторичным процессом выплавки стали, который регулирует состав стали. Это включает добавление или удаление определенных элементов и / или настройку температуры и производственной среды.

После того, как окончательный состав выбран, пора переходить к этапам изготовления, изготовления и отделки. Это включает в себя такие методы, как холодная прокатка, нанесение покрытия (гальванизация) или термообработка (отпуск), которые придают стали окончательную форму и свойства.

Виды стали

Есть причина, по которой Супермена прозвали «Человеком из стали» — сталь прочна. Но, помимо огромной прочности, вторым по величине качеством стали является универсальность.

В процессе производства создаются различные типы стали, которые классифицируются по их физическим, химическим и экологическим свойствам. Эти свойства включают количество углерода, уровень примесей и добавление других легирующих элементов.

Каждый тип стали подходит для различных целей и применений и по химическому строению и физическим свойствам подразделяется на четыре группы:

1.Углеродистая сталь

Углеродистые стали содержат следовые количества легирующих элементов, таких как марганец, кремний и медь. Они часто имеют тусклый и матовый вид, и на их долю приходится 90% от общего объема производства стали. Существует три подгруппы, которые классифицируют углеродистые стали в зависимости от их содержания углерода:

  • Низкоуглеродистая сталь: содержит менее 0,3% углерода и является наиболее распространенной углеродистой сталью.
  • Среднеуглеродистая сталь: содержит между.3–6% углерода и часто с добавлением марганца.
  • Высокоуглеродистая сталь: содержит 1,5% углерода и является самой прочной из углеродистых сталей.

2. Легированная сталь

Легированные стали содержат различное количество легирующих элементов (например, алюминия, хрома, меди, марганца, никеля, кремния, титана). Эти дополнительные элементы изменяют свойства стали. Некоторые примеры этих свойств включают коррозионную стойкость, прочность или пластичность.Эти стали обычно дешевле и часто используются в автомобильных деталях, механических работах, генераторах энергии и трубопроводах.

3. Нержавеющая сталь

Нержавеющие стали имеют низкое содержание углерода и обычно содержат от 10% до 20% хрома. Они обычно встречаются в бытовой технике, пищевом оборудовании и кухонной утвари из-за их прочности и устойчивости к коррозии и высоким температурам.

4. Инструментальная сталь

Инструментальная сталь содержит различные количества кобальта, молибдена, вольфрама и ванадия, что делает их чрезвычайно твердыми, прочными и термостойкими.Эти стали идеальны для изготовления металлических инструментов (отсюда и их название), а также для сверления, резки и штамповки.

Зачем нужна сталь?

К настоящему времени вы должны иметь твердое представление о том, что такое сталь и как ее производят, но возникает большой вопрос: зачем мы ее используем?

Сталь

— прочный, долговечный и универсальный материал, но у него также есть еще одна важная черта: экологичность.

Сталь — это самый переработанный материал на земле, и ее можно перерабатывать в неограниченном количестве.Это потому, что он не теряет своих свойств в процессе переработки.

Сочетание устойчивости с прочностью и универсальностью делает сталь не только одним из самых ценных ресурсов в мире, но и самым используемым в бесчисленных отраслях промышленности.

От строительства зданий, стадионов и мостов до наших автомобилей, трубопроводов, сельскохозяйственного оборудования и инструментов — сталь присутствует повсюду и вносит свой вклад как в развитие нашего общества, так и в улучшение нашей жизни.

Если окажется, что это не все, что вы хотели знать, и многое другое, зайдите на страницу блога Boyd Metals для получения более интересной информации о металлургической промышленности и не забудьте заглянуть на наш БЕСПЛАТНЫЙ ресурс: 12 фактов О стали, нажав на изображение ниже.


Минеральные ресурсы месяца: Чугун и сталь

Железо — один из самых распространенных элементов на Земле, но он не встречается в природе в полезной металлической форме.Хотя древние люди, возможно, извлекали некоторое количество железа из метеоритов, до тех пор, пока не была изобретена плавка, металлическое железо можно было получить из оксидов железа. После начала железного века, примерно в 1200 году до нашей эры, знания о производстве чугуна и стали распространились с древнего Ближнего Востока через Грецию в Римскую империю, затем в Европу и, в начале 17 века, в Северную Америку. Первая успешная печь в Северной Америке начала работать в 1646 году на территории нынешнего Согуса, штат Массачусетс. Введение конвертера Бессемера в середине 19 века сделало возможным наступление современной стали.

Чугун — это высокоуглеродистый сплав, полученный путем плавки железной руды в доменной печи с использованием углеродистого материала, обычно кокса, в качестве восстановителя. Известняк добавляется в шихту железорудного кокса в качестве флюса для удаления примесей. Сталь производится из чугуна путем удаления части углерода в кислородном конвертере и добавления нескольких легирующих элементов, таких как марганец, хром, медь, никель, титан, молибден, вольфрам и ванадий. Сталь также производится путем переработки лома черных металлов в дуговой электропечи.

Существует много марок стали, но тремя основными типами стали являются углеродистая, легированная и нержавеющая. Около 93 процентов стали, производимой в Соединенных Штатах, — это углеродистая сталь, которая содержит максимум 2 процента углерода. Применения находят в бытовой технике, строительстве, судостроении, таре и упаковке, а также в автомобилестроении, машиностроении и производстве оборудования. Легированная сталь, составляющая около 5 процентов годового производства, содержит до 4 процентов легирующих элементов. Специальные области применения легированной стали включают использование в обрабатываемых деталях и производстве инструментов.Нержавеющая сталь, на долю которой приходится около 2 процентов годового производства стали, образуется путем добавления в сталь хрома и обычно никеля, что делает ее очень устойчивой к коррозии.

С 2008 года объемы производства стали значительно превысили видимое потребление стали, в первую очередь в результате быстрого экономического роста Китая и быстрого увеличения производственных мощностей. Это привело к притоку стальной продукции в Соединенные Штаты и другие страны-производители стали, которые уже имеют избыточные мощности.Спрос китайских производителей стали также вызвал беспрецедентный рост цен на железную руду и металлургический уголь.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *