Содержание
Рудные породы состоят из различных минералов, оксидов и гидратов, неметаллических примесей. Содержание чистого металла колеблется от 15 до 70%. Первым способом очистки руды был древесный уголь, который погружали в расплав. Углерод формирует устойчивое соединение с атомами железа, при этом сырье очищается от газов и жидкостей. Этой процедуры достаточно для получения чугуна, но выплавка стали требует снижения концентрации углерода.
В средние века руду обрабатывали в доменных печах при температуре 1400°С. Полученный расплав использовали для литья пушек и домашней утвари. Сталелитейная промышленность возникла вместе с изобретением бессемеровских и мартеновских установок, которые сделали возможным поддержание температурного режима в 1600°С.
Технология сталеварения состоит из нескольких этапов. Сначала требуется провести окислительную реакцию, при которой выделяется СО2, а оксиды фосфора, марганца и кремния образуют шлак. Затем применяют один из выбранных способов раскисления: осаждающее, диффузное, обработку шлаками, переплав или электровакуумный метод.
Древние кузнецы не имели совершенного оборудования. Для изготовления знаменитых дамасских клинков и самурайских мечей применяли длительное продувание руды с помощью мехов. Образованные при нагреве включения восстановленного чистого металла перековывались в полосу. Процесс проводился при 1000-1200°С без плавления. Качество изделий находилось в прямой зависимости от сырья, некоторые месторождения давали руды с равномерными включениями молибдена или вольфрама.
Характеристики чугуна и стали
Рудные месторождения имеют разное происхождение и минеральный состав, поэтому после обработки материалы отличаются по качеству. Выделяют три категории чугуна: ковкий, высокопрочный, предельный. Доля углерода не менее 2,14, но не превышает 6,67%. В зависимости от того, как сформирована кристаллическая решетка (цементит или графит), сырье применяется для пластической деформации, литья, или сталеварения.
На первом этапе сталь состоит из тех же элементов:
- Железо;
- Углерод;
- Кремний;
- Марганец;
- Фосфор;
- Сера.
Сначала расплав очищают от углерода, снижая его концентрацию до 0,25-2%. Для придания специальных свойств добавляют различные металлы, но предварительно расплавы проходят дополнительную очистку: углеродная доля регулируется в зависимости от выбора присадок. Области применения чугуна и стали зависят от свойств и назначения сплавов.
Сравнение стали и чугуна
Углеродные соединения придают молекулярной структуре прочность и твердость, но одновременно увеличивается хрупкость изделий при нагревании, ударных и вибрационных нагрузках, которые без труда выдерживает пластичный материал. Основное отличие чугуна от стали заключается в количестве углерода. Сплавы можно легировать одинаковыми металлами. Результат при этом получается разный, так как формируются неидентичные решетки карбидов.
 |
Виды чугуна
Классификация чугунных сплавов:
- КЧ (ковкий) – отливки для разводок пожарных труб и аммиачных трубопроводов, при давлении не более 40 кгс/см2.
- СЧ (серый) – для сетей горячего водоснабжения и химической промышленности.
- ВЧ (высокопрочный) – для отливки крышек, заслонок, задвижек и корпусов.
Стали обладают большей пластичностью и стойкостью к гидравлическим ударам, температурным деформациям конструкций. Применение обосновано в следующих ситуациях:
- Вибрационные нагрузки;
- Резкие изменения давления и температурных условий;
- Температура вспышки взрывоопасного вещества ниже 61°С;
- Температура кипения вещества до 45°С;
- Температура стенки трубопровода ниже 0°С;
- Обвязка насосных агрегатов;
- Обвязка резервуаров для хранения взрывоопасных и токсичных веществ;
- Нефтяные газы с упругостью паров.
Для возведения трубопроводов используют трубы и арматуру из нержавеющих, жаропрочных и жаростойких марок стали. Они отличаются высокой точностью состава, чистотой, присадками специальных элементов.
Перспективы применения чугунного сортамента в промышленных отраслях постоянно расширяются, благодаря увеличению сроков службы и эксплуатационных характеристик путем эмалирования, футеровки, гуммирования и применения модифицированных сплавов.