Металлы и человек - Михаил Васильев

Это выделение цементита будет продолжаться до температуры 723 градуса, при которой в металле останутся растворенными всего 0,8 процента углерода. И при этой температуре весь оставшийся аустенит превратится в перлит. Это тонкая структура, состоящая из зерен феррита с объемоцентрированной, то есть почти не содержащей растворенного углерода, кристаллической решеткой. Таким он будет оставаться и при нормальной температуре.

Возьмем сплав с содержанием углерода в 0,8 процента. Нагреем выше 723 градусов, чтобы попасть в область аустенита. Выдержим его там некоторое время, чтобы быть твердо убежденными, что весь цементит распался и углерод занял свое место в кристаллах твердого сплава.

Теперь начнем медленно охлаждать сплав. Лучше всего тигель с ним не будем извлекать из электропечи, где мы осуществляли его нагрев, а просто выключим ток. Пусть металл остывает вместе с печью.

Этим способом мы и получим перлит, о котором уже говорили. Измерим его твердость. Окажется, что она равна 200 единицам.

Другой такой же тигель с металлом вынем из печи и дадим ему остыть на воздухе. Измерим твердость. Ого, оказывается, чистый воздух способствовал укреплению здоровья металла! Твердость равна 300 единицам.

Металл из третьего тигля охладим в горячем масле. И масляная ванна полезна металлу. Твердость уже 400 единиц.

И тогда металл из последнего тигля опустим в воду. Взлетает облако пара. Но вот вода перестает кипеть. Достаем слиток и измеряем твердость. Не только спортсменам, но и металлу полезны водяные ванны. Твердость уже 600 единиц — в три раза больше, чем у металла, оставшегося в печи!

Имея перед глазами диаграмму состояния сплава железа и углерода, металлург всегда может сказать, до какой температуры надо нагреть того или иного состава сплав, чтобы закалить его, если он мягкий, или, наоборот, отпустить, если он твердый.

Уже не делая опыта, мы можем вывести из диаграммы и другую закономерность. Чем больше содержится в сплаве углерода, тем он более твердый. Это и понятно: в нем будет содержаться все больше химического соединения железа с углеродом цементита — твердого и хрупкого, и все меньше и меньше феррита — твердого раствора углерода в железе.

Сплавы, содержащие до двух процентов углерода, принято называть сталями. Два процента — это максимальное количество углерода, которое может быть еще растворено в аустените.

Сплавы, содержащие больше двух процентов углерода, называются чугунами.

Вот, оказывается, в чем главное различие между двумя великими братьями сплавами! Мы узнали его, знакомясь с удивительной диаграммой— настоящим путеводителем по чугунам и сталям.

Еще раз пройдем по этой диаграмме.

Мягкие стали с содержанием углерода до 0,3 процента можно гнуть, штамповать, вытягивать в холодном состоянии. Их хорошо берет резец, снимая длинную неломкую стружку. Они хорошо свариваются, легко режутся огнем. Но не пытайтесь их закалить: они почти не принимают закалки.

Стали, содержащие больше углерода — до 0,7 процента, прочны, упруги, но все же достаточно хорошо обрабатываются. И резко увеличивают свою прочность, если их подвергнуть закалке.

Все эти стали называются конструкционными. Из них делаются бесчисленные детали машин, валы, оси, бандажи, железнодорожные мосты, фермы, балки, болты, гайки, гвозди, пружины и т. д. и т. д. Конечно, для каждого изделия подбирают свой сорт стали.

Еще более высокую твердость имеют стали с содержанием углерода выше 0,7 процента. Эти стали — до 1,3 процента содержания углерода— называют инструментальными. Из них делают инструмент для обработки металлов. Конечно, перед тем как пустить этот инструмент в работу, его закаливают. И сталь становится очень твердой.

Еще дальше начинается область чугунов. Совсем недавно он шел только на отливки грубых деталей, таких, как станины станков, да на переработку в сталь. А сегодня даже коленчатые валы автомобилей нередко делают из чугуна, так улучшились его качества. Но о чугунах нам еще придется говорить отдельно.

…Химик, пользуясь периодической таблицей элементов Менделеева, может многое сказать о свойствах того или иного металла, зная только его место в периодической системе элементов. Металлург, имея в руках диаграмму состояния железоуглеродистых сплавов, не меньше может сказать о качествах той или иной стали, хотя он и никогда не имел с такой сталью дела.

Здесь варят электросталь — металл, превосходящий по качеству булат древних мастеров

Пути, ведущие к домне

Металлургический завод — очень впечатляющее зрелище. Он потряс воображение писателя Александра Куприна еще шестьдесят лег назад, в самом начале нашего века. Молохом, по имени древнего божества, которому приносили человеческие жертвы, назвал его писатель.

«Это была страшная и захватывающая картина. Человеческий труд кипел здесь, как огромный, сложный и точный механизм. Тысячи людей— инженеров, каменщиков, механиков, плотников, слесарей, землекопов, столяров и кузнецов пришли сюда, чтобы, повинуясь железному закону борьбы за существование, отдать свои силы, здоровье, ум и энергию за один только шаг вперед технического прогресса».

Изменилась социальная сущность завода. Изменились профессии людей, дающих жизнь его гигантским сочленениям. Но еще величественнее стал его облик.

Сердце всякого металлургического комбината — его доменные печи. Это к ним ведут протянувшиеся на десятки и сотни километров нити железных дорог от рудников, каменноугольных шахт и известковых карьеров. Это к ним тянутся трубы водопроводов, способных перекачивать целые реки. Это их обступили здания вспомогательных цехов, столь огромных, что их считают самостоятельными предприятиями, — агломерационных фабрик, коксохимических заводов, сталелитейных и прокатных цехов, железных башен кауперов, рудных дворов и многих других подсобных цехов.

Часть из этих предприятий служит для того, чтобы обеспечивать непомерно большой аппетит доменных печей. Другие служат для переработки того, что дает домна.

Словно нити к центру паутины, сходятся к домне судьбы многих веществ. И словно лучи от звезды, расходятся от нее лучезарные судьбы сверкающего металла, драгоценных шлаков, горючего газа.

Есть только один, видимо, путь разобраться в пестром переплетении этих нитей — проследить каждую из них до того круто затянутого общего узла, который и называют доменной печью.

Руда…

Для того чтобы понять ее судьбу, надо сразу сообщить об одной из основных черт характера доменной печи — ее привередливости, разборчивости. Да, она обладает не только отменным аппетитом, но и чрезвычайно разборчива. Чуть что не по ней, и в ее железном чреве начинаются разные неприятности. Она дает меньше чугуна, ухудшает его качество. А то, чего доброго, появится и «козел».

От этого слова — «козел» — бывало, вздрагивали доменные мастера и владельцы заводов. Отчего он происходил, никто не знал. Может быть, попало с рудой в домну слишком много пыли, или оказался некачественным шлак, или прозевал мастер и дутье оказалось чрезмерно холодным… Но в домне возникал и рос, непрерывно рос слиток спекшегося металла, несгоревшего кокса, застывшего шлака. Не поступало дутье, и домна умирала.

Воскресить ее оказывалось трудней, чем построить новую. Домну приходилось ломать, динамитом взрывать стальную скалу, застывшую в ней, и на этом же месте строить новую. Вот к чему иногда приводил недоучет привередливости доменной печи!

Чтобы процесс в домне шел нормально, четко, домну надо «кормить» строго одними и теми же продуктами. Ее можно отрегулировать, «настроить» на любую руду, кокс, флюсы, установить ту или иную ее производительность. Но после этой «настройки» надо выдерживать и количество и качество доменной пищи как можно строже.

Руда является основной составляющей рациона доменной печи. Ох какие разные руды железа имеются в нашей стране! А ведь нередко домны металлургического комбината потребляют руду не только из разных шахт или карьеров, но и из разных месторождений.

Пожалуй, самой лучшей является руда из горы Магнитной. Она содержит свыше 61 процента металла, сотые доли процента вредных примесей серы и фосфора. Несколько уступает ей по содержанию железа криворожская руда — в ней 59 процентов металла, но вдвое больше вредных примесей. 55 процентов железа содержит высокогорская магнетитовая руда, 51 процент — керченская руда, прошедшая, правда, предварительную обработку.

Да разве только в содержании металла дело! Ведь и посторонние примеси к руде имеют большое значение. Они определяют количество и качество флюса, которое надо подать в домну. Важно и физическое ее состояние — много ли в ней крупных и мелких кусков — это определяет проницаемость столба плавильных материалов для газов и расход руды, ибо мелкую пыль стремительные потоки газов уносят с собой.