Увеличение веса поглотителя при этом показывает, сколько CO2 выделилось при сжигании известной навески стали, и позволяет вычислить процент углерода в стали.
Для определения марганца есть несколько методов. Например, можно растворить навеску стали в кислотах и, добавляя окислители, превратить находящийся в растворе двухвалентный марганец в ион перманганата: Mn2+→MnO4–. Как известно, растворы перманганата окрашены. Поэтому исследуемый раствор в специальном приборе колориметре сравнивают по окраске с таким раствором, в котором количество MnO4– известно заранее. Так можно определить содержание Mn в навеске.
Для определения серы навеску стали растворяют в концентрированной азотной кислоте. При этом сера окисляется и переходит в раствор в виде ионов SO42–. При добавлении хлорида бария вся сера осаждается в виде нерастворимой соли BaSO4, взвешиванием которой и определяют количество серы во взятой навеске и процент серы в металле.
Существуют достаточно точные и быстрые методы, позволяющие узнать содержание в стали фосфора и кремния, а также всех других примесей.
Сведений о составе стали недостаточно для оценки ее свойств; нужно знать также структуру металла. В металлургии широко применяется так называемый физико-химический анализ, сущность которого в определении зависимости свойств металла от его состава. Полученные данные наносят на бумагу в виде графиков, называемых диаграммами состояния. Например, можно составить диаграмму плавкости сплавов железа с углеродом, которая покажет, как меняется температура плавления металла в зависимости от содержания в нем углерода. На такой диаграмме на основании опытных данных можно выделить области температур и состава, в которых могут существовать те или иные вещества или их модификации, например Fe3C, альфа- или гамма-железо и т. д.
Когда такая диаграмма составлена, по ней легко можно проследить, какие изменения происходят в металле при его охлаждении и какими взаимными переходами связаны различные вещества, входящие в структуру металла. Физико-химический анализ, создателем которого был знаменитый русский ученый Н. С. Курнаков, широко используется для изучения свойств сплавов.
Мы уже говорили, что чем меньше и компактнее зерна внутренней структуры металла, тем выше его прочность. Внутреннюю кристаллическую структуру металла изучают, например, под микроскопом. Для этого поверхность образца полируют и на полученный шлиф действуют различными химическими веществами (так называемое травление).
Если металл неоднороден, то разные его составные части по-разному будут разрушаться при травлении, а это обнаружится при микроскопическом исследовании. Понятно, для таких металлографических исследований нужен специальный микроскоп, работающий в отраженном свете, так как металл непрозрачен. Ценные данные позволяет получить и рентгенографический метод исследования.
Без точных научных методов исследования металлов, сплавов и их свойств было бы немыслимо получение материалов с нужными, заранее заданными свойствами.
Вернемся снова в мартеновский цех. Плавка закончена, в мартене ослепительно сияет расплавленный металл. Лабораторный анализ показал, что сталь заданного состава готова. Кажется, можно облегченно вздохнуть: долгий и трудный путь железа от руды до готового металла закончен. Но не тут-то было! Готовую сталь разливают в изложницы и оставляют для охлаждения.
Что происходит при этом?
Сталь при охлаждении уменьшается в объеме, «усаживается». В результате в верхней части слитка образуется усадочная раковина. Ясно, что металл с такой раковиной «работать» не может, поэтому верхнюю часть слитка срезают и отправляют в переплавку.
При охлаждении стали в изложнице кристаллизация металла происходит неравномерно, слиток получается неоднородным: возле стенок изложницы кристаллы получаются мелкие, а в более глубоких слоях, где охлаждение происходит медленнее, зерна металла бывают более крупными. Чтобы устранить неоднородность и улучшить механические свойства металла, слитки приходится дополнительно обрабатывать, обжимать.
Нагретые до 1100–1200 градусов слитки поступают на блюминги и слябинги. Здесь раскаленный слиток обжимается между валками, расстояние между которыми постепенно уменьшается. Металл слитка при этом уплотняется, перемешивается. Специальное приспособление перемещает слиток, переворачивает его с боку на бок. В конце концов слиток выходит из «железных объятий» блюминга в виде бруса квадратного сечения, который разрезается на отдельные куски — блюмы. На слябингах одна пара обжимных валков установлена вертикально, другая — горизонтально. Поскольку диаметр валков для каждой пары свой, то слиток на слябинге превращается не в брус, а в пластину, которую разрезают на слябы.