Сталь: производство, разновидности, сильные и слабые стороны материала

Металлургическая сфера существует уже тысячи лет, при этом техники литься лишь совершенствуются. С изделиями из стали каждый сталкивается ежедневно, начиная с собственной кухни и ванной, заканчивая общественным транспортом и канцелярскими принадлежностями. Но при столь большом распространении, принципы изготовления этого материала известны не каждому.

Если вас интересует процесс производства, а также сама сталь как материал, стоит больше узнать о технологиях и требованиях к составу, способах литья и плавки составов, преимуществах и недостатках каждого из них. Так вы сможете существенно расширить свой кругозор в сфере металлургии, упростить подбор материалов в процессе покупки, сэкономить собственные деньги.

Происхождение и особенности материала

Знакомство с любым веществом на планете стоит начинать с изучения его происхождения, поскольку это откроет глаза на многие особенности и непонятные моменты.

Сталь является прочным и долговечным материалом, которая при доработке состава устойчива даже перед коррозией, поэтому срок службы существенно превышает несколько десятков, и даже сотен лет. Благодаря податливости, а также возможности сваривания, стальные конструкции используются во всех сферах жизнедеятельности.

Этот материал представляет собой состав из железа и углерода в определенном соотношении, которое напрямую влияет на прочность и устойчивость металла к внешним факторам.

Заказать арматуру по выгодным ценам на сайте

С развитием технологий возникло несколько альтернативных способов производства

стали, поэтому если вы хотите узнать основные виды стали — несомненно стоит ознакомиться с каждым из них.

Виды производства стали

Производство и обработка металлов началось тысячи лет назад, поскольку человечеству были необходимы инструменты и оружие. Но в те времена было достаточно сложно произвести высококачественную сталь, обладающую высокой прочностью и твердостью, в отличие от современных техник.

Конвертерный метод

Принцип метода достаточно прост, его можно понять без профильного образования и предварительной подготовки. В печь закладывается расплавленный чугун, и различные примеси из руды, лома и флюса, после этого в камеру смесью подается воздух под давлением, который положительно сказывается на протекании химической реакции.

В зависимости от типа футеровки (подготовки стенок чаши) этот метод разделяется на два вида: томасовский и бессемеровский.

Бессемеровский способ

Данная методика построена на основе процесса переработки основ, содержащих серу и фосфор, а также кремний, количество которого в некоторых случаях достигает 2%.

Процесс окисления последнего приводит к повышенному выделению тепла, что повышает температуру в печи до 1500-1600 C. Этот способ плавки подразумевает полный переход фосфора в сталь, при этом время реакции не превышает 15-20 минут.

Негативным фактором становится повышенная концентрация монооксида железа, что снижает качество стали.

Томасовский способ

Один из способов производства технической стали, поскольку низкий процент углерода в составе не позволяет достичь высокой твердости и прочности. К особенностям данного способа плавки относится более интенсивная переработка чугуна, содержащего до 0,02 частей фосфорных примесей. Фосфор является главным инициатором горения внутри печи, он выделяет больше тепловой энергии. Кроме конечного результата в виде технической стали, томасовский метод используется для производства фосфористого шлака, который в дальнейшем используется в качестве удобрения грунтов с повышенной кислотностью.

Плавление в мартеновской печи

Основным отличием от конвертерного метода, в котором используются химические компоненты, получение стали в мартеновской печи происходит несколько иначе. В качестве накопителя кислорода выступает разнообразный ржавый лом и железные руды, которые в процессе взаимодействия выделяют кислород оксид железа.

Мартеновская печь состоит из нескольких резервуаров:

• Основная плавильная ванна.
• Регенерирующие камеры.

Последний элемент позволяет предварительно прогревать газовую среду, что ускоряет процесс плавки.

Электротермический метод

Наиболее эффективный и производительный способ производства стали разных сортов. Эта методика позволяет точнее контролировать качество конечного продукта, а значит и оптимизировать затраты.

Кроме этого, данная технология получения стали минимизирует взаимодействие с металла с кислородом, а значит скопления монооксида железа также не превысят технологических требований.

Процесс выплавки стали любым из методов состоит из нескольких этапов:

• Расплавление сырья. Шихта, именно так называют сырьё для производства стали, на данном этапе подвергается процессу удаления примесей, при этом температура в этой среде достаточно низкая. Все вредные примеси поднимаются в верхние слои смеси, после чего удаляются.
• Кипение расплавленной массы. Процесс кипения не просто сигнализирует о достижении подходящей температуры, он позволяет окислять углерод, при этом подача кислорода под давлением позволяет существенно ускорить процесс. Диффузионное раскисление позволяет устранить большую часть последствий, при этом оно производится при помощи введения в кипящий состав другого расправленного металла.
• Раскисление состава. Последний этап, направленный на удаление негативных последствий после кипения. Большое количество кислорода негативно воздействует на состав.

Техники обработки и виды стали

Процедура плавки не является конечным производственным этапом, поскольку в дальнейшем могут последовать еще несколько производственных процессов, позволяющих повысить качество и удобство использования материала.

К ним относятся:

• Ковка. В этом случае молекулярная сетка становится еще более плотной, что сказывается на твердости металла, но это чревато и повышением хрупкости.
• Штамповка. В процессе штамповки структура металла практически не поддается воздействию, поэтому подобная технология используется для создания больших партий одинаковых деталей.
• Вальцевание. Такая обработка используется при производстве арматуры, что позволяет придать прутку нужную форму.

Кроме физических свойств, весомую роль играет и химический состав, поскольку от элементной базы зависят свойства металла.

Ключевую роль играет углерод, поскольку его количество определяет прочность и твердость металла. Чем выше количество атомов углерода, тем более качественной будет сталь.

В процессе плавки принимают участие марганец и кремний, но их влияние на физические свойства минимально. При этом они упрощают и ускоряют процесс раскисления.

Наиболее важными химическими связями являются сера и фосфор, хотя они также принимают участие в процессе плавки. Атомы серы делают материал более ломким, что напрямую сказывается на прочности и твердости металла. Фосфор имеет схожее воздействие, при это он делает металл хладноломким, что в конечном итоге делает сталь хрупкой.