что такое сталистый металл
Сталь: классификация, особенности и описание разновидностей сплава
Сталь – самый известный в мире сплав железа. По сути, говоря о железных конструкциях и предметах, мы говорим об изделиях (или их производстве) из той или иной стали. 99% сплава относится к категории конструкционных сталей, так что практически не существует инструментов или оборудования, где он бы ни использовался.
В этой статье мы постараемся затронуть такие темы как классификация марок, цена стали, ее свойства и применение в строительстве.
Что такое сталь
Сталь – сплав железа и углерода. В обычных случаях доля углерода колеблется от 0,1 до 2,14 %. Но, учитывая, что в состав легированных сталей может входить множество дополнительных ингредиентов, сегодня под сталью подразумевают такой сплав, где доля железа составляет не менее 45%.
О том, что такое сталь, и как ее производят, расскажет этот видеосюжет:
Понятие и особенности
Главные привлекательные качества стали – высокая прочность при доступности сырья и относительно простом способе производства. Именно такая комбинация и ставит сплавы железа в позицию абсолютного лидера. На сегодня попросту не существует такой области народного хозяйства, где стали не занимали бы позицию конструкционного материала.
Соотношение с чугуном
Наиболее близок к стали по свойствам и составу чугун. Часть материала и производится из предельного чугуна. Однако на практике различия в характеристиках оказываются весьма заметными:
Далее рассмотрим достоинства и недостатки стали.
Преимущества и недостатки
Описывать плюсы и минусы материала довольно сложно. На практике мы имеем дело с продукцией из стали, причем из сплава самых разных марок, а, значит, и свойств. А одна из особенностей материала как раз и состоит в том, что метод изготовления изделии из него тоже влияет на его свойства. Качества сварной трубы не сравнить с характеристиками трубопровода из холоднокатаной стали.
В общем, можно говорить о следующих преимуществах стали:
К недостаткам можно отнести следующее:
Далее будет рассмотрена маркировка и классификация сталей по качеству, по назначению, а также по составу и иным характеристикам.
Разновидности металла
Подсчитать количество известных и используемых на сегодня сплавов – задача очень непростая. Классифицировать их не менее сложно: свойства материала зависят от состава, метода получения, характера добавок, способа обработки и так далее.
Чаще всего используются следующие классификации:
О нержавеющей стали поведает это видео:
Химический состав
Сплав, по сути своей – твердый раствор. Причем компонент в твердом основном материале растворяется по другим законам, чем в жидкости. Основой получения всех железных сплавов является способность железа к полиморфизму, то есть, формированию разных структурных фаз при разной температуре. Благодаря этому углерод и другие элементы, растворенные в железе при высокой температуре, не выпадают в осадок при понижении температуры, как это происходит с обычными жидкостями, а образуют совместную структуру.
По своему составы стали делятся на углеродистые и легированные.
Углеродистые
Углеродистые – главным, то есть, определяющим свойства легирующим компонентом является углерод. Различают 3 вида:
Это деление связано с теми преобразованиями, которые происходят в сплавах. До содержания углерода в 0,8 % сплав сохраняет доэвтектоидную структуру, то есть, имеет ферритно-перлитную структуру. При увеличении доли углерода структура меняется на эвтектоидную и заэвтектоидную, что соответствует перлиту и цементиту. Соотношение фаз во много определяет прочностные характеристики.
Пользователь сталкивается не столько с мало- или высокоуглеродистой сталью, сколько с составом определенной марки. Марка определяется соотношением нескольких критериев, а не только содержанием углерода.
Различают по назначению 3 группы:
Легированные
Легированными называют стали, в которые специально вводят дополнительные ингредиенты для придания составу других качеств. Классификация производится по суммарному объему всех легирующих добавок – не примесей марганца или фосфора.
Легирование значительно усложняет структуру твердого раствора, что приводит к возникновению сложнейшей классификации по структурному составу. Маркируются марки по составу: обязательно указывается доля углерода. А затем по уменьшению указывают доли легирующих добавок. Если доля примеси менее 1% вещество не указывается.
В качестве добавок применяют как неметаллы, так и металлы.
Фазовый и структурный состав
Получение стали – процесс непростой и неоднозначный. Особенность его состоит в том, что при плавке сплав проходит через фазовые превращения, которые и обуславливают сочетание прочности и упругости.
Легирование углеродом происходит в 2 этапа. На первой стадии при нагреве до 725 С железо соединяется с углеродом, образуя карбид, то есть, химическое соединение, называемое цементитом. При нормальной температуре сталь включает смесь цементита и феррита. При повышении температуры выше 725 С цементит растворяется в железе, формирую другую фазу – аустенит.
С этой особенностью связана классификация сплава по структурному составу в нормализованном виде:
В отожженном состоянии выделяют такие структурные классы:
В чем смысл подобного деления? Дело в том, что легирующие добавки оказывают разное воздействие на разные структуры стали. Так, растворение в феррите легирующих элементов приводит к увеличению временного сопротивления, за исключением марганца и кремния, которые сплав упрочняют. При легировании аустенита понижается предел текучести при относительно высокой прочности. В результате материал легко и быстро упрочняется при деформации – наклепывании.
Классификация по раскислителю
При плавке металлов частой проблемой является растворенный в них газ – кислород, азот, водород, чтобы удалить его прибегают к раскислению. В зависимости от полноты процесса различают 3 вида:
Классификация по назначению
Довольно условное разделение сталей по сферам применения стали.
Содержание примесей
Сталь может включать полезные примеси, то есть, легирующие элементы, и вредные. По содержанию вредных и различают 4 группы:
Далее рассмотрим технологии и процесс производства стали, его этапы и виды.
Производство сплава
Процесс изготовления сплава сводится к переработке чугуна, при которой отжигаются лишние примеси и вводятся легирующие элементы. Используются при этом несколько методов.
На этом процесс изготовления стали не заканчивается. В тех случаях, когда необходимо получить максимально прочный материал, прибегают к дополнительной обработке.
Термический метод
К термическим способам относится:
Термомеханический способ
Термомеханические методы сочетают механическое и термическое воздействие:
Термохимическая обработка
Термохимическая обработка представляется собой нагрев сплавов и выдержку их в определенных химических средах. К наиболее известным методам относят:
Стоимость материала
Сталь – самый востребованный и самый распространенный металлический сплав в мире. Говоря о роли железа в народном хозяйстве, имеют в виду именно разнообразные стальные сплавы.
О том, как плавится сталь, смотрите в видео ниже:
Сталистый чугун.
В начале тридцатых годов одной из главных социалистических строек стала Магнитка, было начало строительство Магнитогорского металлургического комбината. Знаменитой Магнитки. Но в Советском Союзе к этому времени было очень большое количество металлургических комбинатов, доставшихся ему еще от царской России? Я раньше слегка коснулся этого интересного вопроса, той причины, по которой начали возводить Магнитку. Отсутствия в Союзе обогатительной промышленности, как отрасли промышленности. А запасы руды в горе Магнитной отличались высоким содержанием окиси железа и не нуждались в обогащении. Но была еще одна причина для строительства крупных металлургических комбинатов во времена индустриализации Союза. И об этой причине особо не распространялись советские историки. А сейчас этот вопрос не подымается в силу непонимания и отрицания реальной истории Советского Союза. Вопрос этот очень деликатный и до сих пор до конца не решенный. И заключается он в том, что большинство крупных металлургических комбинатов, доставшихся Советскому Союзу от царской России, имели иностранных собственников. И половину, если не больше, тех комбинатов было построено и они работали на деньги и по технологиям Бельгии и ее специалистов. И на момент Революции они так и оставались их собственниками. Вопрос этот не был решен ни во время революции, ни после, в период индустриализации. Не решен он, в плане компенсации потерь крупных активов Бельгией и ее гражданами до сих пор. К моменту начала индустриализации Союза, он стремился к признанию своего существования от крупных мировых держав. Но вот это вопрос, вопрос собственников дореволюционных предприятий, он ведь не решался или решался медленно. Что являлось серьезным препятствием в вопросах международного статуса Союза. Принятие решения о строительстве Магнитки, как раз и лежало в сфере признания или не признания, которая, Магнитка, должна была показать, что в Союзе начали появляться уже собственные крупные предприятия, построенные самостоятельно.
А ведь Бельгия, ее тяжелая промышленность в то время, была одной из самых развитых в Европе.
Очень показательный пример, пример освоения и начала промышленного производства сталистого чугуна в царской России. Показателен во многом. Пример этот позволяет понять, как развивалась тяжелая промышленность и в особенности металлургия в России того периода. Понять еще что лежало в основе той катастрофы, которая произошла в октябре 1917 года. Понять, что Советская Россия, особенно в вопросах промышленного развития, продолжила те тенденции, которые шли во времена ускоренной индустриализации старой России в начале двадцатого века. Понять, почему видные деятели промышленности того времени, ее талантливые инженеры, перешли работать уже в новую Россию и успешно продолжали заниматься тем, чем они занимались в старой России. Понять, почему практически весь состав царского Генерального штаба, дворяне, офицерская элита царской России, перешел на службу большевикам.
«Уместно отметить, что и в России были в прошлом самостоятельные попытки к получению чугуна, сходного со сталистым. Попытки эти были не только в области машиностроения, но и в снарядном деле; что подтверждается следующим: при рассмотрении вопроса о производстве сталистого чугуна в Артиллерийском Комитете (журнал № 3271 от 23 августа 1916 года) в заседании 1-го Отдела Артиллерийского Комитета профессор Д. К. Чернов сообщил, что получение сталистого чугуна уже давно испытано в России для отливки бронебойных снарядов крупных калибров: так, в семидесятых годах ХІХ ст. по инициативе Н. И. Путилова на его заводе сталистый чугун приготовлялся путем преждевременного прекращения процесса в бессемеровских конверторах. Что же касается получения чугуна в вагранках с присадкой стали, то такие опыты были широко произведены самим проф. Д.К. Черновым на Обуховском заводе ещё в 1870 – е гг. ХІХ века. Еще тогда Д.К. Черновым было выяснено, что стальные мелкие высечки и обрубки, весом до 20 кг, можно было использовать в количестве до 50% общего веса шихты для вагранки. Металл разливали максимально нагретым, около 1400 0С.»
Дата этого совещания очень показательна, 1916 год. Два года, как идет очень кровопролитная мировая война. Война эта замерла в противостоянии. Переросла в позиционную. Противоборствующие стороны замерли в укрепленных позициях и на первую роль в такой войне выдвинулась артиллерия. А вопрос начала производства снарядов из сталистого чугуна в России только лишь рассматривается в Артиллерийском комитете.
Ну эти заводы были не только очень мощные. Эти заводы обьединяло еще и то, что они были в собственности российских поданных, Так сказать, были в собственности отечественных производителей.
«Одним из наиболее перспективных конструкционных материалов сегодня является высокопрочный чугун, то есть чугун, в котором содержащийся графит имеет форму сферическую или близкую к ней. Путем выбора режимов термической обработки, вида и способов модифицирования получают высокопрочные чугуны с пределом прочности при растяжении до 1200 и даже 2000 МПа, а часто с предусадочным расширением, близким к серому чугуну. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ) – один из немногих литейных сплавов, день рождения которого известен достаточно точно.
Не менее известным, чем ВЧШГ был до конца 40-х годов ХХ века сталистый чугун, получивший широкое распространение во время Первой мировой войны. История введения его в производство мало освещена в литературе, а вместе с тем представляет особый интерес, не только с позиций истории литейного производства и металлургии, но и с технологической точки зрения.
Начиная с 1880—1885 гг. на французском рынке появились изделия из особого чугуна, который по своим свойствам далеко превосходил обыкновенный серый чугун. Чугун этот был известен под названием «арденского», по имени французских Арден, где он впервые и появился. Чугун этот выплавлялся в отражательных печах, и в начале только небольшое количество заводов его изготовляло и знало секрет его изготовления. Из этого арденского чугуна изготовлялись самые разнообразные предметы, как в области машиностроения, так и в хозяйственной, и благодаря своей прочности они получили широкое распространение во всей Франции.
Непрерывный рост военного могущества Германии и её завоевательные стремления заставили изыскивать все меры для обеспечения французской армии возможно большим количеством снарядов в как казалось в то время, неизбежной войне. Одной из таких мер было приготовление снарядов из арденского чугуна. Арденский чугун, как стоящий по своему составу между чугуном и сталью, мог дать надежные снаряды, соединяя значительную прочность с простотой изготовления.
Появление и происхождение сталистого чугуна заключается в следующем: необычайный спрос на снаряды, созданный условиями Первой мировой войны, не мог быть удовлетворен одними лишь штампованными снарядами, поэтому необходимость снабжения действующих армий снарядами крупных калибров в значительном количестве привела артиллеристов к применению литых снарядов, условия и быстрота изготовления которых позволяли обеспечить их значительный выпуск, а снаряды эти стоили дешевле стальных.
Почему же французы остановились на этом арденском чугуне? Потому что спешная потребность и простота изготовления из сталистого чугуна, с одной стороны, и необеспеченность мартеновскими, прокатными и штамповальными цехами, выпускающих стальные снаряды в массовом количестве, с другой стороны, заставили французов обратить особое внимание на новый материал.
Когда французы решили остановиться на арденском чугуне для литья снарядов, то они столкнулись с серьезным препятствием к применению этого чугуна в артиллерийском деле. Это были: приготовление его в отражательных печах, число которых в стране было мало, а главным образом неопределенность шихты и отсутствие технологии процесса плавки.
Чтобы сделать этот чугун пригодным и ценным материалом для массового литья снарядов в случае необходимости для Франции, было необходимо:
1.Применить для его изготовления вагранки.
2.Изучить его свойства и изыскать простые, научно обоснованные способы его изготовления и условия приемки, гарантирующие качество металла.
Изучением этих вопросов занялся капитан французской службы Праш, который с 1908 по 1912 г. получил из вагранки и исследовал чугун, известный впоследствии под названием сталистого чугуна. Труды Праша, являющиеся одним из интереснейших исследований сталистого чугуна, были напечатаны отдельным изданием французским артиллерийским ведомством еще в 1912 году.
Почему же французы не остановились на сером чугуне? Потому что большие давления в канале орудий и большие скорости снарядов требуют от металла большой прочности, вследствие чего снарядам из простого чугуна приходилось давать большую толщину стенок при малой длине снаряда; таким образом, получался малый объем для помещения в снаряде взрывчатого вещества, что существенно понижало их боевое значение. Не говоря уже о таких дефектах при литье серого чугуна, как раковины, поры и т.п. Но получение этого чугуна представляло особые трудности, поэтому вначале многие заводы терпели серьезные неудачи при литье этого вида чугуна.«
А где же были отечественные специалисты, свои российские? Среднее инженерное звено. А их не было. Не было в таком количестве, что бы заместить уехавших иностранных спецов. И их не было именно по той причине, что до этого было очень много иностранных спецов. А кто их пригласил в Россию в то время?
«До Первой мировой войны Россия получала бензол из-за границы, главным образом, из Германии и — в меньших количествах — из Великобритании. В предвоенные годы импорт бензола Россией неуклонно увеличивался, благо Германия постоянно наращивала его производство и могла часть полученного продукта реализовывать на внешних рынках. В 1911 г. в Германии было получено 5 млн пуд. сырого бензола (т.е. бензола с примесью, главным образом, толуола и ксилолов), в 1914 г. — свыше 10 млн пуд., а в 1915 г. — 1 600 млн пуд16
В России бензол начали получать только накануне войны, в последнем квартале 1913 г., и в незначительных количествах. По данным А.П. Шахно, в этом году было произведено 6 949 пуд. неочищенного бензола, а по другим, более достоверным источникам — и того меньше: 2 363 пуд19. Согласно цитированным выше показаниям генерала И.К. Ястребова, толуола в России изготовлялось (средствами частной промышленности) до 3 тыс. пудов в месяц, а все остальное количество толуола — около 50 000 пудов — привозилось почти исключительно из Германии.
«. с 1912 г. и до войны толуол, необходимый для изготовления тротила на казенных заводах — Охтенском и Самарском, заказывался этими заводами по контракту русским фирмам — Тентелевскому химическому заводу в Петрограде и бензоло-анилиновому в г. Кинешме, причем в контракты включалось условие, что к поставке толуол допускается только русского производства». Однако, далее, генерал Ястребов высказал вполне правдоподобное предположение — хотя заводы взрывчатых веществ получали толуол от российского химического завода (Тентелевского), последний, тем не менее, закупал его «большею частью из-за границы, и, надо полагать, из Германии». Впрочем, генерал оговаривал, что импортный толуол мог поставляться лишь частному Шлиссельбургскому заводу, тогда как «количество. толуола, поставляемого по контрактам вышеназванными фирмами на казенные заводы, могло быть русского происхождения, судя по количеству сырого бензола, из коего приготовлялся толуол, каковое количество бензола производилось в Донецком бассейне и шло упомянутым фирмам для выработки толуола»
. «могло быть обеспечено», а не «было обеспечено», а чтобы эта возможность превратилась в действительность, надо было резко увеличить количество бензольных заводов в Донбассе и реконструировать коксовальные печи. В начале же войны там имелось всего 1 082 печи с рекуперацией на 11 заводах, но лишь три установки с 358 печами имели бензольные заводы«.
«После детального обследования местности, прилегающей к реке Северский Донец, возле станции Рубежное Старобельского уезда Харьковской губернии, в 1916г. российское общество для производства и продажи пороха приняло решение построить вблизи уже действующих заводов обществ «Русско-Краска» и «Коксобензол Южный» завод взрывчатых веществ
В июле 1916 года Общество для производства и продажи пороха приступило к работам по созданию Южного завода взрывчатых веществ с отделениями тротиловым, ксилиловым и азотной кислоты с денитрацией и концентрацией отработанных кислот, как было сказано в документе, «в целях государственной обороны, в порядке крайней спешности».
Реализация комплекса организационно-технических мероприятий, помноженная на труд заводчан, принесла желаемый результат. Несмотря на тяжелые условия труда в цехах и отсутствие у большинства рабочих необходимого производственного опыта, 15 августа 1917 года артиллерийским приемщиком были приняты первые партии готовой продукции Южного завода взрывчатых веществ — тротила и ксилила.».
История производства тротила в царской России, как две капли повторяет историю начала производства сталистого чугуна. В разгар войны, когда тротил нужен был еще вчера.
Почему ускоренная индустриализация царской России на переломе веков была обречена на неудачу? Обречена по обьективным и непреодолимым причинам? Потому что индустриализация эта столкнулась с средневековым социальным устройством России, сословности. Если бы это противоречие началось бы преодолеваться и дальше в той России, и если бы не произошла бы революция, то в ней так же пришлось ломать хребет крестьянам, как это произошло в Новой России в тридцатых годах прошлого века. Ведь кадры и рабочую силу так же пришлось изыскивать и тогда.
Что из себя представляло сословность России, наглядно показал Октябрь. Сословность, когда во вроде бы цельном государстве, параллельно жило разное население, разный народ. И когда произошла катастрофа, эти разные народы проявили себя во всей красе. Большая часть дворянства рванула из своей родины в белый свет, наплевав на могилы предков. А меньшая часть впала в такой ступор, что потерялась в этих событиях и просто вымерла.
Что из себя представляло купечество, показал НЭП. Когда эти люди во времена НЭПа стал жрать в три глотки и срать (пардон) где попало.
Только русский мужик, вытерев кровь, пот и слезы продолжил заниматься тем же, чем он занимался всю жизнь и все время. Просто жить в своем государстве, несмотря ни на что.
Феномен царского генерального штаба, когда он перешел служить большевикам, так до конца никто не понял. Ведь генеральный штаб, это не только война, но и подготовка к войне, включая и развитие вооружений, перспективное развитие. А развитие вооружений опирается на развитую промышленность. А на какую промышленность мог опираться царский генеральный штаб? Которая в большей части была представлена иностранными поданными? В большевиках они увидели ту силу, которая могла бы в этом плане изменить положение вещей. Разрушить сословность и включить социальные лифты.
И когда начал валится Советский Союз? По какой причине? А валиться он начал тогда, когда парторги превратились в батюшек, которые исповедуют своих мирян. Но парторги это не батюшки и партком не то место, куда миряне могли ходить с удовольствием. Когда партийная элита начал превращаться в отдельное сословие. И когда под воздействием идеологии и услужливых историков, напрочь забыла все то, что предшествовало разрушительному октябрю
«Именно с именем С. Н. Ванкова (впоследствии профессора) в отечественной металлургии и связано начало производства «сталистого» чугуна, явившегося предшественником чугуна высокопрочного. Первые снаряды из сталистого чугуна появились на действующем французском фронте в январе 1915 года, и широкое их применение в бою подтвердило их высокие боевые качества, вследствие чего производительность их во Франции в дальнейшем была утроена.
Сталистый чугун широко стал известен в России с 1915 г. для изготовления снарядов преимущественно средних и больших калибров. После войны были попытки по изготовлению частей приборов и машиностроительных деталей, но то были частные случаи применения этого сплава.».
. «Комиссия обследовала коксовые заводы Донбасса в течение месяца. Результаты были доложены В.Н. Ипатьевым 19 декабря 1914 г. в Центральной научно-технической лаборатории Военного министерства в присутствии генерал-инженера А.П. Вернандера (помощника военного министра), генерала от артиллерии Д.Д. Кузьмина-Караваева, генерал-лейтенанта А.С. Лукомского (начальника канцелярии Военного министерства), генерал-майора Е.К. Смысловского (начальника Хозяйственного отдела ГАУ), начальников главных управлений и других заинтересованных лиц.
Наиболее подходящим местом для строительства такого завода Комиссия сочла Макеевку, т.к. там уже имелись и источники энергии и расположенные неподалеку металлургическое и машиностроительное производства. Затраты на строительство ректификационного завода и переоборудование печей Комиссия оценила в 1 млн рублей. В случае реализации предложений Комиссии реконструированные печи предприятий групп II А и II Б с новым ректификационным заводом и вместе с уже действовавшими бензоловыми заводами могли бы давать в год до 140 тыс. пудов толуола
Совещание «не нашло возможным, — возмущался Владимир Николаевич, — тут же решить, хотя бы в принципе, приступить немедленно к постройке хотя бы только одного бензолового завода в Кадиевке», который один мог бы дать 180–200 тыс. пудов сырого бензола в год.»
А.Г. ЖУРИЛО, канд. техн. наук., доц., СТАЛИСТЫЙ ЧУГУН КАК ПРЕДШЕСТВЕННИК ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА
И.С. Дмитриев БЕНЗОЛЬНОЕ КОЛЬЦО РОССИЙСКОЙ ИМПЕРИИ (СОЗДАНИЕ КОКСОБЕНЗОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА ЮГЕ РОССИИ В ГОДЫ ПЕРВОЙ МИРОВОЙ ВОЙНЫ)