Знание-сила, 2004 № 10 (928)

Если прежде график превращений железа вычерчивался в координатных осях «температура — процентное содержание углерода», то теперь — в осях «время — температура». Подобная диаграмма точно указывает, сколько именно должна длиться термообработка стали, чтобы материал приобрел нужные свойства.

Методы обработки становятся все более изощренными. Их, действительно, можно рассчитать только на компьютере. Вот один из выданных в последнее время патентов — ЕР0484960В9. Согласно ему, сталь данной марки получают, прокатывая материал между валками при температуре 900°С, затем в течение полутора секунд охлаждая его до 850°С, после этого в течение нескольких минут выдерживая сталь при 750°С, вновь прокатывая его между валками и спрессовывая, толщина заготовки уменьшается в три раза, после этого нагревая до 800°С и, наконец, окончательно охлаждая материал. Получается отменно пластичная сталь. В этой череде случайных превращений любые секунды и градусы могут оказаться роковыми — отнять у стали ожидаемые свойства. Многие патенты являются секретами той или иной фирмы; за обтекаемыми фразами «несколько минут», «до некоторой температуры» скрываются загадки технологии, вызов, брошенный конкурентам.

Меняются не только сталь и температурные режимы ее плавки, но и сам процесс производства. Вот лишь две идеи, которые, если удастся их реализовать, свершат революцию в мире доменных печей.

Вращающийся конвертер Бессемера

Современная установка для выплавки и разлива стали

Американский ученый Цзянь-Ян Хван из Мичиганского технологического университета разработал метод, который может существенно упростить производство стали. В своих лабораторных экспериментах он соединял шесть обычных микроволновых печей, увеличивая мощность их магнетронов — сверхвысокочастотных устройств, генерирующих импульсные и непрерывные электромагнитные колебания. Затем подключал каскад микроволновок к электрической дуговой печи, в которой переплавляют скрап — опилки, стружки, металлолом. В эту печь Хван засыпал оксид железа и уголь. Через несколько минут за счет энергии микроволновых импульсов образовалась расплавленная масса стали, поскольку железо в присутствии угля восстановилось из своего оксида и превратилось в сталь.

Этот метод значительно дешевле традиционных способов получения стали, поскольку число производственных операций уменьшилось вдвое. «Кроме того, оксид железа в доменной печи разогревается до температуры 1000°С в течение нескольких часов. В микроволновой печи все происходит за минуту» — отмечает Хван. Другие преимущества метода в том, что для восстановления железа используется обычный уголь вместо дорогого кокса, а выброс в атмосферу парниковых газов и диоксида серы сокращается. Американские сталелитейные предприятия уже заинтересовались необычной технологией.

Одна из опытных установок Бессемера

Конструкции из тонких стальных листов и стержней

Набор инструментов из стали

Современый способ разливки стали

Четыре образа стали

Если сталь содержит от 1,5 до 0,7 % углерода, то она тверда и хрупка. Из такой стали изготавливают лезвия бритв, хирургические инструменты.

При содержании углерода 0,7 - 0,25 % сталь становится более вязкой; твердость ее снижается. Эта сталь идет на изготовление рельсов, деталей машин и каркасов домов.

Когда концентрация углерода в стали опускается ниже 0,25 %, пластичность ее заметно возрастает. Теперь из стали можно штамповать консервные банки, тянуть проволоку или плющить тонкие листы.

В некоторых случаях применяется сталь, вообще не содержащая углерода. Она очень мягка и быстро ржавеет. Ее используют в магнитных устройствах.

Другое направление поиска родилось еще лет сто назад — именно тогда впервые задумались о том, чтобы изготавливать листовую сталь непосредственно из расплавленной массы, минуя промежуточные операции. В то время эта идея была технически неосуществима. Раскаленную сталь по-прежнему разливали, получали из нее отливки, а затем раскатывали их в листы.