Новые методы производства и обработки стали

Новые методы производства и обработки стали

Последние лет сорок, с тех пор как бурный ХХ век успокоился, вошел в свои берега, ему принялись подбирать имена: его называли "веком космонавтики", "химизации", "мирного атома" и "атомной угрозы", "радио и телевидения". Вот кто бы назвал его веком стального литья? Конвертеры, мартены и блюминги все так же несли свою службу, но уже их названия стали забытыми словами, превратились в архаизмы далеких тридцатых.

Сегодня технологии производства стали настолько усовершенствовались, что сейчас почти для любой цели, для любого проекта можно подобрать специальный ее сорт, будь то необычайно твердая сталь с антибактериальным покрытием (она нужна для хирургических инструментов) или коррозионно-стойкая сталь для новых электростанций, или прочнейшая сталь для авиационных шасси. Металлургия - самая обширная отрасль промышленности - взяла на вооружение "точечные" методы производства. Это ведет к громадной экономии материала.

Так, если в ХIХ веке на строительство Эйфелевой башни ушло 7000 тонн стали, то теперь из этого металла можно было бы возвести сразу три башни. А если бы "Титаник" построили из современной корабельной стали - а она втрое прочнее тогдашней, - то пароход, врезавшись в айсберг, поплыл бы дальше.

Благодаря тому, что в сталь можно добавлять большинство элементов Периодической системы Д.И. Менделеева (это и есть "точечные" методы), количество сортов стали увеличивается с огромной скоростью. Варьируя число примесей и их вес, создают новые сорта стали.

Методы обработки становятся все более изощренными. Помимо таких  используемых методов, как электроннолучевая плавка, электрошлаковый переплав, вакуумирование стали существуют и некоторые другие методы, дающие возможность получать лучшие сорта стали. Согласно одному из выданных в последнее время патентов, сталь получают, прокатывая материал между валками при температуре 900оС, затем в течение полутора секунд охлаждая его до 850оС, после этого в течение нескольких минут выдерживая сталь при 750оС, вновь прокатывая его между валками и спрессовывая, толщина заготовки уменьшается в три раза, после этого нагревая до 800оС 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.

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 1000оС 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.

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.

К забытой идее вернулись лишь в последние годы. Сейчас в Германии ведутся промышленные испытания технологии "литья в ленту". Выглядит это так: тигель с кипящим железом осторожно переворачивают. Расплавленная масса течет между двумя вращающимися валками и застывает в виде длинной тонкой ленты. Метод требует чрезвычайной точности. Если расплав выливается из тигля слишком быстро, то струя железа не попадает в зазор между валками и проливается на прокатный стан, повреждая его. Если валки вращаются медленно, возникает затор и раскаленный металл переливается в сторону. Если они вращаются быстро, жидкая масса проскальзывает между ними, не успевая затвердеть, и опять же растекается по установке. Точность исчисляется долями секунд и сантиметров, экономия - миллионами долларов и рублей.

Возможности применения стали и теперь, несмотря на обилие новых искусственных материалов, кажутся неограниченными. По признанию ведущих специалистов, на исследование потенциала стали уйдет еще не одно столетие. Недостатка в сырье не будет. Железо - один из самых распространенных элементов на нашей планете. Земное ядро состоит в основном из него.

Вдобавок сталь, в отличие от многих других материалов, хорошо поддается переработке. Сейчас объем ежегодного мирового производства стали составляет около 900 миллионов тонн; почти половину получают путем переработки металлолома. Сталь готова принимать все новые формы. Из старых вагонов рождаются каркасы мостов, из рельсов - ножи и скальпели. Качество стали из скрапа ничуть не хуже, чем из руды, зато цена вдвое ниже.

Главный недостаток стали - ржавчина. Чтобы ее избежать, приходится наносить на сталь лакокрасочные покрытия, оцинковывать ее, изготавливать специальные нержавеющие сорта стали. Некоторые из них противостоят даже чрезвычайно агрессивной среде, например, соленой морской воде.

А новшеств становится все больше. Черная металлургия опять переживает подъем, но о ее достижениях мы узнаем, скорее, по косвенным фактам - ведь мы невнимательны к этой ведущей отрасли хозяйства. Лишь мимоходом мы узнаем, что на такой-то электростанции снизился выброс вредных веществ, поскольку турбину изготовили из специальной стали, что повысило ее КПД, или что автомобиль данной марки стал потреблять меньше топлива, так как его кузов сделан из облегченного сорта стали. Наше незнание не умаляет достижений изобретателей. Жизнь и в ХХI веке будет идти под знаком стали, под ее нестареющей маркой.

3