СПЕЦИИ ДЛЯ СТАЛИ

Многообразие свойств сталей достигается введением в их состав тех или иных полезных добавок, которые металлурги называют легирующими элементами.

 Что же они собой представляют?

Подобно тому, как кулинар, чтобы приготовить вкусное блюдо, добавляет к нему разнообразные специи, так и сталевар, чтобы сварить сталь с ценными свойствами, вводит в металл те или иные легирующие элементы. У каждой приправы своя цель: одни улучшают вкусовые качества кушанья, другие делают его ароматным и аппетитным, третьи придают ему остроту, четвертые...

Трудно назвать все назначения специй, но еще труднее перечислить все те замечательные достоинства, которые приобретает сталь при добавке хрома, никеля, титана, вольфрама, молибдена, ванадия, циркония и других элементов. Температура плавления большинства из них выше, чем у железа, поэтому лишь в необычайно щедрой на жар электропечи создаются благоприятные условия для введения этих тугоплавких компонентов в металл.

Даже небольшие добавки, например, хрома придают стали твердость и износостойкость. Такие свойства необходимы шарикоподшипниковой стали, в состав которой, наряду с хромом (до 1,5%), входит углерод (около 1%). Образующиеся в стали карбиды характеризуются высокой твердостью, благодаря чему металл обретает способность уверенно сопротивляться одному из своих опаснейших врагов - износу.

Другой давний и коварный враг большинства используемых в технике металлов - коррозия. Особенно тяжелый удар она наносит железу или, точнее, стали, которая является основой нашего материального мира. В распоряжении специалистов сегодня немало способов, позволяющих успешно отражать атаки коррозии на металлы. На помощь им приходят в частности, физика и химия, но, пожалуй, самый кардинальный путь борьбы с этим невидимым врагом, ни на один день, ни на один час, ни на одно мгновение не прекращающим свою "подрывную деятельность", - создание таких сплавов и  сталей, которые коррозии, попросту говоря, не по зубам.

Свою весомую лепту в это важное дело вносит тот же хром, входящий вместе с  никелем в состав предложенной еще в начале нашего века и отлично себя  зарекомендовавшей хромоникелевой нержавеющей стали. Она нашла широкое применение не только в технике, но и в изобразительном искусстве. Кто не  знает, например, замечательную скульптуру В.И.Мухиной "Рабочий и  колхозница"? Величественный 24-метровый монумент, который в 1937 году  украшал советский павильон на Международной выставке в Париже, а сейчас возвышается у входа на Выставку достижений народного хозяйства в Москве,  выполнен из нержавеющей стали, содержащей примерно 18% хрома и 10% никеля.  Вот уже более полвека дожди, снега и ветры пытаются состарить "Рабочего и  колхозницу", но содержащиеся в стали хром и никель надежно охраняют железо от атмосферных "агентов" коррозии, не позволяя им делать свое ржавое дело. 

Иные "обязанности" у другого легирующего металла - марганца, стаж работы  которого превышает уже полтора века: еще в 1825 году "Горный журнал"  упоминал о выплавке стали с применением марганца. В 1882 году английский  металлург Роберт Гадфильд выплавил сталь с высоким содержанием этого  элемента. За несколько лет до того, молодой шеффилдский металлург сделал следующую запись в своем исследовательском журнале: "Я начал эти опыты,  имея в виду изготовление стали, которая была бы твердой и одновременно  вязкой. Опыты привели к некоторым любопытным результатам, весьма важным и  способным изменить существующие взгляды металлургов на сплавы железа".

Результаты оказались действительно очень интересными. Сталь Гадфильда (так ее начали повсюду называть) была необычайно твердой, но самое  удивительное заключалось в другом: под действием ударных нагрузок металл не  только не разрушался, но и напротив, становился все тверже и тверже.

Благодаря высокой твердости и износостойкости сталь Гадфильда,  изготовляемая добавкой к железу богатого ферромарганца, быстро завоевала  признание в промышленном мире: ее стали использовать для изготовления тех  деталей, которые в процессе эксплуатации постоянно подвергаются сильным  ударам и обычно быстро выходят из строя по причине истирания. Таковы,  например, рельсовые крестовины, щеки дробилок, шары для шаровых  мельниц, гусеничные траки. Разумеется, заинтересовались ударостойкой  марганцовистой сталью и фирмы, выпускающие замки и сейфы.

 Ценной добавкой к броневой стали служит молибден, вводимый в нее в виде  ферромолибдена. Этот легирующий элемент сделал неуязвимой для немецких  снарядов броню англо-французских танков, появившихся на полях сражений первой мировой войны. Чем же объяснить такое чудодейственное влияние  молибдена на свойства стали? Дело в том, что этот элемент задерживает рост зерна металла в процессе  кристаллизации и тем самым обеспечивает ей мелкозернистую однородную структуру, благодаря которой сталь обретает прочность и другие ценные  свойства. Вот почему она находит широкое применение в современной технике:  стволы артиллерийских орудий и ружей, ответственные детали самолетов и  автомобилей, паровые котлы и турбины, режущие инструменты и бритвенные  лезвия - все это молибденовая сталь. 

 Поспорить с молибденом за право считаться главной добавкой к железу в  производстве орудийной и ружейной стали все основания имеет вольфрам.  Впервые в нашей стране вольфрамовую сталь выплавил на Путиловском заводе в Петербурге профессор В.Н.Липин - один из организаторов производства в России легированной стали. Даже небольшое количество вольфрама, вводимого в сталь  в виде сплава с железом - ферровольфрама, значительно повышало  сопротивляемость ружейных и орудийных стволов разъеданию их пороховыми  газами. Раньше других это сумели оценить немецкие инженеры: в годы первой  мировой войны легкие германские пушки выдерживали до пятнадцати тысяч  выстрелов, в то время как русские и французские орудия выходили из строя  уже после шести-восьми тысяч выстрелов.

 Но, пожалуй, важнейшее амплуа вольфрама в электросталеплавильном  производстве - создание быстрорежущей стали. Еще в 1864 году англичанин  Роберт Мюшет впервые ввел вольфрам (примерно 5%) как легирующую добавку в  сталь. Вошедшая в историю металлургии под названием "Самокал Мюшета", эта  сталь могла выдерживать красное каление, не только сохраняя, но и  увеличивая свю твердость, то есть обладала свойством самозакалки. Резцы,  изготовленные из этой стали, позволили в 1,5 раза повысить скорость резания  металла - 7,5 м в минуту вместо прежних 5.

 Спустя четыре десятилетия появилась быстрорежущая сталь содержащая  уже до  8% вольфрама. Теперь скорость резания металла достигла 18 м в минуту.  Прошло несколько лет, и скорость обработки металлов возросла еще примерно  вдвое. Так за полвека вольфрам сумел повысить производительность  металлорежущих станков в семь раз!

 К числу важнейших легирующих элементов по праву относится "витамин V" - так часто называют ванадий. Именно о нем сказал замечательный советский  ученый и популяризатор науки академик А.Е.Ферсман: "...сказочны те силы,  которые он придает железу и стали, вооружая их твердостью и прочностью,  вязкостью и гибкостью, неразрушимостью..." Первые попытки применить ванадий в производстве стали относятся к началу нашего века. В 1905 году будущий автомобильный король Генри Форд присутствовал на крупных автогонках. Как часто случается на подобных состязаниях, здесь не обошлось без катастрофы. Спустя некоторое время Форд подошел к месту, где разыгралась трагедия, и подобрал там обломок детали одной из двух столкнувшихся машин – французской. Это была часть стрежня клапана. Казалось бы, деталь как деталь, но искушенный в этих вопросах Форд обратил внимание на ее небольшие размеры, и он решил подвергнуть металл испытаниям. Интуиция не подвела Форда: сталь оказалась очень прочной и твердой. Из лаборатории, куда был отправлен обломок для химического анализа, сообщили, что металл содержит ванадий. 

 Идея широко использовать ванадиевую сталь в производстве автомобилей всецело овладела Фордом. Еще бы, ведь если ее удастся воплотить в жизнь, автомобиль станет значительно легче; это позволит сэкономить много металла, и машины можно будет продавать по более низкой цене. Значит, резко увеличится число покупателей, а, следовательно, возрастут и его собственные прибыли. И Форд принялся за осуществление своей идеи. Немало трудностей ему пришлось преодолеть, прежде чем была достигнута. Когда через несколько лет после гонок, неожиданно сыгравших в истории автомобилестроения немаловажную роль, французский департамент торговли и промышленности провел испытания отдельных деталей новой фордовской машины, выяснилось, что американская сталь по всем показателям намного превосходит французскую.

 Мы рассказали лишь о некоторых легирующих элементах, но, должно быть, читатель уже понял, какую огромную роль в создании качественных сталей различного назначения играют ферросплавы. Вот почему еще на заре электросталеплавильного производства стало очевидным, что оно не сможет продуктивно развиваться без одновременного развития ферросплавной промышленности.