Сталь - это сплав железа и других элементов, наиболее распространенным из которых является углерод. Содержание углерода в стали от 0,2% и 2,1% по весу, в зависимости от марки. В качестве других легирующих элементов используются марганец, хром, ванадий и вольфрам, никель, молибден и др. Варьируя количество легирующих элементов и формы их присутствие в стали (растворенных элементов) создаются такие качества, как твердость, пластичность и прочность на разрыв. Сталь с повышенным содержанием углерода будет твёрже и прочнее, чем железо, но такая сталь менее пластична. Сплавы с более высоким, чем 2,1%, содержанием углерода известны как чугун и отличаются более низкой температурой плавления и хорошими литейными свойствами.
С изобретением бессемеровского процесса в середине 19-го века, сталь стала относительно недорогим материалом для массового производства изделий из металлов. Дальнейшие улучшения в процессе выплавки стали, такие как продувка кислородом, привело к снижению себестоимости продукции при одновременном повышении качества металла. Сегодня, сталь является одним из самых распространенных материалов в мире, с производством более чем 1,3 млрд. тонн ежегодно. Она является основным компонентом в строительстве зданий, производстве судов, автомобилей, станков, приборов и оружия.
Производство стали
Когда чугун выплавляется из руды агломерационным процессом, в нем содержится больше углерода, чем желательно иметь в стали. Для того чтобы стать сталью, он должна быть расплавлен и переработан для получения углерода в необходимом количестве. В расплав добавляются другие легирующие элементы в соответствии с необходимой маркой. Затем жидкий металл поступает на установки непрерывного литья заготовок или отливается в слитки. Около 96% стали производится методом непрерывного литья, а только 4% выпускается в виде слитков. Слитки нагревают в нагревательных печах и прокатывают в слябы, плиты горячей или холодной прокатки для производства листового металла или пластин, заготовки для горячей или холодной прокатки в прутки и проволоку, двутавровые балки и рельсы. Иногда после прокатки стали требуется окончательная термообработка для упрочнения.
Современная сталь
Современные стали изготавливаются с различными комбинациями легирующих элементов для выполнения многих задач. На изделия из углеродистой стали, состоящей просто из железа и углерода, приходится 90% производства стали. Для придания более высокой прочности низколегированной стали добавляют (как правило, < 2% по весу) другие элементы ( как правило, 1,5% марганца достаточно для обеспечения дополнительной прочности и незначительному увеличению цены). Отливки из нержавеющей стали содержат как минимум 11% хрома, часто в сочетании с никелем, чтобы противостоять коррозии (ржавчине). Некоторые из нержавеющих сталей, такие как ферритные нержавеющие стали являются магнитными, а другие, такие как аустенитные, являются немагнитными.
Некоторые современные стали, включая инструментальные стали, легированы большим количеством вольфрама, ванадия, кобальта и другими элементами для максимального упрочнения.
Существует много других высокопрочных сплавов, например, двухфазные стали, которые подвергают тепловой обработке, чтобы получить ферритную и мартенситную микроструктуры для получения дополнительной прочности.
