Как устроен мир на самом деле. Наше прошлое, настоящее и будущее глазами ученого - Вацлав Смил

Сорта стали делятся на четыре главные категории[218]. Углеродистая сталь (90 % всей стали на рынке, с содержанием углерода 0,3–0,95 %) используется повсеместно — от мостов до холодильников и от шестеренок до ножниц. В легированной стали присутствуют добавки одного или нескольких элементов в разных концентрациях (чаще всего марганец, никель, кремний и хром, но также алюминий, молибден, титан и ванадий), предназначенные для улучшения ее физических свойств (твердости, прочности, пластичности). Нержавеющая сталь (содержащая 10–20 % хрома) впервые была получена только в 1912 г., сначала из нее изготавливали только столовые приборы; сегодня она широко используется для производства хирургических инструментов, двигателей, деталей машин и строительных конструкций[219]. У инструментальной стали прочность на разрыв в 2–4 раза выше, чем у лучших сортов конструкционной стали, и она используется для резки стали и других металлов, штамповки (формовки или экструзии металлов или пластика), а также для ручной резки и ковки. Все стали (за исключением нескольких сортов нержавеющей стали) обладают магнитными свойствами и поэтому могут использоваться в электрических машинах.

Сталь определяет лицо современной цивилизации и обеспечивает ее главные функции. Это самый распространенный металл, и из него изготовлено бесчисленное количество видимых и невидимых жизненно важных компонентов современного мира. Более того, почти все остальные металлические и неметаллические изделия были изготовлены (добыча сырья, обработка, формовка, отделка и дистрибуция) с помощью стальных инструментов и механизмов, и ни один из видов общественного транспорта не может функционировать без стали. Чистая сталь присутствует буквально везде, в нашем доме и вокруг него, как в маленьких предметах (столовые приборы, ножи, кастрюли, сковородки, кухонные приспособления, садовые инструменты), так и в больших (бытовая техника, газонокосилки, велосипеды, автомобили).

Прежде чем на улицах города вырастают высокие здания, вы видите мощные стальные копры, забивающие стальные или железобетонные сваи фундамента, а затем над стройплощадкой несколько месяцев возвышаются стальные строительные краны. В 1954 г. в Нью-Йорке построили здание Socony-Mobil, первый небоскреб, облицованный нержавеющей сталью, а в современном 828-метровом небоскребе Бурдж-Халифа в Дубае используются рифленые стеновые панели из нержавеющей стали и вертикальные стальные штыри[220]. Сталь служит одновременно главным строительным материалом и элементом дизайна многих изящных консольных и подвесных мостов[221]: моста Золотые Ворота в Сан-Франциско, который постоянно подкрашивают в оранжевый цвет[222], моста Акаси-Кайке в Японии, который имеет самый длинный в мире центральный пролет, почти 2 километра, а его стальные башни держат витые стальные тросы диаметром 1,12 метра[223].

Вдоль городских улиц стоят ряды осветительных столбов, изготовленных из стали, оцинкованной горячим способом и покрытой специальным порошком для защиты от ржавчины; из стального проката сделаны дорожные знаки и рекламные щиты, гофрированная сталь используется для разделительных барьеров. Стальные башни с прикрепленными к ним стальными тросами используются для подъема горнолыжников к началу трассы или для доставки туристов на высокие горы в кабинках канатной дороги. Радио- и телевизионные башни (антенные мачты с растяжками) поднимаются на рекордную для рукотворных сооружений высоту, а современные ландшафты усеяны бесконечным количеством опор высоковольтных линий электропередачи. Недавно к ним прибавились невероятно высокие антенные мачты мобильной связи, группы больших ветряных турбин на суше и на море, а также массивные конструкции посреди морей и океанов — гигантские платформы для добычи нефти и газа[224].

Большая часть массы транспортных средств почти всегда приходится на сталь. Исключением являются самолеты (в них преобладают алюминиевые сплавы и композитные материалы); стальные детали в двигателях и шасси составляют около 10 % массы современного авиалайнера[225]. Легковой автомобиль в среднем содержит 900 килограммов стали[226]. Ежегодно в мире выпускается почти 100 миллионов автомобилей, что требует 90 миллионов тонн металла — приблизительно 60 % приходится на высокопрочную сталь, которая позволяет уменьшить вес автомобиля на 26–40 % по сравнению с обычной сталью[227]. Несмотря на то что в современных скоростных поездах (алюминиевый корпус, пластиковая отделка салона) всего около 15 % стали (колеса, оси, подшипники и двигатели), для них требуются особые пути с более прочными, чем стандартные, стальными рельсами[228].

Корпуса судов, нефтяных танкеров, газовозов для сжиженного газа и сухогрузов, которые перевозят руду, зерно или цемент, изготавливаются из больших листов высокопрочной стали определенной формы, скрепленных с помощью сварки. Но величайшей революцией в послевоенном судоходстве стало появление контейнеровозов (более подробно см. в главе 4). Они перевозят грузы в стальных контейнерах стандартных размеров[229]. Эти стальные контейнеры имеют высоту и ширину порядка 2,5 метра (длина может быть разной) и устанавливаются друг на друга в трюме и на палубе судна. Вполне возможно, что все, что на вас надето, было доставлено в конечную точку продажи в стальном контейнере, начавшем свое путешествие на одной из фабрик в Азии.

Но как были изготовлены все эти инструменты и механизмы? По большей части с помощью других механизмов и аппаратов, сделанных преимущественно из стали и выполняющих такие операции, как отливка, ковка, прокат, механическая обработка (токарная, фрезерная, сверловка отверстий), гибка, сварка, заточка и резка — две последние операции возможны благодаря удивительным свойствам инструментальной стали, которая режет углеродистую сталь, как нож масло. А все эти станки, как правило, получают энергию от электричества, производство которого (а значит, существование всего мира электроники, вычислительной техники и телекоммуникаций) невозможно без стали: высоких котлов, набитых стальными трубами и наполненных водой под давлением, ядерных реакторов, заключенных в корпуса высокого давления, расширяющегося пара, который вращает большие турбины, длинные оси которых изготавливают из массивных стальных отливок.

Сталь прячется от нас под землей в виде опорных конструкций и механизмов в глубоких шахтах, а также миллионов километров труб буровых установок, добывающих нефть и газ. Нефтегазовая промышленность также зависит от стали, лежащей в земле ближе к поверхности (на глубине 1–2 метров) в промысловых, транспортных и распределительных газопроводах. В магистральных газопроводах используются трубы диаметром больше 1 метра, а в распределительных — до 5 сантиметров[230]. Нефтеперегонный завод — это настоящий лес из стали, с высокими дистилляционными колоннами, установками каталитического крекинга, огромным количеством труб и цистерн. И наконец, я не могу не сказать о том, как сталь спасает жизни в больницах (она используется в центрифугах и диагностической аппаратуре, из нержавеющей стали делают скальпели, хирургические крючки и ретракторы) и как она убивает: армия и флот с их разнообразным оружием — это огромное вместилище стали, предназначенной для разрушения[231].

Можем ли мы производить требуемое количество стали и насколько устойчиво