Сколько содержится углерода в чугуне: Сколько углерода в чугуне и стали

alexxlab | 16.10.1978 | 0 | Разное

Содержание

Содержание углерода в чугуне | Справочник конструктора-машиностроителя

?Чугун – сплав железа с углеродом ( содержанием более 2, 14% ).
Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита.
В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют : бледный, бесцветный, ковкий и высокопрочные чугуны.
Чугуны держат постоянные примеси ( Si, Mn, S, P ), а в отдельных событиях также легирующие элементы ( Cr, Ni, V, Al и др. ).

Чугу?н — сплав железа с углеродом с содержанием более 2, 14 % ( точка предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний ).
Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита.
В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют : бледный, бесцветный, ковкий и высокопрочные чугуны.
Чугуны держат постоянные примеси ( Si, Mn, S, P ), а в отдельных событиях также легирующие элементы ( Cr, Ni, V, Al и др. ).

Обыкновенно, чугун хрупок.

Ковкий чугун получают длительным отжигом белого чугуна, в итоге которого образуется графит хлопьевидной формы.
Металлическая основа такого чугуна : феррит и реже перлит.
Ковкий чугун получил свое название из – за повышенной пластичности и вязкости ( при всем при том, что обработке давлением не подвергается ).
Ковкий чугун обладает повышенной крепостью при растяжении и рослым сопротивлением удару.
Из ковкого чугуна изготовляют детали непростой фигуры : картеры заднего моста машин, тормозные колодки, тройники, угольники и т. д.

Включая небольшое сопротивление отливок из серого чугуна растягивающим и ударным нагрузкам, следует использовать сей материал для подробностей, которые подвергаются сжимающим или изгибающим нагрузкам.
В станкостроении это – базовые, корпусные детали, кронштейны, зубчатые колеса, ведущие ;

в автостроении – блоки цилиндров, поршневые кольца, распределительные валы, диски сцепления.
Отливки из серого чугуна также используются в электромашиностроении, для изготовления товаров народного потребления.

Углерод в чугуне может находиться в виде цементита, графита или в то же самое время в виде цементита и графита.
Возникновение постоянной фазы – графита в чугуне может происходить в итоге прямого выделения его из слабого ( твердого ) раствора или вследствие распада предварительно образовавшегося цементита ( при замедленном охлаждении расплавленного чугуна цементит может подвергнуться разложению РезС – > Fe + ЗС с образованием феррита и графита ).
Процесс формирования в чугуне ( стали ) графита называют графитизацией.

По содержанию углерода чугуны подразделяются на доэвтектический – 2, 14 …
4, 3 % С, эвтектический – 4, 3 % С и заэвтектический – 4, 3 …

6, 67 % С углерода.
Доэвтектические чугуны, включающие 2, 14 …
4, 3 % С, после окончательного охлаждения имеют структуру перлита, ледебурита ( перлит + цементит ) и вторичного цементита.
Эвтектический чугун ( 4, 3% С ) при температуре ниже + 727 °С состоит только из ледебурита ( перлит + цементит ).
Заэвтектический, который нельзя отменить 4, 3 …
6, 67 % С, при температуре ниже + 727 °С состоят из первичного цементита и ледебурита ( перлит + цементит ).
На практике наибольшее распространение получили доэвтектические чугуны, включающие 2, 4 …
3, 8% С углерода.
Тельное значение содержания углерода в чугуне определяется его технологическими характеристиками при литье – обеспечение хорошей жидкотекучести.
Жидкотекучесть – это способность металлов и сплавов в расплавленном состоянии заполнять полость формы, точно воспроизводить очертания и размеры отливки.

Увеличенное содержание углерода в чугуне выше 3, 8% С приводит к резкому возрастанию твердости и хрупкости.
Жидкотекучесть определяется по спиральной пробе, а ее величина по длине заполнения части спирали.
Усадка – уменьшение линейных и обьемных размеров металла, затопленного в фигуру при его кристаллизации и охлаждении.

В промышленности разновидности чугуна маркируются следующим типом : передельный чугун — П1, П2 ;
передельный чугун для отливок ( передельно – литейный ) — ПЛ1, ПЛ2, передельный фосфористый чугун — ПФ1, ПФ2, ПФ3, передельный высококачественный чугун — ПВК1, ПВК2, ПВК3 ;
чугун с пластинчатым графитом — СЧ ( цифры после букв « СЧ », значат величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм ) ;
антифрикционный чугун антифрикционный серый — АЧС, антифрикционный высокопрочный — АЧВ, антифрикционный ковкий — АЧК ;

чугун с шаровидным графитом для отливок — ВЧ ( цифры после букв « ВЧ » означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм и относительное удлиненние ( % ) ;
чугун легированный со специальными свойствами — Ч.

сколько составляет содержание углерода в железоуглеродистом сплаве? Больше ли его в стали? Какой максимальный процент углерода содержится в чугуне?

Чугун – это сплав железа и углерода, важнейший конструкционный материал. От другой разновидности сплавов на основе железа – сталей – различные чугуны отличаются повышенным содержанием углерода.

В этом материале рассмотрим различия видов чугуна и влияние на их свойства других компонентов сплава, больше ли его в стали, а также какой максимальный процент углерода содержится в чугуне.

Особенности материалов

Сталь и чугун – продукция предприятий черной металлургии. Производят эти сплавы из железной руды. Общим в технологии производства является то, что и чугун, и сталь варят, то есть готовят по специальным рецептам, выдерживая определенное время при определенных температурах, добавляя на определенном этапе в расплав различные составляющие. Именно поэтому рабочих, занятых в черной металлургии, называют сталеварами.

Наиболее обобщенное представление о сплавах связано с содержанием в них углерода. В стали оно менее 2,14%, в чугуне, соответственно выше этого значения. В отдельных его видах этого элемента в различном состоянии может быть более 6%.

Однако это не единственное отличие чугунов и сталей. Изготавливаемые по разным «рецептам», они содержат углерод в различном виде, а кроме этого, могут содержать иные составляющие сплава.

Влияние элемента

Наличие углерода влияет на свойства сплава. Хрупкие чугуны могут иметь повышенную по сравнению со сталью твердость. Их в отличие от стали трудно сваривать или ковать, а к некоторым разновидностям эти технологические процессы, вообще, не применимы. Железо, входящее в железоуглеродистый сплав, определяет главные его свойства. Прежде всего температуру плавления выше 1530°С. А также этот элемент придает сплаву магнитные свойства. В чистом виде металл довольно прочен и пластичен. Но его химическая активность в отношении кислорода препятствует использованию в технике (металл быстро ржавеет, вступая в реакцию окисления).

Включение в сплавы углерода и иных примесей значительно повышает долговечность изделий. Часть углерода вступает в химическую реакцию с железом еще на стадии плавления, образуя стойкое соединение – цементит (Fe3C). Включения цементита снижают пластичность, одновременно повышая прочность и твердость образующегося сплава.

Особенно велика прочность стали с содержанием углерода около 1%. Когда соединения в сплаве становится больше, эта характеристика постепенно снижается, однако одновременно снижается ударная вязкость и так называемая хладоломкость (реакция на перепады температуры).

Углерод может содержаться и в химически свободном состоянии (графит). Наличие включений графита повышает ломкость, но при этом создает зернистость, препятствующую механическому разрушению поверхности. Графит может играть роль смазки, снижая сопротивление при трении. Включения графита также снижают воздействие вибраций. Углерод в чистом виде и в виде соединений может снизить температуру плавления (в некоторых чугунах почти на 400°С).

Таким образом, сплавы железа и углерода (стали и чугуны) благодаря различным соотношениям элементов и их химической формы могут существенно различаться в своих свойствах.

Виды чугуна по содержанию углерода

По тому, сколько в сплаве содержится углерода, чугуны разделяют на три вида. Начнем с того, что в любом подобном сплаве процент углерода не может быть ниже 2,14%. Так как если количество элемента меньше этого процентного значения, надо говорить уже о стали. В большинстве видов чугуна содержание углерода составляет от 2,14 до 3%. Отдельные разновидности могут содержать свыше 3% углерода. Максимально чугун может включать 6,67% углерода, такой сплав называют высокоуглеродистый.

При этом сплавы различного состава по-разному проходят этапы кристаллизации при охлаждении, это существенно отражается на свойствах получаемого чугуна. В результате в сплаве образуется перлит – эквивалентная смесь феррита (раствора легирующих элементов и углерода в расплаве железа) и цементита (карбида железа), ледебурит (эквивалентная смесь все того же цементита и иных компонентов сплава). В металлургии принято по этому признаку разделять чугуны на три вида в соответствии с эвтектикой сплава.

Доэвтектические

В них содержание углерода от 2,14 до 4,3% в составе цементита, перлита и ледебурита. Такой сплав нередко используется в качестве конструкционного материала, а также на передел – получение иных видов чугуна, так как при его охлаждении образуется так называемая усадочная пористость, серьезно влияющая на прочность изделий. Изделия получили распространение в машиностроении.

Эвтектические

В них содержится около 4,3% углерода, преимущественно в виде ледебурита. При охлаждении может давать усадочные раковины, что часто приводит к формированию отличий от заданной при отливке формы, поэтому изготовление точных изделий из такого материала не всегда оправданно. Применяется как конструкционный материал для изготовления изделий разнообразного назначения.

Заэвтектические

Могут содержать до 6,67% углерода в составе цементита и ледебурита и свободного графита. В основном используются для производства других видов чугуна и стали при передельной металлургии.

Типы по состоянию углерода

Поскольку состояние углерода в расплаве при различных условиях охлаждения и в присутствии иных веществ в составе сплава меняется, свойства чугуна также могут значительно отличаться. Это видно невооруженным глазом по цвету свежего, не покрытого ржавчиной излома. Как правило, более темные (серые чугуны) содержат наибольшее количество свободного углерода в виде различной формы включений графита.

Содержание химически связанного углерода отражается на цвете сплава, он заметно светлее, такой чугун называют белым. В перлитном чугуне может быть равное количество связанного и свободного углерода, это также отражается на цвете изделий. Уже на протяжении нескольких столетий существует упрощенная классификация чугунов по цвету, разделяющая чугуны на три типа: белый, серый и половинчатый.

Белый

Белый чугун имеет наиболее светлый излом. Наибольшее количество углерода в нем связано с железом и иными металлами. Образуется такой сплав при быстром охлаждении. Использование этого типа сплава ограничено, ввиду невысокой прочности.

Как правило, белый чугун поступает в передел для изготовления других типов чугуна и стали.

Серый

При более медленном охлаждении в расплаве проходит значительно больше процессов. Углерод частично связывается с металлами, но значительная его часть кристаллизуется в чистом виде, образуя включения графита. Размер и форма этих включений зависят от скорости остывания расплава, а также от наличия в нем различных примесей. Так получают чугуны, изделия из которых востребованы в различных отраслях хозяйства и в быту. Среди разновидностей этого типа различают ковкий и высокопрочный чугун.

Половинчатый

При особых условиях охлаждения получают сплавы, в которых связанного и свободного углерода примерно поровну. Из него изготавливают детали машин, основным требованием к которым является износоустойчивость при трении: коленчатые валы, колесные пары и многое другое. Графит в этом случае играет роль смазки.

Сколько углерода содержится в стали. 2. Чем отличаются углеродистые стали от легированных?

1.Сталь содержит не более 2,14% углерода

2.В легированную сталь вводятся различные добавки(хром ванадий марганец и прочие)которые меняют свойства стали.

3.Обозначается в зависимости от содержания углерода в стали(в процентах)То есть У7; У8; У8Г; У9; У10; У11; У12; У7А; У8А; У8ГА; У9А; У10А; У11А; У12А и т.д(Г — повышенное содержание марганца, А — повышенного качества).Разные виды угл. стали применяются в разных аспектахо их общей чертой является то, что все из них изготавливаемое – это лиьо инструменты, либо предметы для конкретной деятельности(напр. рыболовные крючки), либо детали

4.Использует элементы: Марганца (Mn) — Г; кремния (Si) — С; хрома (Cr) — Х; никеля (Ni) — Н; меди (Cu) — Д; азота (N) — А; ванадия (V) — Ф; ниобия (Nb) — Б; вольфрама (W) — В; селена (Se) — Е; кобальта (Co) — К; бериллия (Be) — Л; молибдена (Mo) — М; бора (B) — Р; титана (Ti) — Т; алюминия (Al) — Ю

5.Термическая обработка (термообработка) стали— процесс изменения структуры стали, цветных металлов, сплавов при нагревании и последующем охлаждении с определенной скоростью. Термическая обработка (термообработка) приводит к существенным изменениям свойств стали, цветных металлов, сплавов. Химический состав металла не изменяется.

6.После закалки увеличивается твердость и прочность стали, но при этом повышаются внутренние напряжения и возрастает хрупкость, провоцирующие разрушение материала при резких механических воздействиях. На поверхности изделия появляется толстый слой окалины, который необходимо учитывать при определении припусков на обработку

7.Целью отпуска является повышение вязкости и пластичности, снижение твердости и уменьшение внутренних напряжений закаленных сталей. С повышением температуры нагрева прочность обычно снижается, а пластичность и вязкость растут. Температуру отпуска выбирают, исходя из требуемой прочности конкретной детали. Различают три вида отпуска:1. Низкий отпуск с температурой нагрева Тн = 150…300oС. В результате его проведения частично снимаются закалочные напряжения. Получают структуру – мартенсит отпуска. Проводят для инструментальных сталей; после закалки токами высокой частоты; после цементации. 2. Средний отпуск с температурой нагрева Тн = 300…450oС. Получают структуру – троостит отпуска, сочетающую высокую твердость 40…45HRC c хорошей упругостью и вязкостью. Используется для изделий типа пружин, рессор. 3. Высокий отпуск с температурой нагрева Тн = 450…650oС.. Получают структуру, сочетающую достаточно высокую твердость и повышенную ударную вязкость (оптимальное сочетание свойств) – сорбит отпуска. Используется для деталей машин, испытывающих ударные нагрузки. Комплекс термической обработки, включающий закалку и высокий отпуск, называется улучшением.

8.Отличается целью операции и режимами термообработки.

Отпуск производят только после закалки чугуна, чтобы снять закалочные напряжения и уменьшить хрупкость. Если на трение работает закаленный чугун, то делают низкий отпуск при 200—250. Чугунные отливки, не работающие на истирание, подвергаются высокому отпуску при 500—600. Отжиг чугуна используют в трех случаях:

– низкотемпературный отжиг (медленный нагрев до 500-550 и медленное охлаждение) , чтобы снять внутренние напряжения и стабилизовать размеры отливок из серого чугуна,

– графитизирующий отжиг (900—950) – чтобы снять отбел серого чугуна, который бывает после литья.

– отжиг, для того, чтобы из белого чугуна получить ковкий. Подразделяется на графитизирующий (950—1000) и обезуглероживающий отжиг.

Чугун литейный

Чугун литейный — это сплав железа, в состав которого входит кремний и углерод, а также всегда присутствующие примеси Mn, P, S. Весь углерод, который содержит материал, находится в виде графита формы пластины. Такой чугун при изломе имеет серый цвет, на цветовой фактор влияет содержащийся в сплаве графит. Поэтому литейный чугун называют серым, поэтому /серый чугун/ и литейный – это практически один и тот же сплав.

Такой металл является основным сплавом в машиностроении. Название серого чугуна литейным приобрело благодаря его отличным литейным способностям, он обладает хорошей текучестью и соответственно хорошо заполняет формы для заливки.

Если Вы ищете, где дорого сдать чугун, рекомендуем изучить актуальные цены на лом чугуна по ссылке: https://citylom.ru/priem-chuguna

Состав литейного чугуна

Химический состав литейного чугуна сказывается на качестве отливок. Очень большое влияние оказывает углерод, который содержится в чугуне в виде графита, карбида, углерода закала. Когда много графита он разрыхляет чугун, придает мягкость. Когда графита более 2,5%понижается прочность и вязкость металла. Соответственно сплав будет непригоден к отливке.

Кремний производит вытеснение углерода из соединения с железом, в результате такой реакции выделяется графит. Высокое содержание кремния препятствует насыщению углерода. Литейный чугун состав которого включает марганец ,получает часть своих свойств благодаря этому включению. Так марганец повышает степень твердости, но придает хрупкость отливке, поэтому считается ненужной примесью. Но, данный элемент защищает железо и другие примеси от окисления.

Химический состав литейного чугуна включает также фосфор, который играет особую роль в придании сплаву определенных качества и свойств. Он придает чугуну особую твердость, уменьшая при этом упругость и ненужную вязкость. Чтобы чугун был с достаточно хорошей прочностью, необходимо не более 0,3% фосфора. Фосфор увеличивает хорошую плавкость чугуну, что позволяет точнее подчеркнуть формы при заливке и застывании придать более гладкую поверхность. Сера препятствует насыщению углерода, а также замедляет выделение графита.

Литейный чугун состав, которого включает и серу, может несколько терять свою плавкость. При высоком содержании данной примеси он становится густым и соответственно плохо заполняет форму. Поэтому материал с большим содержанием серы не применяют для тонкого литья. От того каким будет начальный состав чугуна зависит химический состав готовой отливки.

Свойства литейного чугуна

Главные свойства литейного чугуна — хорошие литейные показатели, мягкая текучесть и малая объемная усадка. Детали из данного металла малочувствительны внешнему напряжению при периодических нагрузках, степень поглощения колебаний, когда есть вибрация достаточно высокая, выше, чем у стали в 2-4 раза. Также благодаря графиту свойства литейного чугуна имеют хорошие антифрикционные свойства, что повышает работоспособность детали. Однако графитные включения в составе сплава придают ему хрупкость. Эти включения словно многочисленные надрезы в литом металле.

Никель, как легирующий элемент, оказывает хорошее влияние на свойства литейного чугуна, он увеличивает коррозийные функции и улучшает обработку сплава. Медь графитизирует углерод, значительно повышает текучесть, прочность и достаточную твердость металла. Температура плавления зависит от химического состава материала и может колебаться в пределах 1130 — 1350 градусов Цельсия.

Основные маркировки по ГОСТ литейного чугуна:

Л1, Л2, Л3, Л4, Л5,
Л6, ЛР1, ЛР2, ЛР3, ЛР4,
ЛР5,ЛР6, ЛР7.

Механизм влияния качества литейного кокса на химический состав чугуна Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 669.1:921.74

Вдовин К.Н., Иванова В.А., Феоктистов Н.А.

МЕХАНИЗМ ВЛИЯНИЯ КАЧЕСТВА ЛИТЕЙНОГО КОКСА НА ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЧУГУНА

Аннотация. Рассмотрен механизм влияния качества литейного кокса, применяющегося в вагранке, на химический состав чугуна и его основные механические характеристики (твердость, структура). Ключевые слова: кокс, вагранка, качество, углерод, кремний, фосфор, зольность.

Литейный кокс имеет сложный химический состав, который влияет на газовый и шлаковый режимы плавки в вагранке, а также на состав металлической фазы. Ее химический состав формируется постепенно при стекании по шихте и коксовой насадке. При этом происходят различные химические реакции между составляющими кокса и элементами формирующегося чугуна.

На содержание углерода в чугуне оказывает влияние содержание его в коксе. Из литературы известно, что степень науглероживания чугуна зависит от расхода кокса (табл. 1), который в свою очередь зависит от зольности: чем больше золы в нем, тем меньше углерода содержится в чугуне (10% золы – 3,2-3,3% углерода; 15% золы – 3% углерода; 20% золы – 2,8% углерода) [1-3].

Таблица 1

Зависимость коэффициента науглероживания К от расхода кокса

Расход кокса от металлозавалки, % Удельный расход воздуха, м3/м2-мин

100-120 140-160 180-200

9 1,3 1,1 0,9

10 1,4 1,2 1,0

12 1,5 1,3 1,1

15 1,7 1,5 1,3

20 1,9 1,7 1,5

На содержание углерода в чугуне влияют не только зольность кокса, но и влажность, и выход летучих веществ. Количество углерода в разных условиях работы вагранки может значительно меняться в зависимости от состава шихты. Если шихта содержит незначительное количество стального лома, то насыщение углеродом будет минимальным, если же шихта содержит высокий процент стального лома, то количество углерода в чугуне существенно возрастет.е0).

Процессы перехода серы и углерода в чугун происходят и в горне [3, 4]. Кроме того, в нем протекают реакции восстановления железа, марганца, кремния шлака и диоксида углерода. Процесс восстановления оксидов металлов в горне идет настолько эффективно, что при достаточной высоте горна весь металл, окислившийся в зонах подогрева, плавления и перегрева, может быть восстановлен [5]. В основе механизма перехода углерода в чугун в горне лежит молекулярная диффузия углерода в чугун, науглероживание которого увеличивается при повышении коэффициента диффузии, времени пребывания чугуна в контакте с коксом, а также увеличение поверхности соприкосновения раскаленного кокса с расплавленным чугуном. Науглероживание неподвижной жидкой массы чугуна в горне вагранки протекает значительно медленнее, и содержание углерода здесь дополнительно повышается на 0,3 – 0,5 % [1 – 3].

Механизм восстановления кремния из кокса

Одной из основных составляющих золы кокса является диоксид кремния SiO2, а он, в свою очередь, способствует протеканию процесса графитизации при кристаллизации и затвердевании, т.Ю} + [С] = ВД + {СО};

– исследование восстановления кремния из кокса через соединение SiC по реакции [10]

SiCкокса — №] + [С].

Исследования проводили на металлургическом коксе (Кд) и спецкоксах (К1, К2), полученных на базе некоксующихся углей и отличающихся высокой реакционной способностью, что позволило установить влияние свойств кокса на содержание кремния в чугуне.

Технический и химический анализы золы кокса приведены в табл. 1. Необходимость использования спецкокса в исследованиях была продиктована, с одной стороны, интересом к спецкоксу, как к перспективному и менее дефицитному топливу, с другой стороны, возможностью выявления влияния реакционной способности и зольности на процессы восстановления кремния непосредственно из кокса.

В табл. 2 и 3 приведены результаты исследований по восстановлению кремния из его газообразного оксида по реакции. При этом было учтено, что в условиях эксперимента значительная часть выделившегося оксида кремния из кокса выдувалась из реакционного пространства печи струей аргона. Как видно из данных табл. 2 и 3, с ростом зольности кокса увеличивается количество выделяющегося в газовую фазу оксида кремния по реакции. Соответственно растет и переход кремния из газовой фазы в расплав. С увеличением же реакционной способности кокса содержание кремния понижается, что связано с расходованием оксида кремния на карбидообразование по реакции.

Кроме того, с повышением зольности кокса количество кремния, восстановленного из кокса, при фильтрации чугуна также увеличивается. Это связано с повышением интенсивности карбидообразования на поверхности кокса, что способствует росту содержания кремния в чугуне.

Проведенные расчеты по определению количества диоксида кремния золы кокса, израсходованной на восстановление кремния из карбида кремния SiC по реакции и из газовой фазы SiO, приведены в табл. 4.

Таблица 2

Характеристика доменного кокса и спецкокса

Показатели Кд К1 К2

Технический анализ, %

Wa 0,30 1,20 1,60

А” 14,00 14,20 19,30

1,58 3,29 2,98

0,58 0,38 0,32

Пористость, % 45,80 33,00 24,40

Реакционная способность [37], мл/г с 0,62 8,40 9,10

Структурная прочность, % 82,00 70,00 69,70

Содержание в золе, %

SiO2 50,50 5 7,01 53,48

М2О3 26,32 21,25 22,05

Fe2Oз 11,60 7,24 7,83

СаО 4,40 2,76 2,68

МдО 1,80 1,77 1,84

Таблица 3

Экспериментальные данные по восстановлению кремния из кокса в синтетический сплав Fe-C [9]

Кокс А”, % Реакционная способность, мл/г с Прирост кремния в сплаве Fe-C, %

Кд 14,00 0,62 0,241

К1 14,28 8,40 0,165

К2 19,30 9,10 0,210

Таблица 4

Анализ восстановления кремния из кокса в передельный чугун по схемам ^Ю}— р] и SiC0к—>[Si]

Кокс т$ю2 кокса, г Расход SiЮ2 кокса на восстановление кремния по схеме SiC0к—[Si] (реакция (28)), мас.Ю}—р] (реакция (27)), мас.%

Кд 2,524 41,6 (1,05) 33,95 (0,857)

К1 3,659 40,99 (1,50) 31,15 (1,140)

К2 4,781 50,20 (2,40) 30,52 (1,459)

Из данных табл. 4 видно, что примерно 50% всего диоксида кремния золы кокса расходуется на восстановление кремния через SiC и лишь около 30% -через газовую фазу SiO. Так как процессы восстановления кремния в реальных условиях протекают одновременно, они вносят свою долю в суммарное содержание кремния в чугуне.

По данным работы [7] угар кремния при выплавке чугуна в коксовой вагранке составляет 10-25% при холодном дутье и 15-25% при горячем дутье (кислый процесс). Вероятно, угар кремния в действительности превышает эти значения за счет процессов восстановления кремния из золы кокса.

Механизм восстановления фосфора при плавке чугуна

Традиционно считается, что фосфор – это вредная примесь, которая способствует появлению брака в отливках. В то же время он является графитизирующим элементом и оказывает влияние на литейные свойства чугуна (снижает кинематическую вязкость и поверхностное натяжение с увеличением жидкотекучести) [11]. Кроме того, фосфор оказывает влияние и на химический состав выплавляемого чугуна. Присутствие фосфора замедляет переход кремния из газовой фазы в жидкий металл [9]. Наиболее существенно влияние начальных концентраций фосфора до 0,35 мас.%.

Из опыта ведения доменной плавки известно, что фосфор, как и кремний, способствует снижению углерода в чугуне. Влияние фосфора на растворимость углерода в железоуглеродистых расплавах можно оценить по уравнению (при Ыр>0,04)

АМ£ =-0,84 МР,

где Np – атомная концентрация фосфора в железе; АМ£ – изменение атомной концентрации углерода в присутствии фосфора.

Фосфор является поверхностно-активным элементом.О)4 и его содержание зависит от месторождения. Мел и мрамор имеют состав идентичный известняку, доломит содержит ~ 0,023 % Р2О5.

Исследования химического состава чугунов ваграночной плавки Ярославского электровозоремонт-ного завода (ЯЭМЗ) филиала «Желдорреммаш» (табл. 5), соответствующих требованиям ГОСТ 28186-89 и ОСТ 32.194-2002, позволили установить наличие тесной корреляционной связи между содержанием фосфора и углерода в чугуне (рис. 1 и 2).

Для объяснения полученной зависимости рассмотрим возможный механизм восстановления фосфора при плавке чугуна.

Таблица 5

Средние арифметические значения содержания фосфора, кремния и углерода в чугуне

Чугун Содержание в чугуне, %

фосфора углерода

По ГОСТ 28186-89 (тип колодки Ф [174]) 1,29 3,12

По ОСТ 32.е2Р и FeP) железа металлической части шихты растворяются в процессе плавки в металле, а фосфаты железа (Реэ(РО4)2) могут восстанавливаться уже при 800-900°С по реакциям [17]:

2Feз(PO4)2+16CO=3Fe2P+P+16CO2, 2Feз(PO4)2+16C=3Fe2P+P+16CO.

Газификация фосфатов кальция (Саз(РО4)2) и алюминия из золы кокса возможна уже при 500 0С. Поэтому восстановление фосфора из кокса в чугун будет происходить через газовую фазу. Возможный механизм газификации фосфатов кальция в присутствии кремнезема в золе кокса будет происходить как с участием углерода кокса, так и с участием углерода, растворенного в чугуне. Кроме того, фосфиды кальция, содержащиеся во флюсах, при нагреве могут разлагаться с образованием газообразных реагентов РО и РО2, которые затем реагируют с углеродом кокса [17].

В процессе плавки в шлак фосфор попадает главным образом из флюсов. При пересчете на Р2О5 в шлаке содержится 0,1-0,5% фосфора [2]. Таким образом, источниками фосфора при плавке чугуна в вагранке могут быть все составляющие шихты. Поскольку фосфор является поверхностно-активным элементом, то реакции восстановления происходят через поверхность металла с участием газообразной фазы. Восстановление фосфора в чугун приводит к снижению его содержания в металле.

Исследование влияния характеристик качества литейного кокса на структуру и механические свойства чугуна

В связи с развитием комплексного управления жизненным циклом изделия, актуальной является проблема наследственности в металлических сплавах и, в частности, в чугуне и стали. Выявление связи между свойствами исходных материалов и готовых изделий позволит осуществить эффективное управление технологическими процессами, интенсифицировать производство, повысить качество выпускаемой продукции.

Под понятием наследственности в чугунах традиционно понимают связь между свойствами исходных шихтовых материалов и свойствами отливок. Например, известно, что углерод кокса в процессе плавки является одним из источников центров кристаллизации [18, 19]. Поскольку в настоящее время еще много серого чугуна для литейного производства выплавляют в вагранках, а в качестве топлива, как правило, применяют литейный кокс [20], в задачу исследований входило установление влияния свойств литейного кокса, как одной из составляющей шихты, на качество отливок.

Исследования проведены на примере технологического процесса изготовления отливок колодки тормозной вагонной из серого чугуна в соответствии с требованиями ГОСТ 28186-89 ((ЯЭМЗ). Непосредственная заливка расплава из вагранки в литейную

форму позволила установить влияние свойств кокса на характеристики чугуна при условии стабильности технологического процесса.

Для исследований были выбраны образцы серого чугуна, выплавленного с использованием в шихте литейного каменноугольного кокса марки КЛ-1. Причем кокс 1-й, 2-й и 3-й партий соответствовал требованиям ГОСТ 3340-88, а кокс 4-й партии – ТУ 0761027-00187852-10.

Литейный кокс 1-й партии отличается наибольшей зольностью и наименьшей прочностью, кокс 3-й партии содержит наименьшее количество серы и влаги, кокс 4-й партии – наиболее прочный и низкозольный, но содержит максимальное количество серы (табл. 6). Средние значения химического состава и твердости чугуна представлены в табл. 7.

Как видно из данных табл. 6 и 7, с уменьшением зольности (с увеличением доли углерода) литейного кокса наблюдается повышение содержания углерода в чугуне. Кроме того, в 4-й партии литейного кокса, как и в чугуне, выплавленном с использованием в шихте этого кокса, массовая доля серы является наибольшей. Чугун, выплавленный с применением литейного кокса 3-й партии, содержит наименьшее количество кремния и марганца, однако обладает максимальной твердостью. % Зольность, А”, % Массовая доля общей серы, Std, % Показатель прочности, М40, %

1 4,8 12,0 0,48 73,2 5,9

2 4,8 11,8 0,48 73,3 5,9

3 4,5 11,7 0,44 73,3 5,9

4 4,8 11,6 0,60 73,8 5,8

*Данные сертификатов качества на партии литейного кокса.

Таблица 7

Химический состав и твердость чугуна

Обозначение партии кокса Массовая доля элементов в чугуне, % Твердость, НВ

С Si Мп Р S

1 2,89 1,74 0,61 1,43 0,07 241-55

2 2,90 1,92 0,70 1,23 0,07 229-241

3 2,98 1,30 0,45 1,40 0,07 255-269

4 3,12 1,90 0,62 1,12 0,08 229-241

Графитные включения структуры чугуна, выплавленного с применением различных партий литейного кокса, оценивали в соответствии с требовани-

ями ГОСТ 3443-87 (рис. 4). Статистические данные были получены при исследовании 16 образцов серого чугуна (по четыре образца чугуна соответственно для каждой партии литейного кокса) по десяти изображениям каждого микрошлифа. Результаты статистического анализа оценки характеристик графитных включений приведены в табл. 8.

Обозна-

чение Размеры включений Количество

партии графита, мкм включений графита, %

кокса

1 ПГд45 (преобладает), ПГд90 ПГ6, ПГ10 (преобладает)

2 ПГд45, ПГд90 ПГ10 (преобладает), ПГ12

3 ПГд45 ПГ6 (преобладает), ПГ10

4 ПГд90 ПГ12 (преобладает), ПГ10

Статистические данные результатов количественного анализа характеристик включений графита приведены в табл. 9.

Данные табл. 8 и 9 свидетельствуют о наличии связи между свойствами литейного кокса и химическим составом чугуна. Например, большим содержанием углерода и серы отличается чугун, выплавленный на 4-й партии литейного кокса, что согласуется с пониженной зольностью и повышенным содержанием серы этого кокса.

Таблица 9

Результаты количественного анализа включений графита

Партия литейного кокса Число колоний* Удельный вес ядер в колониях Wя , % як Содержание графита Г, %

1 13 17,6-23,5 7,1-10,3

2 13 16,8-19,7 9,5-12,1

3 12 24,9-26,7 6,7-8,9

4 15 12,6-19,3 10,9-13,2

Рис. 4. Микрошлифы серых чугунов, выплавленныхс использованием в шихте различных партий литейного кокса: а – 1-я партия; б – 2-я партия; в – 3-я партия; г – 4-я партия (х100)

Таблица 8

Размеры и количество включений графита в структуре чугуна

Для более точного определения количества и формы включений графита в чугуне были реализованы планиметрический и точечный методы количественного анализа. Эти методы позволили оценить размеры колоний и ядер включений графита, а также удельный вес ядра в колонии. Метод проверки статистической гипотезы о равенстве значений в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50779.23-2005 подтвердил несущественность расхождения между значениями, полученными этими методами.

* Округленное до целого среднеарифметического число колоний по 10 изображениям для каждого образца.

Результаты оценки формы и размеров включений графита в образцах чугуна свидетельствуют о том, что для всех образцов характерно наличие завихренного пластинчатого графита (ПГф2) небольшой длины от 45 до 90 мкм, который распределен колониями (ПГр3). Наибольшее количество включений графита наибольшей длины содержит чугун, выплавленный также на 4-й партии литейного кокса (рис. 4, г), для которого характерна пониженная зольность (наибольшее содержание углерода) (табл. 7).

Результаты планиметрического и точечного методов количественного анализа свидетельствуют о том, что наибольшие различия по включениям графита имеют образцы, плавка которых осуществлялась на 3-й и 4-й партиях литейного кокса.

Структура чугуна, выплавленного на 3-й партии литейного кокса (рис. 4, в), характеризуется наименьшим числом колоний с большим удельным весом ядер в них, а также меньшим содержанием графита и относительно небольшим количеством мелких включений графита. Подобная структура чугуна обеспечила наибольшую его твердость (см. табл. 7), несмотря на пониженное содержание кремния, марганца, повышенное содержание фосфора и относительно невысокое содержание углерода по сравнению с другими образцами чугуна. Кокс 3-й партии отличается пониженной влажностью и содержанием серы, то есть имеет более высокое качество как ваграночное топливо по сравнению с коксом других партий.

Чугун, выплавленный на 4-й партии кокса, имеет большее число колоний с наименьшим удельным весом ядер в них (удельный вес ядер в структуре , %, во

всех образцах составил 1,9), что может свидетельствовать о появлении дополнительного числа центров при

кристаллизации. В качестве зародышей при кристаллизации могли выступать как не растворившиеся графитные включения в расплаве, перешедшие из кокса, так и сульфиды (в 4-й партии кокса массовая доля серы имеет наибольшее значение).

По характеристикам графитных включений образцы чугуна, выплавленного на 1-й и 2-й партиях кокса, занимают промежуточное положение между указанными образцами чугуна.

Металлическая основа всех образцов чугунов характеризуется одинаковыми параметрами цементита (Ц2, Цп 2000) и различными формами перлита. Образцы чугуна, плавка которого осуществлялась на 3-й и 4-й партиях кокса, имеют наибольшие различия по содержанию пластинчатого перлита: 96 и 92% соответственно. Это указывает на то, что высокое содержание углерода в литейном (4-я партия) коксе способствует науглероживанию чугуна с образованием графита. Мелкодисперсный перлит характерен для чугуна, выплавленного на 2-й партии кокса, а крупнодисперсный – на 3-й партии.

Фосфидная эвтектика (ФЭ) во всех образцах чугуна имеет одинаковое строение (ФЭ3) и занимает одну и ту же площадь микрошлифа (ФЭп 2000). Ее параметры оотносятся с содержанием фосфора в чугуне. В чугуне, выплавленном на 4-й партии кокса, массовая доля фосфора имеет наименьшее значение, а в чугунах, выплавленных на 1-й и 2-й партиях кокса, – наибольшее. Фосфидная эвтектика представлена в виде разорванной сетки с наименьшим из представленных образцов значением среднего диаметра ячеек сетки для 4-й партии литейного кокса, а для 1-й и 2-й партий кокса – с наибольшим значением. Меньшее содержание фосфора в чугуне, содержащем большее количество углерода, согласуется с повышенным содержанием углерода в литейном коксе.

Таким образом, анализ структуры чугуна, полученного при плавке с использованием в шихте различных партий литейного кокса, позволил выявить его влияние не только на химический состав чугуна, но и на структуру. Были выявлены свойства литейного кокса, влияющие на форму и размеры включений графита в чугуне: содержание золы (Ла, %), массовая доля общей серы %), массовая доля общей влаги в рабочем состоянии %).

Список литературы

1. Воздвиженский В.М., Грачев В.А., Спасский В.В. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении: учеб. пособие для машиностроительных вузов по специальности

«Машины и технология литейного производства». М.: Машиностроение, 1984. 432 с.

2. Леви М.А., Мариенбах Л.М. Основы теории металлургических процессов и технология плавки литейных сплавов. М.: Машиностроение, 1970. 496 с.

3. Ващенко К.И., Шумихин В.С. Плавка и внепечная обработка чугуна для отливок: учеб. пособие. К.: Вища школа, 1992. 246 с.

4. Липницкий А.М. Плавка чугуна и сплавов цветных металлов. Л.: Машиностроение, 1973. 192 с.

5. Грачев В.А., Черный А.А. Современные методы плавки чугуна. Саратов: Приволжское кн. изд-во, 1973. 342 с.

6. Сухарчук Ю.С., Юдкин А.К. Плавка чугуна в вагранках: учебник для профессионального обучения рабочих на производстве. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1989. 176 с.

7. Ким В.А., Иванова В.А., Печегузова Л.Н. Газификация SiO2 и изменение фазового состава золы кокса при термической обработке // Комплексное использование минерального сырья. 1994. № 5. С.41-45.

8. Иванова В.А., Ким В.А., Епархин О.М. Исследование восстановления кремния из SiO-газа при выплавке фосфористого чугуна // Изв. вузов. Черная металлургия. 1999. № 9. С. 9-11.

9. Иванова В.А., Файбышев Н.Е., Ким В.А. Восстановление кремния из кокса // Металлургия машиностроения: международный научно-технический журнал. 2002. № 4 (7). С. 2-3.

10. Иванова В.А., Ким В.А., Епархин О.М. Восстановление кремния при фильтрации // Изв. вузов. Черная металлургия. 2000. № 4. С. 5-7.

11. Григорьев В.П., Вишкарев А.Ф., Королев В.Г. Влияние фосфора и марганца на поверхностное натяжение железоуглеродистых расплавов // Изв. вузов. Черная металлургия. 1960. № 4. С. 55-65.

12. Балапанов М.К. Реологические и поверхностные свойства расплавов доменной плавки глиноземсодержащих железных руд: дис. … канд. техн. наук. Караганда, 1985. С. 123.

13. Ващенко К.И., Рудой А.П. Зависимость поверхностного натяжения чугуна от химического состава // Изв. вузов. Черная металлургия. 1966. № 7. С. 26-33.

14. Волков С.Е., Левенец Н.П., Самарин А.М. Поверхностное натяжение расплавов Fe-P-O // Поверхностные явления в расплавах и возникающих из них твердых фазах. Нальчик, 1965. С. 411-415.

15. Паулинг Л. Природа химической связи. Л., 1947. 440 с.

16. Никольский Б.П. Справочник химика. Т.1. Изд. 2-е. М.: Химия, 1963. 1071 с.

17. Популях Л.А. Исследование поведения фосфора в доменной печи с целью получения чугунов с пониженным содержанием примесных элементов: дис. … канд. техн. наук: 05.16.02 / Популях Лариса Алексевна. М., 2009. 145 с.

18. Никитин В.И., Никитин К.В. Наследственность в литых сплавах. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2005. 476 с.

19. Писаренко Л.В., Лукашевич С.Ф. О наследственности чугунов // Литье и металлургия. 2002. №2. С. 55-57.

20. Кульбовский, И.К., Поддубный А.Н., Богданов Р.А. Образование центров кристаллизации графита в расплаве промышленного чугуна // Литейное производство. 2008. № 6. С. 11-14.

Сведения об авторах

Вдовин Константин Николаевич – д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой технологии металлургии и литейного производства, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия. E-mail: [email protected]

Иванова Валерия Анатольевна – канд. техн. наук, доц., зав. кафедрой технологии материалов, стандартизации и метрологии, ФГБОУ ВО «Ярославский государственный технический университет», Ярославль, Россия. E-mail: [email protected].

Феоктистов Николай Алексеевич – канд. техн. наук, доц., ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия.

INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH

MECHANISM OF INFLUENCE OF QUALITY FOUNDRY COKE ON THE CHEMICAL COMPOSITION OF IRON

Vdovin Konstantin Nikolaevich – D.Sc. (Eng.), Professor, Head of the department of Materials Science and foundry, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Magnitogorsk, Russia. E-mail: [email protected].

Ivanova Valerya Anatolievna – Ph. D. (Eng.), Associate Profeessor, Head of the department Head . the Department of Materials Technology , Standardization and Metrology. Jaroslavl State Technical University. Jaroslavl, Russia. E-mail: [email protected].

Feoktistov Nikolai Aleksandrovich – Ph. D (Eng), Assistent Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Magnitogorsk, Russia. E-mail: [email protected].

Abstract. The mechanism of influence of quality foundry coke in a cupola being applied on the chemical composition of the iron core and its mechanical characteristics (hardness, structure).

Keywords : coke cupola , quality, carbon, silicon , phosphorus and ash .

♦ ♦ ♦

Характеристики и виды чугуна

В состав чугуна входят железо, углерод и разнообразные примеси, которые придают сплаву определенные свойства. Массовая доля углерода в материале должна быть не менее 2,14%, иначе это будет не чугун, а сталь. Этот элемент придает сплаву повышенную твердость, но снижает его ковкость и пластичность. Поэтому чугун является достаточно хрупким материалом. Из других постоянных примесей стоит выделить кремний, марганец, серу и фосфор. В некоторые марки чугуна вводят дополнительные присадки, которые позволяют придать сплаву дополнительные свойства. В качестве легирующих элементов используются хром, никель, ванадий и алюминий.

Плотность чугуна составляет 7,2 грамма на сантиметр кубический. Это является достаточно высоким показателем для металлов и их сплавов. Чугун отлично подходит для литья при производстве разнообразных изделий для всех отраслей промышленности. По этому показателю он незначительно уступает сталям некоторых марок, превосходя все остальные сплавы железа.

Температура плавления чугуна составляет 1200 градусов по Цельсию, что на 250-300 градусов ниже, чем необходимо для плавления стали. Это связано с повышенным содержанием углерода и как следствие его менее тесной связью с атомами железа на межмолекулярном уровне. При выплавке чугуна и последующей кристаллизации весь углерод не успевает внедриться в структурную решетку железа, поэтому чугун получается хрупким. Его не используют для производства продукции, которая будет эксплуатироваться под воздействием постоянных динамических нагрузок. Зато он идеально подходит для деталей, к которым предъявляется требование повышенной прочности.

Технология получения чугуна

Получение чугуна – очень материалоемкий процесс, требующий серьезных затрат. На получение одной тонны сплава уходит около 550 килограмм кокса и 900 литров воды. Затраты руды зависят от содержания в ней железа. Обычно используется сырье с массовой долей элемента не менее 70%, так как обработка более бедных руд экономически неоправданна. Такое сырье сначала проходит процедуру обогащения, а уже потом отправляется на переплавку. Производство чугуна проходит в доменных печах. Лишь около 2% от всего производимого в мире материала выплавляется в электропечи.

Технологический процесс состоит из нескольких взаимосвязанных этапов. На первом этапе в доменную печь загружают руду, которая содержит так называемый магнитный железняк (соединение двухвалентного и трехвалентного оксидов железа). Также в качестве сырья могут использоваться руды с содержанием водной окиси железа или его солей. Вместе с сырьем в печь загружают коксующиеся угли, которые предназначены для создания и поддержания высокой температуры. Кроме того продукты их горения принимают участие в химических реакциях в качестве восстановителей железа.

Дополнительно в топку подает флюс, который выступает в качестве катализатора и помогает породам быстрее плавиться, освобождаю тем самым железо. Стоит отметить, что перед попаданием в доменную печь руда проходит специальную предварительную обработку. Они измельчается при помощи дробильной установки, так как мелкие частицы быстрее расплавятся. Затем ее промывают, чтобы удалить все лишние элементы, которые не содержать металла. После этого высушенное сырье проходит обжиг в специальных печах, который позволяет удалить из соединений серу и другие чужеродные элементы.

Когда доменная печь загружена и готова к эксплуатации начинается второй этап производства. После запуска горелок кокс начинает разогревать сырье, выделяя при этом углерод, который, проходя через воздух, реагирует с кислородом и образует оксид. Этот оксид активно участвует в восстановлении железа из соединений, находящихся в руде. При этом, чем больше газа становится в печи, тем слабее протекает химическая реакция. После достижения определенной пропорции она им вовсе прекращается. Избыток газов используется как топливо для поддержания температуры в печи. Такой подход имеет несколько положительных моментов. Во-первых, снижаются затраты ископаемого горючего, что несколько удешевляет производство продукции. А, во-вторых, продукты горения не выбрасываются в атмосферу, загрязняя ее вредными примесями, а продолжают свое участие в технологическом процессе.

Избыток углерода смешивается с расплавом и, поглощаясь железом, образует чугун. Все не расплавившиеся элементы породы всплывают на поверхность и удаляются из материала. Отходы называют шлаком, который затем пойдет на производство других материалов. После удаления всех лишних частиц в расплав при необходимости добавляют разнообразные присадки. Таким способом получают два вида сплавов: передельный и литейный чугун.

Разновидности чугуна

Передельный материал используется для производства стали кислородно-конвертерным способом. Этот вид характеризуется низким содержанием марганца и кремния в составе сплава. Литейный чугун идет на производство разнообразной продукции. Он делится на пять разновидностей, который стоит рассмотреть более детально. Белый чугун является сплавом, в котором избыточная часть углерода содержится в виде цементита или карбида. Свое название он получил за характерный белый цвет в районе излома. Массовая доля углерода в нем составляет более 3%. Этот материал характеризуется повышенной ломкостью и хрупкостью, поэтому его использование весьма ограничено.

Применяется данный вид при производстве простых деталей, которые работают в статических условиях и не несут дополнительной нагрузки. Добавление в сплав легирующих присадок позволяет повысить технические характеристики материала. Для этих целей используется никель или хром, реже алюминий и ванадий. Марка данной разновидности, которая носит название «сормайт» используется в качестве нагревательного элемента в различных устройствах. Она обладает хорошими показателями удельного сопротивления и без проблем работает при температурах до 900 градусов по Цельсию. Из белого чугуна изготавливают ванны для бытовых нужд.

Серый чугун – наиболее распространенная разновидность материала, которая применяется во многих отраслях народного хозяйства. В этом сплаве углерод присутствует в виде графита, перлита или феррито-перлита. Массовая доля углерода находится на уровне 2,5%. Материал обладает высокой для чугуна прочностью, поэтому используется для производства деталей, имеющих циклическую нагрузку определенного уровня. Из него изготавливают втулки, корпуса различного промышленного оборудования, кронштейны, зубчатые шестеренки.

Графит значительно улучшает действие смазки и снижает влияние трения, так что детали обладают повышенной стойкостью к этому виду износа. При необходимости эксплуатации в агрессивных средах в состав серого чугуна вводятся дополнительные элементы, которые позволят выдержать негативное воздействие. К ним можно отнести никель, хром, молибден, бор, сурьму, медь. Эти элементы позволяют защитить чугун от влияния коррозии. Также некоторые из них повышают уровень графитизации свободного углерода в сплаве, что позволяет создать защитный барьер, через который не могут пробиться какие-либо разрушающие элементы.

Половинчатый чугун является промежуточным материалом между первыми двумя разновидностями. В нем часть углерода содержится в виде графита, а часть – в виде карбида. Также в сплаве могут в незначительных долях присутствовать цементит (до 1%) и лидебурит (до 3%). Массовая доля углерода в материале составляет 3,5-4,2%. Эта разновидность используется для производства деталей, которые будут проходить эксплуатацию в условиях постоянного трения. К ним относятся тормозные колодки для автомобильной промышленности и разнообразные измельчительные валки для станков. Для повышения износостойкости в сплав по традиции вводятся легирующие присадки.

Ковкий чугун является разновидностью белого сплава, который был подвергнут специальному отжигу с целью графитизации свободного углерода в составе материала. Этот вид обладает улучшенными демпфированными свойствами по сравнению со сталью. К тому же он менее чувствителен к надрезам и хорошо проявляет себя в работе при низких температурах. Углерод, массовая доля которого составляет до 3,5%, находится в сплаве в виде феррита, феррито-перлита или зернистого перлита с вкраплениями графита. Используется данный материал в автомобильной промышленности для изготовления деталей, работающих в условиях постоянного трения. Для повышения его эксплуатационных характеристик в сплав добавляют магний, бор и теллур.

Высокопрочный чугун получается в результате образования в сплаве шаровидной формы включения графита в металлическую решетку. Это ослабляет металлическую основу кристаллической решетки и приводит к появлению улучшенных механических свойств. Процесс образования шаровидного графита производится путем введения в сплав магния, церия, иттрия и кальция. По своим техническим характеристикам материал очень близок к высокоуглеродистой стали. Он хорошо поддается литью и способен заменять стальные литые элементы в механизмах. Высокий уровень теплопроводности позволяет использовать данный вид при изготовлении отопительных приборов и трубопроводов.

Какие трудности испытывает чугунная промышленность?

Перспективы развития чугунной промышленности выглядят не особо радужно. Высокий уровень затрат на производство одной тонны материала и большое количество отходов заставляют промышленников искать более дешевые заменители. Быстрое развитие науки уже сейчас позволяет получать лучшие сплавы при меньших затратах. А в условиях глобальной экологической опасности не обращать внимания на загрязняющий фактор производство недопустимо. Поэтому металлурги по всему миру отказываются от доменных печей в пользу электрического оборудования.

Но перевести выплавку чугуна на эти рельсы в кратчайшие сроки физически невозможно. Это потребует колоссальных финансовых затрат, которые не потянет ни одно государство. Так что остается лишь ждать, как скоро промышленники сумеют наладить массовый выпуск новых сплавов. Полностью отказаться от чугуна в ближайшие десятилетия, конечно, не получится, но его мировое производство неуклонно будет снижаться. Эта тенденция наблюдается уже в течение последних 5-7 лет.

Какую структуру имеет ковкий чугун

Чугун — сплав железа с углеродом (от 2,14% до 4-5% углерода), применяемый в промышленности, сантехнике и отоплении, используемый в хозяйственном быту. Чугуны дешевле стали (также сплав железа с углеродом), имеют лучшие литейные свойства, большую тепловую инертность, поэтому широко применяются в различных отраслях машиностроения.

Схема отжига белого чугуна на ковкий.

В зависимости от технологии изготовления в структуре сплава формируются две разные углеродистые формы: графит или цементит. Присутствие того или иного вида углеродного включения определяет вид чугуна и его свойства. Серый чугун содержит свободный углерод (графит), он является литейным. Он характеризуется достаточной пластичностью, позволяющей выполнять его механическую обработку.

Для белого чугуна, содержащего связанный углерод (цементит), характерна высокая твердость и следующая за ней износостойкость, он хрупок и плохо обрабатывается механическим резанием. Он является основой для получения ковкого вида, объединяющего в себе свойства прочности и пластичности. Какая обработка приводит к преобразованию белого чугуна в ковкий и при каких технологических операциях формируется структура ковкого чугуна?

Виды сплавов: белый и серый

Схема микроструктуры ковкого чугуна.

Структура чугуна белого формируется благодаря быстрому охлаждению при затвердевании. При такой технологии растворенный при высоких температурах углерод не успевает выделиться в отдельную структурную составляющую и остается в связанном виде (цементит или карбид железа Fe₃C). Его присутствие определяет свойства твердости, износостойкости и хрупкости.

Поскольку скорость охлаждения играет определяющее значение для формирования структуры, важна толщина отливок. При слишком большом сечении (больше 50 — 60 мм) трудно отрегулировать требуемую скорость остывания и получить необходимую безграфитную структуру по всей толщине.

Белые сплавы часто называют передельными, поскольку сами по себе они не применяются, а служат промежуточным сплавом, который либо отжигается в ковкий чугун (КЧ), либо переплавляется в сталь.

Технология получения серого чугуна предполагает медленное охлаждение при затвердевании плюс дополнительное модифицирование кремнием в размере 1-3% (кремний усиливает графитизацию), что позволяет растворенному графиту выделиться в виде отдельных включений.

Структура чугуна с полученными графитными включениями формирует меньшую (чем при цементите) твердость материала и позволяют обрабатывать его резанием. Форма и дисперсность графита, структура металлической основы определяют свойства и виды материала чугунного сплава: серый (СЧ), высокопрочный (ВЧ).

Ковкий чугун: свойства и структура

Схемы микроструктур чугуна.

Ковкий вид чугуна не обрабатывается давлением, над ним не выполняется ковка. Название «ковкий чугун» связано с повышенной пластичностью и вязкостью.

Для получения оптимального сочетания прочности и пластичности используется технология длительного отжига отливок (от 50 до 120 часов) при температуре 900 — 1050ºC. Толщина стен отливок должна быть меньше 50 мм. При этом имеющиеся цементитовые включения распадаются на свободный углерод и феррит (железо).

Процесс распада цементита, называемый графитизацией, может быть полным или не полным. При полном распаде структура чугуна освобождается от всех включений цементита, которые сначала растворяются в аустените (высокотемпературная модификация железа) и затем выделяются в виде графита. Полная графитизация чугуна и преобразование литого материала в ковкий чугун происходит при длительной выдержке и медленном охлаждении.

Схема получения ковкого чугуна.

Плавное охлаждение обеспечивает хлопьевидную форму углерода в структуре ковкого чугуна. В отличие от пластинчатой формы графита, являющейся концентратором напряжений и источником разрушения, обеспечивающей хрупкость чугуна, хлопьевидная форма не ослабляет структуру металлического сплава. Хлопьевидный графит формирует требуемую для ковкого чугуна пластичность и вязкость.

Более пластичной будет структура с шаровидными углеродными включениями, свойственными высокопрочному сплаву. Высокопрочные чугуны получают из серого чугуна модификацией (легированием) щелочно-земельными металлами (добавками магния, церия).

Таким образом, в результате длительного отжига и медленного охлаждения тонкостенных отливок формируется структура, для которой характерны мягкая ферритная основа и компактные графитные включения.

Такая структура чугуна характеризуется хорошей износостойкостью, достаточной прочностью на удар, хорошо обрабатывается резанием и потому широко применяется в различных промышленных сферах.

Толстостенные отливки (больше 50 мм) формируют не только хлопьевидные, но и пластинчатые графитные включения. Такая структура хуже обеспечивает полный комплекс механических свойств ковкого материала.

Отжиг: технология и фазовые превращения

Диаграмма изотермических превращений аустенита в ковком чугуне с 2,9% С; 0,88% Si, 0,36% Mn и 0,09% S.

По получаемой структуре ковкий вид материала делят на белосердечный (перлитный) и черносердечный (ферритный) материал. Перлитный является более твердым и износостойким, а ферритный — более прочным и вязким. Структура чугуна ковкого (феррит или перлит + графитные включения) определяется особенностями отжига, температурой и временем выдержки (томления) в печи.

От структурных составляющих и их формы зависят свойства готового материала. Структура чугуна для полноценного отжига с получением требуемых свойств не должна содержать в себе выделений свободного графита, должна быть «отбеленной» по всему сечению. Для этого в сплаве ограничивают количество содержания кремния, способствующего графитизации.

Перлитная основа

Основные виды чугунов.

Белосердечный (перлитный) ковкий чугун получают обезуглероживающим отжигом отливок в порошке железной руды. Популярность этой технологии в прошлом объясняется повышенным содержанием углерода в вагранных отливках (3,4 — 3,6%).

Современная плавка в вагранке дает меньшее содержание углерода (до 3%).

Для перлитного ковкого чугуна используются отливки белого чугуна, содержащие углерод в количестве 3,0 — 3,6 %, технологические добавки кремния, марганца, фосфора, серы. Их размещают в коробах и засыпают свежим рудным порошком или окалиной. При отжиге в железной руде формируется окислительная среда, и углерод частично выгорает (окисляется). Поверхностный слой на глубине до 2 мм оказывается полностью обезуглероженным.

Получаемое литое изделие имеет прочность к воздействию разрывающих и усталостных нагрузок, близкую к стали, повышенную износостойкость. Отливка после обезуглероживания формирует разные свойства вдоль сечения: меньшая твердость на поверхности и большая в сердцевине.

Нагрев выполняется в одну стадию: до 1000 ºC, затем следует длительная выдержка (от 60 до 100 часов) и медленное непрерывное охлаждение вместе с печью. Формируемая «белосердечная» структура состоит из перлита, который на изломе имеет серебристый белый цвет.

На приведенном ниже Изображении 2 структура перлитного ковкого материала соответствует фото «а».

Ферритная основа

Холодная дуговая сварка чугуна.

Черносердечный (ферритный) ковкий чугун (фото «б» на приведенном изображении) отжигается без присутствия руды.

Для защиты от окисления отливки засыпают песком или шамотом, возможно, стальной стружкой. Такой отжиг называют графитизирующим.

Для получения ферритного ковкого чугуна важна структура исходной отливки и химический состав сплава. Ферритный черносердечный материал отжигают из белого, содержащего углерод в количестве 2,4 — 2,8 %, а также добавки кремния, марганца, серы и фосфора. Такие малоуглеродистые сплавы плавятся при повышенных температурах (в сравнении со среднеуглеродистыми), поэтому для их плавки применяется дуплекс — процесс.

На первой стадии при температурной выдержке 900 — 1050 ºC распадается углерод цементита (время выдержки 10-15 часов). На втором этапе при 720 — 760 ºC распадается перлит с выделением свободного феррита и графита, время выдержки 25 — 30 часов.

Таким образом, структура чугуна после двух стадий отжига содержит феррит и свободный хлопьевидный графит. Излом зерен феррита имеет темно-серый цвет, поэтому такие чугуны получили название черносердечных. Черносердечный ковкий чугун характеризуется хорошей вязкостью, дающей возможность обрабатывать его механическим воздействием (на режущем станке). Плотность литья и небольшие литьевые напряжения позволяют лить из ковкого вида тонкостенные детали с толщиной стенок от 4 до 40 мм.

По механическим и литьевым свойствам ковкий вид материала лучше других видов сплавов, но хуже стали.

Ферритная структура обладает небольшой твердостью и износостойкостью, но характеризуется хорошей вязкостью и прочностью. Такой материал заменяет сталь в неответственных узлах.

Схема отжига белого чугуна на ковкий.

Виды сплавов: белый и серый

Схема микроструктуры ковкого чугуна.

Белые сплавы часто называют передельными, поскольку сами по себе они не применяются, а служат промежуточным сплавом, который либо отжигается в ковкий чугун (КЧ), либо переплавляется в сталь.

Ковкий чугун: свойства и структура

Схемы микроструктур чугуна.

Схема получения ковкого чугуна.

Отжиг: технология и фазовые превращения

Диаграмма изотермических превращений аустенита в ковком чугуне с 2,9% С; 0,88% Si, 0,36% Mn и 0,09% S.

Перлитная основа

Основные виды чугунов.

Современная плавка в вагранке дает меньшее содержание углерода (до 3%).

На приведенном ниже Изображении 2 структура перлитного ковкого материала соответствует фото «а».

Ферритная основа

Холодная дуговая сварка чугуна.

По механическим и литьевым свойствам ковкий вид материала лучше других видов сплавов, но хуже стали.

Чугун является одни из популярнейших сплавов металлов. Он применяется в различных сферах жизнедеятельности человека. Помимо основного сплава, существуют отдельные разновидности этого материала, например, ковкий чугун. У каждого вида чугуна свой состав и характеристики.

Основные характеристики металла напрямую зависит от процентного содержания углерода в его составе. Структура ковкого чугуна представляет собой кристаллическую решётку, в которой присутствуют частицы углерода в форме графита. Дополнительно в составе содержится небольшое количество кремния, марганца и хрома.

Строение ковкого материала влияет на изготавливаемые из него детали и заготовки. Например, ферритная разновидность материала обладает более низким показателем прочности, нежели перлитная. При использовании частиц графита хлопьевидной формы материал становится более прочным и пластичным. Детали, изготавливаемые из ковкого чугуна, могут изменять размер и форму при длительном воздействии комнатной температуры и уровня влажности.

Однако по названию материал нельзя говорить о способах обработки. Этот вид чугуна по стандартам, указанных в ГОСТах, не производится с помощью ковочного оборудования. Для этого применяется технология литья. Благодаря этому в готовом металле нет внутренних и поверхностных напряжений. Характеристики:

Высокий показатель текучести и прочности.
Устойчивость к коррозийным процессам.
Металл выдерживает длительное воздействие кислот и щелочей.

Однако характеристики этого материала быстро снижаются при воздействии низких температур. Он становится хрупким и разрушается от ударов.

Разновидности

При изготовлении высокопрочных чугунных сплавов, создаются разные условия, при которых проводится процедура отжига. В зависимости от изменений технологического процесса, получается три вида ковкого чугуна:

Перлитный — в состав этого материала входят частицы графита хлопьевидной формы.
Ферритный — этот материал включается в себя феррит и частицы углерода хлопьевидной формы.
Ферритно-перлитный. Смесь двух предыдущих видов ковкого чугуна.

В зависимости от температуры отжига и легирующих добавок характеристики готового материала изменяются.

Свойства

Механические свойства чугуна напрямую зависят от того, сколько в его составе содержится углерода и в какой форме представлен этот компонент. Характеристики могут изменяться от добавления легирующих примесей. К ним относится кремний, марганец, сера, фосфор и хром. Изготавливают этот материал из белого чугуна, после проведения отжига при высоких температурах. Свойства ковкого материала:

Высокий показатель прочности и пластичности.
Хорошая вязкость.
Материал обладает высокой износостойкостью.

Ковкий чугун является лучшей разновидностью основного сплава. Из него изготавливаются массивные конструкции, отдельные части которых соединяются с помощью сварочного оборудования.

Маркировка

Как и другие металла или их сплавы, ковкий чугун имеет определённую маркировку. Он обозначается в сокращении КЧ. После букв, обозначающих материал, идут цифры. Первые две обозначают предел прочности на разрыв. Третья цифра указывает на показатель удлинения в процентах.

По ГОСТу 1215–79 существует 11 разновидностей ковкого чугуна, которые имеют собственную маркировку. Их можно найти в справочниках по литью металлов и сплавов или таблицах в интернете.

Особенности производства

При изготовлении ковкого чугуна существует ряд особенностей и тонкостей. В первую очередь необходимо понимать, что основой для изготовления этого материала является БЧ (белый чугун). Этот сплав обладает плохими показателями для литья. При остывании происходит процесс усадки, во время которого материал сильно теряет в размере. Во время литья белого чугуна часто образовываются дефекты, из-за которых заготовки бракуются.

Чтобы добиться желаемого результата и обойти все недостатки этого материала, необходимо нагревать его до критических температур и при этом учитывать то, насколько измениться форма заготовки во время процессов томления и усадки. Томление металла должно проходить при температуре в 1400 градусов по Цельсию. Во время этого процесса заготовки располагаются в специальных горшках, изготавливаемых из тугоплавких металлов. В одну емкость для томления укладывается до 300 отливок.

При укладке заготовок в горшки их располагают как можно плотнее друг к другу. Сверху их засыпают рудой или песком. Таким образом материал защищается от процессов окисления и деформации.

Чтобы сделать ковкий чугун, используют электрические печи. Специальное оборудование позволяет регулировать температуру томления. Наиболее эффективными являются печи, в которых можно регулировать воздушные смеси. Самыми популярными печами для изготовления ковкого материала являются муфельные. Они позволяют уберечь емкости с заготовками от соприкосновения с продуктами сгорания топлива.

Готовые отливки проходят несколько этапов очистки. На первом этапе с них счищаются остатки формовочной смеси. Чтобы провести грубую очистку применяется промышленное пескоструйное оборудование. Далее идёт второй этап очистки, на котором с отливки удаляются остатки питателей. Для этого применяются шлифовальные машины.

В ГОСТах указаны требования и правила, которые позволяют уберечь детали из КЧ от появления различных дефектов. К ним могут относиться трещины, сколы, недоливы и раковины. Ковка чугуна не проводится ни на одном этапе производства. Исправить большинство дефектов термической обработкой невозможно.

Сферы использования

Благодаря характеристикам ковкий чугун получил широкое применение в различных сферах промышленности:

Производство изделий и деталей, которые будут подвергаться серьёзным нагрузкам в процессе эксплуатации.
Машиностроение.
Сельскохозяйственная промышленность.
Изготовления деталей для промышленного оборудования и станков.

Из ковкого чугуна делают механизмы, конструкции и детали, которые используются при эксплуатации железнодорожного транспорта. Яркий пример использования этого материала в машиностроении — изготовление коленчатых валов, которые устанавливаются в дизельных тракторах и автомобилях. Низкая цена и характеристики этого металла позволяют использовать его, как аналог разным видам сталей.

Ковкий чугун представляет сплав железа и углерода. Изготавливают его из БЧ в процессе отжига. В итоге получается уникальный материал со своими характеристиками. Используется в машиностроении, строительстве, изготовлении деталей для поездов и износоустойчивого оборудования, станков.

Углеродистая сталь

и чугунные сковороды: в чем разница?

Большинство домашних поваров знакомы с чугунной посудой и, вероятно, владеют хотя бы одной посудой. Он доступен по цене, универсален, практически неразрушим и отлично подходит для всего, от поджаривания стейков до выпечки кукурузного хлеба.

Сковороды из углеродистой стали менее популярны, несмотря на то, что они предлагают большую часть (если не все) преимуществ чугуна – не обязательно за меньшие деньги, но, возможно, с меньшими хлопотами.

Давайте посмотрим на них, разберем различия и то, для чего они хороши и для чего не очень хороши.

Что такое чугун?

Вы могли подумать, что чугун сделан из чистого железа, но это не так. Чугун на самом деле представляет собой сплав железа и углерода, как и сталь, с основным отличием в том, что в чугуне больше углерода. В то время как сталь требует содержания углерода не более 2 процентов, чугун обычно содержит от 2 до 3,5 процентов углерода.

Именно содержание углерода придает чугуну грубый, слегка неровный вид. Его более высокое содержание углерода делает чугун более хрупким, чем сталь (вот почему он должен быть таким тяжелым и толстым – если бы он был тоньше, он бы сломался).А поскольку это плохой проводник, он сохраняет тепло в течение длительного времени (при этом требуется больше времени для нагрева и охлаждения).

Что такое углеродистая сталь?

Сталь также является сплавом железа и углерода, но чтобы считаться сталью, она должна содержать менее 2 процентов углерода. Нержавеющая сталь содержит 1,2 процента углерода (вместе с хромом, предотвращающим коррозию), тогда как углеродистая сталь содержит 2 процента.

Углеродистая сталь имеет матовую поверхность по сравнению с блестящей нержавеющей сталью.Углеродистая сталь намного тверже нержавеющей стали (что делает ее идеальной для изготовления ножей, которые остаются острыми, но также труднее затачивать), но она может подвергаться коррозии и ржаветь, в то время как нержавеющая сталь – нет. Углеродистая сталь также дороже (иногда значительно), чем чугун.

Готовка на чугунных сковородках

Чугунные сковороды прекрасно подходят для использования на кухне из-за их долговечности, универсальности, сохранения тепла и доступности. Поскольку они такие горячие, они могут поджарить стейк за считанные минуты, а поскольку они одинаково безопасны как на плите, так и в духовке, вы можете поджаривать, запекать, тушить и жарить с ними – вы даже можете использовать их на гриле или под жаровню.

А при правильной выдержке они действительно приобретают антипригарную поверхность. Тем не менее, они никогда не будут лучшим выбором для приготовления яиц, и, как правило, они слишком тяжелые для обжаривания. Кроме того, если вы попытаетесь кипятить кислую жидкость в чугуне, например, томатный соус, кислота разрушит антипригарную приправу и придаст металлический привкус вашей пище.

Уход за чугунными сковородами

Большинство чугунных сковородок в наши дни имеют уже прошедшие сезонные испытания. «Приправа» – это нежирный слой масла, который приклеивается к поверхности сковороды и защищает ее от ржавчины, а также придает антипригарные свойства.И хотя сама сковорода чрезвычайно прочная, эту приправу можно соскоблить, если поцарапать ее металлическим шпателем.

Таким образом, уход за чугуном в основном сводится к сохранению приправы, то есть к сушке его сразу после стирки (для предотвращения ржавчины) и нанесению слоя масла после каждого ополаскивания водой с мылом. Не допускайте попадания кастрюли в посудомоечную машину и вымойте ее вручную водой с мылом. Вопреки распространенному мнению, мыло не может удалить приправу (хотя чрезмерное очищение может).

Сковороды из эмалированного чугуна

Некоторые чугунные сковороды имеют эмалевое покрытие, что упрощает уход за ними, поскольку эмаль защищает поверхность от ржавчины и коррозии. Обратной стороной является то, что эмалевое покрытие может треснуть при температурах до 400 F, что в некоторой степени противоречит предназначению чугуна. Он также может расколоться, если ударить его достаточно сильно, и, хотя его легче чистить, чем обычный чугун, он никогда не будет антипригарным, потому что на эмали нет возможности накапливать приправу.

Готовка на противнях из углеродистой стали

Одним из больших преимуществ углеродистой стали перед чугуном является то, что сковороды из углеродистой стали нагреваются намного быстрее. А поскольку он более проводящий, чем чугун, он нагревается более равномерно, с меньшим количеством горячих точек. Но даже при этом он по-прежнему способен нагреваться до достаточно высокой температуры, чтобы полностью прожарить стейк, и его также можно использовать на плите и в духовке.

Углеродистая сталь, как и чугун, также требует выдержки. Разница в том, что вам, скорее всего, придется приправлять его самостоятельно.Это просто вопрос следования инструкциям производителя, и это не сложно, но это дополнительный шаг.

Но, в отличие от чугуна, сковороды из углеродистой стали идеально подходят для приготовления яиц, омлетов и блинов, а также рыбы, которая, как известно, прилипает. Более гладкая поверхность и добавка приправ делают углеродистую сталь такой скользкой.

А поскольку он легче, вы можете легко использовать его для тушения. На самом деле, если бы не тот факт, что кислая пища лишит приправы, как и в случае с чугуном (а также придет неприятный привкус), у вас может возникнуть соблазн заменить все сковороды из нержавеющей стали углеродистой сталью.

Уход за поддонами из углеродистой стали

Однако уход за углеродистой сталью, которая склонна к ржавчине, сложнее, чем уход за нержавеющей сталью, хотя и не намного сложнее, чем уход за чугуном.

Опять же, очистка заключается в том, чтобы аккуратно вымыть, тщательно высушить и нанести тонкий слой масла после этого.

Углеродистая сталь

против чугуна: что лучше?

При покупке посуды может быть сложно пройти по кухонному проходу и увидеть огромное пространство кастрюль и сковородок в бесконечном выборе цветов, форм, размеров, материалов и торговых марок.Кажется, у всех ваших друзей есть разные предложения относительно того, без какого инструмента, по их мнению, вы просто не можете жить. Но как узнать, какой из них вам подойдет? Что лучше углеродистой стали и чугуна?

Одним из важнейших факторов при выборе сковороды является выбор материала; Сравнение тефлонового покрытия с нержавеющей сталью, чугуном и углеродистой сталью.

Тефлон полон токсичных химикатов.

Нержавеющая сталь не обладает хорошей теплопередачей или распределением тепла.

Посуда из чугуна и углеродистой стали на сегодняшний день является самой прочной из . У них есть некоторые общие качества, и у обоих есть разные преимущества и недостатки.

Но в битве углеродистой стали и чугуна мы думаем, что чугун – лучший выбор. Давайте подробнее рассмотрим эти два, чтобы мы могли показать вам, почему, и помочь сделать ваш выбор более осознанным.

Что такое чугун?

Чугун состоит из групп железоуглеродистых сплавов. Чтобы чугун считался чугуном, содержание углерода должно быть более 2%.Углерод – это то, что придает чугуну шероховатость и неровность. Он довольно медленно нагревается и остывает, но в горячем состоянии сохраняет тепло надолго.

Что такое углеродистая сталь?

Это также сплав углерода и железа, но он содержит менее 2% углерода. Поэтому он считается стальным. Он имеет матовое покрытие и очень и очень твердый. К тому же он дороже чугуна.

Разница между углеродистой сталью и чугуном

Чугунная сковорода и ее аналог из углеродистой стали во многом отличаются.Они будут отличаться прочностью, теплопроводностью, ценой, весом, универсальностью в обслуживании. В этой статье мы выясним, почему вам лучше всего подходит чугунная сковорода.

Прочность

Сковороды из чугуна и углеродистой стали полностью изготовлены не из железа, а из сплава железа. Между двумя материалами есть небольшие различия. Оба материала довольно прочны по своей природе по сравнению с другими доступными материалами.

Чугун состоит из 97-98% железа и 2-3% углерода
Углеродистая сталь обычно на 99% состоит из железа и на 1% из углерода

Чтобы сталь считалась настоящей углеродистой, продукт должен содержать менее 2% углерода по сравнению с железом.Разница кажется небольшой, но она заметна, когда дело касается кухонных принадлежностей. Из-за того, что в кастрюлях из углеродистой стали содержится больше железа, их можно сделать тоньше, чем чугун. Это может показаться выгодным с точки зрения веса, но тонкие сковороды из углеродистой стали более склонны к деформации, чем толстые чугунные сковороды .

Победитель: Это ничья. Оба материала прочные и долговечные.

Масса

Говоря о весе, распространено заблуждение, что углеродистая сталь весит меньше чугуна.Дюйм за дюймом, чугун на самом деле весит меньше углеродистой стали, так как это менее плотный материал. Железо в сплаве – самый тяжелый элемент, а углеродистая сталь содержит больше железа, чем чугун.

Разница в весе объясняется тонкостью многих карбоновых поддонов. Чугунные сковороды обычно делают толще, что означает, что они обычно тяжелее, но разница минимальна.

Победитель: Ничья. Толстый чугун немного тяжелее в обращении, но ни то, ни другое не является неуправляемым и не требует тонны перемещений, когда вы начинаете готовить.

Индукция тепла

Чугун – явный победитель, когда дело доходит до индукции и удержания тепла. Чугун очень сильно нагревается и сохраняет тепло, что делает его идеальным для поджаривания мяса и гамбургеров. Он медленно нагревается, но также медленно остывает, поэтому он также отлично подходит для медленного приготовления.

Углеродистая сталь нагревается быстрее, чем чугун, но не так хорошо сохраняет тепло. Это может быть проблематично, особенно при работе с электроплитами, имеющими слабую и неравномерную горелку.

Победитель: Чугун.

Стоимость

Как и любой другой кухонный инвентарь, когда дело доходит до выбора сковороды, существует широкий диапазон качества и цены.

Чугун, как следует из названия, получают путем заливки смеси стали и углерода в предварительно изготовленную отливку. Сковороды из углеродистой стали изготавливаются путем ручного прессования и прокатки углеродистой стали в форму противней, что является дорогостоящим процессом. Материалы, из которых изготовлена сковорода из углеродистой стали, также более дорогие.

Вы можете найти чугунные детали хорошего качества по цене от 20 долларов за сковороду, в то время как сковороды из углеродистой стали хорошего качества начинаются примерно с 60 долларов за штуку.

Победитель: Чугун. Зачем платить больше за версию из углеродистой стали при примерно половине цены и сопоставимом качестве?

Универсальность

Оба этих инструмента в целом достаточно универсальны. Вы можете использовать углеродистую сталь и чугун на плите и в духовке.

Чугун имеет преимущество, когда дело касается его формы.Чугунные сковороды, как правило, имеют более крутые стороны, что позволяет готовить продукты, требующие глубины, например пиццу с глубоким блюдом. Они также являются идеальным выбором для приготовления пищи, требующей приличного количества жидкости или масла, например для жареной курицы. Сковороды из углеродистой стали имеют наклонные стороны, с которыми может быть труднее работать в таких ситуациях.

Победитель: Чугун.

Техническое обслуживание

Когда дело доходит до обслуживания, углеродистая сталь и чугун требуют немного большего ухода, чем традиционные сковороды с антипригарным покрытием.Это стоит того, чтобы пойти на компромисс, если учесть, что эти химические покрытия могут быть довольно опасными для вашего здоровья, когда они неизбежно начинают отслаиваться и отслаиваться в вашу пищу.

Углеродистая сталь и чугун требуют приправы, чтобы пища не прилипала. Приправить чугунную посуду приправой – это простой процесс, если все сделано правильно. Из-за свойств приправленной посуды вам следует избегать приготовления кислых продуктов, таких как томатный соус, как в углеродистой стали, так и в чугуне.

Вы должны использовать аналогичный метод для очистки чугуна и углеродистой стали.Также нельзя мыть в посудомоечной машине, поэтому требуется мытье рук. Чтобы приправы оставались нетронутыми, ни один из них не должен быть полностью погружен в воду, а использование мыла должно быть сведено к минимуму.

Оба материала склонны к ржавчине, если оставить их влажными в течение длительного времени. Тщательная сушка чистым полотенцем после мытья с последующим быстрым повторным заправкой маслом – лучший способ сохранить посуду в отличной форме в течение длительного времени.

Победитель: Ничья. Они оба требуют небольшой работы для долгосрочной окупаемости.

Окончательный вердикт: чугун против стали

Общий победитель: Cast Iron.

Хотя сковороды из чугуна и углеродистой стали обладают некоторыми отличными качествами, чугун лучше углеродистой стали в категориях индукции нагрева, универсальности и стоимости.

Из чугуна можно готовить самые разные блюда и получать фантастические результаты по более низкой цене. Если вы ищете максимальную отдачу от вложенных средств, чугун прослужит практически вечно даже (и особенно) при регулярном использовании.

Комментарии будут одобрены перед появлением.

Любите чугунные сковороды? Тогда вы должны знать об углеродистой стали

Компания Serious Eats стала прекрасным ресурсом для чугунной посуды. От рецептов до инструкций по добавлению приправ, от развенчания мифов до реставрации винтажей – у нас есть все необходимое. Но есть еще один тип сковороды, похожий на чугун, о котором мы мало писали, и он сделан из углеродистой стали.

Кендзи и мне нравятся наши сковороды из углеродистой стали, но, поскольку они гораздо чаще встречаются на кухнях ресторанов, чем дома, мы, как правило, помалкиваем о них.Я меняю это сегодня, потому что если вы любите чугунную посуду так же сильно, как и мы, вы, вероятно, захотите узнать о сковородах из углеродистой стали.

В чем разница между углеродистой сталью и чугуном? Честно говоря, не так уж и много. Хотя я мог связать себя узлами, пытаясь разобрать их относительные термодинамические свойства, суть в том, что углеродистая сталь и чугун удивительно похожи. Они оба очень хорошо сохраняют тепло, поэтому, когда они становятся горячими, они остаются горячими. Это делает их идеальными для таких задач, как поджаривание стейков или измельчение куриной кожицы.Подобно чугуну, с правильной приправой – процесс многократного нагрева сковороды тонким слоем масла до тех пор, пока он не превратится в слой блестящих черных полимеров – они приобретают почти антипригарные свойства. Их обоих можно взять прямо с плиты в духовку, и оба они прочные материалы, которые прослужат дольше, чем весь срок службы.

У них также есть некоторые из недостатков. Они плохо проводят тепло в том, что касается материалов кухонной посуды, что делает их склонными к неравномерному нагреву: горячие точки прямо над источником тепла и значительно холоднее на небольшом расстоянии.Они оба также являются химически активными металлами, которые не подходят для приготовления кислых или щелочных ингредиентов при длительном приготовлении. Не стоит уменьшать целую бутылку вина или делать из них томатный соус.

Так зачем я вообще упоминаю углеродистую сталь, если она в основном такая же, как чугун? Есть несколько вещей, которые действительно отличают его, что делает его стоящим видом кухонной посуды.

Во-первых, если вы вообще поклонник старинного чугуна с его более тонкой конструкцией и более гладкой поверхностью, чем у новинок, продаваемых сегодня, вам придется по душе углеродистая сталь: она штампуется или скручивается из листов металла, а не отливается, как чугун. , что придает ему гладкую поверхность, похожую на винтажный чугун.Это также означает, что идеально выдержанная сковорода из углеродистой стали будет иметь лучшие антипригарные свойства, чем идеально выдержанная современная чугунная сковорода.

Наклонные стороны сковород из углеродистой стали позволяют легко перебрасывать продукты во время тушения.

Во-вторых, нужно учитывать форм-фактор. Углеродистая сталь и чугун в основном взаимозаменяемы в том, что касается самих металлов, но их формы достаточно разные, чтобы быть значимым фактором: большинство чугунных сковородок имеют вертикальные стороны, что делает их идеальными для таких задач, как жарка цыпленка или выпечка, например кукурузный хлеб или сковорода для пиццы.

С другой стороны, большинство сковород из углеродистой стали имеют наклонные стороны, что делает их гораздо более подходящими для тушения. Как я объяснял в своем руководстве по бросанию продуктов в сковороду, если вы хотите запустить что-то в небо, вам нужно отправить его с наклонной рампы, а не врезаться в стену. Профили из углеродистой стали идеально подходят для этого.

Есть и другие, более тонкие различия, которые я мог бы сформулировать в виде аргументации о том, когда использовать одно по сравнению с другим. Я мог бы отметить, что чугунные сковороды обычно толще и тяжелее, чем углеродистая сталь того же диаметра *, и поэтому в конечном итоге нагреваются немного более равномерно, чем углеродистая сталь.Я мог бы сказать, что эта разница делает чугун более подходящим для обжаривания мяса, тогда как углеродистая сталь, имея меньший вес, лучше подходит для обжаривания продуктов: сковороду легче поднимать и встряхивать одной рукой **, а поскольку содержимое движется по сковороде. постоянно во время приготовления горячие и холодные точки не имеют большого значения.

* У меня дома есть две 12-дюймовые сковороды, одна из чугуна, другая из углеродистой стали. Чугунный весит 7 фунтов 4 унции, а углеродистая сталь – 5 фунтов 10 унций.

** Углеродистая сталь, как правило, легче, чем чугунные сковороды сопоставимого размера, но было бы ошибкой думать, что они легкие: еще в дни, когда я готовил в ресторане, я разработал неприятный случай, когда поднимал тяжелые сковороды из углеродистой стали. весь день. Не волнуйтесь, риск получения такой травмы от многократного использования дома невелик.

Сковороды из чугуна и углеродистой стали: хотя между ними есть некоторые различия, оба они хорошо подходят для обжаривания мяса и тушения.

Но правда в том, что даже если эти аргументы и заслуживают внимания, они заходят так далеко. Как человек, у которого есть несколько кастрюль из чугуна и углеродистой стали разных размеров, я могу засвидетельствовать, что в большинстве случаев они довольно взаимозаменяемы. Кенджи соглашается. «Я использую и то, и другое – что бы я ни взял первым», – сказал он мне, когда я спросил его о его собственных привычках. Честно говоря, если у вас уже есть много чугуна, я бы не стал убеждать вас, что вы также должны инвестировать в углеродистую сталь.

Как и чугун, углеродистая сталь также довольно дешевая.Цены в Интернете могут варьироваться, хотя я бы избегал самых дешевых, если вы лично не убедились, что они не сделаны из сверхтонкого металла (хорошие сковороды из углеродистой стали тоньше чугуна, но не на много). Даже в более дорогом варианте вы вряд ли потратите более 100 долларов на большие размеры, а можете потратить немного меньше.

Сковороды из углеродистой стали не лучше чугуна, и в них нет необходимости, если на вашей кухне уже много чугуна.Но если вы все еще собираете свою коллекцию посуды или если вам нравится навязчиво покупать кухонное оборудование, независимо от того, нужно оно вам или нет, как я, стоит подумать о некоторых предметах из углеродистой стали.

Я подозреваю, они вам понравятся.

Углеродистая сталь

и чугунная посуда (различия, сходства, плюсы и минусы)

Если вы хотите купить новую сковороду, но не можете выбрать между углеродистой сталью и чугуном, вы попали в нужное место.

В этом сравнении углеродистой стали vs.из чугуна, вы узнаете, насколько популярны эти популярные типы посуды с точки зрения качества готовки, простоты использования, обслуживания, долговечности и многого другого.

К концу вы получите полное представление об их сходствах и различиях, чтобы вы могли решить, какой вариант лучше всего подходит для ваших нужд.

Приступим!

Воспользуйтесь ссылками ниже для навигации:

Сходства посуды из углеродистой стали и чугуна

У сковородок из углеродистой стали и чугуна много общего.

Прежде чем я углублюсь в их различия, давайте кратко рассмотрим, чем они похожи.

Универсальный

Сковороды из углеродистой стали и чугуна демонстрируют универсальность как ингредиентов, так и техник приготовления, с которыми они могут справиться.

Большинство ингредиентов подходят как для посуды из углеродистой стали, так и для чугуна, и вы можете использовать их на плите, в духовке, под жаровней и на гриле. Это также идеальная посуда для костра.

Доступный

По сравнению с посудой из нержавеющей стали или меди, сковороды из углеродистой стали и чугуна очень доступны. Вы можете получить качественную чугунную сковороду менее чем за 50 долларов, а сковороды из углеродистой стали обычно стоят от 60 до 70 долларов.

Ниже приведены текущие цены на самые продаваемые сковороды из углеродистой стали и чугуна на Amazon:

Кухонная посуда	Цена	Подробнее
Lodge 8-дюймовая сковорода из углеродистой стали		Amazon
BK Посуда 12-дюймовая 902 902 902 из углеродистой стали Skillet
Merten & Storck 10-дюймовая сковорода из углеродистой стали		Amazon
De Buyer MINERAL B 12.5-дюймовая сковорода из углеродистой стали		Amazon
Mauviel M’Steel 11-дюймовая сковорода из углеродистой стали		Amazon
Utopia Kitchen 12,5-дюймовая чугунная сковорода	60 Amazon
Lodge 10,25-дюймовая чугунная сковорода		Amazon
Lodge с двойной ручкой 12-дюймовая чугунная сковорода		Amazon
Skil Victoria 12 дюймов2	Amazon
Чугунная сковорода Backcountry 12-дюймовая чугунная сковорода		Amazon

Цены и наличие продуктов актуальны на указанную дату / время и могут изменяться.Любая информация о цене и доступности, отображаемая на [соответствующих сайтах Amazon, если применимо] во время покупки, будет применяться к покупке этого продукта.

Цены взяты из Amazon Product Advertising API на:

прочный

Одним из самых больших преимуществ посуды из углеродистой стали и чугуна является то, что они оба чрезвычайно долговечны. Они почти нерушимы. В отличие от сковородок с антипригарным покрытием, которые служат всего несколько лет, посуда этого типа может прослужить всю жизнь.

Высокая термостойкость

Сковороды из нержавеющей стали и антипригарные сковороды обычно пригодны для использования в духовке при температуре до 450 ° F или 500 ° F.

Используя углеродистую сталь и чугун, вам не придется беспокоиться о температурных ограничениях. Оба обладают невероятно высокой термостойкостью.

Вот почему эти материалы часто используются на профессиональных кухнях с большими объемами; они могут часами сидеть на конфорках, не перегреваясь и не деформируясь.

Посуда

Made In из углеродистой стали пригодна для использования в духовке при температуре до 1200 ° F, а сковорода ICON из углеродистой стали может выдерживать нагрев до 800 ° F.Большинство производителей чугунных сковородок даже не упоминают о максимальной безопасной температуре, потому что они могут выдерживать гораздо более высокую температуру, чем может достигать ваша духовка.

Требуется приправа

Сковороды из углеродистой стали и чугуна требуют выдержки.

Приправа – это процесс покрытия посуды жиром, обычно растительным маслом, салом или жиром, и ее нагреванием, чтобы жир приклеился к поверхности, создавая защитный антипригарный слой.

Приправка сковороды из углеродистой стали

Несмотря на то, что процесс добавления приправы прост, и вам нужно делать это только от случая к случаю, это необходимо как для углеродистой стали, так и для чугуна. Если вы пропустите его, сковорода заржавеет и разъестся, а еда пристанет к поверхности.

Нельзя мыть в посудомоечной машине

Сковороды из углеродистой стали и чугуна нельзя мыть в посудомоечной машине. Оба предмета необходимо мыть вручную водой и мягкой губкой. Мыло, жесткие мочалки и щетки с жесткой щетиной удаляют слой приправы.

После очистки сковороды ее необходимо тщательно высушить, поскольку углеродистая сталь и чугун подвержены коррозии даже при минимальном воздействии влаги.

Реагирует с кислой пищей

Углеродистая сталь и чугун являются химически активными, то есть металлы взаимодействуют с кислой пищей.

Хорошо выдержанная сковорода может выдержать некоторое воздействие кислых ингредиентов, таких как брызги лимона или брызги вина, но если вы готовите томатный соус или тушите ребрышки в красном вине, избегайте использования углеродистой стали и чугуна.Сильное воздействие кислых ингредиентов полностью лишит приправы.

Поверьте, я пробовал, и вы можете увидеть результаты ниже.

Томатный соус, очищающий посуду из углеродистой стали от приправы

Различия между посудой из углеродистой стали и чугуна

Теперь, когда вы понимаете сходство углеродистой стали и чугуна, давайте рассмотрим их различия.

Материалы

Сковороды из углеродистой стали и чугуна в основном изготавливаются из чугуна.Углеродистая сталь состоит из 99% железа и 1% углерода, а чугун – 98% железа и 2% углерода. Иногда изделия из чугуна могут состоять из углерода до 3%.

Это может показаться странным из-за своего названия, но на самом деле в чугуне больше углерода, чем в углеродистой стали.

Углерод увеличивает прочность сплава, но также делает его более хрупким. Из-за этого чугунные сковороды изготавливаются с толстыми стенками путем заливки расплавленного железа и угольной смеси в формы.

Толстые стенки чугунных сковородок снижают хрупкость материала, что делает эту посуду практически неразрушимой.

Чугун (слева), углеродистая сталь (справа)

Углеродистая сталь с более низким содержанием углерода более пластичная, чем чугун, что означает, что она может гнуться без разрушения.

Для изготовления сковородок из углеродистой стали производители раскатывают листы углеродистой стали, вырезают размеры и сгибают стороны по форме. В результате этого процесса ковки посуда становится тоньше и менее громоздкой.

Ручки

Поскольку чугунные сковороды изготавливаются в формах, сковорода и ручка представляют собой одно целое.В большинстве случаев ручка короткая, ее достаточно для одной руки.

Ручка из чугуна (слева), ручка из углеродистой стали (справа)

Сковороды из углеродистой стали состоят из двух частей; основание и ручка из углеродистой стали, обычно из нержавеющей стали. В большинстве случаев ручки сковороды из углеродистой стали намного длиннее, чем ручки из чугуна, и крепятся к основанию с помощью заклепок.

Масса и маневренность

Чугунные сковороды намного тяжелее углеродистой стали благодаря своей толстой конструкции.

Чугунные сковороды весят от 4 до 12 фунтов, но фактический вес зависит от размера. Стандартная 12-дюймовая сковорода весит 8 фунтов, в то время как большинство сковородок из углеродистой стали весят около 4 фунтов.

Таким образом, посуда из углеродистой стали проще в обращении и обеспечивает лучшую маневренность.

Более тяжелый чугун также с большей вероятностью повредит прилавки и плиты.

Чтобы лучше понять разницу в весе посуды из чугуна и углеродистой стали, вот несколько примеров:

Чугунная посуда Вес:

Посуда из углеродистой стали Вес:

Лодж 12-дюймовая сковорода из углеродистой стали (вид на Amazon): 4.45 фунтов
BK Посуда 12-дюймовая сковорода из углеродистой стали (вид на Amazon): 3,84 фунта
De Buyer MINERAL B Сковорода из углеродистой стали 12,5 дюймов (вид на Amazon): 5,79 фунтов

Технологии приготовления

Сковороды из углеродистой стали и чугуна превосходно подходят для обжаривания, подрумянивания, тушения, жарки, жарки, гриля и практически любых других методов приготовления.

Однако у каждого из них есть свои сильные и слабые стороны.

Поскольку сковороды из углеродистой стали легче, гладче, имеют более длинные ручки и расширенные стороны, они лучше подходят для приготовления пищи на плите, требующей большого количества манипуляций.Сюда входят омлет, жаркое и обжаренные овощи.

Чугунные сковороды с более короткими ручками, более крутыми сторонами и превосходным удержанием тепла лучше подходят для запекания в духовке. Например, для чугуна гораздо лучше подходят пицца, кукурузный хлеб и пироги.

Типы посуды

Еще одно существенное различие между углеродистой сталью и чугуном – это тип доступной посуды.

Посуда из углеродистой стали в основном состоит из сковород, сковородок, вок и сотейников.

Из чугуна вы можете найти сверхпрочные сковороды, сковороды, сковороды, голландские печи, запеканки, сковороды для гриля и кастрюли.

Когда большинство людей думают о чугуне, они думают о голых черных сковородах. Но некоторые бренды посуды предлагают и эмалированную чугунную посуду.

Эмалированная чугунная посуда изготовлена так же, как и обычный чугун, но покрыта несколькими слоями гладкого материала, что делает ее устойчивой к ржавчине и коррозии без необходимости добавления приправ.

Эмалированная чугунная голландская печь Le Creuset

Самый известный пример – Le Creuset. Знаменитые эмалированные чугунные голландские печи компании используются на миллионах кухонь по всему миру.

Сохранение тепла

Углеродистая сталь и чугун хорошо сохраняют тепло, но чугун является явным победителем в этой категории.

Как я уже упоминал, чугунные сковороды делают с толстыми стенками, чтобы противодействовать хрупкости. У этих толстых стен есть еще одно преимущество; они поглощают тепло и очень хорошо удерживают его.

Сохранение тепла важно по нескольким причинам.

Во-первых, когда вы кладете холодный кусок мяса на горячую сковороду, температура посуды падает. В чугуне это падение температуры сводится к минимуму за счет сохранения тепла его толстыми стенками. В результате вы можете получить хрустящую корочку и запереть сок.

Во-вторых, посуда с хорошим удержанием тепла сохраняет пищу в тепле даже после того, как вы выключили конфорку. Это пригодится, когда вы развлекаетесь или готовите ужин из нескольких блюд.

По правде говоря, углеродистая сталь также отлично сохраняет тепло. Но, поскольку конструкция тоньше, она остывает быстрее, чем чугун.

Отзывчивость

Под отзывчивостью кастрюли или кастрюли понимается то, насколько быстро они реагируют на изменения температуры. Углеродистая сталь тоньше чугуна и, как следствие, быстрее нагревается и остывает.

Отзывчивость важна, когда вы готовите жаркое, жареный рис или еду на одной сковороде.Вы можете часто регулировать огонь, не опасаясь переваривания или недоварки. Это отлично подходит для приготовления рыбы, яиц и других нежных ингредиентов, которые могут пережариться при слишком высокой температуре.

Чугун – один из наименее отзывчивых типов посуды. Из-за его толстой конструкции нагревание занимает некоторое время, а когда вы выключаете нагрев или выключаете его, требуется много времени, чтобы остыть.

Если вы готовите еду, требующую нескольких смен температуры, или если вы торопитесь, избегайте чугуна.

Изменение цвета

Будьте готовы к обесцвечиванию после многократного использования, если вы используете углеродистую сталь. Он может покрываться пятнами и выглядеть непривлекательно.

Ржавчина возникает из-за того, что углеродистая сталь не содержит достаточно хрома для создания коррозионно-стойкого барьера. Следовательно, кислород может связываться с материалом, образуя ржавчину.

Однако ржавчина не означает, что из посуды больше нельзя готовить вкусные блюда – ваши сковороды будут работать так же хорошо, как до того, как начали менять цвет.

Также возможно, что приготовление кислой пищи или использование слишком большого количества масла для приправы может привести к обесцвечиванию.

Чугун (слева), углеродистая сталь (справа)

Однако чугун более устойчив к ржавчине при правильном уходе. Во избежание появления пятен ржавчины тщательно просушивайте чугунную посуду. Если они все же возникнут, попробуйте удалить их с помощью мягкого абразива. Обязательно держите его хорошо приправленным.

Текстура Углеродистая сталь

отличается гладкой поверхностью, идеально подходящей для техник, которые включают перемещение продуктов, например, для жарки с перемешиванием и приготовления омлетов.Эта плоская однородная поверхность значительно упрощает имитацию сковороды с антипригарным покрытием с правильной добавкой приправ.

сковорода из углеродистой стали гладкая варочная поверхность

С другой стороны, чугун имеет шероховатую и неровную текстуру благодаря более высокому содержанию углерода.

чугунная сковорода неровная варочная поверхность

Эта неровная поверхность захватывает пищу, увеличивая контакт с поверхностью и делая ее идеальной посудой для запекания мяса. Однако это может быть не лучшая текстура для скольжения яиц и переворачивания блинов.

Популярность

Посуда из углеродистой стали и чугуна существует уже довольно давно.

Благодаря простоте использования, надежным характеристикам и постоянным похвалам от знаменитых шеф-поваров и кулинарных шоу по телевидению, чугун приобрел мировую популярность, особенно за последние 15 лет.

Углеродистая сталь

является фаворитом профессиональных поваров, но большинство домашних поваров еще не осознали ее преимущества, как чугун – по крайней мере, пока.

Если вы выполните быстрый поиск на Amazon, разница в популярности очевидна. На чугунные сковороды набирают десятки тысяч отзывов, тогда как на сковороды из углеродистой стали эти цифры намного ниже.

Итог: следует ли покупать посуду из углеродистой стали или чугуна?

Углеродистая сталь и чугун – как бы двоюродные братья. Они оба сделаны из железа и углерода, универсальны, долговечны и доступны по цене.

Но у них также есть много заметных отличий.

Углеродистая сталь состоит из 99% железа и 1% углерода, а чугун – 98% железа и 2% углерода.
Чугунные сковороды отлиты в форму, ручки и основание составляют одно целое, а сковороды из углеродистой стали имеют ручки с заклепками.
В среднем чугунные сковороды весят вдвое больше, чем углеродистая сталь.
Оба отлично подходят для обжаривания и подрумянивания мяса, но чугун также отлично подходит для пиццы и хлеба, а углеродистая сталь лучше всего подходит для приготовления яиц и жарки.
Оба хорошо сохраняют тепло, но чугун сохраняет тепло намного дольше.
Углеродистая сталь быстрее реагирует на температурные изменения, чем чугун.
Углеродистая сталь имеет гладкую текстуру, а чугун неровный.

Чугун пользуется большей популярностью, но набирает популярность углеродистая сталь.

Итак, вопрос: стоит ли покупать углеродистую сталь или чугун?

Если вы серьезный повар, купите и то, и другое. Хотя есть существенное совпадение, вы можете многое сделать с одним, чего нельзя сделать с другим. К тому же оба относительно недорогие.

Если у вас нет места для хранения обоих предметов или вы хотите упростить посуду, я рекомендую чугун.

За ней проще ухаживать, она не обесцвечивается и не ржавеет так же легко, как углеродистая сталь. Он отлично подходит для обжаривания, приготовления в духовке и выпечки.

Когда мне нужна посуда с антипригарным покрытием или более отзывчивая, я беру сковороды из нержавеющей стали или анодированного алюминия с антипригарным покрытием.

Независимо от того, какой вариант вы выберете, вас ждут незабываемые впечатления.

Для чугуна я рекомендую Lodge, который вы можете найти на Amazon или узнать больше в моем подробном обзоре.

Для углеродистой стали я рекомендую Made In, которое вы можете найти на MadeInCookware.com. Также ознакомьтесь с моим подробным обзором, чтобы узнать больше.

Углеродистая сталь

против чугуна – нетоксичный Munchkin

В течение многих лет я рекомендовал нержавеющую сталь, чугун и стекло для посуды. Хотя это материалы, которые я использую дома для приготовления пищи и рекомендую своим клиентам, важно понимать, что даже с этими материалами есть некоторые потенциальные проблемы с выщелачиванием (чугун может выщелачивать железо, нержавеющая сталь может выщелачивать немного никеля или хром и т. д.).Вот почему я настоятельно рекомендую вам держаться подальше от использования только ОДНОГО материала на кухне; вместо этого перемешивайте и меняйте посуду между этими безопасными альтернативами (у меня также есть одна керамическая сковорода, изготовленная Xtrema)

Но как насчет углеродистой стали? Есть ли место для углеродистой стали на нетоксичной кухне?

Я начну с этого заявления об отказе от ответственности: я не готовил с использованием углеродистой стали и поэтому не могу говорить об ее эффективности, простоте или антипригарных свойствах… в этой статье я полагаюсь на отзывы пользователей и обзоры кулинарии для этих категорий.Это скорее обзор углеродистой стали как материала с точки зрения токсичности и сравнение с кастрюлей, которая больше всего похожа на этот (и который я люблю) чугун.

Углеродистая сталь: Обычно состоит из примерно 99% железа и 1% стали

Чугун: Обычно состоит из 97-98% железа и 2-3% стали

( трехвалентное железо / неабсорбируемое против двухвалентное железо / естественная форма в пищевых продуктах)

Углеродистая сталь: Трехвалентное железо

Чугун: Трехвалентное железо

Углеродистая сталь: Да, но… Она может выщелачивать небольшие количества железа.Это может быть благоприятно, если вы страдаете анемией (у меня), но если нет, вам следует повернуть сковороды с другими безопасными вариантами (что вы всегда должны делать в любом случае!)

Чугун: Да, но … он может выщелачивать небольшие количества железа, хотя я не видел никаких исследований, сравнивающих эти два, кажется, что чугун выщелачивает немного меньше железа, чем углеродистая сталь (углеродистая сталь более чувствительна к кислой пище … подробнее ниже). Это может быть благоприятно, если вы страдаете анемией, но если нет Вы должны вращать сковороды с другими безопасными опциями.

Углеродистая сталь: Углеродистая сталь гораздо более реактивна к высококислотным пищевым продуктам и увеличивает выщелачивание железа при воздействии на них.Избегайте готовить высококислотные продукты, такие как томатные соусы и тушеные блюда.

Чугун: также следует избегать высококислотных продуктов (например, томатного соуса). Он также будет выщелачивать больше железа (хотя и меньше, чем углеродистая сталь).

Углеродистая сталь : легче, чем чугунная посуда, но тяжелее, чем посуда из нержавеющей стали . Будьте осторожны с кастрюлями из углеродистой стали, которые слишком легкие и тонкие, потому что они, как известно, деформируются.

Чугун: самый тяжелый. Однако их вес и толщина – это то, что помогает чугуну готовиться так равномерно….они обычно лучше, чем углеродистая сталь

Углеродистая сталь: , хотя для этого нужно заправить ее маслом…. поскольку их поверхность более гладкая, чем у большинства чугунов, сковороды из углеродистой стали, в большинстве случаев надлежащим образом обслуживаемые, могут быть более антипригарными, чем чугунные (но прочтите, как за ними ухаживать, поскольку это может иметь значение между очень антипригарной поверхностью и липкой катастрофой!)

Чугун: хорошо выдержанный чугун также может быть практически полностью антипригарным без каких-либо добавок химикатов

Углеродистая сталь: нагревается и остывает намного быстрее, чем чугун.НО

Чугун: Чугун лучше сохраняет тепло. Для разогрева и охлаждения потребуется больше времени, но на пике он будет оставаться очень горячим и дольше, что также помогает чугуну готовиться равномерно….

Углеродистая сталь: Вода и мыло очистят кастрюлю от приправ и полностью ухудшат ее антипригарные свойства. Вода и мыло – враги углеродистой стали. На самом деле избегайте этого, и если вы используете немного воды (никогда не мыло), тщательно высушите и поместите на плиту, чтобы полностью высохнуть.

Согласно веб-сайту Made in, вот как правильно очистить поддон из углеродистой стали »:

“ Когда вы закончите готовить на сковороде, аккуратно протрите ее бумажным полотенцем или кухонным полотенцем.Это поможет собрать остатки пищи и поглотить излишки масла и жира. Если у вас есть еда, которая прилипла или пригорела к поверхности сковороды и ее необходимо вычистить, вам понадобится немного воды, чтобы удалить мусор. НЕ используйте мыло и НЕ используйте ванну для замачивания. ОЧЕНЬ БЕРЕЖНО сотрите остатки щеткой или губкой (не губкой) и используйте количество воды МАЛЕНЬКОЕ …. Когда вы закончите смывать остатки пищи, высушите сковороду и поставьте ее на средний огонь. на плите.Это поможет высушить воду или влагу, оставшуюся на поверхности сковороды.

Чугун: Намного более щадящий, чем углеродистая сталь. В идеале его следует очищать солью и минимальным количеством воды. Всегда тщательно просушивается. Если подвергнуть его воздействию воды, это может лишить его с трудом заработанной приправы (и, следовательно, антипригарных свойств) – даже сильно заржавевший чугун можно спасти и вернуть к славе.

Углеродистая сталь стоит немного дороже, чем чугун

Углеродистая сталь – еще одна безопасная, нетоксичная альтернатива, которую вы можете добавить в свою коллекцию посуды.

Его сильные стороны заключаются в приготовлении и поджаривании продуктов, которые не требуют длительного воздействия тепла (например, жареный картофель и овощи – вот почему вок из углеродистой стали так популярен)

Примеры:

НАИЛУЧШЕЕ КАЧЕСТВО УГЛЕРОДНАЯ СТАЛЬ

Сталь и выбросы: как мы можем разорвать связь?

Предоставлено: Unplash / Karan Bhatia.

На долю мировой черной металлургии приходится примерно 5% общих мировых выбросов CO2.В среднем на каждую тонну произведенной стали выбрасывается 1,9 тонны CO2. Около 2,8 млн тCO2 в год связаны исключительно с использованием энергии в черной металлургии, что составляет около 8% от общих выбросов, связанных с энергетикой [i]. Ежегодно производится и используется более 1,3 миллиарда тонн стали. Спрос на сталь, особенно в развивающихся странах, привел к неуклонному увеличению глобальных выбросов CO2 от стали [ii]. ЕС является вторым по величине производителем стали в мире после Китая. Его объем производства составляет более 177 миллионов тонн стали в год, причем около 500 производственных площадок по всему ЕС обеспечивают 11% мирового производства.Несмотря на то, что около 50% европейской стали производится из вторичного лома [iii], растущий спрос и временная задержка накопления стали в обществе будут удерживать производство из первичных материалов в течение длительного времени [iv].

ВХОДЫ

Кредит: Unsplash

Существует два основных способа производства стали. Новая сталь из железной руды производится в кислородно-кислородной доменной печи (BF-BOF). Сталь может быть переработана в электродуговой печи (ДСП).Для производства новой высококачественной стали требуется железная руда. Природная руда богата железом в сочетании с кислородом. В Европе коксующийся уголь, форма высококачественного угля, также известная как металлургический уголь, одновременно используется в качестве источника тепловой энергии, а также участвует в химической реакции при производстве стали. Сталелитейный сектор является крупным потребителем угля; в Германии примерно 1/3 угля используется в производстве стали [v].

Предоставлено: Беллона.

ВЫХОДЫ

Кредит: Unsplash

Производство стали тесно связано со многими последующими отраслями, такими как автомобилестроение, строительство, электроника, машиностроение и электротехника.Сталь также используется в инфраструктуре возобновляемых источников энергии, например в ветроэнергетике. Несмотря на то, что более половины стали уже перерабатывается, высококачественные материалы по-прежнему необходимо производить из первичных материалов. По некоторым оценкам, неизменное применение стали и длительный срок службы потребуют, чтобы около 50% стали в 2050 году по-прежнему производилось из новых материалов [vi]. Даже если этот спрос будет резко сокращен, все равно потребуется новое производство из-за длительного срока службы и накопления стали в обществе [vii].

Ожидается, что во всем мире спрос на сталь превысит наличие лома, а дефицит восполнит первичная сталь с интенсивным выбросом CO2. Правительство Индии планирует увеличить производственные мощности более чем вдвое к 2030 году, поскольку оно реализует масштабную инфраструктурную программу [viii]. Растущий спрос и длительный срок службы являются препятствием для более высоких темпов переработки: для некоторых продуктов можно использовать только ограниченное количество лома из-за требований к высококачественной стали.

Кредит: Unsplash

Другими словами, чем больше используется лом, тем меньше контроля над свойствами материала из-за примесей в ломе.Даже при наличии большого количества лома его можно использовать только в ограниченном количестве для получения стали более высокого качества, необходимой для некоторых продуктов [ix].

Итак, как нам бороться с выбросами в сталелитейной промышленности?

Узнайте больше о процессе в сталелитейной промышленности и ее потенциале к декарбонизации в нашем отчете «Руководство по борьбе с изменением климата».

[i] Международное энергетическое агентство, «Перспективы энергетических технологий 2016», 2016 г. [Online].Доступно: https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/EnergyTechnologyPerspectives2016_ ExecutiveSummary_EnglishVersion.pdf.

[ii] Там же.

[iii] ESTEP, «Эффективность использования ресурсов для европейской сталелитейной промышленности», 2011 г. [Online]. Доступно: https: // www. eesc.europa.eu/sites/default/files/resources/docs/lamberterie.pdf.

[iv] Дж. Морфельдт, В. Ниджс и С. Силвейра, «Влияние климатических целей на будущее производство стали и анализ, основанный на модели глобальной энергетической системы», Journal of Cleaner Production, стр.469-482, 2015.

[v] EURACOAL, «Профили стран: Германия», 2017 г. [Онлайн]. Доступно: https://euracoal.eu/info/ country-profiles / germany /.

[vi] Дж. Морфельдт, В. Ниджс и С. Силвейра, «Влияние климатических целей на будущее производство стали и анализ, основанный на модели глобальной энергетической системы», Journal of Cleaner Production, стр. 469-482, 2015

[vii] Там же.

[viii] М. Пулер, «Прогнозируемый рост спроса на сталь в следующем году замедлится», 2017 г. [Online]. Доступно: https: // www.ft.com/content/3593c38a-b27a-11e7-a398-73d59db9e399

[ix] Б.Дж. ван Рейвен, Д.П. ван Вуурен, В. Боскальон, М.Л. Нилис, Д. Сайгин и М.К. Патель, «Долгосрочные прогнозы энергопотребления и выбросов CO2 на основе моделей в мировой сталелитейной и цементной промышленности», Ресурсы , Консервация и переработка, стр. 15–36, 2016.

Разница в свойствах чугуна и низкоуглеродистой стали

При выборе изделий из металла важно понимать свойства металла, из которого изготовлено изделие.Без понимания свойств металла, необходимого для вашего продукта или других применений, вы не сможете выбрать наиболее подходящий для ваших конкретных нужд. Чугун и низкоуглеродистая сталь – обычно используемые металлы. Однако в том, что касается их приложений, их нельзя поменять местами.

Давайте посмотрим на разницу в свойствах чугуна и мягкой стали, чтобы лучше понять их характеристики.

Состав

Чугун – это сплав железа с содержанием углерода более 2.11% считается чугуном (в то время как в сталях количество углерода ниже 2,11%). Содержание углерода в чугуне обычно составляет от 2% до 4%. Самое примечательное в его структуре то, что чугун имеет включения графита на микроуровне. Мягкая сталь – это железоуглеродистый сплав, содержащий менее 0,25 процента углерода, что делает ее более пластичной и менее твердой, что делает ее непригодной для строительных работ.

Точка плавления

Чугун имеет более низкую температуру плавления (1200 ⁰ ° C) по сравнению с температурой плавления низкоуглеродистой стали, которая находится в диапазоне 1300 ⁰ ° C и 1400 ⁰ ° C.

Отливка

С чугунным чугуном легче отливать формы из материала. Из-за дополнительного количества углерода, присутствующего в чугуне, его расплавленная форма более текучая, что упрощает отливку материала сложной формы. Это очень удобно для литья больших и тяжелых предметов. С мягкой сталью также легко работать, но чугун обладает более высокой литейной способностью.

Твердость

Чугун твердый, его можно закалить при нагревании и резком охлаждении.Это делает его довольно прочным. Низкоуглеродистую сталь можно закалить и отпустить с помощью соответствующих процессов.

Прочность

Прочность на сжатие чугуна 6,3 – 7,1 т / кв. См. Предел прочности на разрыв составляет 1,26 – 1,57 т / кв. См. Прочность на сжатие мягкой стали составляет 4,75 – 25,2 т / кв. См. Предел прочности на разрыв 5,51 – 11,02 т / кв. См. Это ясно показывает, что мягкая сталь – лучший вариант, чем чугун, когда дело доходит до предела прочности на разрыв.Однако чугун имеет лучшую прочность на сжатие, чем низкоуглеродистая сталь. Благодаря этому он будет иметь большее сопротивление разрыву при сжатии. Это также делает его довольно прочным и идеальным для использования в тяжелых условиях. На нем не будет легко обнаруживаться следов износа, и вы можете рассчитывать на долгосрочную работу от чугуна.

Обрабатываемость

Пластичные материалы, такие как низкоуглеродистая сталь, трудно обрабатывать, поскольку они пластически деформируются за пределами предела текучести и имеют тенденцию к образованию непрерывной стружки, которая пытается прилипнуть к образцу, тем самым снижая режущую способность.Хрупкий материал, такой как чугун, почти эластичен до предела прочности на разрыв и дает прерывистую стружку, которая легко отрывается от образца. Это помогает улучшить режущую способность. По этой причине чугун является предпочтительным материалом с точки зрения обрабатываемости и прочности.

Вибрация

Чугун обладает хорошими демпфирующими свойствами, поглощающими вибрации. Следовательно, они используются для изготовления станины для машин. Рассматривайте чугун как композит с перлитом в качестве матрицы и графитом в качестве дисперсной фазы.Именно эта дисперсная фаза вызывает ряд отражений колебаний и в конечном итоге приводит к их исчезновению. Это то, что делает чугун лучшим материалом для струбцин, поддонов для поддонов, угловых пластин и столов для поверхностей.