Илья Мельников - Художественная обработка металла. Черные металлы. Железо. Чугун. Сталь

Мягкую сталь (техническое железо) в давние времена добывали непосредственно из руды. В 18 веке в Англии начали применять получение стали в тиглях. Через некоторое время появился способ получения стали в тестообразном состоянии из чугуна в пламенных печах. Однако эти способы были мало производительны.

В 1856 году Г. Бессемер открыл новый способ получения стали, который был назван по его имени бессемеровским.

Сталь, получаемая бессемеровским и томасовскими способами, называется конвертерной. Качество ее сравнительно невысокое. Из нее изготавливают рельсы, трубы, болты и т.д.

В 1878 году С. Томас несколько видоизменил этот способ, и теперь его называют томасовским.

Томасовская сталь более мягкая и идет на прокат листовой стали (кровельного железа), проволоки и т.п. Преимущество этих способов заключается в том, что процесс получения стали идет очень быстро и стоимость конвертерной стали невысока.

Для получения качественных сталей применяется мартеновский способ, при котором сталь выплавляют в мартеновских печах. Из мартеновской стали изготавливают листовую, сортовую, высококачественную и легированную.

Электросталь выплавляют в дуговых или индукционных высокочастотных печах. По химическому составу сталь разделяют на углеродистую и легированную.

Углеродистая сталь может быть обыкновенного качества, качественной, повышенного качества и высококачественной.

Обыкновенная углеродистая сталь широко применяют как поделочный материал, из которого изготовляют различными способами художественные изделия, например, декоративные решетки из стальной полосы.

Промышленность выпускает эти стали в форме различных полуфабрикатов и заготовок, получаемых прокаткой, из которых путем последующей обработки можно выполнить художественные изделия.

Стальной прокат подразделяется на следующие группы: листы, трубы, сортовой прокат, периодический прокат.

Листовой прокат подразделяется на толстые листы (толще 4 мм) и тонкие листы. Например, кровельная сталь (кровельное железо), листовая декопированная сталь, т.е. отожженная и травленая сталь, которая становится мягкой и более устойчивой против коррозии.

Белая жесть представляет собой тонкие листы мягкой стали, покрытые с обеих сторон слоем олова.

Жесть может быть черной полированной и т.д.

Сортовой прокат различается по размерам: крупный, средний и мелкий.

Кроме того, он может быть различной формы: квадратным, полосовым, трехгранным, шестигранным, круглым, полукруглым и т.д.

Сортовой прокат может быть угловым, коробчатым (или швеллерным), тавровым, двутавровым, колонным, рельсовым и др.

Для выделки различных художественных изделий мягкая малоулеродистая сталь, которую раньше называли поделочным железом, применялась издавна.

В древней Руси, к примеру, наряду с железом (малоуглеродистой сталью) была известна и высокоуглеродистая сталь с хорошей однородной структурой и содержанием углерода от 0,35 до 0,85 процентов. Из этой стали делали мечи, кинжалы, ножи, сварные клинки со сложным узором, которые изготовлялись по очень сложной технологии.

Из малоуглеродистой стали (ковочного железа) методом свободной ковки кузнечные мастера изготовляли флюгеры, шпили. Применяли ее и при изготовлении витражей, решеток и т.д.

Качество стали зависит от наличия в ней вредных и загрязненных примесей.

Сталь обыкновенного качества выплавляют в бессемеровских конвекторах и мартеновских печах.

Качественную сталь – в мартеновских и электропечах.

Высококачественную сталь – в кислых, основных мартеновских и электрических печах. Электрические печи содержат небольшое количество серы, фосфора, кремния и марганца.

Из инструментальной стали изготовляют инструменты и приспособления для художественной обработки других металлов: резцы, штихели, чеканы, прессформы, граверные пуансоны, матрицы, молотки, мерительный инструмент и т.д. Обыкновенно эта сталь содержит 0,6 – 1,4 процента углерода.

Установлено несколько марок инструментальной углеродистой стали.

Марки обозначаются буквой У, которая указывает на то, что сталь углеродистая. Цифры, следующие за буквой, означают среднее содержание углерода.

Так, марка стали У7 с содержанием углерода 0,60 – 0,74 процента применятся для изготовления зубил, кузнечных штампов, отверток, клейм по стали, слесарных молотков, чеканов, кувалд.

Марка стали У8 с содержанием углерода 0,75 – 0,85 процента применяется для изготовления штихелей, пуансонов, резцов для обработки медных сплавов, кернов, матриц, граверных зубил.

Из стали марки У9 (0,86 – 0,94 процента углерода) изготовляют зубила по камню, инструмент по дереву, дыропробивные штампы.

Из стали У10 (0,95 – 1,09 процента углерода) изготовляют сверла, метчики, фрезы, ножовочные полотна, плашки, развертки.

Из стали У12 (1,10 – 1,25 процента углерода) изготовляют метчики, сверла, калибры, напильники, пилы по металлу, развертки, плашки.

Из стали У13 (1,26 – 1,40 процента углерода) изготовляют резцы по твердому металлу, шаберы, зубила для насечки напильников, волочильный инструмент.

Высокачественная инструментальная углеродистая сталь отмечается в конце марки буквой А (У8А, У10А и т.д.).

К сталям с особыми химическими и физическими свойствами относится электротехническая сталь, нержавеющая, кислотостойкая, окалиностойкая, жаропрочная, сталь для постоянных магнитов и др. Для них характерно низкое содержание углерода и высокая степень легирования.

Сталь легированная для обеспечения нужных свойств, кроме обычных смесей, содержит элементы, которые вводят специально в определенных количествах. В зависимости от содержания легирующих элементов она подразделяется на низколегированные (2,5 процента), среднелегированные (2,5 – 10 процентов) и высоколегированные (свыше 10 процентов).

Легированные стали делятся на две группы: легированные конструкционные и легированные инструментальные.

Первые применяются как поделочный материал.

Вторые – для производства инструментов и приспособлений.

Легированные стали обладают одновременно высокой прочностью и пластичностью.

В углеродистых сталях такого сочетания достичь невозможно. Легирующие элементы, входящие в состав стали, участвуют в образовании структуры и влияют на различные свойства стали.

В наименования марок стали введены дополнительные буквенные обозначения, которые определяют содержание входящего компонента: А – азот, Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, К – кобальт, М – молибден, Н – никель, Р – бор, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром.

Легированная конструкционная сталь маркируется цифрами, которые обозначают среднее содержание углерода в десятых долях процента, а буквы – наличие легирующих элементов. Например, марка стали 13Н2ХА означает, что в состав стали ходит 1,3 процента углерода, 2 процента никеля, 1 процент хрома, бука А указывает на высококачественные стали. Цифры, стоящие после буквы, обозначают приблизительное содержание элемента в процентах, если содержание его больше 1 процента. При большем количестве – цифра не ставится.