Ближайшие возможные перспективы развития чугуна и стали, страница 2

Для решения многих сложных и до сих пор трудно и спорно объясняемых вопросов необходимо также ввести представление о «тройке» и «семерке». Эти магические цифры постоянно будоражат сознание людей различных сфер человеческой деятельности, кроме редчайших представителей металлургии [10].

В классических железных сплавах существуют три фазы (твердый раствор, цементит, графит) и семь структурных составляющих (твердый раствор, ледебурит, перлит, сорбит, троостит, бейнит, мартенсит).

Предлагается вариант диаграмм состояния – металл-металл и металл-неметалл с семью температурными интервалами [11].

О некоторых из этих температурных интервалов говорил Д.К. Чернов [12]. Нынешняя диаграмма Fe – Fe₃C часто обрывается на температурах 500 и 600°С, но все равно имеет две горизонтали. Мортон Смит в 1960 г. приводит третью горизонталь при 210°С, присутствие которой он объясняет магнитным превращением в Fe₃C [13]. В 1988 году А.А. Жуков в статье «О диаграмме состояния сплавов системы Fe-С» приводит сведения по диаграмме и две новых горизонтали при 580°С и ~420°С, причем при 580°С показан переход a + Fe₃C        a + C_А , где С_А – углерод в виде алмаза [14]. Таким образом, для двойных железоуглеродистых сплавов, имевших две горизонтали при 700-730°С и 1100-1150°С на диаграмме состояния, на сегодняшний день установлено еще три (200-300, 400-450 и 550-600°С). Следует ожидать появления последних двух (80-100 и 900-910°С).

Движение в этом направлении, т.е. обнаружение и признание этих семи температурных интервалов происходит и в других металлических системах. Например, в 1985 г. Ю.А. Базин с соавторами при изучении вязкости жидкого высокочистого алюминия марки А9999 установили скачкообразное изменение ее в интервале 900-920°С и отметили, что «С увеличением загрязненности образца (либо вследствие недостаточной чистоты исходного образца, либо при наличии кислорода, водорода и азота в защитной атмосфере) аномальное изменение сглаживается и наблюдается при более высоких температурах» [15].

Последним крупным достижением в этой области является научный подвиг Ю.Н. Тарана и В.З. Куцовой [16], которые на диаграмме Al–Si с одной горизонталью (500-600°С) добавили еще три (350, 760 и 900°С). Предлагаемые интервалы в зависимости от многих условий могут «гулять» по температуре, но они всегда есть подобно семи цветам радуги.

Следует ожидать, что именно признание ведущей роли водорода, азота и кислорода позволит установить все семь температурных интервалов на диаграммах состояния металл-металл и металл-неметалл. В свою очередь это будет свершением водородной платформы, с помощью которой появится возможность коренным образом изменить свойства чугуна и стали без применения дорогостоящего легирования и очень сложных технологий.

Приведенное позволяет по иному представить ближайшую перспективу развития сплавов системы Fe-C.

Доменный чугун. Получение его предусматривает использование водорода. Топливом для домны служат вещества, представляющие собой углеводороды (природный газ, коксовый газ, сырая нефть, мазут, каменноугольная смола). «Основным топливом доменной печи является кокс. Хороший кокс содержит 80-86%С, 0,4-0,7%S, 2-6% влаги. Кокс сгорает в горне за счет кислорода дутья, в результате его сгорания образуются газы, необходимые для плавления чугуна и шлака. Основной реакции горения 2С+О₂=2СО соответствует следующий состав газа в горне печи: 34,7% СО, 65,3% Н₂. Этот газ распространяется внутрь и вверх, отдавая тепло шихтовым материалам и взаимодействуя с ними как восстановитель» [17]. Таким образом, в науке о получении чугуна и стали произошел переход от полного игнорирования участия водорода в доменном процессе к признанию его роли наравне с моноокисью углерода, а в последнее время водород поставлен на первое место. Этот процесс трудно протекал многие годы, и наконец в научных построениях победило то, что всегда было главным – водород является восстановителем номер один. В результате такого рассмотрения была разработана большая серия способов обработки расплава, полностью удаляющих выделения графита и резко повышающих свойства чугуна в твердом состоянии [18]. Доменный чугун без выделений графита не содержит легирующих элементов, но как и легированные белые чугуны имеет высокие механические свойства, отличается износостойкостью, жаростойкостью, жаропрочностью, коррозионной стойкостью и меньшими по сравнению со многими другими чугунами коэффициентом линейного расширения и плотностью. Применение такого чугуна может быть самым разнообразным: инструмент металлообрабатывающий (литой и деформированный), шары для помола, решетки, колосники, валки для прокатки, подины термических печей, сопла гидромониторов, билы, матрицы для металлических расплавов, втулки, насосы для перекачки сред с абразивными частицами, направляющие, ролики, броневые плиты и многое другое. Подробно о возможности применения такого чугуна для производства инструмента сообщалось в [19-21]. Более того, установлена способность этого чугуна деформироваться без графитизации с получением качественных заготовок. Имеются результаты, указывающие на возможность получения весьма низких значений коэффициента линейного расширения при температурах испытания 50-100°С [21].