Физики наконец раскрыли секрет прочности стали

Исследователи из Университета Грейнджера в Иллинойсе выяснили, почему применение магнитных полей при нагревании делает сталь прочнее. Этот прогресс может позволить сталелитейной промышленности улучшить свои материалы, одновременно снизив потребление энергии.

Сталь, этот особенно твердый металл, используемый с доисторических времен, представляет собой сплав железа и углерода. Для его производства его необходимо нагреть в доменной печи.

Исследователи давно заметили, что применение магнитных полей во время нагрева может сделать сталь прочнее, но до сих пор никто точно не знал, почему и как, что не позволяло инженерам надежно использовать это явление.

Физики провели моделирование, чтобы воспроизвести на компьютере поведение атомов в куске стали, а затем наблюдали, что происходит, когда его нагревают или подвергают воздействию магнитного поля.

В стали атомы железа очень хорошо организованы и образуют октаэдры, похожие на конфигурацию бильярдных шаров в начале игры. Атомы углерода располагаются в промежутках между этими шариками, образуя небольшие клетки в середине атомов железа.

Под воздействием высокой температуры атомы могут перемещаться из одной клетки в другую, поскольку тепло заставляет атомы двигаться. С другой стороны, магнитное поле замедляет этот процесс: атомы углерода выравниваются, немного напоминая маленькие магниты. Именно это выравнивание в масштабе материала делает сталь прочнее.

Это открытие позволяет сталелитейной промышленности не только улучшить свойства материала, но и снизить потребление энергии благодаря использованию магнитных полей, которые позволяют избежать чрезмерного нагрева металла. Это решающий момент, поскольку сталелитейная промышленность является особенно энергоемкой: сталелитейный сектор только на них приходится 8% мировых выбросов CO2.