Сущность процесса производства стали

Сталью называется сплавы железа с углеродом при содержании углерода до2,14 процента. Кроме этого в стали содержатся марганец, кремний, сера, фосфор и другие элементы, которые носят случайный характерили специально вводятся в сталь. Стали обладают хорошими пластическимисвойствами, хорошо обрабатываются давлением, хорошо свариваютсяи имеют высокие механические характеристики.

В современной металлургии сталь выплавляют; в кислородных конверторах; в мартеновскихпечах; в электрических печах (дуговых и индукционных); в печах электрошлакового переплава (рафинирование стали);печах внедоменного способа получения стали (методы прямого восстановления железа).

При одинаковом заданном составе исходных материалов свойства стали в сильной мере зависят от способаее получения.

Исходным материалом для производства стали является передельный чугун и скрап (стальной и чугунный лом, стружка, обрези и т.п.).

Суть процесса производства стали сводится к удалению из чугуна избытков углерода, кремния, марганца, серы, фосфора и др. Для этого расплав железа нагревают до высоких температур. Нагрев осуществляется следующими способами: химической теплотой, полученной в результате окисления примесей в чугуне; теплотой, подученной за счет сжигания топлива или превращения электрической энергии в тепловую.

Свыше половины всей выплавляемой в мире стали производится конверторным способом. Преимущества этого способа: высокая интенсификацияплавки за счет продувки кислородом; стабильность сортамента выплавляемой стали; возможность получения высококачественных сталей в том числе низколегированных для листового и сортового проката, труб, химического оборудования и т.д.

Резкое увеличение емкости конвертеров до 250-350 т, интенсивность процессов окисления, стойкость футеровки конвертеров, сокращение продолжительности плавки до 30мин. - все это делает кислородно-конверторный способ производства наиболее перспективным. Один конвертер вместимостью 250 т дает 1200 тыс. т стали в год, тогда как мартеновская печь (емкостью ванны 500 т) дает около 400 тыс. т стали в год.

Для получения сталей высокого качества используются электрические печи. В электропечах также снижаются потери железа на угар, т.к. доступ воздуха в электрические печи незначителен. Темпы производства стали в электропечах растут, но носят пока не очень интенсивный характер вследствие малой производительности процесса, большого потребления электроэнергии, что влечет за собой повышение себестоимости стали. (Продолжительность плавки в 100-тонной печи составляет 6-7 час при расходе электроэнергии на I т стали около 600 квт.час).

§9. Классификация и маркировка сталей

Стали, выпускаемые металлургической промышленностью СССР классифицирует по: химическому составу; структуре; методам выплавки, назначению и качеству.

По химическому составу стали делятсяна углеродистые и легированные.

В состав сталей входит небольшое количество серы, фосфора, марганца и др. Наличие примесей зависит непосредственно от процесса получения сталей. Сера и фосфор - вредные примеси. Сера вызывает явление красноломкости (хрупкость при температуре >800°С), фосфор повышает хладноломкость (хрупкость при нормальных температурах). Содержание серы и фосфора в сталях должно быть по 0,03-0,05 процента и менее. Марганец и кремний при оптимальныхих количествах положительно, влияют на качество стали.

По структуре или по содержанию углерода углеродистые стали делятсяна низкоуглеродистые (до 0,3 процента углерода); среднеуглеродистые (0,3-0,6 процента) и высокоуглеродистые (более 0,6 процента).

По методам выплавки стали подразделяют на полученные кислородно-конвертерным, мартеновским и электроплавильным процессами.

По назначению стали делятся на конструкционные (низко- и среднеуглеродистые), инструментальные и специальные.

По качеству (содержанию фосфора и серы) углеродистые конструкционные стали подразделяютсяна стали обыкновенного качества, качественные и высококачественные.

Основные сведения о маркировке, составе и назначению наиболее часто употребляемых групп сталей.

Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества (ГОСТ380-71) выпускаются трех групп: А, Б и В Кроме того стали каждой группы подразделяют на категории. Существуют следующие марки этих сталей: группа А - Ст.0, Ст. 1,..., Ст. 6; группа Б - БСт.0, БСт. 1,..., БСт.6; группа В –ВСт.0, ВСт.1,..., ВСт.5.

Содержание углерода - 0,06-0,49 процента; марганца - 0,25-1,2 процента; серы и фосфора - 0,04-0,07 процента. Из этих сталей изготавливают сортовой прокат, неответственные детали машин, крепежные изделия (болты, винты, шпильки и т.д.).

К низкоуглеродистым относятся также автоматныестали, обладающие улучшенной способностью к обработке резаниемвследствие наличия большого количества фосфора (до 0,15 процента) и серы(до 0,2 процента).

Сталь углеродистая качественная конструкционная (ГОСТ 1050-74) выпускается многих марок для широкого диапазона использования. Обозначение: Сталь 10, сталь 20 и т.п. Цифры указывают на содержание углерода в сотых долях процента. Из этих сталей изготовляют ответственные детали машин: валы, оси, шестерни и т.п.

Легированные конструкционные стали производят при введении легирующих химических элементов для получения заданных свойств. Легирующиехимические элементы вмарках стали обозначаются буквами: В -вольфрам,Н - никель, Х - хром, М - молибден, К - кобальт, Г - марганец, С - кремний, Ю - алюминий и т.д. Различают низколегированные, среднелегированные и высоколегированные стали, в которых количество легирующих элементов соответственно до 2,5; от 2,5 до 10; свыше 10%. По преобладающему легирующему элементу в стали они называются: хромистые, хромоникелевые и т.д.

Обозначение высококачественных легированных сталей по ГОСТ 4543-71. Например: Сталь 30ХНЗ, где 30 - содержание углерода в сотых долях процента, цифры после букв определяют содержание данного легирующего элемента в процентах (3 процента никеля), если после буквенного обозначения легирующего элемента нет цифр, значит его содержание в стали менее 1 процента. В данном примере это хром. (Эти стали используются для изготовления ответственных деталей машин, элементов строительных конструкций: лопаток турбин, цилиндров высокого давления, аппаратуры химической, нефтяной, пищевой промышленности и т.п.).

К легированным сталям относятся и шарикоподшипниковые стали ШХ15 (где15 - содержание хрома, в десятых долях процента) и другие, которые могут работать при больших нагрузках и трении. Данные стали идут на изготовление подшипников качения.

Особое значение в машиностроении имеют инструментальные материалы. К инструментальным материалам предъявляются повышенные требования. Рабочая часть инструмента должна быть значительно тверже обрабатываемых материалов и вместе с тем обладать достаточной вязкостью, чтобы сопротивляться при обработке ударным нагрузкам. Необходимы высокая износостойкость и теплостойкость, т.е. способность не терять своих режущих свойств при резком повышении температуры в зоне резания. Наибольшее распространение получили три группы инструментальных сплавов.

1. Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435-74). Это высокоуглеродистые стали с содержанием углерода от 0,7 до 1,2 процента. После термообработкиих твердость НRС 60-62, но при нагреве до 200-250°С твердость их резко падает и инструмент быстро затупляется, т.е. у этих сталей низка теплостойкость. Выпускаются стали следующих марок: У7А, У8А,...,У12А - для режущего инструмента, работающего с малыми скоростями (ножовочные полотна, ручной резьбонарезной инструмент, напильники и т.п.) и стали марок У7,... У12 для изготовления деталей машин, работающих на износ.

2.Быстрорежущие стали (ГОСТ 19265-73). Это высоколегированные стали, которые обладают высокой теплостойкостью (600-650°С), т.е. могут работать на больших скоростях, обладают большой твердостью после термообработки (НRС 62-65) и повышенной износостойкостью.

Маркировка: Р9, Р12, Р18, Р6М5 и т.д. Данные стали содержат 9-18 процентов вольфрама; 3,0-4,4 процента хрома, 1,0-5,0 процентов молибдена и до 2,5 процентов ванадия. Высокую теплостойкость "быстрорезам" придает вольфрам, весьма дефицитный и дорогой материал.

3. Твердые (металлокерамические) сплавы (ГОСТ 3882-74) получают из зерен порошков карбидов вольфрамаWC, титана TiС, тантала ТaС и их смесей методом порошковой металлургии. Связкой служит металлический кобальт. В машиностроении используются в основном три группы этих сплавов.

Вольфрамовые, например ВК2, где 2% кобальта и 98% карбида вольфрама; ВКЗ... и др.

Титановольфрамовые, например, Т30К4, где 30% карбиды титана, 4% -кобальта, 66% карбиды вольфрама; Т5К10, Т14К8 и др.

Титанотанталовольфрамовые, например, ТТ7К12, где до 1% карбиды титана, 7% - карбиды тантала, 12% - кобальт, и около 80% карбиды вольфрама.

Металлокерамические твердые сплавы имеют высокую теплостойкость (900-1000°С) и обладают повышенной износостойкостью. Основной недостаток - малая вязкость, т.е. недостаточная твердость при работе с ударами.

При отделочных видах обработки металлов используют и другие инструментальные материалы, которые будут рассмотрены в соответствующих разделах пособия.

Дата добавления: 2014-12-07