Хвильове залізо
листове залізо з хвилястою поверхнею, одержаною шляхом штампування або прокатки у рифлених валках. Розрізняють Ст залізо звичайне і Ст залізо з глибокими хвилями (200 мм при товщині листа 5 мм); Ст залізо особливо придатне і широко застосовується для влаштування всіляких покриттів, завдяки тому, що хвилі надають йому велику опірність прогинання.
Енциклопедичний словник Ф.А. Брокгауза та І.А. Єфрона. - С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон. 1890-1907.
Дивитися що таке "Хвильове залізо" в інших словниках:
- Світило — Сонце Основні характеристики Середня відстань від Землі 1,496×1011 м (8,31 світлових хвилин) Видима зоряна величина (V) −26,74m … Вікіпедія
- Сонце — Цей термін має й інші значення, див. Сонце (значення). Сонце … Вікіпедія
Що таке залізо?
Залізо (Fe) — один із найпоширеніших і найширше використовуваних елементів на планеті. Його властивості зробили цей метал незамінним у промисловості. Однак, незважаючи на очевидну користь, залізо може становити певну загрозу здоров'ю працівників при невмілому поводженні з ним. У цій статті буде розглянуто значення заліза у виробничому контексті, а також його потенційні ризики та необхідність контролю.
Промислове значення заліза
Залізо використовується у різних галузях промисловості, починаючи від металургії та машинобудування до виробництва електроніки та хімічної індустрії. Найбільш відома форма заліза — сталь, яка є сплавом заліза з вуглецем та іншими елементами. Цей матеріал має високу міцність і широко застосовується у будівництві, виробництві автомобілів, кораблів та інших промислових об'єктів.
Основні джерела впливу заліза на працівників
Працівники, зайняті в таких галузях, як видобуток руди, металургійне виробництво та переробка металу, можуть бути піддані впливу заліза та його сполук. Основними джерелами небезпеки є:
- Виробничі пил та аерозолі. Під час обробки металів утворюються пил та мікрочастинки заліза, які можуть потрапляти в дихальні шляхи.
- Рідкі залізовмісні матеріали. При зварюванні та інших виробничих процесах у повітря можуть викидатися пароподібні сполуки заліза.
Залізо та його вплив на здоров'я людини
Хоча залізо необхідне організму підтримки важливих біологічних функцій, його надлишок то, можливо токсичним. Надходження заліза в організм працівників через вдихання або випадкове ковтання може спричинити низку негативних ефектів.
Вплив на дихальну систему
Вдихання частинок заліза та його оксидів може призвести до подразнення дихальних шляхів. Проблема загострюється за тривалого впливу високих концентрацій пилу. У працівників металургійної та гірничодобувної промисловості часто спостерігаються хронічні захворювання легень, такі як пневмоконіози та хронічні бронхіти, викликані відкладенням залізовмісного пилу в легенях.
Вплив на шкіру та слизові оболонки
Тривалий контакт шкіри із залізом або його сполуками може викликати подразнення та дерматити. Особливо небезпечні сполуки заліза, такі як оксиди та солі, які при попаданні на шкіру можуть спричиняти хімічні опіки або алергічні реакції.
Накопичення в організмі
При тривалому впливі залізо може накопичуватися в організмі, що призводить до захворювання, як гемохроматоз.Цей стан характеризується надлишковим накопиченням заліза в органах, що зрештою призводить до їх ушкодження. Основні мішені - печінка, серце та підшлункова залоза. Це захворювання, своєю чергою, може викликати цироз печінки, діабет та серцеві проблеми.
Чому важливим є контроль за рівнем заліза?
Контроль за вмістом заліза на виробничих об'єктах важливий не лише з погляду охорони праці, а й для запобігання професійним захворюванням. Регулярні виміри концентрації пилу та аерозолів, а також контроль за використанням засобів індивідуального захисту допомагають знизити ризики для працівників.
Нормативи безпеки
У багатьох країнах існують встановлені гранично допустимі концентрації заліза повітря робочої зони. У Росії, наприклад, ГДК заліза у повітрі становить 6 мг/м³, що є стандартом для забезпечення безпеки праці. Перевищення цього рівня вимагає вживання термінових заходів щодо зниження концентрації пилу повітря.
Методи контролю та профілактики
Для захисту працівників від негативного впливу заліза застосовуються різні методи контролю та профілактики. Серед них:
- Моніторинг повітря на вміст заліза. Використання сучасних приладів для регулярних вимірів концентрації пилу та аерозолів у робочій зоні.
- Використання засобів індивідуального захисту. Респіратори та захисний одяг знижують ризик проникнення частинок заліза в організм.
- Ефективна вентиляція приміщень. Системи вентиляції повинні бути налаштовані на максимальне видалення пилу та шкідливих речовин із повітря.
Залізо, що є важливим елементом для промисловості, може становити загрозу здоров'ю працівників у разі недотримання заходів безпеки.Контроль концентрації заліза та його сполук у повітрі, дотримання нормативів та використання захисних засобів – ключові елементи у забезпеченні безпеки праці. Роботодавці повинні приділяти особливу увагу профілактиці захворювань, пов'язаних із впливом заліза, та регулярно проводити моніторинг стану здоров'я співробітників, щоб мінімізувати ризики та підвищити виробничу безпеку.
Залізо: факти та фактики
Звідки взялося залізо? Цей елемент - останній, що виникає при горінні речовини усередині зірок. Наступні за залізом елементи виходять під час вибуху наднових. Не дивно, що у Сонячній системі, яка утворилася з матеріалу, що залишився від вибуху зірки попереднього покоління, багато заліза. У заліза найнижча енергія, що припадає на нуклон. Тобто решті елементів вигідно стати залізом: для легших — внаслідок злиття ядер, для більш важких — внаслідок розподілу. Тому нічого, крім заліза, у нашому світі не повинно бути; всі елементи повинні на нього перетворитися, проте цьому заважають енергетичні бар'єри. Проте можна собі уявити зірку, що цілком складається із заліза: вона могла б утворитися через те, що всі інші ядра «тунелювали» в енергетично вигідний стан без будь-якої ядерної реакції. Для такого нешвидкого ймовірнісного переродження елементів потрібен величезний час, тому зустрічаються такі зірки лише у фантастичних творах на кшталт наукових фантазій Фрімена Дайсона чи романі Івана Єфремова «Туманність Андромеди».
Як залізо виявилося Землі? Згідно з сучасними моделями планетології, важкі елементи під час диференціації розплавленої речовини планет, які щойно утворилися, повинні були потонути і зібратися в ядрі. Геофізики так і стверджують: ядро Землі складається із сплаву заліза з нікелем. На поверхню ж кам'янистих планет мали спливти відносно легкі елементи — кремній, алюміній, кальцій, натрій, калій та їх тугоплавкі сполуки. Те залізо, яке нині лежить на поверхні, могло або піднятися з глибин внаслідок вулканічної діяльності, або впасти на Землю у складі малих небесних тіл — астероїдів та комет.
Навіщо людині потрібне залізо? Насамперед для дихання — залізо забезпечує активність переносника кисню, гемоглобіну. Нестача заліза веде до анемії, тобто зниження концентрації гемоглобіну у крові. Розвиваються нездужання, слабкість, стомлюваність, розсіювання уваги, серцева недостатність. Анемії дуже поширені, особливо у країнах третього світу. Так, за даними ВООЗ, у країнах, що розвиваються, від анемії страждає 42% жінок і 48% дітей віком 5-14 років, причому в половині випадків анемія викликана недоліком заліза. Загальна кількість таких людей — два мільярди. Для боротьби з анемією пропонують збільшити вміст заліза у пшениці та інших зернових за рахунок відповідної генетичної модифікації. Препарати із залізом покращують здоров'я людей, анемія яких викликана нестачею заліза. Особлива справа – анемія вагітних, у яких неминуче знижується гемоглобін. Досліди показали, що якщо така жінка справжньої анемії не має, то прийом вітамінів, що містять залізо в різних дозах, ніяк не позначається на рівні гемоглобіну в організмі.
Яке пиво багате на залізо? Темне — там його у півтора більше, ніж у світлому, і вдвічі більше, ніж у безалкогольному. Причини неясні, можливо, вони пов'язані не зі складом вихідних компонентів, а з особливостями технологічного процесу (Journal of the Science of Food and Agriculture).
Що таке запах заліза? Багато хто зауважує, що при дотику до заліза виникає специфічний запах, а при споживанні води із залізом — ще й смак. Виявляється, запах має до заліза опосередковане відношення. Справа в тому, що при контакті зі шкірою утворюються іони двовалентного заліза. Ці іони перетворюються на тривалентне при руйнуванні ліпідних пероксидів, що є на шкірі; їх уламки і є попередниками молекул запаху. Аналогічна реакція йде при пролиття крові, тому є припущення, що людина чутлива до такого запаху з найдавніших часів, коли ніс допомагав йому знаходити поранений видобуток (Angewandte Chemie International Edition).
Чому залізо стало основним металом технологічної цивілізації? Цей метал поширений на поверхні Землі, його сплави з вуглецем мають високу міцність, твердість і пластичність, а отримувати його в умовах Землі не дуже складно. Головне ж — у системі залізо-вуглець можна створити величезну кількість структурних станів, про які піде нижче.
Залізну руду витягують із Лебединського кар'єру
Фото: Андрій Константинов
Як навчилися одержувати залізо? Залізні руди – це оксиди. Для виплавки заліза їх треба відновити. Відновник добре відомий вуглець, насамперед перепалене дерево.Змішавши вугілля з розмеленою рудою, помістивши в спеціальну піч і забезпечивши нестачу кисню при нагріванні, можна домогтися, щоб вугілля не тільки горіло, даючи тепло, а й з'єднувалося з киснем руди, відновлюючи таким чином залізо.
Мінімальна температура плавлення сплаву залізо-вуглець – 1147°С – відповідає точці евтектики та досягається при концентрації 4,3% вуглецю. При іншому вмісті вуглецю (більшому чи меншому) температура плавлення зростає. Тобто без горна розплавити залізо не вдасться. Тому на виході вийде результат прямого відновлення: губчасте залізо, що містить тверді включення вугілля, що не згорів, і руди, що не прореагувала, — шлаку. Вважається, що їх вибивали багаторазовим перековуванням. На щастя для древніх металургів, за такого процесу залізо слабко насичується вуглецем — саме він надає металу міцність, тобто кувати таке залізо було щодо легко.
Через деякий час люди здогадалися продувати повітря крізь піч, що підвищувало температуру та прискорювало реакції. Однак з урахуванням того, що відновлення заліза вуглецем - процес екзотермічний, тобто суміш розігрівається сама собою, можна перейти через температуру евтектики: залізо в місцях контакту з вугіллям стане плавитися, добре розчиняючи вуглець (тобто перетворюватися на чавун), і збереться на дні печі. Чавун евтектичного складу дуже тендітний, до кування непридатний, в якомусь сенсі це відхід виробництва; його треба знову розплавляти, очищати від шлаку та використовувати для лиття. Однак із рідкого чавуну можна й випалити вуглець, продуючи повітря. У цьому спостерігається цікаве явище.Чим нижче вміст вуглецю, тим вище температура плавлення сплаву, тобто в міру вигоряння вуглецю, розплав починає густіти, в ньому з'являються кристали речовини, збідненого вуглецем, сам же вуглець не тільки випалюється, але і відтісняється в розплаві, що залишається. Сталевар цьому етапі опускав у ванну лом, і металеві кристали збиралися навколо нього. Потім такий злиток вагою 30—50 кг витягували і одразу ж відправляли на кування. Це була фактично сталь, і так її плавили з XVI по XIX століття.
Залізорудні котуни на Оскольському електрометалургійному комбінаті
Фото: Андрій Константинов
Де та з чого плавили перше залізо? Вважається, що плавити залізо навчилися там, де й бронзу, — на Анатолійському нагір'ї, в області приблизно від озера Ван до чорноморського узбережжя Кавказу, — і було приблизно в XV столітті до н. е. Давньогрецькі джерела вказують, що залізо плавили халіби чи скіфи. Відомо, що у гробниці Тутанхамона знайшли 19 виробів із заліза, зокрема витончений кинжал, не зворушений іржею. Форма кинджала була іноземною - припускають, що вона увійшла в моду під час панування гіксосів. Можливо, кинджал був зроблений у державі хетів: століттям пізніше саме вони постачали єгиптянам залізними виробами. Нагадаємо, що хети якраз і володіли тоді Анатолійським нагір'ям, а таємницю вироблення заліза тримали в секреті, і не дарма. Є думка, що саме використання сталі для виготовлення зброї допомогло дорійцям, які вважали себе нащадками Геракла, які незаконно утискувалися, розгромити мікенців — нащадків його брата Еврісфея, які воювали бронзовими мечами, а залізо зберігали як скарб.
Те, що єгиптяни, які плавили мідь і бронзу, не відкрили виробництва заліза — дивно, адже піски, що містять залізо, знаходилися у них у буквальному сенсі слова під ногами. Халіби ж, мабуть, відкрили таку здатність причорноморських пісків. Вважають, що вони вимивали з піску важкі частинки магнетиту, гематиту та ільменіту, а потім відновлювали залізо вуглецем. Оскільки ільменіт містить титан, у них могло виходити леговане залізо — до речі, греки стверджували, що халібське залізо не іржавіє.
У Європі та на Русі джерелом заліза служила болотна руда, поклади якої виникли завдяки здатності гумінових кислот утворювати розчинні сполуки із залізом: у болотах таких кислот дуже багато. При їхньому відкладенні формується жовтий губчастий мінерал, що містить від 30 до 70% заліза.
Яке залізо називають тамахаган? Метал для виготовлення самурайської зброї. Не виключено, що саме в Японії мало не до наших днів зберігся цей спосіб виготовлення сталі з чорного піску, який застосовували стародавні халіби. Процес має такий вигляд. В одноразовій печі під назвою «татару» (вважається, що технологію було занесено на острови з континенту) одержують перепалюванням дерева вугілля. На нього насипають шар залізовмісного піску, а зверху ще шар вугілля. Вугілля випалює кисень із піску, і вся суміш нагрівається. Через півгодини насипають ще пісок та вугілля. Завантаження печі триває три дні. Коли піч розігріється, починають продувати повітря - мабуть, для випалювання вуглецю або інтенсифікації відновлення заліза за рахунок чадного газу. По завершенні процесу піч ламають і витягають злиток вагою тонни.Його розбивають на дрібні уламки, а коваль їх сортує за вмістом вуглецю, розглядаючи злам: що більше вуглецю, то крихкішим був метал. Потім відібрані уламки змішують у встановленій традицією пропорції і багато разів проковують. Отримують сталевугунний композит з твердих і м'яких ділянок: перші забезпечать мечу міцність, а другі погасять напруги та сповільнять руйнування.
Що таке метеоритне залізо? Мабуть, це перше залізо, з яким мала справу людина і з якої зробив перші прикраси та інструменти. Залізно-нікелеві метеорити є в поясі астероїдів (не виключено, що це уламки ядра гіпотетичної планети Фаетон), і іноді вони падають на Землю. Так, Сихоте-Алінський метеорит 1947 року фактично пролився залізним дощем: у місці його падіння знайшли безліч – понад 3500 – уламків загальною масою 27 тонн. Розмір багатьох уламків трохи більше кількох сантиметрів. Такі уламки дійсно можна розкувати в ті ж наконечники для стріл: метеоритне залізо не містить вуглецю, а отже, воно дуже пластичне. Однак неясно, як, користуючись лише кам'яним інструментом, відколупнути шматок заліза від моноліту в кілька центнерів чи тонн. А саме такі метеорити протягом тисячоліть, як вважається, служили джерелом заліза, наприклад, для інуїтів Гренландії та Канади. Наприкінці XIX століття американські дослідники зуміли виміняти на рушниці у гренландських інуїтів залишки трьох стародавніх метеоритів, найважчий — вагою 28 тонн, і забрали їх до музею Нью-Йорка. Загальна вага знайдених у Гренландії залізних метеоритів склала понад 58 тонн, і це лише те, що залишилося після тривалого використання такого родовища чистого металу.А впав метеорит, мабуть, десять тисяч років тому — підозріло близько до імовірної кометної події, що спричинила заледеніння пізнього дріасу.
Є думка, що розробка аналогічного метеоритного родовища дозволила виготовляти булат – дивовижну нелеговану сталь, що має властивості легованої. Дійсно, багаторазово проковуючи смужки низьковуглецевого та багатого на нікель метеоритного заліза з високовуглецевою сталлю, можна отримувати цікаві механічні властивості. А після вичерпання метеорита закінчилася історія булату. Втім, П.П.Аносов зумів відновити секрет булату без жодних метеоритів (див. «Хімію та життя», 2010, №6), але ця спроба не увінчалася повним успіхом: технологія виявилася надто нестійкою для масового виробництва високоміцних виробів із нелегованої сталі.Хоча для разових цілей вона знадобилася. Очевидно, аносівська технологія знову буде затребувана в міру вичерпання запасів легуючих елементів.
Виплавлену сталь розливають спочатку в ковші, а потім в установку розливу, потім надають розпеченим брускам форму
Як плавлять залізо зараз? По суті, нинішній процес не відрізняється від стародавнього. У домну величезну вежу з вогнетривкої цегли - засипають по черзі шари дрібно розмелених руд і коксів (кам'яного вугілля, з якого при можливості випалені водень, сірка та інші небажані домішки). Для коксу годиться не всяке вугілля — найкраще містить антрацит мало мінералів, недарма він настільки цінний. Реакція оксиду заліза з екзотермічною вуглецем, тому відновлення заліза в домні йде без додаткових витрат енергії — достатньо її запалити один раз.Однак якщо задути домну, то вийде «козел» — домну доведеться ламати та витягувати моноліт із металу та шлаку. Виплавка заліза в домні безперервний процес, який триває роками, доки обладнання не стане непридатним.
З домни випливає не чисте розплавлене залізо, а чавун - концентрований розчин вуглецю в залозі, до 6%. Сталь містить мало вуглецю, менше 1%. Щоб його випалити, розплавлений чавун у спеціальних ковшах везуть із доменного цеху до сталеплавильного. Там його нині, як правило, заливають у величезний котел - безсемерівський конвертор, засипають легуючі елементи, флюси, додають, якщо треба, металобрухт і вставляють фурму для продування повітря або кисню через розплав.
Кисень окислює вуглець і все, що може окислитися, насамперед сірку, фосфор; оксиди, що виявилися, легше металу, утворюють на поверхні шар шлаку. А ось те, що окислитися не може, тобто окислюється гірше за залізо, залишиться в металі. Насамперед це мідь і сурма — вони потрапляють у плавку з погано розібраним металобрухтом, де є електричні прилади. Отруєння стали міддю та сурмою — серйозна проблема, адже металобрухт стає все більш значущим джерелом металу, і отже концентрація таких елементів у кінцевому продукті зростає. Проблема ця поки що не вирішена.
Плавка у конвертері займає десятки хвилин, не дивно, що сьогодні це основний процес. Однак забезпечити точне попадання до складу при такому швидкому процесі вдається не завжди. Якщо до складу не потрапили, випалюють зайвий вуглець і одержують будівельну сталь-3: у стандарті у неї передбачені дуже широкі межі коливання складу.Це обґрунтовано: на міцності та іншій важливій для будівельників властивості — зварюваності позначається головним чином вміст вуглецю, а легуючі елементи сталь швидше покращать, ніж погіршать.
Раніше застосовувався ще мартенівський метод, розроблений П'єром Мартеном. Чавун виливали у широку цегляну ванну та над нею продували гарячі гази-відновники. Процес цей тривалий, займає п'ять-десять годин. Завдяки цьому можна не кваплячись додавати легуючі елементи та отримувати сталь саме того складу, який потрібен. Зараз мартенівських печей у нашій країні більше немає якісні сталі отримують електрошлаковим переплавом.
Що таке пряме відновлення заліза? Крім домни, є можливість і безпосередньо відновити залізо. Роблять це не як у давнину, змішуючи пісок з вугіллям і нагріваючи в багатті, а продуваючи крізь шар так званих котунів — рудного концентрату — відновник газу (водень або чадний газ). Відновлене залізо тверде переплавляють в електропечах. Перевага такого способу: метал не забруднюється надзвичайно шкідливими домішками, що містяться в коксі, сіркою та фосфором. Наприкінці 80-х років цей спосіб вважався найпередовішим і найперспективнішим, у Старому Осколі був побудований завод, де його застосовували, причому деякі економісти говорили, що скоро вся чорна металургія буде заснована на котунах. Після перебудови ці надії трохи зів'яли, принаймні інші металургійні заводи свої домни ламати не стали і на пряме відновлення не перейшли. Оскільський метал через свої прекрасні властивості користується чималим попитом.
Навіщо потрібний чавун? Чавун, тобто залізо, що містить від 2,2 до 6% вуглецю, – чудовий конструкційний матеріал.З нього легко робити виливки, а в твердому стані він має виняткову в'язкість і твердість - вироби з нього мало схильні до зносу: пиляти чавун дуже важко. Він гасить вібрації, станини прецизійних верстатів роблять із старого чавуну — за кілька років витримки в них релаксують термічні напруження. У той же час чавун тендітний: в нормі вуглець при затвердінні виділяється у ньому у вигляді великих глобул. Однак за допомогою хитрих технологічних прийомів люди навчилися подрібнювати ці глобули та створювати ковкий чавун. З нього роблять, зокрема, валки прокатних станів. Саме з чавуну виготовляли рейки для перших залізниць – тому їх і прозвали чавунками.
Що таке сталь? Формально - сплав системи залізо-вуглець із вмістом вуглецю від 0,06 до 2,2%. Однак фактично це величезна родина матеріалів із найрізноманітнішими властивостями. Причина різноманітності - гра фазових перетворень у залізному кутку діаграми стану залізо-вуглець. Вони породжують різноманітні структури з двох фаз - твердого розчину вуглецю в залізі та карбіду заліза цементиту Fe3З.
Ось як виглядають ця гра. Спочатку, при високій температурі, є аустеніт - однорідний твердий розчин у високотемпературній модифікації заліза, так званому гамма-залізі, у якого грати гранецентровані кубічні. Він названий на честь металурга сера Вільяма Робертс-Остена, який прославився вивченням впливу домішок на властивості металу та винаходом приладів для вивчення складу сплавів. Аустеніт — пластична речовина, яка не має магнітних властивостей і стійка до корозії. Якщо за допомогою легування розширити температурну сферу існування аустеніту, вийде нержавіюча сталь.Оскільки аустеніт немагнітний, за допомогою магнітика легко відрізнити, скажімо, дорогу нержавіючу коптильню від дешевої іржавіючої.
При охолодженні аустеніт починає перетворюватися на ферит — розчин вуглецю в низькотемпературному альфа-залізі з об'ємно-центрованими кубічними ґратами. Ферріт набагато менш пластичний, тому кувати сталь треба при нагріванні в аустенітну область. Феррит стає магнітним при охолодженні нижче температури Кюрі (768°С). Розчинність вуглецю у ферриті набагато менше, ніж в аустеніті, так що при охолодженні останній розпадається на дві фази – ферит та цементит. Тут є нюанси. Якщо вуглецю менше 0,8%, спочатку випадають первинні зерна фериту — вони ростуть, як правило, на межах зерен аустеніту, а після досягнення критичної температури 723°С весь аустеніт, що залишився, стає евтектоїдом: механічною сумішшю кристалів фериту і цементиту. При повільному охолодженні евтектоїд формує структуру із пластинчастих колоній, де пластинки фериту перемежовуються пластинками цементиту. Останній названий так не дарма - він надає матеріалу міцність, а феритні пластинки, м'якше, розсіюють напруги, заважаючи поширенню тріщин, що зароджуються в цементиті. Структура з пластинчастим евтектоїдом називається перлітом - на зламі він дає перламутровий блиск.
Чим менша товщина пластинок, тим вища міцність. Однак метал можна охолодити настільки швидко, що пластинки не сформуються, вийдуть голки цементиту у феритному моноліті. Це називається троостит. Чим більше вуглецю - тим менше фериту і більше перліту. У такій доевтектоїдній області складів розташовані конструкційні сталі.Але якщо перейти за точку евтектоїдного перетворення, 0,8% вуглецю, первинними кристалами виявляється вже твердий цементит. Стали у цій галузі тендітні, але тверді, міцні, пружні: їх роблять стамески, напилки, викрутки, струни для рояля, пружини, ресори (умільці — і ножі з ресор), голки та багато іншого. Іноді в магазині продають одноразові викрутки або полотна для ножівок по металу, які стираються відразу, при першому дотику до шурупа або сталевого куточка, — це означає, що економні китайці зробили їх із низьковуглецевої сталі, оскільки інструментальна сталь все-таки передбачає не лише вуглець. а й деяке легування. На жаль, на очі такі стали розрізнити неможливо. Аустеніт, втім, можна охолоджувати дуже швидко, наприклад гартувати викований виріб у воді або олії. Тоді, після досягнення певної температури, відбудеться метастабільне перетворення: грати аустеніту, не розлучаючись з надлишковим вуглецем, спробує стати ґратами фериту. Вуглець в ній не міститься і ніби розпирає осередки зсередини: виникають сильні внутрішні напруження. Ця фаза називається мартенситом на вшанування вже згаданого Мартена. Саме мартенсит надає найвищої твердості загартованої сталі. Якщо його нагріти, то система прагнутиме рівноваги: частина вуглецю вийде, утворивши дрібні частинки цементиту, а напруги частково знімуться: сталь втратить у міцності, але виграє в пластичності — це називається відпустка.
Загалом, граючи температурами, часом витримки, швидкостями охолодження, піддаючи метал деформаціям в гарячому стані, не кажучи вже про добавки легуючих елементів, можна отримати численне різноманіття структур і відповідно комбінацій якостей, ніж металурги і займаються вже не одне тисячоліття, в першу чергу по натхнення, а з кінця XIX століття – на основі наукового знання.
Що таке точки Чернова? Це точки початку та кінця фазових перетворень у сталі даного складу. Формально визначають температурні області різних термічних обробок сталі. Однак саме їх відкриття великим російським металургом Д.К.Чорновим у 1868 році започаткувало науковий метод у матеріалознавстві: була побудована діаграма станів системи залізо-вуглець, тобто залежності температур фазових перетворень від складу сплаву. Це як алфавіт для лінгвіста, таблиця Д. І. Менделєєва для хіміка або триплетний генетичний код для молекулярного біолога.
Як працює металургійна магія? Ковалів з давніх часів підозрювали у зв'язках із нечистою силою. Насправді вони просто знають секрети, невідомі непосвяченим. Ось один випадок із життя. На завод привезли нову партію сталі, а коли зробили деталі з неї, виявилося, що їхня міцність недостатня. Як бути? Бракувати партію? Покликали металознавця. Він подивився на марочник, на хімсклад, скидався на подвір'я, роздивляючись небо, і сказав: «Вивезіть піддон з деталями на вулицю, нехай ніч там постоїть». Вивезли. Вранці міцність виявилася гаразд.
Суть справи була в тому, що температура початку мартенситного перетворення виявилася у цієї партії зсунутою вниз через хімсклад і потрапила в область нижче нуля.А на подвір'ї стояла зима, небо було ясним, і сильний мороз уночі провів те перетворення, яке не хотіло йти до цеху.
Після обробки тиском виходить готовий виріб, у разі пруток, який відправляють споживачам
Що таке сталь Гадфільда? Це перша високоміцна легована сталь. Її історія та властивості дивовижні. Ця високовуглецева сталь містить 13% марганцю. Така добавка суперечить здоровому глузду: при концентрації понад 1% марганець охрущує сталь. Але спадковий металург сер Роберт Гадфільд (нині прийнято написання Хедфілд) в 1882 вирішив поекспериментувати і досяг успіху: виявилося, що марганець у великій концентрації стабілізує аустеніт, а той вже зберігає пластичність. Але це не все. Стабілізація виявляється нестійкою: під навантаженням в аустеніті йде мартенситне перетворення! Тобто зміцнюється саме та ділянка, де висока напруга, а решта деталі залишається пластичною. Гадфільд став членом багатьох наукових товариств, зокрема іноземним членом АН СРСР. Сталь Гадфільда відразу почали використовувати для виготовлення рейок, і сьогодні з неї роблять траки для танкових гусениць. Також вона стала у пригоді при виготовленні солдатських касок у Першу світову війну, а в США їх застосовували до 80-х років. Роблять із неї й тюремні грати – дуже важко пиляти сталь, яка під навантаженням не руйнується, а зміцнюється.
Чому заборонено удобрювати океан залізом? Залізо сприяє зростанню мікроорганізмів, більше, вважається, що саме дефіцит заліза лімітує біопродуктивність Світового океану.Тому програми боротьби з парниковим ефектом пропонували удобрювати океан залізом: водорості, що розрослися, можуть чудово утилізувати вуглекислий газ з атмосфери, а самі послужать їжею для рачків і риб. Подібні ідеї не схвалюють захисники природи — невідомо, як на це відповість океанічна екосистема. Тож удобрювати океан заборонено. Дослідники борються за право проводити досліди з таким незвичайним добривом, щоб дізнатися, чи є підстави для занепокоєння.
