ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Очистить чугун от вредных примесей, удалить из него лишний углерод и одновременно ввести в металл легирующие добавки – задача сталеплавильного передела, который является вторым, после доменного, металлургическим переделом.

Сталью называется деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (менее 2,14 %) и другими примесями.

Исключительно важная роль стали в развитии и создании материальной базы человечества объясняется тем, что она как конструкционный материал обладает таким комплексом физико-технических свойств, которые удовлетворяют экономическим требованиям и имеют очень широкую область применения. Общим термином «сталь» в настоящее время обозначают свыше 2000 материалов, предназначенных для различных целей. В общем потреблении металлов она составляет 93 %, а свое лидирующее положение и в будущем сохранит по следующим причинам:

- для черной металлургии во всем мире имеется надежная база высококачественных сырых материалов на длительную перспективу;

- сталь является надежным и хорошо зарекомендовавшим себя конструкционным материалом; ее поведение в качестве деталей конструкций можно предсказать заранее с большой точностью;

- сталь является материалом с выдающимся отношением цены к возможности применения; ее производство требует по сравнению с другими металлами меньших расходов первичных энергоносителей;

- сталь может быть утилизирована в виде вторичного сырья и вследствие круговорота материалов с длительностью цикла в десятки лет является экологически приемлемым и ресурсосберегающим материалом; в настоящее время примерно 40% всей выплавляемой стали получают из скрапа;

- внедрение новых технологических новшеств в производство стали приведет к дальнейшему повышению эффективности использования энергии и исходных материалов.

Доказательством уникальных качеств стали является ее место во всем спектре механических и термических свойств:

 

Плотность, г/см3	0,5 (1)	7,8 - 7,9(2)	22,5(3)
Предел прочности при растяжении, Н/мм2	10 (4)	440 - 2100 (2)	4800(5)
Вязкость разрушения, МНм-3/2	0,2(6)	140 - 220(2)	350(7)
Коэффициент термического расширения, 10-6/К	0,5(8)	10 - 20(2)	250(9)
Теплопроводность, Вт/(м.К)	0,1(1)	15 - 60(2)	350(10)
Температура плавления, К	365(11)	1570 - 1800(2)	3925(12)
Обозначения: 1 – древесина; 2 – сталь; 3 – осмий; 4 – свинец; 5 – стекловолокно; 6 – цемент; 7 – никель; 8 – стекло; 9 – полиэтилен; 10 – медь; 11 – поливинилхлорид; 12 – графит

 

Особенно важным преимущества этого материала является возможность расширения диапазона свойств за счет изменения химического состава, термической обработки, придания определенной структуры, возможности изготовления изделий в жидком и пластическом состоянии и соединения сваркой.

Многообразие сталей в сортаменте современного металлургического производства поражает: нержавеющая, быстрорежущая, шарикоподшипниковая и пружинная, магнитная и немагнитная, жаропрочная, жаростойкая и хладостойкая – чтобы перечислить все марки сталей понадобилась бы не одна страница! В 80-е годы ХХ в. на одном из бельгийских заводов был введен в действие стан для прокатки стальной полосы с нанесением на ее поверхность различных узоров. Таким способом стальному листу можно придать вид дерева, кожи, ткани и других материалов. Лист с узорчатой поверхностью пришелся по вкусу автомобилестроителям, архитекторам, конструкторам бытовой техники.

Душевое потребление стали в мире сейчас составляет примерно 145 кг, а в развитых индустриальных странах оно достигает 500, 600 и даже 800 кг в год на человека. Эта величина уже давно является показателем индустриального развития государства.

Кроме стали к конструкционным материалам относятся алюминий, цемент, пластмасса, которые считаются альтернативными. Мировое производство первичного алюминия в 1990 г. составило 18,2 млн. т, что соответствует 2,4 % от массы выплавляемой стали и сохраняется на этом уровне. Промышленное производство пластмасс началось в 30-х годах, очень быстро развивалось и к 1990 г. достигло 90 млн. т (почти 18 % от выплавки стали).

Цемент – единственный материал, объем производства которого превысил объем выплавки стали: к 1999 г. он составил 1500 млн. т (почти в 2 раза больше, чем стали).

Области применения и объемы производства конструкционных материалов, кроме инженерно-технических, зависят от экономических и экологических показателей.

При сравнении инженерно-технических свойств становится очевидным, что замена перечисленных материалов весьма затруднительна, а во многих случаях просто невозможна. Определяющим условием такой замены является не экономическая целесообразность, а решение каких-то функциональных для данного изделия задач. Кроме экономичности использования конструкционного материала важнейшими его характеристиками являются наличие и цена исходного сырья для его производства и энергоемкость этого производства. Ниже приведены данные по потреблению энергии для производства разных групп материалов, МДж/кг

 

Алюминий (полуфабрикат):
первичный алюминий (из бокситов)	160…240
вторичный алюминий (переплав лома)	12…20
Пластмассы (гранулы, например, поливинилхлорид, полиэтилен)	45…70
Сталь (заготовка):
кислородно-конвертерная (на базе руды)	16…27
электросталь (на базе скрапа)	10…18

 

В ХХ веке мировой объем производства стали вырос с 28,3 до 800 млн. т, т. е. в 28 раз, что по годам характеризуется следующими цифрами, млн. т:

 

1930 г.		1980 г.
1950 г.		1990 г.
1960 г.		1998 г.
1970 г.		1999 г.

 

Перечень и рейтинг крупнейших мировых производителей стали приведены в табл. 17.

Таблица 17

Страны – крупнейшие производители стали

 

Страны	1990 г.	1999 г.
млн. т.	рейтинг	млн. т.	рейтинг
КНР	66,3		123,3
США	89,7		96,1
Япония	110,3		94,2
Россия	89,6		51,5
Германия	44,0		42,1
Республика Корея	23,1		41,0
Украина	52,6		26,8
Бразилия	20,6		25,0	8-9
Италия	25,5		25,0	8-9
Индия	15,0		24,3
Франция	19,0		20,2
Великобритания	17,8		16,6

 

Основными способами переработки чугуна в сталь являются: конвертерный, мартеновский и электросталеплавильный.

Для структуры сталеплавильного производства последних десятилетий (табл. 18.) характерна полная замена мартеновского производства конвертерным и электросталеплавильным.

Таблица 18

Структура сталеплавильного производства, млн. т/%

 

Сталь	Промышленно развитые страны	Россия	Всего в мире
1985 г.	1998 г.	1985 г.	1998 г.	1985 г.	1998 г.
Всего	374,2		88,7	43,8	718,9	776,3
Конвертерная
Электросталь
Мартеновская		-