13.05.2015

Начало производства железа, одного из древнейших металлов, относится к периоду за две тысячи лет до нашей эры. Однако только в XIX в. железо стало занимать господствующее положение в промышленном производстве, а в настоящее время является главнейшим металлом промышленности. Свыше двух миллиардов тонн черных металлов составляют основные средства промышленности и сельского хозяйства. Уровень производства и потребления чугуна и стали в значительной мере определяет уровень хозяйственного развития каждой страны.
Черные металлы — основа машиностроения и строительства. Развитие крупной машинной индустрии тесно связано с развитием производства чугуна, стали и стального проката. Значительную роль черные металлы играют и в производстве предметов народного потребления.
До сих пор еще ни один другой материал не может соперничать с железом и сплавами на его основе ни по прочности, ни по разнообразию областей и форм применения.
В современной технике железо применяется почти исключительно в виде сплавов с другими элементами, так как механические свойства чистого железа ниже механических свойств сплавов на его основе, а получение железа в чистом виде трудно и дорого.
В промышленности применяется железо с содержанием углерода до 0,01%, называемое техническим. Оно хорошо куется в холодном и горячем состоянии, тянется в проволоку, сваривается и отличается высокими магнитными свойствами. Железо способно образовывать комплексные соединения, которые широко используются в химической промышленности в виде реактивов.
Железо легко подвергается коррозии даже под действием кислорода воздуха, особенно во влажной атмосфере. На поверхности металла образуется и постепенно увеличивается пленка окислов — ржавчина. Повышение антикоррозионной стойкости железа достигается только легированием: присадками к железу некоторых металлов. Ho расход всех этих металлов, кроме меди, сравнительно высокий, что повышает стоимость железа.
Простейшим является сплав железа с углеродом. Присутствие углерода в железе обусловлено способами его производства. Кроме углерода в железе присутствуют кремний, сера и фосфор.
Сплавы с содержанием углерода до 1,7% сохраняют пластичность, ковкость и способность при горячей обработке прокатываться в желаемые формы. Эти сплавы именуются сталями и обладают большей, чем техническое железо, упругостью, более высокой твердостью и прочностью.
При повышении содержания углерода твердость железа увеличивается. Добавка свыше 1,7% углерода увеличивает твердость получаемого сплава настолько, что он теряет пластичность и ковкость и становится хрупким.
Сплавы, содержащие свыше 1,7% углерода, называются чугунами. Чугун является продуктом первоначальной переработки железных руд; большая часть чугуна служит исходным продуктом для производства стали.
Углеродистые стали и чугуны легируются другими металлами — марганцем, хромом, никелем, вольфрамом, молибденом, ванадием, титаном, алюминием. Применяя эти добавки в чугун или сталь в определенном сочетании с содержащимися в них углеродом, кремнием, серой и фосфором, достигают либо высокой прочности, либо особых физических и химических свойств: коррозионной устойчивости, износостойкости, вязкости, жаростойкости, высокой твердости, упругости и немагнитности. Однако простые углеродистые чугуны и стали по весу составляют основную часть металлов, применяемых в технике.
Современная черная металлургия достигла очень высокого уровня. К 1958 г. мировое производство чугуна составляло примерно 210 млн. т, стали 290 млн. т.
Производство черных металлов в основном сконцентрировано в немногих странах, хотя почти в каждой стране выплавляют чугун и сталь (табл. 3).
Железо

На протяжении многих десятилетий выплавку чугуна и стали концентрировали у себя несколько главных капиталистических стран. До 30-х годов XX в. на долю США, Англии, Германии, Франции, Бельгии и Люксембурга приходилось около 85% мировой выплавки стали, а в 1957 г. в этих странах выпуск чугуна и стали составил 60% мирового производства этих металлов. Уровень развития производства черных металлов в экономически слаборазвитых странах и в настоящее время остается очень низким.
Широкое развитие черной металлургии базируется на богатых железных рудах (основная масса добываемых железных руд содержит 50% и выше железа). До последних лет почти все производство чугуна велось на качественных рудах, добываемых в весьма благоприятных горно-технических условиях и по составу отвечающих технологическим условиям плавки.
В последние годы в связи с дальнейшим расширением производства чугуна начали эксплуатировать новые месторождения со сложным составом руд, содержащих менее 50% железа. Поэтому особое значение приобрели процессы обогащения и агломерации руд и концентратов. Успехи в освоении этих процессов позволили значительно повысить содержание металла в сырье, поступающем в плавку, и улучшить качество подготовки шихты.
Произошли серьезные сдвиги в доменном производстве; объем современных домен повышен до 1600—1800 м3, в плавку поступает офлюсованный агломерат с высоким содержанием железа, доменные печи работают на повышенном дутье с подогретым воздухом, часто на дутье, обогащенном кислородом, что дает возможность повысить технико-экономические показатели работы. Рост черной металлургии влечет за собой развитие машиностроения.
Железо во всех видах находит широкое применение в промышленности и сельском хозяйстве. Чугун идет на производство стали и на отливки чугунных деталей машин. Сталь используется в литом виде (фасонное литье) при изготовлении деталей машин и в виде полуфабрикатов, получаемых методом горячей прокатки, ковки или штамповки. Производство стальных слитков, идущих на прокат, и поковок занимает около 90% общего производства стали. Производство проката составляет около 70% от веса выплавляемой стали. Производство стального проката в основных капиталистических странах приведено ниже млн. т.
Железо

Различные изделия в виде проката находят спрос в промышленности: швеллеры, тавровые и двутавровые балки, угловая сталь, листы, полосы, ленты, прутки, рельсы и профили переменного сечения.
Железо

Строительную сталь — балки, листы и полосы — используют для изготовления строительных конструкций, каркасов зданий, корпусов вагонов и судов. Сталь, идущая на строительство, чаше всего не подвергается термической обработке.
В машиностроении сталь используют в виде проката, поковок и штамповок, а также в виде фасонных отливок. Из стали изготовляют почти все детали машин и механизмов.
В инструментальной промышленности сталь идет на изготовление режущего и мерительного инструмента, а также на штампы. Для этого используют специальные низколегированные и высоколегированные стали различных видов — углеродистую, вольфрамовую, хромовольфрамовую, хромовольфрамомолибденовую, ванадиевую, хромованадиевую, хромомолибденованадиевую с переменным составом. Выплавляются стали и специального назначения — с особыми физическими и механическими свойствами.
Низколегированная сталь, содержащая менее 0,1% С, применяется как динамная и трансформаторная, а также для изготовления постоянных магнитов (сталь с добавками 2,8—3,8% Cr).
При производстве жаропрочных сталей обычно используют средне легированные стали, содержащие не менее 0,15% С. Наиболее распространены хромокремнистая сталь с 5—10% Cr и 1,5—2% Si, хромомолибденовая и хромокремнемолибденовая, легированные 4—8% Cr, до 2,5% Si и 0,4—0,6% Mo.
Марганцовистые стали, получаемые на основе высоколегированных сталей с 0,9—1,4% С, при высоком содержании марганца (12—14%) весьма устойчивы на истирание и применяются при изготовлении железнодорожных стрелок, деталей дробилок, мельниц и драг.
Известны устойчивые против коррозии в атмосфере, морской и речной воде нержавеющие стали, хромистые (13—27% Cr при 0,1—0,45% С) и хромоникелевые (не больше 0,14% С, 16—20% Cr, 8—11% Ni и около 0,8% Ti). Эти стали широко используются в химической промышленности, судостроении, а также для изготовления медицинских инструментов и посуды.