Самая прочная сталь в мире

Какие стали считаются прочными

Понятие «самая прочная сталь» условно и не совсем некорректно, так как в каждой отрасли в него вкладывают особый смысл. Например, для рабочих элементов спецтехники важна абразивная износостойкость и стойкость к ударным нагрузкам, для атомной энергетики самый прочный металл — тот который сохраняет свои свойства под воздействием α-, β- и ϒ-излучения, а для инструмента используются марки повышенной твердости.

Соответственно, однозначно утверждать, что та или иная сталь самая прочная нельзя, но можно определить марки с улучшенными механическими свойствами. Так что обратимся к теории и вспомним основные понятия, которые используются в металлургии для комплексной оценки прочностных характеристик металлов на основе условий эксплуатации оборудования и конструкций:

  • прочность – способность металлов сопротивляться внешним воздействиям без разрушения и необратимого изменения формы. С учетом условий применения (высокие и низкие температуры, ударные нагрузки, повышенный временной ресурс) и вида напряженного состояния (изгиб, сжатие, растяжение) профессионалы учитывают разные критерии прочностных характеристик: предел прочности, временное сопротивление, предел усталости, относительное удлинение, длительная прочность и пр.;
  • предел прочности – параметр, характеризующий сопротивление значительным пластическим деформациям и выражающий максимальную нагрузку при растяжении, после приложения которой начинается разрушение металла с последующим разделением целого изделия на части. Данный параметр также иногда называют временным сопротивлением разрушению;
  • предел текучести – механическая характеристика, выражающая напряжение металла, при котором деформации продолжают расти без увеличения нагрузки. Данный параметр также часто выступает базовым критерием прочностных характеристик;
  • твердость – сопротивление металлов вдавливанию. Данный параметр не является физической постоянной, так как он зависит от прочности, пластичности и изменений в структуре металла. При изменении температуры, а также после различной термической и механической обработки величина твердости меняется в том же направлении, что и предел текучести.

Как видно, прочность стали, сплава и чистого металла можно охарактеризовать несколькими критериями. И если еще в середине XX века к сталям высокой прочности относили марки с пределом текучести не менее 270 Н/мм2, то сегодня самая крепкая сталь может иметь твердость, доходящую до HB 700, предел текучести – до 1650 МПа, временное сопротивление – до 2500 МПа.

Металлопрокат на складе

Металлопрокат на складе

Вольфрам

На земном шаре самый прочный металл, хотя и мало распространенный в его недрах, но входящий в состав инструментальных и самых тугоплавких сплавов, вольфрам (Wolframium) или W. В основе его кристаллического строения лежит объемно-центрированная кубическая решетка.

Свойства

Вольфрам светло-серого цвета, похож на сталь. Характеристики позволяют использовать его для жаропрочных сверхтвердых сплавов и сталей, эксплуатируемых в предельно высокотемпературном поле. Другие физические характеристики:

Параметр

Значение

Твердость, кгс/мм 2

Плотность, (г/ см 3 )

линейного термического расширения (10 в минус 6) (м/мК)

Как видно, вольфрам имеет наименьший коэффициент линейного расширения, что объясняется постоянством атомной решетки. Прочность возрастает при холодной деформации. Из недостатков: низкая пластичность, высокая вероятность ломкости при отрицательных температурах, плохая свариваемость и обрабатываемость резанием, невысокая окалиноустойчивость. Нивелировать эти недостатки при легировании стали вольфрамом помогает добавление других химических элементов.

Области применения

Металл востребован как в чистом виде, так и в твердых, жаропрочных, контактных и износостойких сплавах на основе карбида вольфрама. Коррозионная устойчивость способствует применению в жидкометаллических составах ртути, лития, натрия, калия, востребованных в энергоустановках. Вольфрам также незаменим и в других областях:

  • как легирующий или основной компонент инструментальных, быстрорежущих сталей (Р6М5, Р6М5К5, Р6М5Ф3);
  • при производстве сверл, фрез, пуансонов, штампов;
  • как основной компонент для нитей накаливания, неплавящихся сварочных электродов дуговой сварки, катодов и деталей конструкций мощных электровакуумных приборов;
  • в производстве сопловых вкладышей твердотопливных двигателей;
  • при изготовлении деталей электростатического ионного двигателя из порошка вольфрама;
  • в качестве заготовки – штабики/слитки – для проволоки, прутков, ленты, в виде мелкодисперсных порошков – для изготовления твердых сплавов.

В чистом виде вольфрам нашел применение в электронике, текстильной, горнодобывающей и химической промышленности, медицине, в производстве катодов и анодов электронных устройств.

Лучшие отечественные виды стали

Маркировка из двух цифр и буквы “Х” обозначает процентное содержание (в сотых долях) углерода и хрома (первая цифра – углерод, вторая – хром). Фактические показатели могут незначительно колебаться. Можно выделить топ-5 лучших ножевых сталей отечественных производителей.

Свойства порошковой стали

Процесс изготовления порошковой стали сводится к основным этапам: производство и смешивание порошков, уплотнение и спекание. У производителей могут отличаться особенности технологического процесса.

Ножи из такой стали стоят дороже. Качество готового изделия зависит от размера и распределения образующихся карбидов. Использование методики позволяет производителям получать высокотехнологичный сплав, увеличивать количество легированных элементов, повышать характеристики материала.

По порошковой технологии изготавливается большинство армейских и охотничьих ножей, т.к. в данных случаях необходима повышенная прочность в сочетании с антикоррозионными свойствами.

Лезвия из порошковой стали острее в сравнении с прототипами из цельного металла. Выдерживают перепады температур, устойчивы к деформации, поддаются шлифовке. Режущая кромка долго сохраняет остроту.

В домашних условиях порошковая сталь требует аккуратной заточки.

Как производят металлы?

Металлы добывают из руд. Для определения их месторождения применяются разные наработанные методики, системы расчетов. Производство металлов выполняется в несколько этапов:

  1. Разработка рудного месторождения. Она может быть открытой или закрытой. Иногда способы добычи руды комбинируются. Открытый способ менее опасен.
  2. Обогащение руды. Выполняется, чтобы выделить из нее полезные компоненты (рудный концентрат), которые будут применяться в дальнейшем производстве.
  3. Извлечение металла. Проводится с помощью электролитического или химического восстановления.
  4. Выплавка металла. Выполняется в промышленных печах при нагреве расходного сырья до максимальных температур. Дополнительно используется восстановитель.


Разработка рудного месторождения (Фото: Instagram / polyus_official)

Где используются такие виды сталей

Правильный выбор марок и видов стали – наиболее эффективный метод обеспечения высокой прочности создаваемых конструкций и сооружений и значительной экономии металла.

При этом имеется в виду широкое применение более качественного металла, в первую очередь сталей повышенной и высокой прочности. В то же время применение таких марок требует особого подхода при конструировании и зачастую может привести к изменению систем проектируемых сооружений. А в некоторых случаях использование высокопрочных сталей может оказаться нерациональным.

Грамотный выбор сталей дает возможность обеспечить необходимую надежность и малую металлоемкость конструкций, возможность их длительной и бесперебойной эксплуатации при низких температурах и динамических нагрузках. Поэтому переход на стали повышенной и высокой прочности – злободневный вопрос для многих отраслей промышленности, а наиболее прогрессивные компании и предприятия уже широко используют их.

Строительство

Именно в этой отрасли чаще всего используются самые прочные металлы и стали в том числе, например, S420ML…S460ML, S690QL…S960QL, а также 15Г2СФ, 10Г2ФР, 16Г2АФ, 12ХГ2СМФ, 14ГСМФР. Из них изготавливают различные металлоконструкции и каркасы промышленных, гражданских, общественных и военных сооружений: элементы решеток сквозных ферм, балки, пролетные перекрытия, колонны, стойки, сжатые пояса и другие цельно-сжатые, внецентренно растянутые и сжато-изогнутые элементы.

В особой категории находятся стали для мостостроения. Их отличают улучшенные служебные свойства, среди которых не только прочность, но и сопротивляемость зарождению и распространению хрупких трещин. Поэтому их применяют не только в качестве стержневой и каркасной арматуры, но и для опалубки, обечаек, пролетных строений, вантов, шпунтов.

Металл для строительства

Металл для строительства

Производство инструмента

Конструктивно прочные марки сталей также применяются для изготовления различного инструмента. Приведем лишь несколько примеров использования:

  • Х12Ф1 – профилировочные ролики сложной формы, шестерни эталонные, волоки, матрицы и пуансоны холодного выдавливания;
  • Х12ВМ – холодные штампы высокой устойчивости, глазки для калибровки пруткового металла, сложные кузнечные штампы;
  • 7Х3 – инструмент горячей высадки крепежа, гибочные, обрезные и просечные штампы, детали штампов для горячего прессования;
  • 3Х3М3Ф – инструмент горячего деформирования на кривошипных прессах, подвергающийся интенсивному охлаждению, пресс-формы для литья медных сплавов под давлением, ножи горячей резки.

Создание металлических конструкций

Конечно, использовать самый прочный металл в мире для изготовления металлоконструкций в большинстве случаев нецелесообразно. Зато технически возможно и экономически выгодно применять для этих целей различные марки стали с повышенным и высоким пределом прочности. Их выбор, также, как и выбор любых других материалов, осуществляют на основе проектных расчетов и технико-экономического обоснования, ведь их используют для металлоконструкций повышенной надежности:

  • башен и мачт;
  • наливных эстакад;
  • подкрановых балок;
  • несущих сварных каркасов тяжелого оборудования металлургической, горной, нефтегазодобывающей и другой отрасли.

Инжиниринг

В этой сфере стали с высокой прочностью также являются популярным конструктивным материалом. Благодаря улучшенным механическим свойствам они широко используются для изготовления:

  • тяжелого грузоподъемного оборудования;
  • элементов буровых установок;
  • загрузочных устройств;
  • несущих компонентов установок по перемешиванию бетона;
  • деталей машин для деревопереработки;
  • обшивки боковых и торцевых стен локомотивов;
  • кузовов карьерных самосвалов;
  • контейнеров;
  • ковшей экскаваторов и погрузчиков;
  • рабочих элементов драг и землечерпалок;
  • торцевых упоров и рам вагонов и полувагонов.

Из них производят крепежные изделия, стяжные болты, шасси самолетов, валы реактивных двигателей и силовых приводов, а также износостойкие щеки дробилок, крестовины переводных стрелок, козырьки черпаков экскаваторов, рессоры, пластинчатые цепи и пр.

В условиях современного рынка производство толстолистовых сталей ориентировано на минимизацию роли углерода как упрочняющего компонента, снижение вклада перлитного и твердосплавного упрочнения. В то же время усиливается роль более прогрессивных факторов – измельчения ферритного зерна, дисперсионного и дислокационного упрочнения, микролегирования карбонитридообразующими элементами и в первую очередь молибденом, ниобием и бором.

Жаропрочные стали работоспособны в интервале температур до +700°С, проявляют достаточно высокую твердость и повышенную стойкость к окалинообразованию и коррозии, в том числе и к газовой. Они находят применение в турбинах и двигателях, используемых, в том числе и в аэрокосмической отрасли. Из них изготавливают паропроводные трубы, корпуса турбинных клапанов и пр.

Ну и конечно же самый крепкий металл в мире востребован в военной промышленности. Именно стали с высокой прочностью, характеризующиеся улучшенной ударной вязкостью и твердостью в пределах 370…600 по Бринеллю, позволили улучшить тактико-технические данные современной военной техники и вооружения, повысить мобильность войск и эффективность защитных сооружений. Но чаще всего они используются для танковых траков, бронепластин и лобовой брони.

Какая из перечисленных марок хорошо держит заточку

Исходя из опыта практического использования, лучше всего заводскую заточку держат ножи с лезвием из японской стали VG-10. Это не удивительно, так как в состав легирующих компонентов, кроме привычного ванадия, входит кобальт.

Кроме того, современное производство и качественная закалка позволяют уменьшить количество примесей в ее составе, тем самым улучшая эксплуатационные показатели.

От чего зависит прочность?

Прочность — стойкость материала к внешним нагрузкам. По этому показателю определяется ценность материала.

Величина прочности — показатель, указывающий на усилие, которое нужно приложить, чтобы нарушить молекулярную связь материала. Для определения прочности применяется специальное оборудование.

Без проверки показателя прочности получить сертификат на металлическое изделие невозможно. При испытании образцов важно всегда прикладывать одинаковые условия, чтобы была возможность адекватно сравнивать полученные результаты.

Сплавы против металлов

Чем выше прочность сплава — тем лучше. И обыСплавы представляют собой комбинации металлов, и основной причиной их создания является получение более прочного материала. Наиболее важным сплавом является сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода.

Чем выше прочность сплава — тем лучше. И обычная сталь тут не является «чемпионом». Особенно перспективными представляются металлургам сплавы на основе ванадиевой стали: несколько компаний выпускают варианты с пределом прочности до 5205 МПа.

А самым прочным и твердым из биосовместимых материалов на данный момент является сплав титана с золотом β-Ti3Au.

самая прочная сталь