Николай Мезенин - Занимательно о железе
Новый рассвет уральской металлургии наступил только при Советской власти. Была осуществлена идея продвижения металлургии на Восток — создание здесь крупного угольно-металлургического центра страны. Большие запасы уральской железной руды, сочетание их с сибирским углем, благоприятное географическое положение создавали необходимые предпосылки для развития на Урале технически передового крупного комбинированного хозяйства и превращения Урала в крупный металлургический центр.
По этому плану перед Великой Отечественной войной на Урале возникли такие гиганты металлургии, как Нижнетагильский (НТМК) и Магнитогорский (ММК) комбинаты.
В годы войны особенно сказались все преимущества создания этого металлургического центра. Уральские металлурги снабжали фронт металлом и боевыми машинами. В сложных условиях военного времени освоили много новых процессов: впервые в мире начали выплавлять феррохром в доменных печах на металлургическом заводе им. Серова, ферромарганец в больших доменных печах ММК из уральских бедных марганцевых руд. Сталеплавильщики овладели производством высоколегированной стали в больших мартеновских печах, а также освоили выплавку сталей-заменителей, в которых содержалось незначительное количество дефицитных легирующих элементов.
В послевоенные годы уральская металлургия продолжает свое развитие, с каждым годом увеличивая выпуск металла для мирных целей. Тагильские металлурги обеспечивают прокатом свыше 6 тысяч заводов и строек нашей страны. Металл, раньше известный под маркой “Старый соболь”, теперь с маркой НТМК и других заводов экспортируется во многие государства мира.
Петровский указ
6 апреля 1722 года был издан и сразу же разослан по заводам важный для развития русской металлургии указ Берг-коллегии “О пробовании железа”. Вот текст этой “прародительницы” современных инструкций ОТК — так называют сейчас на заводах отдел технического контроля.
“Его императорское Величество указал послать из Берг-коллегии на все железные заводы, где железо делается, чтобы с сего времени железо пробовали сим образом, и отпускали в указанные места и продавали со следующими знаками:
Первая проба: вкопать круглые столбы толщиной в диаметре по шести вершков в землю так далеко, чтобы оное неподвижно было, и выдолбить в них диры величиною против полос, и в тое диру то железо просунуть, и об весть кругом столба трижды потом назад его от столба отвесть, и ежели не переломится, и знаку переломного не будет, то на нем сверх заводского клейма наклеймить № 1.
Вторая проба: взяв железные полосы бить о наковальню трижды, потом другим концом обратя такожды трижды от всей силы ударить, и которое выдержит, и знаку к перелому не будет, то каждое сверх заводского клейма заклеймить его №2.
На последнее, которое тех проб не выдержит, ставить сверх заводских клейм № 3. А без клеймы полосного железа отнюдь чтоб не продавали”.
Это, пожалуй, самый первый документ об испытании металла перед использованием его в деле. Указ говорит также о том, что в эпоху Петра I заботились не только о количестве выпускаемого металла, но уже создавали методы контроля его качества. Причем спрос с бракоделов был строгий. В другом указе писалось:
“Повелеваю хозяина Тульской оружейной мастерской Корнея Белоглаза бить кнутом и сослать в работу в монастырь за то, что он, подлец, дерзнул войску государеву продавать плохие пищали и фузеи. Старшего приемщика Флорку Минаева бить кнутом и сослать в Азов, пусть не ставит клейма на плохо сделанное оружие”.
В давние времена металлические изделия не подвергались испытанию на прочность. Правда, из средневековья дошла до нас такая история о “контроле” продукции. Рассказывают, что в старину, когда оружейнику заказывали стальную рубашку — кольчугу, то примерку готового изделия производили на мастере. Заказчик брал в руку кинжал и наносил по кольчуге несколько ударов.
В связи с развитием машиностроения в XIX веке к металлу предъявили строгие требования во всех областях техники. Появилась необходимость в разработке общепринятых методов испытания металлов на прочность. С конца 50-х годов прошлого столетия начинают вводить систематические испытания прочности металла на разрыв, твердость, затем испытания на повторную нагрузку, изгиб, удар. В 1852 году для нужд железных дорог Англии и Германии строились специальные испытательные станки и машины. К этому времени уже во многих странах ведутся регулярные испытания прочности железа, проводятся сравнение и анализ результатов, издаются сводки по отдельным производствам — первая из них опубликована десять лет спустя.
В России до XX века между потребителями металлических изделий и железоделательными заводами не было соглашений относительно сортов поставляемого металла. Каждый завод имел свой сортамент. Еще в 1885 году профессор Н.А. Белелюбский требовал установить единообразные размеры проката, но только в 1894 году Постоянная совещательная контора железозаводчиков приступила к выработке русского сортамента фасонного железа. В результате пятилетней работы комиссии был принят и опубликован “Русский нормальный сортамент фасонного железа: угловое, тавровое, двутавровое, корытное и зетовое железо”.
Постоянное изучение способов испытаний и условий приемки материалов началось в 1884 году. Через три года в Стокгольме образовался Международный союз по испытанию технических материалов, который разработал международные нормы по испытанию металлов, условия технической приемки, способствовал созданию единообразия в испытании материалов. Введение механических испытаний значительно снизило брак производства, так как предварительный контроль устранял негодный металл из последующих технологических процессов.
До мировой войны и в течение нескольких последующих лет основой расчета деталей машин служили показатели статических испытаний: пределы прочности, текучести и модуль упругости. Установление того факта, что ответственные детали подвергаются в большинстве случаев действию различных по величине циклических нагрузок, явилось новым шагом в развитии теории прочности. В 20–30 годах были введены такие понятия, как усталостная прочность, пределы усталости при изгибе, кручении и растяжении-сжатии, предел усталости при знакопеременной нагрузке, конструкционная прочность, не утратившие своего значения и в настоящее время.
Усложнение методов испытания металлических изделий продолжается. Этого настоятельно требуют заботы о безопасности в использовании технических средств. Ни одна машина, ни один самолет без испытаний статическими и динамическими нагрузками не пойдет в серийное производство. А как испытать на прочность океанский лайнер или железнодорожный мост? Или исполинскую турбину, гигантский пресс?
Современное машиностроение использует детали в 30–40 метров длиной, диаметром 1,5–2 метра и весом сотни тонн. Такие громадины не испытаешь. Их только рассчитывают. Ошибок не должно быть, чтобы не произошла авария. Вот почему инженеры стараются строить машины или сооружения понадежнее — берут запас в 10–12 раз больше расчетной прочности. Это ведет к огромным убыткам. Поэтому для испытания крупных изделий строят испытательные машины. Шведская разрывная машина “Амелер”, созданная еще в первые десятилетия XX века, в новых моделях способна разорвать, как нитку, стальной стержень толщиной 60–80 миллиметров. Но с валом 300 миллиметров толщины ей не справиться. Нужны другие машины.
В Москве в Центральном научно-исследовательском институте технологии машиностроения построены уникальные установки. На них можно проверять прочность балок толщиной 400 миллиметров, давать этим балкам статические, динамические нагрузки, определять предел усталости.
Самые большие в мире испытательные машины стараются разрушить коленчатые валы мощных двигателей, крупные гребные валы морских судов, детали прессов с усилием в десятки тысяч тонн и другие. Однако ученые пытаются постигнуть точные закономерности масштабного фактора. Вот тогда не понадобится ломать дорогие образцы, чтобы определить их прочность. Ответ дадут малые образцы, модели в 1/10, 1/100 долю натуры.
В наши дни техника контроля обогатилась многими точными приборами, созданными на основе последних достижений науки. На каждом заводе имеется ОТК со штампом специалистов, разбирающихся во всех тонкостях производства. Контролер ОТК — еще одна металлургическая профессия. Задача контролера — проследить за точным выполнением технологической инструкции на всех этапах производства металла, тем самым обеспечить надлежащее качество металла при испытаниях. Контролерами на заводах часто работают женщины. Их аккуратность, прилежность, усидчивость обеспечивают точность контроля.
