Структура и свойства стали.К С. как важнейшему материалу современной техники предъявляются разнообразные требования, что обусловливает большое число марок С., отличающихся по химическому составу, структуре, свойствам. Основной компонент С. - железо. Свойственный железу , т. е. способность кристаллической решётки менять своё строение при нагреве и охлаждении, присущ и С. Для чистого железа известны 2 кристаллические решётки - кубическая объёмноцентрированная (a-железо, при более высоких температурах d-железо) и кубическая гранецентрированная (g-железо). Температуры перехода одной модификации железа в другую (910 °С и 1400 °С) называются критическими точками. Углерод и др. компоненты и примеси С. меняют положение критических точек на температурной шкале. Взаимодействие углерода с модификациями железа приводит к образованию т. н. . Растворимость углерода в a-железе весьма мала; этот раствор называется . В g-железе, существующем при высоких температурах, растворяется практически весь углерод, содержащийся в С. (предел растворимости углерода в g-железе 2,01%); образующийся раствор называется . Содержание углерода в С. всегда превышает его растворимость в a-железе; избыточный углерод образует с железом химическое соединение - карбид железа Fe 3C, или . Т. о., при комнатной температуре структура С. состоит из частиц феррита и цементита, присутствующих либо в виде отдельных включений (т. н. структурно-свободных феррита и цементита), либо в виде тонкой механической смеси, называемой . Общие сведения о температурных и концентрационных границах существования фаз (феррита, цементита, перлита и аустенита) даёт диаграмма состояния сплавов Fe - С (см. ).
Для феррита характерны относительно низкие прочность и твёрдость, но высокие пластичность и ударная вязкость. Цементит хрупок, но весьма твёрд и прочен. Перлит обладает ценным сочетанием прочности, твёрдости, пластичности и вязкости. Соотношение между этими фазами в структуре С. определяется главным образом содержанием в ней углерода; различные свойства этих фаз и обусловливают многообразие свойств С. Так, С., содержащая ~0,1% С (в её структуре преобладает феррит), характеризуется большой пластичностью; С. этого типа используется для изготовления тонких листов, из которых штампуют части автомобильных кузовов и др. деталей сложной формы. С., в которой содержится ~0,6% С, имеет обычно перлитную структуру; обладая повышенной твёрдостью и прочностью при достаточной пластичности и вязкости, такая С. служит, например, материалом для ж.-д. рельсов, колёс, осей. Если С. содержит около 1% С, в её структуре наряду с перлитом присутствуют частицы структурно-свободного цементита; эта С. в закалённом виде имеет высокую твёрдость и применяется для изготовления инструмента. Диапазон свойств С. расширяется с помощью , а также , , металла. Так, при С. образуется метастабильная фаза - пересыщенный твёрдый раствор углерода в a-железе, характеризующийся высокой твёрдостью, но и большой хрупкостью; сочетая закалку с , можно придать С. требуемое сочетание твёрдости и пластичности.
Классификация сталей.В современной металлургии С. выплавляют главным образом из чугуна и стального лома. По типу сталеплавильного агрегата (кислородный конвертер, мартеновская печь, электрическая дуговая печь) С. называется кислородно-конвертерной, мартеновской или электросталью. Кроме того, различают металл, выплавленный в основной или кислой (по характеру футеровки) печи; С. при этом называется соответственно основной или кислой (например, кислая мартеновская С.).
По химическому составу С. делятся на углеродистые и легированные. наряду с Fe и С содержит Mn (0,1-1,0%) и Si (до 0,4%), а также вредные примеси - S и Р; эти элементы попадают в С. в связи с технологией её изготовления (главным образом из шихтовых материалов). В зависимости от содержания С различают низкоуглеродистую (до 0,25% С), среднеуглеродистую (0,25-0,6% С) и высокоуглеродистую (более 0,6% С) С. В состав , помимо указанных компонентов, входят т. н. (Cr, Ni, Mo, W, V, Ti, Nb, Zr, Со и др.), которые намеренно вводят в С. для улучшения её технологических и эксплуатационных характеристик или для придания ей особых свойств; легирующими элементами могут служить также Mn (при содержании более 1%) и Si (более 0,8%). По степени легирования (т. с. по суммарному содержанию легирующих элементов) различают низколегированные (менее 2,5%), среднелегированные (2,5-10%) и высоколегированные (более 10%) С. Легированные С. часто называются по преобладающим в ней компонентам (например, вольфрамовая, высокохромистая, хромомолибденовая, хромомарганцевоникелевая, хромоникелемолибденованадиевая).
По назначению С. делят на следующие основные группы: конструкционные, инструментальные и С. с особыми свойствами. применяют для изготовления строительных конструкций, деталей машин и механизмов, судовых и вагонных корпусов, паровых котлов и др. изделий. Конструкционные С. могут быть как углеродистыми (до 0,7% С), так и легированными (основные легирующие элементы - Cr и Ni). Название конструкционной С. может отражать её непосредственное назначение (котельная, клапанная, рессорно-пружинная, судостроительная, орудийная, снарядная, броневая и т.д.). служат для изготовления резцов, фрез, штампов, калибров и др. режущего, ударно-штампового и мерительного инструмента. С. этой группы также могут быть углеродистыми (обычно 0,8-1,3% С) или легированными (главным образом Cr, Mn, Si, W, Mo, V). Среди инструментальных С. широкое распространение получила . К С. с особыми физическим и химическим свойствами относятся , , кислотостойкие, окалиностойкие, жаропрочные, С. для постоянных магнитов и др. Для многих С. этой группы характерно низкое содержание углерода и высокая степень легирования.
По качеству С. обычно подразделяют на обыкновенные (рядовые), качественные, высококачественные и особо высококачественные. Различие между ними заключается в количестве вредных примесей (S и Р) и . Так, в некоторых С. обыкновенного качества допускается содержание S до 0,055-0,06% и Р до 0,05-0,07% (исключение составляет , содержащая до 0,3% S и до 0,16% Р), в качественных - не более 0,035% каждого из этих элементов, в высококачественных - не более 0,025%, в особо высококачественных - менее 0,015% S. Сера снижает механические свойства С., является причиной , т. е. хрупкости в горячем состоянии, фосфор усиливает - хрупкость при пониженных температурах.
По характеру застывания металла в изложнице различают спокойную, полуспокойную и кипящую С. Поведение металла при кристаллизации обусловлено степенью его раскисленности: чем полнее удалён из С. кислород, тем спокойнее протекает процесс затвердевания; при разливке малораскисленной С. в изложнице происходит бурное выделение пузырьков окиси углерода - С. как бы «кипит». Полуспокойная С. занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей С. Каждый из этих видов металла имеет достоинства и недостатки; выбор технологии раскисления и разливки С. определяется её назначением и технико-экономическими показателями производства.
Маркировка сталей.Единой мировой системы маркировки С. не существует. В СССР проведена большая работа по унификации обозначений различных марок С., что нашло отражение в государственных стандартах и технических условиях. Марки углеродистой С. обыкновенного качества обозначаются буквами Ст и номером (Ст0, Ст1, Ст2 и т.д.). Качественные углеродистые С. маркируются двузначными числами, показывающими среднее содержание С в сотых долях процента: 05, 08, 10, 25, 40 и т.д. Спокойную С. иногда дополнительно обозначают буквами сп, полуспокойную - пс, кипящую - кп (например, СтЗсп, Ст5пс, 08кп). Буква Г в марке С. указывает на повышенное содержание Mn (например, 14Г, 18Г). Автоматные С. маркируются буквой А (А12, А30 и т.д.), углеродистые инструментальные С. - буквой У (У8, У10, У12 и т.д. - здесь цифры означают содержание С. в десятых долях процента).
Обозначение марки легированной С. состоит из букв, указывающих, какие компоненты входят в её состав, и цифр, характеризующих их среднее содержание. В СССР приняты единые условные обозначения химического состава С.: алюминий - Ю, бор - Р, ванадий - Ф, вольфрам - В, кобальт - К, кремний - С, марганец - Г, медь - Д, молибден - М, никель - Н, ниобий - Б, титан - Т, углерод - У, фосфор - П, хром - Х, цирконий - Ц. Первые цифры марки обозначают среднее содержание С (в сотых долях процента для конструкционных С. и в десятых долях процента для инструментальных и нержавеющих С.); затем буквой указан легирующий элемент и цифрами, следующими за буквой,- его среднее содержание. Например, С. марки 3Х13 содержит 0,3% С и 13% Cr, С. марки 2X17H2 - 0,2% С, 17% Cr и 2% Ni. При содержании легирующего элемента менее 1,5% цифры за соответствующей буквой не ставятся: так, С. марки 12ХН3А содержит менее 1,5% Cr. Буква А в конце обозначения марки указывает на то, что С. является высококачественной, буква Ш - особо высококачественной. Обозначение марки некоторых легированных С. включает букву, указывающую на назначение С. (например, ШХ9 - шарикоподшипниковая С. с 0,9-1,2% Cr; Э3 - электротехническая С. с 3% Si). С., проходящие промышленные испытания, часто маркируют буквами ЭИ или ЭП (завод «Электросталь»), ДИ (завод «Днепроспецсталь») или ЗИ (Златоустовский завод) с соответствующим очередным номером (ЭИ268). См. также , .
Лит.:Сталеплавильное производство. Справочник, под ред. А. М. Самарина, т. 1-2, М., 1964; Меськин В. C., Основы легирования стали, 2 изд., М., 1964; Гудремон Э., Специальные стали, пер. с нем., 2 изд., т. 1-2, М., 1966; Дреге В., Сталь как конструкционный материал, пер. с нем., М., 1967; Гуляев А. П., Чистая сталь, М., 1975.
С. И. Венецкий.
Сталь в искусстве.В средние века славились арабское оружие и доспехи из С. с плоскими узорами и надписями, выполненными или . Эти приёмы декорировки оружейники средневековой Европы дополнили , наводкой и полировкой. С 16 в. в отделке часов, научных приборов и инструментов появляется устойчивая к коррозии зеркальная полировка, использование которой послужило стимулом для выпуска бытовых изделий из С. В 18 - начале 19 вв. эстетические свойства С. наиболее ярко раскрылись в изделиях мастеров Тульского оружейного завода (мебель, зеркала, самовары, каминные экраны и т.п.). Как вид народного творчества известна с середины 19 в. златоустовская гравюра на С. В советском искусстве С. нашла применение в облицовке интерьеров, а также в скульптуре (В. И. Мухина, «Рабочий и колхозница», см. илл. ).
Лит.:Тульские «златокузнецы». [Альбом], Л., 1974.
Мухина В. И. «Рабочий и колхозница». Нержавеющая сталь. 1935-37. Группа установлена перед северным входом ВДНХ в Москве.
Стальник
Ста'льник(Ononis), род растений семейства бобовых. Многолетние или однолетние травы, низкие кустарники, обычно железисто-опушённые, иногда колючие. Листья большей частью тройчатые, цветки розовые, пурпуровые, жёлтые, редко беловатые, в метельчатом, колосовидном или кистевидном соцветии. Плод - боб, яйцевидный, продолговатый или линейный. Около 75 видов, преимущественно в Европе, а также в умеренном поясе Азии и в Северной Африке. В СССР 5-7 видов, в Европейской части, на Кавказе, юге Сибири и в Средней Азии. Наиболее распространён С. полевой, или пашенный (О. arvensis); растет по лугам, степям, межам, кустарникам. Медонос; из листьев и стеблей получают жёлтую и зелёную краску. С. полевой возделывают как лекарственное растение. Корни его, содержащие гликозиды (ононин и ононид), сапонин оноцерал и др. вещества, используются в виде водного отвара как послабляющее средство, главным образом для лечения геморроя. С. древних (О. antiquorum), произрастающий в Крыму, на Кавказе и в Средней Азии, служит хорошим пастбищным кормом для скота.
Лит.:Котуков Г. Н., Культивируемые и дикорастущие лекарственные растения. Справочник, пер. с укр., К., 1974.
Г. В. Егорова.
Стальник полевой: а - верхняя часть растения; б - нижняя часть растения; в - плод.
«Стальной двор»
«Стально'й двор»(англ. Steelyard, от неправильного перевода нем. Staalhof: средненижненем. Staal - образец и Hof - двор; ошибка вызвана одинаковым звучанием двух нем. слов Staal и Stahl - сталь), название, утвердившееся в 15-16 вв. за конторой нем. ганзейских купцов в Лондоне - главным центром ганзейской торговли в Англии. «С. д.», расположенный на месте известного с 13 в. торгового подворья нем. купцов, представлял собой основанную на строгой дисциплине общину, член которой пользовались широкими торговыми привилегиями в Англии. Торговля строго регламентировалась Ганзой. Отделения «С. д.» существовали и в ряде др. английских городов. Закрыт в конце 16 в.; привилегии ганзейских купцов были ликвидированы, а сами они изгнаны из страны.
Стальной мост
Стально'й мост, со стальным пролётным строением. С. м. под автомобильную дорогу сооружают преимущественно при больших пролётах (более 100-200 м), под железную дорогу - начиная с пролётов 40-50 м. Основные статические схемы С. м.: балочная (наиболее распространена), арочная и висячая (вантовая). С. м. могут иметь как стальную, так и железобетонную плиту проезжей части; в последнем случае её включают в совместную работу со стальным пролётным строением (мосты такого типа называются сталежелезобетонными). Опоры С. м. обычно делают массивными, чаще всего из бетона или железобетона. В особо высоких мостах и путепроводах надземные (или надводные) части опор иногда делают стальными.
В практике строительства С. м. используют в основном стандартные элементы из строительной стали, выпускаемые металлургической промышленностью: листы, уголки, двутавры, швеллеры и др., а также высокопрочную проволоку, тросы и канаты. Наиболее ответственные сооружения выполняют из сталей повышенной прочности (с легирующими добавками). Конструкции С. м. обычно изготовляют на специализированных заводах (в виде отдельных сборных элементов и узлов, которые собираются на месте строительства). Существенные преимущества С. м. перед мостами из др. материалов - легкость конструкции, индустриальность изготовления и монтажа - обусловили их широкое распространение: большинство современных крупных мостов, построенных во многих странах, выполнено из стали (рис.). Конструкции С. м. должны быть надёжно защищены от коррозии; с этой целью применяют их многослойную окраску (периодически обновляемую) или специальные защитные покрытия.
М. Е. Гибшман.
Общий вид балочного стального моста «Европа» на автостраде Мюнхен - Рим.
«Стальной шлем»
«Стально'й шлем»(«Stahlhelm»), монархический военизированный союз бывших фронтовиков в Германии. Создан в ноябре 1918. Ориентировался на Немецкую национальную народную партию. Первоначально руководство «С. ш.» выступало за восстановление монархии, укрепление германского милитаризма, за отмену и территориальные захваты. К началу 30-х гг. насчитывал около 500 тыс. членов. С усилением Национал-социалистской партии «С. ш.» постепенно утрачивал влияние, часть его руководства примкнула к национал-социалистам. После установления фашистской диктатуры слился с гитлеровскими .
Стальные конструкции
Стальны'е констру'кциизданий и сооружений, конструкции, элементы которых изготовлены из и соединены сваркой, заклёпками или болтами. Благодаря высокой прочности стали С. к. надёжны в эксплуатации, имеют малую массу и небольшие габариты по сравнению с конструкциями из др. материалов. С. к. отличаются разнообразием конструктивных форм и архитектурной выразительностью. Изготовление и монтаж С. к. осуществляют индустриальными методами. Основной недостаток С. к. - подверженность коррозии, что требует периодического проведения защитных мероприятий (т. е. применения специальных покрытий и покраски), повышающих расходы по эксплуатации С. к. В современном строительстве С. к. применяют преимущественно в качестве в различных (по назначению и конструктивной системе) зданиях и сооружениях, как-то: жилые и общественные здания (в т. ч. высотные); производственные здания разных отраслей промышленности, особенно металлургической (доменные, мартеновские, прокатные цехи); резервуары и газгольдеры; сооружения связи (радио- и телевизионные мачты и башни, антенны); сооружения энергетики (ГЭС, ТЭС, АЭС, линии электропередачи); транспортные сооружения (мосты и путепроводы на железных и автомобильных дорогах, депо, ангары и т.п.); магистральные нефте- и газопроводы (висячие переходы через большие реки, овраги и ущелья); спортивные и зрелищные сооружения, выставочные павильоны и т.д.
Начало применения в строительстве собственно С. к. относится к 80-м гг. 19 в.; к этому времени были разработаны и освоены промышленные способы производства литого (стали) - мартеновский, бессемеровский и томасовский процессы. К концу 19 в. в России и за рубежом были построены крупные здания и инженерные сооружения, основные конструкции которых были выполнены из стали (например, павильоны Нижегородской ярмарки с висячими покрытиями, Бруклинский мост в Нью-Йорке, Эйфелева башня). В СССР интенсивный рост металлургии создал базу для дальнейшего развития и совершенствования С. к. Был накоплен большой опыт проектирования и возведения С. к., определены наиболее рациональные области их применения. Основным способом соединения элементов С. к. стала электросварка. Большая заслуга в создании и развитии отечественной школы проектирования и расчёта С. к. принадлежит советским учёным В. Г. , Н. С. , Е. О. и др. В современном строительстве широко применяются типовые С. к., обеспечивающие минимальный расход стали, наименьшую трудоёмкость изготовления конструкций в заводских условиях, удобство и быстроту монтажа их на месте.
В СССР для изготовления С. к. применяют в основном стали малоуглеродистые, повышенной и высокой прочности. С. к. обычно выполняются из т. н. первичных стальных прокатных элементов различного профиля (см. ), выпускаемых металлургической промышленностью по определённому перечню-сортаменту (впервые такой сортамент был разработан в России в 1900 Н. А. ). В качестве первичных элементов используются также трубчатые и гнутые профили. Из первичных элементов на заводах металлических конструкций изготовляют различные типовые конструктивные элементы (набор которых, как правило, ограничен): сплошные, работающие только на изгиб ( ); сквозные, работающие в основном на изгиб ( ); элементы, работающие преимущественно на сжатие и на изгиб ( , стойки); элементы, работающие только на растяжение (канаты, тросы и др.). Наряду с этим выпускается листовая прокатная сталь (широкополосная, толстолистовая, тонколистовая; см. ). Комбинированием конструктивных элементов на заводах изготовляют С. к. практически любого назначения - как в готовом виде (если по габаритным соображениям обеспечивается возможность их транспортирования), так и отдельными укрупнёнными монтажными блоками. При этом для образования отдельных конструктивных элементов, укрупнённых блоков и целых С. к. применяют сварные (преимущественно), болтовые и заклёпочные . Кроме обычных болтовых, используют также соединения на высокопрочных болтах фрикционного типа (работающих на трение), которые обладают большой несущей способностью. При монтаже для объединения отдельных блоков в целую конструкцию применяют главным образом болтовые соединения.
На рис. 1 представлена конструктивная схема стального каркаса двухпролётного производственного здания, в котором конструкции стропильных ферм, светоаэрационных фонарей, а также необходимых связей - сквозные, а подкрановых балок и надколенников - сплошные. В большепролетных покрытиях используют конструкции различных систем - как плоские, так и пространственные. Плоские балочно-разрезные фермы (сквозные) применяют в основном при пролётах до 100 м(например, в ангарах для самолётов). Для перекрытия средних и значительных пролётов зданий различного назначения используют т. н. структурные конструкции, представляющие собой сквозные плиты, образуемые из отдельных однотипных стержней, для сопряжения которых в узлах применяются различные конструктивные решения (рис. 2). Весьма эффективны С. к. рамного типа (см. ), преимущественно сквозные, с распором, передаваемым на фундаменты. Для перекрытия большепролётных зданий рационально использование С. к. арочной системы, причём могут быть сплошными или сквозными. Во многих случаях целесообразно применение стальных , обеспечивающих существенную экономию стали. Висячие системы используются также при прокладке трубопроводов различного назначения через ущелья, глубокие овраги, большие реки (рис. 3). Широкое применение С. к. находят в высотных сооружениях (например, в Киеве построена телевизионная башня высотой 372 м, трубчатая конструкция которой изготовлена из высокопрочной стали, рис. 4).
В СССР С. к. проектируются на основе соответствующих , предусматривающих необходимость выбора оптимальных в технико-экономическом отношении схем сооружений, сечений элементов и классов стали. Расчёт, как правило, производится по методу .
Перспективны (особенно в висячих системах) из стали, позволяющие существенно снизить собственный вес и увеличить несущую способность С. к.
Лит.:Стрелецкий Н. С., Стрелецкий Д. Н., Проектирование и изготовление экономичных металлических конструкций, М., 1964 (Материалы к курсу металлических конструкций, в.4); Мельников Н. П., Металлические конструкции за рубежом, М., 1971; Строительные нормы и правила, ч. 2, раздел В, гл. 3. Стальные конструкции. Нормы проектирования, М., 1974; Металлические конструкции, под ред. Е. И. Беленя, М., 1973: Gaylord Е. Н., Gaylord С. N., Design of steel structures including applications in aluminium, N. Y., 1957.
С. А. Ильясевич.
Рис. 3. Висячий (балочно-вантовый) переход газопровода через р. Амударья (пролет 660 м).
Рис. 2. Структурная конструкция из трубчатых стальных элементов, сопрягаемых с помощью шаровых узловых вставок (Олимпийский стадион в Берлине, ГДР).
Рис. 1. Конструктивная схема стального каркаса двухпролетного производственного здания: 1 - стропильная ферма; 2 - колонна; 3 - подкрановая балка; 4 - светоаэрационный фонарь; 5 - связи.
Рис. 4. Телевизионная башня в Киеве.
«Стальпроект»
«Стальпрое'кт»,Государственный союзный институт по проектированию агрегатов сталелитейного и прокатного производства для чёрной металлургии, создан в 1924 в Москве по инициативе В. Е. . До 1930 назывался «Государственное бюро металлургических и теплотехнических конструкций». В «С.» разработаны: комплексный проект строительства Кузнецкого металлургического комбината, его цехов и печного хозяйства, проекты отдельных цехов и всех печей Магнитогорского металлургического комбината, печей всех металлургических, многих машиностроительных и оборонных заводов первых пятилеток, различного прокатного оборудования и др. агрегатов. В 40-70-х гг. в институте созданы установки непрерывной разливки стали, большегрузные мартеновские печи, кислородные конвертеры, двухванные печи, новые типы нагревательных и термических печей для советских и зарубежных заводов. «С.» внёс значительный вклад в теорию печной теплотехники и развитие научных основ конструирования печей. «С.» - головной институт в области конструирования печных агрегатов для нагрева металла перед прокаткой и термической обработкой. С 1961 издаётся сборник трудов «С.». Награжден орденом Трудового Красного Знамени (1974).
Лит.:50 лет институту «Стальпроект», М., 1974.
В. М. Тымчак.
Стаматов Георги Порфириев
Стама'товГеорги Порфириев (25.5. 1869, Тирасполь, ныне Молдавская ССР, - 9.11.1942, София), болгарский писатель. В 1882 переехал в Болгарию. Изучал юриспруденцию в Софии и Женеве, служил чиновником. Печатался с 1891. В рассказах и повестях 90-х - начала 1900-х гг. сочувственно изобразил солдат, сельских и городских тружеников, противопоставляя им жестоких офицеров, продажных чиновников («Вестовой Димо», 1899; «Два таланта», 1910). После 1-й мировой войны 1914-18 в творчестве писателя-реалиста, тонкого психолога и бытописателя нравов, усиливается социально-обличительная критика (рассказы «Маленький содом», «Вирянов», «Нарзановы»).