Марганец в стали и в сплавах

На сегодняшний день такой элемент как марганец в стали и в сплавах используется очень широко, можно даже сказать, что это металл, который постоянно используется при производстве стали. И хотя руда, которая так и называлась – марганцевая, используется человеком еще с 13 века, но этот металл в ней был обнаружен только в 1774 году. Сделал это открытие шведский ученый К.-В. Шееле. Но до промышленного применения марганца нужно было ждать еще почти сто лет.

На сегодняшний день такой элемент как марганец в стали и в сплавах используется очень широко

В 1856 году английский металлург Р. Мюшет получил патент на следующую идею – при плавке стали в качестве раскислителя использовать марганец. И действительно, при добавлении марганца в расплавленную сталь восстанавливаются оксиды ферума, удаляется кислород и предотвращается образование сульфидов ферума. Получаемые оксиды и сульфиды марганца легко отделяются от металла и образуют шлак. Причем для раскисления достаточно ввести на 1 тонну стали около 6 кг марганца. Идея была настолько удачной, что используется и по сей день в металлургии.

Но оказалось, что марганец также хорош и как легирующая добавка к стали. В 1882 году другой английский металлург Р.-А. Гадфильд предложил использовать для изготовления железнодорожных рельс сталь, в составе которой было 12-14% марганца. Сталь с такой добавкой характеризовалась высокой ударной вязкостью и сопротивлением износу. Считается, что эта сталь является первой легированной сталью. В числе других положительных эффектов при введении в сталь марганца, обнаруженных позже, есть улучшение свариваемости, прокаливаемости, обработки резанием и давлением.

Особого внимания заслуживает сталь марки Г13 ("сталь Гадфильда", содержащая 1,2 % углерода и 13 % марганца). Она применяется для изготовления деталей, подвергающихся сильному износу – траки гусеничных машин, ковши экскаваторов, стрелки рельсовых путей, шаровые мельницы, дробилки и т.д. Высокая износостойкость такой стали объясняется тем, что при действии высоких ударных нагрузок аустенит поверхностного слоя превращается в мартенсит. Технологически после закалки, например, рабочих элементов ковша экскаватора, сталь Г13 получает аустенитную структуру, твердость и износостойкость которой невелики. Однако, как только ковш вводится в эксплуатацию и начинает интенсивно работать, врезаясь в землю, аустенит, получив удар, превращается в мартенсит в поверхностном слое. Получается замечательный комплекс свойств – высокая твердость и износостойкость поверхности и высокая ударная вязкость серцевины. Говорят – сталь наклепывается. Интересно, что при изнашивании поверхности превращение аустенита в мартенсит продолжается и продвигается в глубь детали все время в процессе работы. Недостаток стали Г13 – механической обработке она поддается с трудом.

Еще один интересный сплав на основе марганца – "немой сплав". Это сплав, содержащий 70 % марганца и 30 % купрума. Он не издает звона при ударах по нему.

Как легирующий элемент марганец применяется также в бронзах и латунях. Как и в сталях, он повышает прочность и упругость. Например, нужна пружина, по которой должен идти ток. Чистый купрум для этого не подходит – упругие свойства низкие. Но если к купруму добавить 5 % марганца, то получим хорошую токопроводящую пружинную бронзу.

Или вот такой сплав – 86,8 % серебра, 8,8 % марганца, 4,4 % алюминия. Применяется он для изготовления постоянных магнитов. Как так? – удивитесь Вы. Действительно, все три элемента никакого отношения к ферромагнетикам не имеют. Однако в составе сплава полученная кристаллическая решетка имеет ферромагнитные свойства.

Марганцевые соединения находят широкое применение в различных технологиях – и как красящие вещества, и как окислитель в органических соединениях, при производстве стекла, в керамической промышленности. А сколько применений в быту имеет обыкновенная "марганцовка" - перманганат калия!

После всего перечисленного не удивляет, что марганец входит в число наиболее используемых металлов, а его мировое производство исчисляется миллионами тонн.

Инструменты