Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Обозначение У Г С Х Н М В Ф Ю Т





Классификация стали

Сущность кричного способа переработки чугуна в железо и сталь заключается в расплавлении чугуна в горне на древесном угле и окислении углерода, кремния, марганца и других примесей кислородом дутья и действием шлаков, богатых оксидами железа.

Выложенный огнеупорными материалами или водоохлаждаемыми чугунными плитами горн наполняют древесным углем, разжигают его и подают дутье. После того как уголь хорошо разгорелся, присаживают чугун и богатые оксидами железа шлаки (или окалину, или богатую железную руду). Чугун помешают обычно на уровне фурмы или несколько выше ее, он постепенно плавится и капельками стекает вниз. Одновременно с этим под действием кислорода дутья и оксидов железа шлака происходит окисление (выгорание) примесей чугуна. По мере окисления примесей чугуна (в частности, углерода) повышается температура его плавления (температура плавления чугуна 1100—1200 °С, низкоуглеродистого железа ~1500°С). Температура в горне достигает 1300-1400 °С, т.е. достаточна для расплавления чугуна, но недостаточна для поддержания в жидком виде образующегося низкоуглеродистого сплава. По мере окисления примесей металл становится все более тугоплавким и все более вязким. В результате на дне горна получается зернистая тестообразная железистая масса, которую собирают в один ком, или крицу, извлекают из горна и подвергают обработке под молотом для удаления из металла шлака и образования возможно более плотного и однородного куска железа.

В связи с тем, что горючие материалы, применяющиеся в кричном производстве, находятся в тесном соприкосновении с металлом, они должны быть чистыми от золы и вредных примесей (главным образом, серы). Таким требованиям лучше всего удовлетворяет древесный уголь. Готовая крица содержит, %: С 0,03-0,05; Si 0,01-0,02; Мп 0,08; Р 0,01-0,04; S 0,004—0,006. Кричный способ производства имеет целый ряд существенных недостатков: низкую производительность, высокий угар железа (до 20 %), большой расход топлива, значительную трудоемкость процесса и др.

В большинстве промышленных стран кричный процесс как крайне непроизводительный и дорогой исчез в конце XIX— начале XX вв. Низкая производительность и высокая стоимость кричного передела, а также массовое уничтожение лесов вокруг промышленных центров, вызванное необходимостью получения больших количеств древесного угля, — все это заставляло искать более производительный способ производства кричного железа, причем такой, при котором можно было заменить чистый древесный уголь другим топливом - более дешевым и менее дефицитным. Такой способ был предложен в 1784 г. Г.Кортом (Англия).



Способ заключался в получении стали окислительным плавлением чугуна на поду отражательной печи. Печь получила название пудлинговой[2].

При этом способе можно сжигать в топке любое топливо, причем чистота его не играла такой роли, как при кричном переделе, так как непосредственного контакта топлива с металлом не было. Впервые отражательная печь для получения ковкого железа использовали в 1766 англичане братья Т. и Д. Кранедж, применив в качестве топлива каменный уголь. В 1784 способ был усовершенствован Г. Кортом, сыгравшим большую роль в практическом распространении пудлингово процесса. Сущность процесса заключается в следующем. На под пудлинговой печи загружают чушки чугуна. Расплавившийся металл и находящийся в печи шлак для увеличения поверхности контакта подвергают перемешиванию (пудлингованию) металлическими штангами. Поскольку температура в печи не превосходила 1400—1450 °С, обезуглероженный металл становился все более и более вязким. Сгущающийся сплав перемешивали, добиваясь однородности его состава, и затем "накатывали" из него куски — так называемые "крицы" массой 30—50 кг. Получаемые крицы представляли собой комья сварившихся между собой зерен металла. Окончательная сварка зерен происходила при последующих нагревах и обработке металла давлением, поэтому продукты и кричного, и пудлингового процессов часто называют сварочным железом.

На обычных печах (садкой около 0,5 т) проводили 10—12 плавок в сутки; расход топлива при этом составлял 0,7—1 т на 1 т металла; угар железа 12—15 %.

Усовершенствованные регенеративные пудлинговые печи со сдвоенным рабочим пространством позволяли получать в сутки ~ 15 т металла при расходе угля ~ 9 т. В начале XX в. стоимость пудлингового железа ненамного превышала стоимость мартеновской стали

Недостатками пудлингового процесса являются: высокий расход топлива, низкая производительность, низкий выход годного, невозможность получения литой стали; этот процесс также не выдержал конкуренции с появившимися конвертерным, а затем мартеновским.

Третий этап. Возникновение способа получения жидкой (литой) стали.

Наиболее древним из всех существующих способов получения стали в жидком, расплавленном виде, т.е. так называемой литой стали, является тигельный процесс[3]. Точная дата появления этого способа неизвестна.

Выплавка стали в тиглях производится следующим образом: в тигли вместимостью обычно 25—35 кг загружают металлическую шихту, по составу близкую к стали, которую необходимо получить. Закрытые крышками тигли помещают в горны или пламенные регенеративные печи (передача тепла металлу осуществляется через стенки тигля).

Тигельная сталь характеризуется очень высокими механическими свойствами как вдоль, так и поперек направления прокатки или ковки. Отсутствие окислительной атмосферы и раскисляющее действие материала тигля, а также сравнительно невысокие температуры процесса, не позволяющие перегреть металл, дают возможность получать плотную сталь с ничтожным количеством неметаллических включений и низким содержанием газов.

Однако тигельный процесс также, имеет ряд существенных недостатков, к ним относятся низкая производительность труда, высокие требования к чистоте исходных материалов, малая стойкость тиглей (до трех плавок), высокий расход топлива и другие.

Четвертый этап. Возникновение относительно простых и дешевых способов массового производства литого металла.

Простой и дешевый способ получения литой стали в больших количествах путем продувки жидкого чугуна воздухом был предложен в 1855 г. английским механиком Генри Бессемером[4]. Продувку чугуна проводили в специальном агрегате — конвертере с кислой футеровкой. Способ получил название конвертерного (бессемеровского).

В 1878—1879 гг. Томасом[5] (Англия) был разработан вариант конвертерного процесса, при котором футеровку конвертера выполняли из доломита (материала, обладающего основными свойствами). Этот процесс получил название томасовского или основного конвертерного.

В 1865 г. во Франции Эмиль и Пьер Мартены[6] успешно осуществили выплавку стали из чугуна и железного лома в регенеративных пламенных печах. Получение в этих печах высокой температуры, достаточной для расплавления стали, стало возможным благодаря подаче в печь подогретых газа и воздуха.

Принцип использования тепла отходящих газов для подогрева топлива и воздуха в так называемых регенераторах был разработан Ф.Сименсом[7], поэтому в ряде стран процесс называют сименс-мартеновским.

Конвертерный и мартеновский способы явились базой, обеспечивающей бурный рост индустриальной мощи промышленно развитых стран. Менее, чем за 150 лет мировое производство стали возросло более чем в три тысячи раз (с 330 тыс.т в 1868г. до 1 млрд. т в 2005г.).

Пятый этап. Развитие электрометаллургии стали.

Во второй половине XIX в. появился ряд предложений по использованию для плавки стали электрической энергии. В конце XIX—начале XX вв. были созданы и начали работать электропечи различных конструкций. Появились дуговые сталеплавильные печи вместимостью 200—350т. Развитие электрометаллургии стимулируется также возможностью переплава больших количеств такой дешевой шихты, как металлический лом. К настоящему времени уже большое число промышленно развитых стран выплавляют в электродуговых печах более 40 % всей стали.

Шестой этап. Интенсификация сталеплавильного процесса кислородом. Замена воздуха, используемого в сталеплавильных агрегатах для сжигания топлива или окисления примесей чугуна, чистым кислородом существенно изменяет тепловой баланс процессов (исключаются потери тепла вследствие нагрева балластного азота, поступающего вместе с кислородом воздуха), а также облегчает решение проблемы повышения качества металла. Однако высокая стоимость кислорода длительное время препятствовала осуществлению этой замены. Лишь в послевоенные годы появившиеся относительно дешевые способы получения кислорода позволили начать в широких масштабах разработку соответствующей технологии. Одной из первых стран, где были развернуты эти работы, был СССР. Исследования проводили во второй половине 40-х годов под общим руководством акад. И.П.Бардина[8].

Первые же опыты подтвердили теоретические расчеты, однако потребовалось несколько лет, прежде чем были отработаны оптимальные приемы работы и конструкции агрегатов, фурм, горелок и т.п. К концу 50-х годов использование кислорода в сталеплавильном производстве стало обычной практикой, которая оказала существенное влияние на масштабы выплавки стали в мире. В результате только за 10 лет (с 1960 по 1970 г.) мировое производство стали возросло с 346 до 603 млн т. Основная масса стали, производимой в настоящее время в мире, выплавляется в агрегатах, где роль окислителя выполняет технически чистый кислород.

Седьмой этап. Появление и распространение переплавных процессов. На процессы удаления из стали вредных примесей влияют такие факторы, как изменение давления, увеличение поверхностей контакта взаимодействующих фаз, ускорение процесса охлаждения металла, использование плазменной и электронно-лучевой технологии и др. В результате появились и получили за последние годы значительное распространение такие способы переплава стали, как вакуумный индукционный (ВИП), вакуумный дуговой (ВДП), электрошлаковый (ЭШП), электроннолучевой, плазменный и др. Поскольку в этих процессах осуществляется переплав стали, предварительно выплавленной в "обычном" агрегате (конвертерах, мартеновской печи, электродуговой печи), такие процессы называют переплавными. Эти способы сравнительно дорогостоящие и малопроизводительные, но обеспечивают получение металла очень высокого качества с особыми свойствами.

Восьмой этап. Появление и развитие внепечной, вторичной или ковшевой металлургии. Многие технологические операции, проводимые для уменьшения содержания вредных примесей в металле и повышения его качества, можно перенести из плавильного агрегата в ковш (или иной агрегат, заменяющий ковш), специально оборудованный устройствами для соответствующей обработки жидкого металла. Производительность плавильного агрегата при этом возрастает, одновременно обеспечивается повышение качества стали. Для удаления из металла вредных примесей, усреднения состава и регулирования температуры металл в ковше подвергают вакуумированию, продувают инертными газами, обрабатывают жидкими или порошкообразными смесями или специальной лигатурой, подвергают электромагнитному перемешиванию и т.п. Эти методы получили название ковшевой(или вторичной) металлургии, внепечной обработки или внепечного рафинирования.

Девятый этап. Развитие методов непрерывной разливки.

Создание работоспособных агрегатов непрерывной разливки стали позволило:

а) существенно снизить расход жидкой стали для получения 1 т проката;

б) улучшить условия для повышения качества стали;

в) обеспечить реальное начало нового этапа в металлургии: получение готового стального продукта или полупродукта непосредственно из жидкого металла ("прямая прокатка");

г) повысить производительность труда металлургов.

В настоящее время в промышленно развитых странах практически вся выплавляемая сталь разливается на установках непрерывной разливки.

 

 

Полученные тем или иным способом стали чрезвычайно разнообразны по своим свойствам и составу. Их классифицируют по способу производства, назначению, качеству, химическому составу, характеру застывания в изложницах и строению получающегося слитка.

Единой мировой системы классификации стали нет. Многие компании и фирмы пользуются своими системами классификации стали.

По способу производства сталь может быть мартеновской, конвертерной, электросталью, электрошлакового переплава и полученной другими способами.

По назначению можно выделить следующие основные группы сталей:

Конструкционная сталь, которую применяют при изготовлении различных металлоконструкций (для строительства зданий, мостов, различных машин и т.п.). Конструкционные стали могут быть как простыми углеродистыми, так и легированными (например, марганцовистая сталь, хромистая сталь.

Топочная и котельная сталь — низкоуглеродистая сталь, применяемая для изготовления паровых котлов и топок. Эта сталь должна иметь хорошие пластические свойства в холодном состоянии, хорошо свариваться, не должна иметь склонности к старению.

Сталь для железнодорожного транспорта — рельсовая сталь, осевая сталь, сталь для бандажей железнодорожных колес. Это среднеуглеродистая сталь, к ней предъявляются высокие требования при механических испытаниях, например, на усталость, при проверке сплошности структуры металла.

Подшипниковая сталь служитматериалом для изготовления шариковых и роликовых подшипников. К этой стали, содержащей около 1 % С и 1,5 % Сг, предъявляют очень высокие требования по содержанию неметаллических включений.

Инструментальная сталь применяется для изготовления различных инструментов, резцов, валков прокатных станов, деталей кузнечного и штамповочного оборудования. Она содержит обычно значительное количество углерода (иногда до 2 %), а также в ряде марок — значительное количество легирующих элементов: хрома, вольфрама, молибдена и др.

Кроме указанных, имеется еще ряд групп сталей, назначение которых видно из самого их названия: рессорно-пружинные, электротехнические, трансформаторные, динам-ные, нержавеющие, орудийные, снарядные, броневые, трубные стали и другие.

По качеству стали обычно делят на следующие группы: сталь обыкновенного качества, качественную и высококачественную. Различия между этими группами заключаются в допускаемом содержании вредных примесей (в первую очередь серы и фосфора), а также в особых требованиях по содержанию неметаллических включений. Например, в сталях обыкновенного качества содержание серы и фосфора не должно превышать 0,040—0,060 %, в качественных сталях — не более 0,030—0,040 %, в высококачественных — не более 0,020— 0,030 % (в некоторых случаях содержание серы и фосфора допускается в очень низких пределах: 0,010 и даже 0,005 %).

По химическому составу различают стали: углеродистые (в том числе низко-, средне-, высокоуглеродистые), низколегированные, легированные (в том числе хромистые, марганцовистые, хромоникелевые и т.п.).

Установлены единые условные обозначения химического состава стали:

Элемент ... С Mn Si Сг Ni Mo W V Al Ti

В обозначении марок стали по стандарту цифры с левой стороны букв обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента (для инструментальных сталей — в десятых долях процента). Буквы справа от цифр, выражающих среднее процентное содержание углерода, обозначают наличие соответствующего элемента в стали. Цифры, стоящие после букв, указывают примерное содержание соответствующих элементов, если оно выше 1 %.

Буква А в конце обозначения марки указывает на то, что сталь является высококачественной. Например, марка 12Х2Н4А означает, что это высококачественная сталь, содержащая около 0,12 % С, 2 % Сг и 4 % Ni. Обозначение марки стали ЗОХГС свидетельствует о том, что в этой стали около 0,30 % С и около 1 % хрома, марганца и кремния.

Марки углеродистой стали обыкновенного качества обозначают следующим образом: СтО, Ст1, Ст2 и т.д. Обозначениями качественных углеродистых сталей служат: 10, 20, 45 и т.д. Цифры соответствуют среднему содержанию углерода в сотых долях процента. Углеродистые инструментальные стали маркируют буквой У(У7, У10, У12 и т.п.). Цифры после буквы У указывают на содержание углерода в десятых долях процента.

По характеру застывания стали в изложницах различают спокойные, кипящие и полуспокойные стали. Поведение металла при кристаллизации в изложнице зависит от степени раскисленности: чем полнее раскислена сталь, тем спокойнее кристаллизуется слиток.

Так, например, в результате обильного газовыделения кипящая сталь при кристаллизации в изложнице кипит (отсюда название стали). Наоборот, спокойная сталь кристаллизуется без видимых эффектов, спокойно.

Каждый из перечисленных видов классификации стали характеризует свойства металла, его надежность в работе, стоимость, возможность получения в определенных количествах и другие параметры. Все это учитывают потребители ме­талла.

 

 


[1] Крица, твёрдая губчатая масса железа (с низким содержанием углерода, серы, фосфора и кремния) со шлаковыми включениями, заполняющими поры и полости. Крица может быть получена либо непосредственно из руды путём её восстановления при 1250—1350°С, либо путём кричного передела чугуна.

[2] Пудлингование (англ. puddling, от puddle — перемешивать), металлургический процесс передела чугуна в мягкое малоуглеродистое железо, получающееся в тестообразном состоянии на поду пламенной отражательной (пудлинговой) печи.

[3] Тигельный процесс- древнейший способ получения металлов (меди, стали и др.) в расплавленном виде в тиглях. Возникла в бронзовом веке преимущественно в странах Др. Востока. Тигельная плавка стали возрождена в Европе в сер. 18 в., применялась до нач. 20 в. (вытеснена электроплавкой).

[4] Генри Бессемер (англ. Sir Henry Bessemer) (р. 19 января 1813, Чарлтон, графство Хартфордшир, — 15 марта 1898, Лондон) — английский изобретатель, член Лондонского королевского общества (с 1879). Бессемер имел свыше 100 патентов на изобретения в различных областях техники: игольчатый штамп для марок, словолитная машина (1838), машина для прессования сахарного тростника (1849), центробежный насос (1850) и др. Работа по улучшению тяжёлого артиллерийского снаряда (1854) натолкнула его на поиски более совершенного способа получения литой стали для орудийных стволов. В 1856 Бессемер запатентовал конвертер для передела жидкого чугуна в сталь продувкой воздухом без расхода горючего, который стал основой т. н. бессемеровского процесса. В 1860 Бессемер запатентовал вращающийся конвертер с подачей воздуха через днище и цапфы, конструкция которого в основном сохранилась до настоящего времени. Бессемер выдвинул идею бесслитковой прокатки стали.

[5] Томас (Thomas) Сидни Джилкрист (16.4.1850, Канонбери, близ Лондона, - 1.2.1885, Париж), английский металлург. Получил гуманитарное образование в колледже. Служил писарем в лондонском суде и по вечерам посещал лекции в Королевской горной школе. Решая проблему переработки высокофосфористых чугунов в конвертере, создал (при участии двоюродного брата П. Джилкриста) томасовский процесс (1878). На изготовление стали этим способом взял ряд патентов в 1877-82. Предвидел, что высокофосфористые шлаки разработанного им процесса можно использовать как удобрения.

[6] Мартен (Martin) Пьер [18.8.1824, Бурж, департамент Шер, — 25(?).5.1915, Фуршамбо, департамент Ньевр], французский металлург. По окончании горной школы работал на металлургическом заводе своего отца в городе Фуршамбо, в 1854—1883 был директором металлургического завода в Сирёй (близ города Ангулем). В 1864 предложил новый способ получения литой стали в регенеративных пламенных печах. Использовав разработанный незадолго до этого немецким инженером Ф.Сименсом принцип регенерации тепла продуктов горения, М. применил его для подогрева не только воздуха, но и газа. Благодаря этому удалось получить температуру, достаточную для выплавки стали. Мартеновский способ стал широко применяться в металлургии в последней четверти 19 века.

[7] Сименс Фридрих(Siemens, род. в 1826) - нем. инженер, брат Вернера С., в 1848 г. отправился в Англию и сделался сотрудником Карла-Вильгельма С., изобретения которого по части двигателей и машинной техники он наряду с собственными изобретениями старался ввести в употребление в Штеттине и Англии. В 1856 г. С. устроил первую регенеративную печь и в 1859 г. ввел ее в употребление в Англии. В 1867 г. принял в свое ведение основанный братом его Гансом стеклянный завод в Дрездене и обогатил стеклянное производство многими изобретениями - между прочим, предложил новый способ изготовления закаленного стекла, который осуществил на особом заводе в Дрездене. Он основал затем заводы в Дрездене, Вене и Берлине для производства аппаратов для газового освещения и отопления собственной конструкции, а также технические бюро в Дрездене и Лондоне с отделениями в Вене, Париже и Филадельфии для эксплуатации своих многочисленных изобретений (регенеративные горелки, регенеративные печи, стеклоплавильные ванны, нефтяно-газовые печи и мн. др.). Кроме того, С. принадлежит ряд научных исследований по теории сжигания, передаче теплоты и диссоциации. С. напеч.: "Bericht ü ber die Smoke Abatement exhibition" (Берл., 1882), "Ueber die Vorteile der Anwendung hocherhitzter Luft" (1887), "Heizverfahren mit freier Flammenentfaltung" (1885), "Ueber den Verbrennungsprozess" (1887) и др.

 

[8] Иван Павлович Бардин (1(12) ноября 1883, село Широкий Уступ, Антарский уезд, Саратовская губерния - 7 января 1960)российский учёный, академик АН СССР (1932), Герой Социалистического Труда (1945). Руководил проектированием крупных металлургических предприятий, созданием металлургических агрегатов, разработкой и внедрением в СССР непрерывной разливки стали и кислородно-конвертерного процесса. Ленинская премия (1958), Государственная премия СССР (1942, 1949).

 





Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 336; Нарушение авторских прав?


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2020) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.012 сек.