ЭСБЕ/Классификация железных продуктов
Классификация железных продуктов. — Железные продукты, получаемые на заводах теми или другими способами, содержат в себе всегда углерод, от количества которого, а также и от других примесей они принимают разные физические свойства, по которым разделяются главным образом на нековкие — чугуны и ковкие — железо и сталь. Кроме того, существует еще промежуточный продукт — полуковкий, называемый ковким чугуном. Каждый из этих продуктов подразделяется и принимает разные названия, сообразно своей структуре, химическому составу, способу выделки и цели назначения. Чугуны разделяются: 1) по цвету излома — на два существенно отличающихся между собой по свойству и составу главных сорта: белые, к которым относятся — зеркальный, цветной или лучистый, полосатый или ленточный, и серые, которые подразделяются на темно-серые, светло-серые, половинчатые и пестрые. 2) По содержанию разных примесей: на марганцовистые, фосфористые, сернистые и кремнистые; эти последние — англичане разделяют еще на № 1, при содержании выше 2%, № 2 — между 1¼% и 2% и № 3 — ниже 1¼% кремния. 3) По назначению — на литейные и переделочные. Железо и сталь главным образом разделяются на кричные или сварные и на литые, которые подразделяются следующим образом:

Сортовая сталь и железо, встречаемые в продаже, бывают следующих видов: полосовые, круглые, квадратные, обручные, подковные и фигурные, к которым принадлежат: угловые, швеллерные, тавровые, двутавровые и П-образные. Листовые сталь и железо разделяются по калибру, т. е. по толщине листа, и получают названия: котельная, лафетная и проч. и, наконец, кровельное железо (черная и белая жесть). Вышеупомянутые подразделения, основанные главным образом на наружных признаках, представляют собой рыночную или торговую К. продуктов железа. Что касается К., основанной на химическом составе или на физических свойствах и на пригодности их к требованиям техники, то такая К. постоянно менялась, сообразно с развитием металлургии и техники. Разделение продуктов железа по химическому составу не дает точных пределов, где кончается один сорт и начинается другой. Что же касается других отличительных признаков, то только один чугун вполне резко выделяется из остальных продуктов своей хрупкостью, структурой, а главным образом неспособностью коваться и свариваться. Гораздо труднее отличать сталь от железа. Хотя, с другой стороны, уже с незапамятных времен, даже у древних народов, существовало это различие. Плиний в своем сочинении «Historia Naturalis» уже упоминает о способе погружения нагретого железа в воду. Карстен в «Handbuch des Eisenhüttenkunde» пишет, что египтянам еще до Р. Х. было известно, что некоторые сорта железа при погружении в нагретом состоянии в воду принимали закалку, другие не принимали. Свойство стали принимать закалку служило и потом почти единственной чертой для разграничения железа от стали; даже теперь, несмотря на успехи, сделанные металлургией, закалка считается одним из характерных признаков стали, и вообще сталью называют всякое ковкое углеродистое железо, которое твердеет от закалки, а железом — такой же продукт, не твердеющий от закалки. Пока способ выделки стали был почти однообразен и она имела очень ограниченное применение, а именно, главным образом для пружин и инструментов, для которых требовалась большая эластичность и хорошая закалка, тогда этот отличительный признак вполне удовлетворял требованиям, и металл, не принимающий закалки, не признавался сталью. Но со временем, когда нашли возможность приготовлять сталь в расплавленном состоянии с разным содержанием углерода и она нашла более широкое применение в технике — прежнее различие между железом и сталью сохранить было неудобным. Поэтому Грейнер, директор сталелитейного отделения завода общества Кокериль, в Серене, предложил следующую К.: 1) Сталью называть всякий ковкий железный сплав, полученный посредством плавки, независимо от его твердости. 2) Железом — всякий ковкий продукт обработки, полученный посредством сварки. К ним относятся виды, распределенные по приблизительному содержанию углерода и указанные ниже, в таблице:

Это нововведение было принято очень не сочувственно и вызвало возражения со стороны разных ученых металлургов и заводчиков. Некоторые из них не хотели даже удостоить бессемеровский металл (см. Сталь) названием стали, а предлагали его называть литым металлом. Другие, принимая закалку как главное свойство стали, предлагали литой металл разделить на литую сталь (Got stäl) и литое железо (Got jern), для отличия сварной стали и железа. Третьи называли все ковкое железо, плавленое и не плавленое сталью, когда оно принимает закалку, а железом — когда закалки не принимает. Однако классификация Грейнера нашла много сторонников, между которыми выдаются: Голлей, Жордан, Филиппар и проч. По их мнению, основная разница между железом и сталью состоит в различии структуры, которую легко узнать, между тем как химическим анализом не всегда можно различить сталь от плавленого железа. Поэтому сталью приняли называть сплав железа, отлитый в ковкую болванку. Этот важный вопрос К. железа и стали, как с научной, так и с практической стороны, сильно интересовал наших металлургов и заводчиков и в 1875 г. был поднят на съезде машиностроителей в Петербурге. В 1876 г., для рассмотрения и подробного обсуждения как этого вопроса, так и приискания средств скорого и верного различения железа от стали при Императорском техническом обществе была избрана комиссия, под председательством Н. А. Кулибина, которая решила принять классификацию Грейнера. Кроме того, одним из членов — Беляминым, был разработан способ для различия литого металла от сварочного, именно посредством вытравки поверхности кислотой. Наилучшим вытравляющим средством оказался следующий состав: 2 части купоросного масла, 3 части крепкой водки и 5 частей воды, по объему. Наконец, в 1878 г. на Филадельфийской выставке была образована международная комиссия для окончательного решения вопроса относительно К. стали и железа. Состав этой комиссии, за исключением Holley’я, принадлежал к противникам теории Грейнера, и можно было ожидать, что его К. будет отвергнута, что в действительности и случилось; предложено было принять следующие названия:

1) Сварочным железом (Fer soudé, Schweisseisen, Weld-iron, Välljern) называть ковкое углеродистое железо, полученное соединением тестообразных масс посредством составления пакетов или иным путем, кроме плавки, и которое заметно не твердеет от закалки.

2) Сварной сталью (Acier soudé, Schweissstahl, Weld-steel, Vällstäl) называть ковкое углеродистое железо, полученное таким же образом, как выше, и не бывшее в расплавленном состоянии, но принимающее закалку и называемое пудлинговой или сырцовой сталью.

3) Литым железом (Fer fondu, Flusseien, Ingot-iron, Götjern) называть ковкое углеродистое железо, которое получено и отлито в расплавленном состоянии и которое не принимает заметной закалки.

4) Литой сталью (Acier fondu, Ingot-steel, Flussstahl, Götstäl) называть ковкое углеродистое железо, которое получено и отлито путем расплавления и которое принимает заметную закалку.

Надо заметить, что для продуктов, которые немцы называют Flusseisen и Flussstahl, некоторые предлагали названия болваночная или слитковая сталь и железо, но подобное название не привилось, и называют их литым железом или литой сталью. Этой последней К. придерживаются еще и теперь в литературе некоторые страны, а в особенности Германия (хотя, правду сказать, подобное разделение нельзя назвать вполне точным и решающим, тем более что способность стали принимать закалку иногда определяется лишь очень условно). Но так как в настоящее время сталь вытеснила почти совсем из употребления сварное железо, а сварная сталь ныне почти не готовится, то это разделение теперь оказалось неполным и вызвало потребность новой К. самой стали, которая на разных заводах принимается довольно различно. Одни заводы, соответственно твердости стали, называют ее прямо номерами 0, 1, 2, 3 и т. д., принимая самую мягкую за 0. Другие, наоборот, самые твердые сорта обозначают № 1. В конце 1870-х годов Вёлер предложил более рациональную меру, основанную на физических свойствах стали, для обозначения пригодности ее к данной цели. Эту пригодность он выражает результатом испытания на разрыв бруска данного предмета, т. е. суммой удлинения в процентах и сжатия площади разрыва бруска (выраженного в процентном отношении относительно первоначального сечения). Профессор Л. Тетмайер, в Цюрихе, сделал еще более основательное предложение — чтобы каждый специальный сорт стали удовлетворял некоторому коэффициенту пригодности c=βα, где β — сопротивление разрыву, а α — удлинение в % бруска при его длине 200 мм. Кроме того, для каждого сорта стали, сообразно его назначению и выработанными данными, должны быть назначены пределы прочного сопротивления. Так, например, для бандажей c должно удовлетворять 93t% (тонно-процентов), причем для β пределы от 5,2 до 6,4 тонны. При усиленном спросе на литую сталь, в особенности для судостроения, многие заводчики начали производить такой неподходящий материал, что английское страховое общество Lloyd’s Register вынуждено было объявить, что не будет принимать на страх судов, если сталь не будет удовлетворять определенным условиям. Для этой цели была составлена комиссия из специалистов и инженеров, которая на основании опытов выработала условия приемки стальных изделий для каждой отдельной части судна. Так, например, листовая сталь должна удовлетворять следующим механическим испытаниям: 1) пластинки, вырезанные вдоль или поперек листа, должны обладать при испытании на растяжение абсолютным сопротивлением не ниже 43,2 кг и не выше 49,6 кг на кв. мм, а удлинение минимум 20%, при длине образцов в 200 мм. 2) Эти пластинки, нагретые до умеренного красно-вишневого цвета, охлажденные в воде при 28°, должны загибаться так, чтобы расстояние между внутренними плоскостями пластинки было не больше тройной толщины листа. Эти условия были приняты повсеместно, также и нашим адмиралтейством, где прибавлена только проба планки в замороженном состоянии, т. е. что она до изгиба охлаждается искусственно до -18°. Условия, которым сталь должна удовлетворять для нужд артиллерии, принятые у нас в 1884 году, те же, что во Франции, а именно: испытания на растяжение ведутся до и после закалки в масле для всех составных частей орудия. Для этого вытачиваются из дисков, отрезанных от концов каждого предмета, цилиндрические бруски. Требования стали после закалки в масле следующие:

В 1890 году эти условия изменены таким образом, чтобы все части орудия обладали упругим сопротивлением не менее 3300 атм. при минимуме 14% удлинения, а в настоящее время для некоторых систем орудий приходится приготовлять сталь с упругим сопротивлением 4000 атм. при 16% минимальном удлинении. Таким образом, теперь для каждого назначения требуется особых качеств сталь; по роду назначения она принимает названия: листовой, угловой, проволочной, рессорной, пружинной, бандажной, рельсовой, для машинных частей; кроме того — броневой, снарядной, ружейной и орудийной. Эту последнюю еще подразделяют на ствольную, трубную и кольцевую. Каждый из этих сортов должен удовлетворять выработанным практикой требованиям, относительно предела упругости, сопротивления разрыву и удлинения. В случае если обыкновенная сталь не удовлетворяет необходимым требованиям, повышаются пределы упругости посредством закалки или повышается удлинение посредством отжига, а для специальных целей иногда прибегают к добавлению разных примесей, как, например, хрома, вольфрама, никеля, марганца и проч., и тогда сталь принимает название: хромовой, вольфрамовой, никелевой, марганцевой.

Литература. «Горный Журнал» (1870, III; 1875, II; 1876, I; 1879, II; 1885, IV); «Bulletin de l’Association des ingen. sortis de l’Ecole de Liege» (S. 5, 1870); «Revue universelles des mines» (XXXIII, XXXVII и XXXVIII); «Oester. Zeitschrift f. B. u. H.» (1875, № 47); «Berg u. H. Zeitschrift» (1876 и 1882); «Морской Сборник» (1883); «Stahl und Eisen» (1885, №№ 2 и 3); «Zeitschrift des Berg u. H. Vereins f. Steiern u. Kern» (№№ 8—9, S. 325); Чернов, «Обзор успехов сталелитейного дела» (1878).

. 

ЭСБЕ:Металлургия