Современная промышленность предъявляет высокие требования к стали: в разных условиях она должна выдерживать экстремальные нагрузки, противостоять агрессивным средам, сохранять прочность при высоких и низких температурах. Для придания металлу необходимых характеристик применяют легирование — технологический процесс, при котором в расплавленную сталь вводят специальные добавки, называемые легирующими элементами. К ним относятся вольфрам, ванадий, хром, марганец, никель, титан, кремний и другие (подробнее о металлургии можно узнать в статье Железо, сталь, чугун).
Роль ванадия в укреплении стали
Ванадий значительно повышает прочность и износостойкость стали. Во время плавки в мартеновской печи, конвертере или электропечи в расплавленный металл проникают кислород и азот. При застывании часть газов не успевает выйти и остаётся в виде микропузырьков, что снижает прочность материала. Ванадий решает эту проблему: он вступает в реакцию с газами, образуя соединения, которые всплывают на поверхность и удаляются вместе со шлаком. Кроме того, ванадий способствует измельчению кристаллической структуры стали, что дополнительно увеличивает её прочность.
Вольфрам: жаропрочность и не только
Вольфрам, как и ванадий, измельчает кристаллы и упрочняет сталь, но его ключевая функция — повышение жаропрочности. Даже небольшое количество вольфрама (около 1%) существенно увеличивает температуру плавления стали, что делает её незаменимой в условиях высоких температур.
Другие легирующие элементы и их влияние
Каждый легирующий элемент придаёт стали уникальные свойства. Хром, особенно в сочетании с никелем, обеспечивает коррозионную стойкость, делая сталь нержавеющей (см. Коррозия). Кремний повышает упругость, а марганец — износостойкость. Часто для достижения комплексных характеристик в сталь вводят несколько добавок одновременно. Современные жаропрочные стали могут содержать более десяти различных легирующих элементов. Обычно их добавляют не в чистом виде, а в форме сплавов с железом — ферросплавов. Сталь, обогащённая такими добавками, приобретает особые свойства и называется легированной.