Марганцевая сталь. — Для устранения окислов железа, которые образуются при производстве литой стали, обыкновенно вводят в жидкий металл некоторое количество марганца, в виде зеркального чугуна или ферромангана. Часть марганца зеркального чугуна раскисляет окислы и переходит в шлак, часть же остается в стали в виде соединения с железом или просто как механическая примесь. Таким образом, сталь всегда содержит некоторое количество марганца. Вообще марганец увеличивает твердость, повышает предел упругости и сопротивление разрыву, а кроме того уплотняет сталь. В малоуглеродистых сортах стали примесь марганца увеличивает даже вязкость металла, но при значительном содержании углерода марганец сообщает ему хрупкость. По опытам Осмонда, при закалке стали, марганец действует замедляющим образом на переход железа β в железо α (см. Критические точки железа), вследствие чего он увеличивает закаливающую способность стали. Эта способность усиливается в присутствии углерода, но вместе с с тем сталь теряет свою вязкость. Содержание марганца в твердых инструментальных сортах стали не должно превышать 0,5%; в средних — 0,75%; в мягких — 1%. При более значительном содержании марганца сталь получает некоторые особенные свойства и под названием М. стали имеет специальные применения. Из опытов, произведенных англ. металлургом Гадфильдом над сплавами железа с марганцем (от 2½ до 22%) оказалось, что М. сталь, содержащая от 3—5% марганца, до того хрупка, что от ударов ручного молотка разбивается в мелкий порошок; в пределах от 5—6% обладает, при обработке, самой большой твердостью. С дальнейшим увеличением содержания марганца твердость стали понижается и достигает своего минимума при 10%. Затем твердость опять последовательно возрастает до второго максимума, который наблюдается при 22%. Особенными свойствами отличается сплав с 14% марганца. Он при отливке чрезвычайно жидок и отлично заполняет формы, быстро затвердевает, дает большую линейную усадку, глубокую усадочную раковину (см. Литая сталь), застывает плотно, без пузырей, и не подвергается ликвации (см.). При невысоком нагреве отлично куется, но с трудом сваривается. Откованный и медленно охлажденный на воздухе брусок очень тверд и хрупок, но если его вторично нагреть до желтого каления и быстро охладить в воде, то он легче обрабатывается напилком и приобретает такую вязкость, что сгибается вплотную и не ломается, т. е. приобретает свойства, совершенно противоположные закаленной стали. Последним свойством вообще отличается М. сталь и с др. содержанием марганца, при чем замечается, что после закалки, вместе с увеличением сопротивления разрыву, увеличивается и удлинение, как показывает таблица.
| Химический состав | I | II | III | IV | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| С | Mn | R. | L. | R. | L. | R. | L. | R. | L. |
| 0,4 % | 6,95 % | 39,37 | 2 | 33,07 | 2 | 36,22 | 2 | — | — |
| 0,47 | 7,22 | 42,52 | 2 | 42,52 | 5 | 39,37 | 5 | — | — |
| 0,61 | 9,37 | 51,96 | 5 | 59,84 | 16 | 61,42 | 15 | — | — |
| 0,95 | 10,11 | 59,83 | 4 | 64,56 | 17 | 66,13 | 19 | — | — |
| 0,92 | 12,81 | 64,41 | 5 | 75,59 | 20 | 91,33 | 32 | 96,67 | 37 |
| 0,85 | 14,01 | 56,69 | 2 | 75,59 | 14 | 86,61 | 27 | 105,1 | 44 |
| 1,24 | 15,06 | 77,17 | 2 | 74,03 | 2 | — | — | 96,07 | 31 |
| 1,54 | 18,4 | 80,31 | 1 | 61,41 | 1 | — | — | 83,4 | 10 |
| 1,6 | 19,1 | 81,9 | 1 | 64,57 | 1 | — | — | 82,9 | 4 |
| 2,1 | 21,69 | 56,69 | 9 | 53,54 | 12 | 51,97 | 11 | — | — |
|
Кроме того, М. сталь обладает исключительным свойством не намагничиваться. При 8% марганца магнит притягивает только опилки, а проволока с 14% диамагнитна. Это последнее свойство приписывают влиянию марганца. Однако ж, если подвергнуть М. сталь с большим содержанием марганца цементации, нагревая ее в ящиках томительной печи, то она получает способность намагничиваться, но после горячей проковки и охлаждения в воде она опять теряет эту способность. Кроме того, если подвергнуть кусок М. стали очень продолжительному накаливанию в обыкновенной калильной печи при постоянной температуре около 950°, то он тоже делается способным довольно сильно намагничиваться. Дальнейшие опыты показали, что содержание углерода играет важную роль в сообщении вышеупомянутых свойств марганцевой стали. Если накаливать такую сталь в соприкосновении с окислителями, то она опять получает магнитные свойства. Кусок стали с 12% марганца и 1,08% углерода, после накаливания обуглероженный до 0,06% углерода, оказался способным намагничиваться наравне с твердой сталью и не потерял этого свойства после горячей проковки и охлаждения в воде, хотя химический анализ не показал уменьшения количества марганца. Вследствие большой твердости, затрудняющей механическую обработку, М. сталь еще не нашла себе большого применения в технике. Эта твердость происходит от значительного содержания углерода, вводимого в металл прибавкой большого количества ферромангана. Нет сомнения, что со временем, когда удастся заменить ферроманган другим сплавом менее углеродистым, тогда этот металл принесет большую услугу. В настоящее время из М. стали приготовляют только такие предметы, которые прямо идут в дело из отливки, без дальнейшей механической отделки, как, напр., колеса для вагонов, трущиеся ролики, фундаментные доски и т. п. Пробовали приготовлять из нее инструменты, броневые плиты и снаряды, но, вследствие громадных расходов на отделку и хрупкости самого металла, отказались от его употребления для этих предметов. Ср. Hadfield, «Mangan Steel» («Institution of civil Engineers» 1888; перевод Н. Г. Каменского в «Горный Журн.», 1889); «Studien üeber chemisch-analytische und mikroscopische Untersuchungen des Manganstahles», von Tetskichi Mukai («Stahl und Eisen», 1893); «Berg und Hüttenmän. Zeitung» (1888, 1889,1890 и 1892); «Oester. Zeitschrift für Berg und Hut.» (1893); Howe, «Metallurgie».