Odkąd człowiek nauczył się na szeroką skalę produkować stal oraz ją obrabiać, stanowi ona podstawowy lub przynajmniej jeden, z podstawowych materiałów konstrukcyjnych. Powody, dla których tak jest, są oczywiste. Żelaza, z którego wytapiany stal mamy jeszcze stosunkowo dużo, stal ma bardzo dobre właściwości (szczególnie chodzi tutaj o właściwości mechaniczne, ale stal, która jest odpowiednio domieszkowana, może być również dość odporna chemicznie, bardzo twarda lub plastyczna, w zależności od potrzeb). Stal ma jednak jedną wadę, którą jest przede wszystkim fakt, że jest stosunkowo ciężka. Czy wada ta może ją zdyskwalifikować, jako materiał konstrukcyjny, oraz jakie są perspektywy na wykorzystanie stali?
Konstrukcje stalowe w przeszłości
Od mniej więcej połowy 19 wieku stal, a właściwie budownictwo z wykorzystaniem stali, przeżywało swój złoty wiek. Ponieważ stal jest to materiał, który można wyginać, odlewać, kuć i poddawać różnego rodzaju innym zabiegom, mającym za zadanie nadać jej odpowiedni kształt, powoduje to, że można z niej bardzo szybko budować różnego rodzaju elementy konstrukcyjne. Z tego powodu stal znalazła między innymi zastosowanie do budowy mostów, wiaduktów oraz budynków. Nawet jeżeli budynki nie są zbudowane w 100% ze stali, co faktycznie zdarza się dość rzadko, to najczęściej szkielet zbudowany jest właśnie z tego materiału. To w dziewiętnastym wieku (możemy powiedzieć spokojnie), że stal była najważniejszym materiałem konstrukcyjnym. Bez stali nowoczesne budownictwo, jak również rozwój maszyn oraz innych urządzeń, nie miałoby racji bytu. Obecnie jednak stal nie jest jedynym zaawansowanym materiałem konstrukcyjnym, a są również i takie dziedziny, które zrezygnowały ze stali w znacznym stopniu.
W jakich dziedzinach przemysłu oraz technologii rezygnuje się ze stali?
Poruszając temat rezygnacji ze stali, musimy na pewno w pierwszej kolejności powiedzieć o przemyśle lotniczym. Przemysł lotniczy zaczął rozwijać się na początku XX wieku i rozwój ten nastąpił bardzo szybko. Początkowo samoloty miały konstrukcję drewnianą z poszyciem materiałowym. Jedynymi stalowymi elementami były silnik oraz elementy podwozia lub różnego rodzaju elementy łącznikowe. Z czasem zaczęło się to zmieniać. Od samolotów (zarówno wojskowych, jak i cywilnych) wymagano coraz więcej w kwestii wytrzymałości, co nieuchronnie wymusiło wprowadzenie konstrukcji stalowych. Wymagało to jednak tego, aby rosła moc używanych w samolotach silników, co wiązało się ze zwiększeniem zużycia paliwa, a zwiększone zużycie pociągało wiele innych ograniczeń, takich jak zasięg, czy możliwość zabrania dużego ładunku. Nic dziwnego więc, że stal, choć nie była wcale bardzo złym materiałem na samoloty, a lotnicze konstrukcje stalowe bywają uważane za najwyższy poziom w wykorzystaniu tego tworzywa, zaczęto szukać sposobów na zmniejszenie masy własnej samolotów, zachowując jednocześnie ich moc, i nie wpływając znacząco na wytrzymałość konstrukcji. Odpowiedzią na ten trend było aluminium. Aluminium również jest metalem. Jest mniej wytrzymałe od stali, ale sporo lżejsze i posiada bardzo dobry (lepszy niż dla stali), stosunek wytrzymałości do masy. Z tego powodu można było zbudować samolot o takiej samej mocy i podobnej wytrzymałości co konstrukcja stalowa, ale o zdecydowanie lepszych parametrach, takich jak prędkość przelotowa, prędkość wznoszenia czy udźwig. Podobne założenia poczyniła również branża kosmiczna. Jest to zresztą kontynuatorka tradycji lotnictwa, więc jest to krok dla niej naturalny. W zasadzie w każdej dziedzinie techniki oraz nauki, gdzie z punktu widzenia konstrukcyjnego istotne jest zredukowanie masy, ze stali rezygnuje się wszędzie tam, gdzie jest to możliwe.
Czy zatem stal zostanie wyparta przez inne materiały?
Kiedy analizujemy sobie powyższe informacje, możemy zacząć zadawać sobie pytanie: “czy w takim razie, stal zostanie wyparta przez inne materiały?”. Odpowiedź na nie jest prosta: “oczywiście, że nie”. Argumentów za tą tezą jest co najmniej kilka. Pierwszą z nich jest cena stali. Konstrukcje stalowe są zdecydowanie tańsze niż ich odpowiedniki z aluminium, czy z tytanu. Różnica w cenie pomiędzy stalą, aluminium jest na tyle duża (nie wspominając o tytanie), że raczej szybko to nie nastąpi. Inna kwestia to fakt, że choć stal ma gorszy niż aluminium czy tytan współczynnik wytrzymałości w relacji do masy, ale jeśli spojrzymy na to pod kątem objętości użytego materiału, sprawa ma się zdecydowanie inaczej. Taka sama konstrukcja stalowa oraz aluminiowa lub tytanowa (biorąc pod uwagę wymiary), zawsze będzie cechowała się najlepszymi właściwościami dla stali (z wyjątkiem masy). Z tego wynika, że wszędzie tam, gdzie musimy zaoszczędzić miejsce, spełniając jednocześnie najbardziej restrykcyjne wymagania wytrzymałościowe, stal będzie najlepszym rozwiązaniem.
Stal ma również przyszłość, jeśli spojrzymy na proces jej otrzymywania. Technologie są coraz doskonalsze, a procesy domieszkowania innymi metalami (np. wspomnianym tytanem) powodują, że dla stali znajdujemy coraz to nowe zastosowania. Z tego wynika, że konstrukcje stalowe, jeszcze długo będą budowane.
