mangan
Mangan je jedan od najvažnijih legirajućih elemenata koji se koriste u metalurgiji čelika. Kod alfa željeza, njegova topljivost doseže i do 5%, dok je kod gama željeza praktično neograničena. Jeftin je, lako dostupan i lako se ugrađuje u rastopljeni metal. U legiranim čelicima često zamjenjuje skupi nikal, a kao tehnološki aditiv djeluje kao deoksidans i fiksator sumpora, vezujući sumpor u obliku mangan sulfida, koji prelazi u trosku. Manganski čelik, poznat kao Hadfield čelik, klase 1.3401 – X120Mn12, ima posebno visok sadržaj mangana – do 12%.
Zahvaljujući fenomenu samootvrdnjavanja tokom upotrebe, ovaj čelik pokazuje odličnu otpornost na abraziju i udarce, što ga čini nezamjenjivim u rudarskoj, željezničkoj i cementnoj industriji, između ostalog.
Mangan kao legirajući element
Dodatak mangana u leguru značajno poboljšava kvalitet čelika, čineći ga kompresivnijim, povećavajući tvrdoću i zateznu čvrstoću, te povećavajući granicu tečenja. Mn je element koji najznačajnije povećava prokaljivost čelika. Kod alatnih čelika, mangan u koncentraciji od približno 2% smanjuje deformabilnost tokom kaljenja, dok kod niskougljičnih čelika, mangan u koncentraciji od 2% povećava duktilnost. Kod srednjeugljičnih čelika, povećanje količine ovog elementa na 4-6% uzrokuje smanjenu duktilnost i krhkost.
Čelici sa niskim sadržajem mangana (hlađeni na zraku) imaju feritno - perlitnu ili perlitnu strukturu, ovisno o sadržaju ugljika u leguri. Čelici sa srednjim sadržajem ovog elementa imaju martenzitnu strukturu, dok oni sa visokim sadržajem Mn imaju austenitnu strukturu.
Najpopularnije su legure manganskog čelika koje sadrže do 3% Mn i austenitni čelici sa sadržajem mangana od 10-18%. Čelik koji sadrži 12-14% mangana je vrlo otporan na abraziju - Hadfield čelik (X120Mn12, X120Mn13,1.3401, PN 110G12, PN 11G12, AFNOR Z120Mn12 itd.)
Mangan – atomski broj 25, atomska masa 54.93, tačka topljenja 1260°C, tačka ključanja 2150°C, gustina 7,200 g/cm3 (Enciklopedija tehnologije, Wydawnictwo "Śląsk")
Otkriće mangana
Postojanje novog elementa prvi je signalizirao Johann Heinrich Pott (1692-1777) - njemački hemičar, a otkrivač volframa - hemičar i farmaceut švedskog porijekla, Wilhelm Scheele (1742-1786), ali mangan je prvi dobio drugi švedski hemičar, Johan Gottlieb Gahn (1745-1818) 1774. godine.
U davna vremena, mangan dioksid se smatrao jednim od mnogih željeznih oksida i korišten je, između ostalog, za bojenje stakla u nijanse ljubičaste. Mangan je prirodna komponenta čelika i lijevanog željeza, uvijek prisutna u količinama od 0,1-0,8% - na ovom nivou se ne smatra legirajućim elementom.
Godine 1860, Sir Henry Bessemer (1813-1898), želeći dodatno poboljšati proces na kojem je radio (Bessemerov proces), primijetio je da legiranje mangana i ugljika u čelik uklanja prekomjerne količine štetnog sumpora i nepotrebnog kisika.
Tehničku primjenu mangana otkrio je britanski metalurški inženjer Robert Hadfield (1858-1940) . Godine 1882. započeo je eksperimente s čelikom s visokim udjelom mangana, a 1888. godine predstavio je prvi legirani čelik na svijetu koji sadrži preko 1% ugljika i oko 12% mangana.
Čelik s visokim udjelom mangana otporan na abraziju
I danas popularno poznat kao Hadfield čelik (npr. DIN 1.3401, X120Mn12, PN 110G12), ima vrlo zanimljiva svojstva. Pokazuje otpornost na abraziju samo kada su površine trenja istovremeno izložene visokom pritisku, npr. tenkovske tračnice i beton. Kada nema pritiska, Hadfield manganski čelik ne pokazuje veću otpornost na abraziju od drugih prosječnih vrsta čelika.
Još jedno zanimljivo svojstvo ove vrste metala je da se stvrdnjava pod pritiskom alata za tokarenje, glodala itd. Zbog ovog svojstva, vrlo ga je teško obrađivati i do nedavno se većina komponenti i dijelova izrađenih od ove vrste čelika isključivo proizvodila kao lijevani čelik (npr.: L120G13, L120G13H, GX120Mn12, GX120MN13, 1.3403) i lijevala.
Hadfield čelik otporan na abraziju (X120Mn12, 1.3401, 11G12, 10G12, A 128, Z120Mn12), proizvodi se kao valjane ravne šipke (plosnate šipke), valjane okrugle šipke , kvadratne šipke, kovane šipke, otkivci , limovi.
Iron Vengiel hrom Nikl Vanadijum mangan Krzem molibden volfram Bakar Tytan Glin kobalt niobij fosfor Siarka Kiseonik azot