Марганец металлический

Марганец металлический — серебристо-серый хрупкий металл с атомным номером 25 и атомной массой 54,938. Применяется для легирования специальных сталей и сплавов, а также в химической промышленности. Марки, химический состав и требования к качеству металлического марганца регламентирует действующий межгосударственный стандарт ГОСТ 6008-90 «Марганец металлический и марганец азотированный. Технические условия».

Физические свойства марганца

При нормальных условиях марганец существует в форме α-модификации со сложной кубической решёткой (58 атомов на элементарную ячейку). Металл твёрдый, но хрупкий — механической обработке в чистом виде практически не поддаётся.

Параметр	Значение
Плотность (α-Mn, 20 °C)	7,21 г/см³
Температура плавления	1246 °C
Температура кипения	2061 °C
Теплопроводность (25 °C)	7,82 Вт/(м·К)
Удельная теплоёмкость	0,48 Дж/(г·К)
Коэффициент линейного расширения	21,7 мкм/(м·К)
Твёрдость по Моосу	6

Теплопроводность марганца — одна из самых низких среди переходных металлов, что обусловлено сложной кристаллической структурой α-модификации. При нагреве выше 727 °C марганец переходит в β-модификацию, затем при 1100 °C — в γ-модификацию, а выше 1133 °C — в δ-модификацию с ОЦК-решёткой, устойчивую до температуры плавления.

Марки металлического марганца по ГОСТ 6008-90

Стандарт устанавливает восемь марок, различающихся по способу производства и химическому составу. Пять из них — марганец металлический (без азотирования), три — марганец азотированный.

Классификация по способу производства

Электролитическим методом получают марки Мн998 и Мн997 — наиболее чистые, с минимальным содержанием примесей. Электротермическим способом (восстановление в руднотермических печах) производят марки Мн965 и Мн95, содержащие заметно больше кремния, углерода и фосфора.

Азотированный марганец получают двумя путями: электролитическое азотирование — марка Мн92Н6, электротермическое азотирование — марки Мн87Н6, Мн89Н4, Мн91Н2. Азотированные марки применяют для одновременного легирования стали марганцем и азотом.

Химический состав металлического марганца

Марка	Способ производства	Mn, % не менее	C, % не более	Si, % не более	P, % не более	S, % не более
Мн998	Электролитический	99,8	0,04	—	0,003	0,03
Мн997	Электролитический	99,7	0,06	—	0,005	0,10
Мн965	Электротермический	96,5	0,10	0,8	0,05	0,05
Мн95	Электротермический	95,0	0,20	1,8	0,07	0,05

По требованию потребителя марку Мн965 изготовляют с ограничением по кремнию — не более 0,6 %, а марку Мн95 — с содержанием кремния не более 1,3 % и углерода не более 0,13 %.

Химический состав азотированного марганца

Марка	Способ производства	Mn, % не менее	C, % не более	Si, % не более	P, % не более	S, % не более	N, % не менее
Мн92Н6	Электролитическое азотирование	92,0	0,10	—	0,005	0,10	6,0
Мн87Н6	Электротермическое азотирование	87,0	0,20	1,8	0,07	0,05	6,0
Мн89Н4	Электротермическое азотирование	89,0	0,20	1,8	0,07	0,05	4,0
Мн91Н2	Электротермическое азотирование	91,0	0,20	1,8	0,07	0,05	2,0

Цифра после буквы «Н» в обозначении азотированных марок указывает минимальное содержание азота в процентах. Чем выше содержание азота, тем эффективнее легирование стали, но тем выше хрупкость самого марганца.

Формы поставки металлического марганца

Форма поставки зависит от марки и способа производства. Электролитические марки Мн998 и Мн997 поставляют в виде кусков или пластинок катодного осадка. Электротермические марки Мн965 и Мн95 — в кусках массой не более 15 кг; допускается наличие кусков свыше 15 кг, но не более 3 % от массы партии. Азотированный электролитический марганец Мн92Н6 поставляют в кусках или спёках катодного осадка массой до 15 кг. Электротермические азотированные марки Мн87Н6, Мн89Н4, Мн91Н2 — в кусках массой не более 15 кг.

Куски марганца как в изломе, так и на поверхности не должны быть загрязнены песком, шлаком и другими инородными материалами. Для марок Мн965 и Мн95 допускаются следы противопригарных материалов и окисной плёнки.

Упаковывают металлический марганец в деревянные ящики, металлические барабаны или специализированные контейнеры. Марки Мн965 и Мн95 допускается поставлять навалом.

Применение металлического марганца

Основная область использования — металлургия. Марганец вводят в сталь как раскислитель: он связывает кислород и серу, предотвращая образование легкоплавкого сульфида железа по границам зёрен. Это повышает горячую обрабатываемость стали. При содержании 12–14 % марганца сталь приобретает аустенитную структуру, сочетание высокой ударной вязкости и способности к деформационному упрочнению — такая сталь используется в конструкциях, подверженных ударным и истирающим нагрузкам.

Металлический марганец высокой чистоты (Мн998, Мн997) применяют для легирования алюминиевых, медных и магниевых сплавов. Добавка около 1,5 % марганца в алюминиевые сплавы повышает их коррозионную стойкость. В медных сплавах марганец улучшает прочностные свойства и сопротивление износу.

Азотированный марганец востребован при производстве высокопрочных и нержавеющих сталей, где азот выступает аустенитообразующим элементом и повышает предел текучести без снижения пластичности.

В химической промышленности металлический марганец используется для получения марганцевых солей и соединений, применяемых в производстве сухих гальванических элементов, катализаторов, пигментов и микроудобрений.

Требования безопасности при работе с марганцем

Пыль марганца относится ко 2-му классу опасности по ГОСТ 12.1.007. Длительное воздействие марганцевой пыли вызывает поражение центральной нервной системы. Вдыхание мелкодисперсных частиц может привести к развитию манганокониоза — специфической формы пневмокониоза. Предельно допустимая концентрация (ПДК) марганцевой пыли в воздухе рабочей зоны в пересчёте на MnO₂ составляет 0,3 мг/м³ по ГОСТ 12.1.005.

Металлический марганец пожароопасен в виде порошка и аэрозоля. Нижний концентрационный предел распространения пламени аэрозоля — 90 г/м³ (для азотированного — 1000 г/м³). Температура самовоспламенения аэрозоля — 240 °C (для азотированного — 620 °C). Хранение осуществляется в закрытых сухих помещениях; барабаны с марганцем для длительного хранения окрашивают в коричневый цвет.