Газ выращивает металлы

Сыркин В.Г., Бабин В.Н.

Наука, 1986 г.

КАРБОНИЛЬНАЯ  МЕТАЛЛУРГИЯ

Металл, получающийся в обычном доменном процессе, представляет собой сплав выделенного из руды железа с углеродом (^2%) с примесями кремния, фосфора, марганца и серы. Наличие примесей очень сильно влияет на физико-химические свойства металла. Особенно велика роль примесей углерода. При содержании углерода 1,7% получается чугун, являющийся конечным продуктом доменного процесса. Различные сорта стали содержат от 0,2 до 1,7% углерода. При содержании углерода <0,2% получается ковкое железо.

Серьезным недостатком бессемеровского метода получения стали (пропускание струи воздуха через расплавленный чугун) является то обстоятельство, что этот метод не позволяет удалять содержащуюся в чугуне серу, сообщающую стали ломкость при нагревании. Поэтому бессемеровские конверторы применяются лишь при использовании исходных чугунов, содержащих не более 0,05% серы. В других случаях приходится использовать более дорогостоящий мартеновский метод — выжигание примесей с поверхности расплавленной смеси чугуна с окислами железа. Не менее важной проблемой в классической металлургии является удаление примесей фосфора.

Карбонильный метод получения железа имеет преимущество перед всеми другими (без исключения) традиционными методами именно благодаря отсутствию примесей. Так, в карбонильном порошковом железо практически полностью отсутствуют примеси меди, кремния, фосфора, марганца и серы, которые отделяются еще на стадии получения полупродукта - пентакарбонила железа Fe(CO)₅.

Порошки карбонильных металлов содержат лишь легко удаляемые примеси связанных углерода и кислорода. При этом величина указанных примесей может достаточно легко варьироваться в определенных границах путем изменения технологических параметров процесса. Так, например, ведение процесса разложения Fe(CO)₅без добавок аммиака приводит к резкому увеличению содержания Fe3C в карбонильном железе и, кроме того, к наличию примесей свободного (элементного) углерода.

Таким образом, порошковое карбонильное железо по своему исходному составу является идеальным материалом для непосредственного изготовления ковкого железа и сталей с заданными свойствами.

Кроме того, чистота карбонильного железа позволяет использовать его в качестве исходного материала для изготовления специальных сортов легированной стали путем добавок к нему примесей вольфрама, хрома, никеля, ванадия, марганца, кобальта и других металлов в различных соотношениях.

Большой практический интерес представляет также решение проблемы получения различных сталей целиком из карбонильных металлических порошков железа, хрома, молибдена, вольфрама, никеля, кобальта и марганца.

Получение легированных карбонильный сталей возможно также из полиметаллических карбонильных порошков, изготовленных путем совместного разложения карбонилов металлов.

Высокая чистота и идеальная форма частиц порошков карбонильных металлов  позволяют при получении металлов V—VIII групп и стали успешно применять способы порошковой металлургии, а не литья. При этом исключается загрязнение образующейся карбонильной стали и слитков металла примесями от материалов печи и достигается высокая экономия металла (например, при литьевом методе с последующей обработкой резанием иногда до 00— 80% металла теряется в литники, идет в стружку и т. п.). В этом отношении показателей пример американской фирмы «Дженерал электрик». Обеспокоенная огромными отходами (при изготовлении шестерен масляных насосов автомобилей в стружку превращалось 05% металла), она решила применить методы порошковой металлургии. Порошок железа после рассева и восстановления формовался в детали на гидравлических прессах-автоматах и спекался в печах. При этом получались детали, годные к употреблению без механической обработки, а количество отходов уменьшилось с 65 до 1%. На изготовление ста шестерен автомат затрачивал вместо трех человеко-дней одну минуту.