Чёрные металлы

  • Чёрные мета́ллы (разг. черме́т) — железо и сплавы на его основе (стали, ферросплавы, чугуны). К чёрным металлам также зачастую относят ванадий, марганец и, иногда, — хром. Эти металлы используются главным образом при производстве чугунов и сталей. Чёрные металлы составляют более 90 % всего объёма используемых в экономике металлов, из них основную часть составляют различные стали. Основным элементом, придающим сплавам железа разнообразные свойства, является углерод.

    * Чугуны — сплавы железа с углеродом, при содержании углерода более 2,14 % (в некоторых чугунах до 6 %). Чугуны делятся на белые, серые и ковкие.

    * Стали — сплавы железа с углеродом при содержании углерода менее 2,14 %.

    * низкоуглеродистые (меньше 0,25 %),

    * углеродистые (0,25—0,6 %),

    высокоуглеродистые (более 0,6 %).Кроме углерода, в чугунах и сталях содержатся другие компоненты, которые делятся на

    * легирующие (для получения чугунов и сталей с требуемыми свойствами — устойчивость к коррозии, упругость, ковкость, термостойкость): кремний, алюминий, марганец, молибден, медь, никель, хром, ванадий, вольфрам и другие;

    вредные примеси: сера, фосфор, мышьяк, кислород, азот.Придание металлу необходимой формы и свойств достигается обработкой давлением и последующей термической обработкой.

Источник: Википедия

Связанные понятия

Леги́рование (нем. legieren «сплавлять» от лат. ligare «связывать») — добавление в состав материалов примесей для изменения (улучшения) физических и/или химических свойств основного материала. Легирование является обобщающим понятием ряда технологических процедур, различают объёмное (металлургическое) и поверхностное (ионное, диффузное и др.) легирование.
Раскисле́ние мета́ллов — процесс удаления из расплавленных металлов (главным образом стали и других сплавов на основе железа) растворённого в них кислорода, который является вредной примесью, ухудшающей механические свойства металла. Для раскисления применяют элементы (или их сплавы, например ферросплавы), характеризующиеся большим сродством к кислороду, чем основной металл.
Ферросплавы — сплавы железа с другими элементами (Cr, Si, Mn, Ti и др.), применяемые главным образом для раскисления и легирования стали (напр., феррохром, ферросилиций). К ферросплавам условно относят также некоторые сплавы, содержащие железо лишь в виде примесей (силикокальций, силикомарганец и др.), и некоторые металлы и неметаллы (Mn, Cr, Si) с минимальным содержанием примесей. Получают из руд или концентратов в электропечах или плавильных шахтах (горнах).
Феррохром — сплав железа и хрома (около 60 %), применяется для легирования стали и сплавов. Основные примеси — углерод (до ~5 %), кремний (до 8 %), сера (до 0,05 %), фосфор (до 0,05 %). Получают при восстановлении достаточно богатых (с высоким содержанием оксида хрома и высоким отношением оксид хрома/оксид железа) хромитовых руд (или концентратов) углеродистым восстановителем (обычно кокс). Большая часть феррохрома в мире производится в Южной Африке, Казахстане (корпорация «Казхром» группы ENRC...
Сталь (от нем. Stahl) — сплав железа с углеродом (и другими элементами), содержащий не менее 45 % железа и в котором содержание углерода находится в диапазоне от 0,02 до 2,14 %, причём содержанию от 0,6 % до 2,14 % соответствует высокоуглеродистая сталь. Если содержание углерода в сплаве превышает 2,14 %, то такой сплав называется чугуном. Углерод придаёт сплавам прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.

Упоминания в литературе

Среди металлических материалов особое положение занимают сплавы на основе железа. Сплавы железа с содержанием углерода до 2 % принято называть сталью, а свыше 2 % – чугуном. Используемые в настоящее время в промышленности стали обычно делят на углеродистые и легированные.Создание новых и интенсификация существующих промышленных процессов заставляет все больше использовать легированные стали, которые обладают повышенной коррозионной стойкостью. Доля средне- и высоколегированных сталей в настоящее время составляет 20 % от общего количества производимых промышленностью черных металлов. Для легирования используют такие элементы, как никель, хром, молибден, вольфрам, ванадий, кобальт, марганец, медь, титан, алюминий. Сплавы железа с хромом составляют основу нержавеющих сталей, среди которых различают хромистые (Fe-Сr), хромоникелевые (Fе-Ni-Сr) и хромоникельмарганцевые (Fе-Сr-Ni-Мn). В зависимости от микроструктуры материала стали подразделяют на перлитные, мартенситные, аустенитные, ферритные и карбидные.
Теоретические сведения. Железная руда: внешний вид, добыча, использование. Металл: применение, получение, виды (черный, цветной), свойства (физические, механические), сравнительная стоимость. Физические свойства металла: цвет, способность намагничиваться, плавкость, теплопроводность, тепловое расширение. Механические свойства металла: твердость, упругость, пластичность, обрабатываемость резанием. Черный металл: виды (сталь, чугун), получение, применение. Цветной металл: виды (медь, алюминий, олово, свинец), получение, применение. Внешний вид необработанной поверхности металла и его излома.
Сейчас содержание углерода служит одним из основных показателей, по которому определяются сорт и марка черного металла. Различают низко-, средне– и высокоуглеродистые стали. Самая низкоуглеродистая сталь в практике называется железом. В ней меньше 0,1 % углерода, она очень мягкая (по сравнению с другими марками), хорошо поддается ковке, гнется, сваривается кузнечным способом, но закалить ее крайне сложно.
Одной из наиболее ярких особенностей ананьинской культуры является наличие в памятниках разнообразного металлического инвентаря, как из цветного, так и из черного металлов. Внимание специалистов первоначально привлек цветной металл (Черных 1962; 1970; Кузьминых 1983). Спектрально-аналитическое исследование изделий позволило выделить основные химические и металлургические группы меди и бронз, определить районы их концентрации, наметить очаги цветной металлургии и металлообработки в Волго-Камском бассейне.
В этой главе рассматривается начальный этап производства и использования черного металла на территории Дальнего Востока со времени появления его первых следов и вплоть до того момента, когда железо полностью доказало свое превосходство над другим основным конструктивным материалом древности – бронзой, т.е. с середины II тыс. до н.э. до первых веков н.э. Термин «черная металлургия», используется отнюдь не случайно, потому что специфической чертой развития металлургии в дальневосточном регионе являлось широкое и совместное применение сразу нескольких видов черного металла: чугуна, кричного сыродутного железа и стали еще на начальном этапе. Для других же районов Старого Света абсолютно господствующим является использование металла, полученного в результате кричного сыродутного процесса.

Связанные понятия (продолжение)

Переде́л (от рус. переделывать — делать заново, по-другому) — одна из стадий получения или переработки металла в чёрной и цветной металлургии. К переделам относятся: плавка и разливка металла, обжатие, прокат, трубное и метизное производство. Предприятия, реализующие часть полного металлургического цикла, называются передельными.
Металлу́ргия и металлурги́я (от др.-греч. μεταλλουργέω — добываю руду, обрабатываю металлы) — область науки и техники, охватывающая процессы получения металлов из руд или других видов сырья, а также процессы, связанные с изменением химического состава, структуры и свойств металлических сплавов и производством разнообразных металлических изделий из них. В первоначальном, узком значении — искусство извлечения металлов из руд. В настоящее время металлургия является также отраслью промышленности.
Алюми́ний (Al, лат. aluminium) — элемент 13-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы III группы), третьего периода, с атомным номером 13. Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния).
Твёрдые сплавы — твёрдые и износостойкие металлические материалы, способные сохранять эти свойства при 900—1150 °C. В основном изготовляются из высокотвердых и тугоплавких материалов на основе карбидов вольфрама, титана, тантала, хрома, связанных кобальтовой металлической связкой, при различном содержании кобальта или никеля.
Нержавеющая сталь (коррозионно-стойкие стали, в просторечье «нержавейка») — легированная сталь, устойчивая к коррозии в атмосфере и агрессивных средах.
Лату́нь — двойной или многокомпонентный сплав на основе меди, где основным легирующим компонентом является цинк, иногда с добавлением олова (меньшим, чем цинка, иначе получится традиционная оловянная бронза), никеля, свинца, марганца, железа и других элементов. По металлургической классификации к бронзам не относится.
Конструкцио́нная сталь — сталь, которая применяется для изготовления различных деталей, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладает определёнными механическими, физическими и химическими свойствами. Конструкционные стали подразделяются на несколько подгрупп.
Тугоплавкие металлы — класс химических элементов (металлов), имеющих очень высокую температуру плавления и стойкость к изнашиванию. Выражение тугоплавкие металлы чаще всего используется в таких дисциплинах как материаловедение, металлургия и в технических науках. Определение тугоплавких металлов относится к каждому элементу группы по разному. Основными представителями данного класса элементов являются элементы пятого периода — ниобий и молибден; шестого периода — тантал, вольфрам и рений. Все они...
Пи́рометаллу́ргия — совокупность металлургических процессов, протекающих при высоких температурах. Это отрасль металлургии, связанная с получением и очищением металлов и металлических сплавов при высоких температурах, в отличие от гидрометаллургии, к которой относятся низкотемпературные процессы.
Медь (Cu от лат. Cuprum) — элемент одиннадцатой группы четвёртого периода (побочной подгруппы первой группы) периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 29. Простое вещество медь — это пластичный переходный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). C давних пор широко используется человеком.
Сварочный флюс — материал, используемый при сварке для защиты зоны сварки от атмосферного воздуха, обеспечения устойчивости горения дуги, формирования поверхности сварного шва и получения заданных свойств наплавленного материала. Например, при газовой и кузнечной сварке металлов широко используют такие компоненты, как бура, борная кислота, хлориды и фториды. Они образуют жидкий защитный слой, в котором растворяются оксиды, образующиеся на свариваемых поверхностях.
Ферровольфрам — сплав железа и вольфрама (ферросплав), используемый в чёрной металлургии для легирования стали и сплавов.
Электрометаллургия — методы получения металлов, основанные на электролизе, то есть выделении металлов из растворов или расплавов их соединений при пропускании через них постоянного электрического тока. Этот метод применяют главным образом для получения очень активных металлов — щелочных, щелочноземельных и алюминия, а также производства легированных сталей.
Алюми́ниевые спла́вы — сплавы, основной массовой частью которых является алюминий. Самыми распространенными легирующими элементами в составе алюминиевых сплавов являются: медь, магний, марганец, кремний и цинк. Реже — цирконий, литий, бериллий, титан. В основном алюминиевые сплавы можно разделить на две основные группы: литейные сплавы и деформируемые (конструкционные). В свою очередь, конструкционные сплавы подразделяются на термически обработанные и термически необработанные. Большая часть производимых...
Лигату́ра (в металлургии) — сплав из двух и более компонентов, предназначенный для введения в жидкий металл тугоплавких элементов. Легирование с помощью лигатур дает более стабильные результаты в случае необходимости внесения малых концентраций легирующих примесей благодаря легкости дозирования или при введении в сплав легко окисляющихся или летучих при высоких температурах элементов.
Неметаллические включения — химические соединения металлов с неметаллами, находящиеся в стали и сплавах в виде отдельных фаз.
Ферробор - сплав железа и бора (ферросплав), применяемый для легирования и модифицирования стали, чугуна и сплавов цветных металлов.
Ферросилиций используют в качестве раскисляющих и легирующих добавок для выплавки электротехнических, рессорно-пружинных, коррозийно- и жаростойких сталей.
Чугу́н — сплав железа с углеродом (и другими элементами), в котором содержание углерода не менее 2,14 % (точка предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний), а сплавы с содержанием углерода менее 2,14 % называются сталью. Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют белый, серый, ковкий и высокопрочный чугуны. Чугуны содержат...
Мартенси́тностареющие стали (также мараге́новые стали, англ. maraging steel) — стали (сплавы железа), которые обладают очень большой прочностью и вязкостью без потери пластичности, хотя не могут быть хорошими материалами для лезвий. Эти стали представляют собой особый класс низкоуглеродных сверхпрочных сталей, обладающих таким свойством не из-за углерода, а из-за оседания интерметаллических соединений в процессе остаривания. Основной легирующий элемент — никель — составляет от 15 до 25 % (по массе...
Ферроникель — сплав железа и никеля (ферросплав), получаемый, главным образом, при восстановительной электроплавке окисленных никелевых руд и используемый для легирования стали и сплавов.
Мишметалл (нем. mischmetall — смесь металлов), миш-металл — сплав редкоземельных элементов на основе церия с лантаном, неодимом, железом, кремнием и др. Является промежуточным продуктом в процессе производства чистых редкоземельных металлов и их сплавов, получаемый при переработке руды. Конкретный состав определяется месторождением. В настоящее время основным производителем мишметаллов является Китай.
Алюминотермия (алюмотермия; от лат. Aluminium и греч. therme — тепло, жар) — способ получения металлов, неметаллов (а также сплавов) восстановлением их оксидов металлическим алюминием...
Гарт (от нем. hart — твёрдый; от нем. art — род или erz — руда), гартовые сплавы — устаревшее название типографских сплавов.
Феррониобий — ферросплав, содержащий около 60 % Nb (или Nb + Ta), 10-12,5 % Si, 2-6 % Al, 3-8 % Ti (остальное Fe и примеси); выплавляют электропечным алюминотермическим способом из пирохлорового концентрата или технической пятиокиси ниобия. Феррониобий применяют при выплавке конструкционной стали и жаропрочных сплавов.
Электрокорунд (в американской литературе — алунд или алундум, от лат. alundum) — огнеупорный и химически стойкий сверхтвёрдый материал на основе оксида алюминия (Al2O3).
Подгру́ппа ма́рганца — химические элементы 7-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элементы побочной подгруппы VII группы).
Феррованадий — ферросплав, содержащий 35-45 % V, 1-3 % Si, 0,5-1,5 % Al (остальное Fe и примеси).
Прямо́е восстановле́ние желе́за — это восстановление железа из железной руды или окатышей с помощью газов (СО, Н2, NH3), твердого углерода, газов и твердого углерода совместно. Процесс ведется при температуре около 1000 °C, при которой пустая порода руды не доводится до шлакования, примеси (Si, Mn, P, S) не восстанавливаются, и металл получается чистым. В литературе также встречаются термины: металлизация (частичная металлизация) руд, прямое получение железа, бездоменная (внедоменная) металлургия...
Тяжёлые сплавы — это сплавы на основе вольфрама с высокой плотностью, которая составляет не менее 16,5 г/см3. Тяжёлые сплавы получают только методами порошковой металлургии.
Жаропрочные сплавы — металлические материалы, обладающие высоким сопротивлением пластической деформации и разрушению при действии высоких температур и окислительных сред. Начало систематических исследований жаропрочных сплавов приходится на конец 1930-х годов — период нового этапа в развитии авиации, связанного с появлением реактивной авиации и газотурбинных двигателей (ГТД).
Функционально-градиентные материалы — сплавы, состоящие из твёрдых зёрен карбидов, нитридов и боридов переходных металлов (карбид вольфрама, карбид титана, карбонитрид титана, диборид титана и т. д.), образующих прочный непрерывный каркас, и металлической связки (кобальт, никель, титан, алюминий и т. д.), содержание которой непрерывно изменяется в объёме материала. В результате ФГМ-материалы обладают свойствами как твёрдого сплава, так и металла, то есть имеют высокую твёрдость и большую ударную...
Алюминиевая бро́нза — вид бронзы, у которой алюминий является основным легирующим металлом, добавляемым к меди (в отличие от обычной бронзы, где медь легируется оловом, или латуни, где используется цинк). Промышленное применение нашли алюминиевые бронзы разного состава, но при этом большинство сплавов содержит алюминий в количестве от 5 % до 11 % по массе, а остальное составляет медь и другие легирующие элементы, такие как железо, никель, марганец и кремний.
Легированная сталь — сталь, которая, кроме обычных примесей, содержит элементы, специально вводимые в определённых количествах для обеспечения требуемых физических или механических свойств. Эти элементы называются легирующими.
Веркблей (от нем. Werkblei, состоящего из корней: Werk — изделие, работа и Blei — свинец) — в обрабатывающей промышленности и чёрной/цветной металлургии под этим названием понимают черновой свинец, а также свинец с примесью других металлов, который получается в процессе плавки свинцовых руд или рудных агломератов. Количество примесей в веркблее варьирует обычно в пределах 2—3 %, и лишь изредка достигает показателя в 10 %. Как правило в веркблее наиболее часто обнаруживаются медь и сурьма, реже присутствуют...
Бро́нза — сплав меди, обычно с оловом в качестве основного компонента, но к бронзам также относят медные сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка (это латунь) и никеля (это мельхиор). Как правило, в любой бронзе в незначительных количествах присутствуют добавки: цинк, свинец, фосфор и др.
Серый чугун характеризуется высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка) и служит основным материалом для литья. Он широко применяется в машиностроении для отливки станин станков и механизмов, поршней, цилиндров.
Бессеме́ровский процесс, бессемерование чугуна, производство бессеме́ровской стали — в настоящее время устаревший метод передела жидкого чугуна в литую сталь путём продувки сквозь него сжатого воздуха, обычного атмосферного или обогащённого кислородом. Операция продувки производится в бессемеровском конвертере. Превращение чугуна в сталь происходит благодаря окислению примесей, содержащихся в чугуне — кремния, марганца и углерода (отчасти также железа) кислородом воздуха дутья. Несмотря на возрастание...
Микролегирование — введение в металл или в сплав небольшого количества легирующих добавок, общая масса которых не должна превышать 0,1 % массы исходного металла или сплава. Применяется для улучшения эксплуатационных свойств конструкционных, жаропрочных, нержавеющих сталей, цветных сплавов и модификации параметров многих полупроводниковых материалов.
Ферромарганец — это сплав, основными компонентами которого являются марганец и железо. Добавление марганца повышает твёрдость стали, её антикоррозийные свойства и устойчивость к разрыву.
Силуми́н — сплав алюминия с кремнием. Химический состав — 4-22 % Si, основа — Al, незначительное количество примесей Fe, Cu, Mn, Ca, Ti, Zn, и некоторых других. Некоторые силумины модифицируются добавками натрия или лития. Добавка всего 0,05 % лития или 0,1 % натрия позволяет увеличить содержание кремния в эвтектическом сплаве с 12% до 14 %. Сплавы Al-Si (силумины) обладают наилучшими литейными свойствами. В двойных сплавах Al-Si эвтектика состоит из твёрдого раствора и кристаллов практически чистого...
Мета́ллы (от лат. metallum — шахта, рудник) — группа элементов, в виде простых веществ, обладающих характерными металлическими свойствами, такими, как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность, ковкость и металлический блеск.
Сталеплавильный процесс — окислительный процесс, так как сталь получается в результате окисления и удаления большей части примесей чугуна — углерода, кремния, марганца, серы и фосфора. Отличительной особенностью сталеплавильных процессов является наличие окислительной атмосферы. Окисление примесей чугуна и других шихтовых материалов осуществляется кислородом, содержащимся в газах, оксидах железа и марганца. После окисления примесей, из металлического сплава удаляют растворённый в нём кислород, вводят...
Победи́т (народное название) — обобщённое название группы твёрдых сплавов ВК4, ВК6, ВК8, ВК10, Т15К6, состоящих на 90% из карбида вольфрама в качестве твёрдой фазы, 10% кобальта в качестве связующей фазы и небольшого количества углерода. Обладая высокой твёрдостью (80—90 по шкале Роквелла (шкала А, HRA)), применяются при бурении горных пород, в металлообработке (для оснащения волочильного инструмента, в качестве резцов и т. д.), деревообработке и в качестве ответственных деталей, для которых требуется...
Дефосфорация — (от де… и лат. Phosohor — фосфор), обесфосфорование- это совокупность физико-химических процессов, способствующих удалению фосфора из металла (чугуна, стали) по ходу плавки. Обычно достигается окислением фосфора в пятиокись P2O5, которая переходит в шлак, где прочно связывается в тетракальциевым фосфатом 4CaO×P2O5. Как правило в чёрной металлургии проходит во время плавки стали в конвертере, Дуговой электросталеплавильной печи или на установке ковш-печь.

Упоминания в литературе (продолжение)

Для чеканных работ используют как цветные, так и черные металлы. Одним из основных свойств металла для данных работ является его пластичность – способность изменяться под действием внешних сил без разрушения и давать остаточную деформацию.
Травлением называется операция по удалению с помощью кислот окалины или ржавчины с поверхности изделий, изготовленных из черных металлов, а также окисных пленок с поверхности изделий, изготовленных из цветных металлов и их сплавов.
Фосфатирующими грунтовками рекомендуется обрабатывать поверхности из цветного и черного металла. В свой состав они включают ортофосфорную кислоту, которая обладает свойством повышать прочность окрашенного слоя, а также защищать стальные поверхности от воздействия влаги, предотвращая таким образом их коррозию.
В результате археологических исследований к настоящему времени хорошо изучены Кром и Довмонтов город, значительные площади раскопаны в Среднем и Окольном городах. В итоге накоплен обширный материал, всесторонне характеризующий железообрабатывающее ремесло. Коллекция изделий из черного металла из Пскова, отобранная для металлографического исследования, состоит из 309 предметов. В коллекции представлены предметы из раскопок Довмонтова и Среднего города. Основу коллекции составляют ножи (287 экз.). Небольшими сериями представлены предметы хозяйственного назначения (ножницы, бритва, кресала, серпы, пилка, скребница, пружина от замка) и предметы вооружения (кинжалы, наконечники копий).
У Максима Горького есть притча о двух ворах: один украл доллар – его посадили в тюрьму; другой украл железную дорогу – его избрали в сенат. Некоторых представителей царства микробов можно «заслуженно» выбирать в сенат – они ежегодно крадут не одну железную дорогу. Правда, для осуществления своих планов сенаторы используют коррупцию, а микроорганизмы – коррозию. Из-за нее только в нашей стране пропадает около трети выплавляемого черного металла. При этом более половины, а по некоторым данным более трех четвертей коррозионных потерь может быть отнесено за счет микроорганизмов.
а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ э ю я