Сплавы черных металлов активно используются в создании технических устройств и в различных отраслях промышленности.
Классификация и особенности производства чёрных металлов
Классификация и особенности производства черных металлов
Чёрные металлы — это железо и сплавы на его основе: сталь и чугун. Определение узкое и конкретное: всё остальное в металлургии, включая медь, алюминий, титан и даже хром с вольфрамом, которые входят в состав легированных сталей как добавки, — цветные металлы. На долю железа и его сплавов приходится порядка 90% всего производимого в мире металла — сталь и чугун остаются основой машиностроения, строительства и почти любой металлообработки. Разберём классификацию, отличие от цветных металлов и то, как чёрные металлы производят.
Чем чёрные металлы отличаются от цветных
Граница проходит по одному признаку — есть ли железо в основе сплава. Сталь и чугун — чёрные металлы. Хром, никель, марганец, вольфрам, ванадий — сами по себе цветные металлы, но при этом остаются важнейшими легирующими добавками: именно они, введённые в железоуглеродистый сплав, дают нержавеющую, инструментальную и другие легированные стали. Путаница возникает как раз из-за этой двойной роли: элемент цветной, а сплав, в который его добавили, — чёрный.
Сталь и чугун: граница по углероду
Внутри чёрных металлов сплавы делятся по одному параметру — содержанию углерода:
- Сталь — углерода до 2,14%. Чем выше содержание углерода, тем прочнее и твёрже сплав, но ниже пластичность: сталь с ~0,2% углерода идёт на каркасы зданий и кузова, с ~0,8% — на инструмент (свёрла, молотки), от 1% и выше — на лезвия и напильники, где важна максимальная твёрдость режущей кромки.
- Чугун — углерода от 2,14% и выше. Высокое содержание углерода и кремния снижает температуру плавления и повышает текучесть расплава — чугун льют, а не куют и не гнут.
Марганец, вводимый даже в нелегированную сталь, нейтрализует хрупкость, которую вызывает сера, — без него сплав становится ломким при горячей обработке. Легирующие добавки — никель, хром, молибден, вольфрам, ванадий — меняют свойства сплава направленно: например, сталь с заметным содержанием хрома и никеля становится коррозионностойкой — так получают нержавейку.
Виды чугуна
| Вид | Особенность |
|---|---|
| Серый | Углерод выделяется в виде графитовых пластинок; хорошо льётся и обрабатывается резанием |
| Белый | Графит не выделяется, углерод связан в карбиде — максимальная твёрдость и хрупкость, почти не обрабатывается резанием |
| Ковкий | Получают термической обработкой (отжигом) белого чугуна — повышенная пластичность при сохранении литейных свойств |
| Высокопрочный (со сфероидальным графитом) | Графит имеет форму шариков, а не пластин, благодаря легированию магнием — заметно прочнее и пластичнее серого чугуна |
Подробный разбор состава, легирующих элементов и литейных свойств серого чугуна — в статье характеристики и состав серого чугуна.
Как производят чёрные металлы
Выплавка чугуна. Железную руду (с высоким содержанием гематита или магнетита) вместе с коксом и известняком (флюсом) загружают в доменную печь. Кокс восстанавливает оксиды железа до металла и одновременно даёт нужную температуру, известняк связывает пустую породу в шлак. На выходе — чугун, доменные печи останавливают редко, в основном для ремонта футеровки.
Передел в сталь. Чугун из домны содержит слишком много углерода и кремния для большинства задач — их выжигают кислородом в конвертере, а затем расплав легируют марганцем, никелем или хромом под нужную марку стали. Кислородно-конвертерный способ давно вытеснил мартеновские печи. Отдельный и растущий источник стали — переплавка металлолома в электропечах: сталь хорошо перерабатывается, и качественный лом (списанное оборудование, техника, отходы производства) заметно упрощает и удешевляет процесс по сравнению с выплавкой из руды.
Где применяются чёрные металлы
- строительная арматура и трубы;
- листовой, сортовой и фасонный прокат — основа машиностроения;
- литые изделия из чугуна и стали;
- ферросплавы — сырьё для легирования других сталей.
Чёрные металлы на нашем производстве
Мы работаем именно с чёрными металлами (и рядом цветных): листовой стальной прокат — конструкционная Ст3, низколегированная 09Г2С, нержавеющая AISI 304 — режем на лазерных станках, гнём и свариваем. Чугунное литьё мы не обрабатываем: чугун не прокатывают в лист, и для него нужны литейное производство и механическая обработка резанием, а не лазерная резка — подробнее об этом ограничении в статье про серый чугун. Если у вас стальная или нержавеющая деталь — пришлите чертёж, посчитаем стоимость в день обращения.
Частые вопросы
Хром и никель — чёрные или цветные металлы?
Сами по себе — цветные. Чёрными они становятся не по составу, а по компании: как легирующие добавки в стали (например, в нержавеющей) они входят в чёрный сплав, оставаясь при этом цветными металлами в чистом виде.
Чем сталь принципиально отличается от чугуна?
Содержанием углерода: до 2,14% — сталь (куётся, гнётся, сваривается), выше — чугун (льётся, но практически не поддаётся пластической деформации).
Правда ли, что сталь можно сделать полностью из металлолома?
Да — в электропечах сталь выплавляют из качественного стального лома без использования руды; это один из основных современных способов производства стали.
Почему в нержавеющей стали используют именно хром и никель?
Хром образует на поверхности стали защитную оксидную плёнку, которая противостоит коррозии, никель дополнительно повышает пластичность и стабилизирует структуру сплава — вместе они и дают нержавеющую сталь.
Другие новости
Заявка
на расчет
на расчет