المنغنيز
يُعدّ المنغنيز أحد أهم عناصر السبائك المستخدمة في صناعة الصلب. تصل ذوبانيته في حديد ألفا إلى 5%، بينما تكون غير محدودة عمليًا في حديد غاما. وهو عنصر رخيص الثمن، ومتوفر بكثرة، وسهل الدمج في المعدن المنصهر. في سبائك الصلب، غالبًا ما يحلّ المنغنيز محلّ النيكل باهظ الثمن، وكمضاف تقني، يعمل كمزيل للأكسدة ومثبّت للكبريت، حيث يربط الكبريت على شكل كبريتيد المنغنيز، الذي ينتقل إلى الخبث. يتميز فولاذ المنغنيز، المعروف باسم فولاذ هادفيلد، من الدرجة 1.3401 – X120Mn12، بمحتوى عالٍ جدًا من المنغنيز يصل إلى 12%.
بفضل ظاهرة التصلب الذاتي أثناء الاستخدام، يتميز هذا الفولاذ بمقاومة ممتازة للتآكل والصدمات، مما يجعله لا غنى عنه في صناعات التعدين والسكك الحديدية والأسمنت، من بين صناعات أخرى.
المنغنيز كعنصر مُسبك
تُحسّن إضافة المنغنيز إلى سبائك الفولاذ جودة الفولاذ بشكل ملحوظ، مما يجعله أكثر قابلية للانضغاط، ويزيد من صلابته ومقاومته للشد، بالإضافة إلى زيادة مقاومة الخضوع. يُعدّ المنغنيز العنصر الأكثر تأثيرًا في زيادة قابلية الفولاذ للتصليد. في فولاذ الأدوات، تُقلّل نسبة المنغنيز التي تبلغ حوالي 2% من قابلية التشكيل أثناء التصليد، بينما في الفولاذ منخفض الكربون، تُحسّن نسبة المنغنيز التي تبلغ 2% من المطيلية. أما في الفولاذ متوسط الكربون، فإن زيادة نسبة هذا العنصر إلى 4-6% تُؤدي إلى انخفاض المطيلية وزيادة الهشاشة.
تتميز أنواع الفولاذ منخفضة المحتوى من المنجنيز (المبردة بالهواء) ببنية حديدية - بيرلايتية أو بيرلايتية، وذلك تبعاً لمحتوى الكربون في السبيكة. أما أنواع الفولاذ متوسطة المحتوى من هذا العنصر فتتميز ببنية مارتنسيتية، بينما تتميز الأنواع عالية المحتوى من المنجنيز ببنية أوستنيتية.
أكثر أنواع الفولاذ شيوعًا هي سبائك الفولاذ المنغنيزي التي تحتوي على ما يصل إلى 3% من المنغنيز، والفولاذ الأوستنيتي الذي يحتوي على نسبة منغنيز تتراوح بين 10 و18%. يتميز الفولاذ الذي يحتوي على نسبة منغنيز تتراوح بين 12 و14% بمقاومة عالية للتآكل، مثل فولاذ هادفيلد (X120Mn12، X120Mn13، 1.3401، PN 110G12، PN 11G12، AFNOR Z120Mn12، إلخ).
المنغنيز – العدد الذري 25، الكتلة الذرية 54.93، نقطة الانصهار 1260 درجة مئوية، نقطة الغليان 2150 درجة مئوية، الكثافة 7,200 جم/سم3 (موسوعة التكنولوجيا، دار نشر "شلاسك")
اكتشاف المنغنيز
تم الإشارة إلى وجود العنصر الجديد لأول مرة من قبل يوهان هاينريش بوت (1692-1777) - وهو كيميائي ألماني ومكتشف التنجستن - وهو كيميائي وصيدلي من أصل سويدي، فيلهلم شيل (1742-1786)، ولكن تم الحصول على المنغنيز لأول مرة من قبل كيميائي سويدي آخر، يوهان جوتليب جان (1745-1818) في عام 1774.
في العصور القديمة، كان يُعتبر ثاني أكسيد المنغنيز أحد أكاسيد الحديد العديدة، وكان يُستخدم، من بين أمور أخرى، لتلوين الزجاج بدرجات اللون الأرجواني. يُعدّ المنغنيز مكونًا طبيعيًا للفولاذ والحديد الزهر، ويتواجد دائمًا بنسبة تتراوح بين 0,1 و0,8%، وبهذه النسبة لا يُعتبر عنصرًا مُسبِّكًا.
في عام 1860، لاحظ السير هنري بسمر (1813-1898)، الذي كان يرغب في تحسين العملية التي كان يعمل عليها (عملية بسمر)، أن إضافة المنغنيز والكربون إلى الفولاذ أدت إلى إزالة كميات زائدة من الكبريت الضار والأكسجين غير الضروري.
اكتشف المهندس البريطاني المتخصص في علم المعادن، روبرت هادفيلد (1858-1940) ، التطبيق التقني للمنجنيز . في عام 1882، بدأ تجاربه على الفولاذ عالي المنجنيز، وفي عام 1888، قدم أول فولاذ سبيكي في العالم يحتوي على أكثر من 1% من الكربون وحوالي 12% من المنجنيز.
فولاذ عالي المنغنيز مقاوم للتآكل
لا يزال يُعرف اليوم باسم فولاذ هادفيلد (مثل DIN 1.3401، X120Mn12، PN 110G12)، ويتميز بخصائص فريدة. فهو يُظهر مقاومة للتآكل فقط عند تعرض أسطح الاحتكاك لضغط عالٍ في الوقت نفسه، كما هو الحال في جنزير الدبابات والخرسانة. أما في غياب الضغط، فلا يُظهر فولاذ هادفيلد المنغنيزي مقاومة للتآكل تفوق أنواع الفولاذ الأخرى.
ومن الخصائص الأخرى المثيرة للاهتمام لهذا النوع من المعادن أنه يتصلب تحت ضغط أدوات الخراطة، وقواطع التفريز، وما إلى ذلك. وبسبب هذه الخاصية، يصعب تشكيله، وحتى وقت قريب، كانت معظم المكونات والأجزاء المصنوعة من هذا النوع من الفولاذ تُنتج حصريًا كفولاذ مصبوب (على سبيل المثال: L120G13، L120G13H، GX120Mn12، GX120MN13، 1.3403) ومصبوبة.
يتم إنتاج فولاذ هادفيلد المقاوم للتآكل (X120Mn12، 1.3401، 11G12، 10G12، A 128، Z120Mn12) على شكل قضبان مسطحة مدرفلة (قضبان مسطحة)، وقضبان دائرية مدرفلة ، وقضبان مربعة، وقضبان مطروقة، ومشغولات مطروقة ، وصفائح.
حديد فحم الكروم النيكل الفاناديوم المنغنيز كرزيم الموليبدينوم التنجستين عنصر فلزي النحاس التيتانيوم جلين KOBALT النيوبيوم الفوسفور كبريت الأكسجين نتروجين