1.Железо, чугун, сталь

«ЖЕЛЕЗНАЯ» ХИМИЯ
Первое железо, попавшее в руки человека еще в
глубокой древности, было не земного, а космического
происхождения. Оно входит в состав метеоритов. Не
случайно на некоторых древних языках железо именуется
«небесным камнем». С тех далеких времен оно стало
важнейшим материалом для изготовления орудий труда и
орудий.
На современном этапе развития цивилизации именно
железо (точнее, сплавы на его основе) по-прежнему является
основным конструкционным материалом.
«Поезда – из стали, и мосты – из стали,
Перья у поэтов – это тоже сталь…»
И. Кобзев. «Песня сталеваров»
Железо, чугун, сталь…
Среди металлов много «рекордсменов». Самый тяжелый металл –
осмий, самый тугоплавкий – вольфрам, самый распространенный в земной
коре – алюминий… А первое место по объему производства и применения
принадлежит железу и сплавам на его основе. Ежегодно в мире производится
около 900 млн. тонн чугуна и около 1400 млн. тонн различных сортов стали,
что примерно в пять раз больше объема производства даже алюминия.
В чем же уникальность этого химического элемента - одного из 112
элементов Периодической системы Менделеева, включающей 90 металлов?
Что делает железо главным металлом современной техники?
Всего 112 элементов,
среди них
90 металлов, которые в
свою очередь, делятся на
87 цветных
металлов
и только
22 неметалла
3 черных
металла
Металлы и неметаллы
это
Cr, Ni и
Fe
Железо – переходный металл, устойчивый на воздухе, прочный,
имеющий высокую температуру плавления (1539 оС). По распространенности
в земной коре занимает 4 место, уступая первенство лишь кислороду,
кремнию и алюминию.
В технике применяют не чистое железо, которое является очень
мягким металлом, а сплавы на его основе. Прежде всего, это сплавы с
углеродом. Напомним, что сплавы железа с массовой долей углерода 1,7–5 %
называют чугунами. Большая часть чугунов используется для производства
сталей – такие чугуны называются передельными.
Другая часть чугунов используется для производства готовых изделий
– от корпусов двигателей различного назначения до художественных
изделий. Такие чугуны называются литейными.
Чугун из-за большого содержания углерода хрупок, поэтому его нельзя
прокатать, из него нельзя сделать рельс или лист. Сталь содержит до 2%
углерода и в отличие от чугуна легко куется, прокатывается и штампуется.
Сплав железа с незначительным (0,08  0,005 %) количеством углерода
отличается хорошей пластичностью и его чаще всего используют при
производстве автомобилей (так называемый автолист).
Если содержание углерода в сплаве с железом составляет 0,3  0,4 %,
то
такой
сплав
незаменим
в
строительстве,
машиностроении,
при
производстве рельсов, т.к. он обладает высокой механической прочностью.
При содержании углерода в сплаве с железом 0,9 – 1,1 % сплав
приобретает высокую твердость, что необходимо при производстве
инструментов, например, хирургических, слесарных, столярных.
Сплавы
железа
с
кремнием
необходимы
при
производстве
электродвигателей, трансформаторов, генераторов, так как они обладают
низким сопротивлением и легко намагничиваются.
Марганец в сплаве с железом придает ему износостойкость, т.е.
устойчивость к истиранию.
Из таких сплавов получаются отличные
гусеницы танков и тракторов.
Сплавы железа с хромом и никелем отличаются высокой коррозионной
стойкостью, поэтому их используют в химической, медицинской и пищевой
промышленности.
Итак, служебные свойства сталей  сплавов железа с другими
химическими элементами  определяются в первую очередь их химическим
составом. В настоящее время для придания стали заданных свойств
применяют около двадцати элементов Периодической системы в различных
соотношениях и количествах. Для каждого изделия можно и нужно
подобрать такой состав сплава, который полностью отвечал бы условиям
эксплуатации этого изделия. Сегодня в промышленности используется более
2000 сортов сталей.
Теперь становится понятным, почему производство сплавов на основе
железа выделено в отдельную отрасль промышленности
– черную
металлургию. Черную металлургию относят к базовым отраслям народного
хозяйства, т.к. без ее развития невозможно развитие таких важнейших
отраслей, как энергетика, машиностроение, оборонная промышленность.
Именно поэтому, начиная с середины XIX века, во всех технических вузах
мира будущие специалисты самых различных направлений изучают основы
производства металлов.
Давайте вспомним, что из стали сделаны и Эйфелева башня в Париже,
и Шуховская башня в Москве, и Аничков мост в Санкт-Перебурге, и танк
Т-34, который ковал Победу на фронтах Великой отечественной войны...
Эйфелева башня
Шуховская башня
Танк Т-34
Как же получают металл для производства таких красивых и очень
нужных человеку изделий и сооружений?
Немного истории. В старину железо получали «сыродутным»
способом. Для этого железную руду и древесный уголь загружали в печь,
имеющую
форму
вытянутой
трубы.
Уголь
поджигали,
а
горение
поддерживали путем подачи воздуха. Из-за низких температур металл
получали не в жидком, а в полупластичном состоянии в виде так называемой
«крицы». Крицу прокатывали, выдавливая из нее куски шлака, а полученное
железо передавали кузнецам для дальнейшей обработки, в основном для
изготовления оружия. В некоторых странах этот способ сохранился до
середины XVIII века.