Производство стали

Гл.2 СТАЛИ

Сталью называются сплавы железа с углеродом и другими элементами, содержащие менее 2,14 % С.

Стали широко применяются во всех сферах жизнеде­ятельности человека. В промышленности сталь являет­ся основным материалом, широко применяемым в ма­шиностроении, а также для изготовления различного инструмента. Она сравнительно недорога; обладает цен­ным комплексом механических, физико-химических и технологических свойств; производится в больших ко­личествах.

Главной составляющей, определяющей свойства сталей, является углерод. С увеличением процентного со­держания углерода прочность стали повышается, а спо­собность к пластической деформации понижается. Кроме углеродистых в автомобилестроении широко применяют легированные стали, в состав которых для улучшения тех или иных свойств дополнительно вводят хром, никель, молибден и другие элементы.

Сера и фосфор относятся к вредным примесям. Сера уменьшает способность к ковке и свариваемости дела­ет сталь ломкой при нагреве (красноломкость). Фосфор придает стали хрупкость в холодном и горячем состоя­нии (хладноломкость).

Исходными материалами для получения стали служат: передельный чугун, стальной лом и ферросплавы.

Основная задача передела чугуна в сталь состоит в удале­нии избытка углерода и примесей с помощью окисли­тельных процессов, протекающих в сталеплавильных агрегатах.

Состав, свойства и качества сталей в значительной степени зависят от способа ее производства. Основны­ми способами производства стали являются:

—кислородно-конвертерный;

—мартеновский;

—электродуговой.

Общая классификация сталей

Стали классифицируют по:

—химическому составу;

—структуре;

—назначению;

—качеству;

—степени раскисления.

По химическому составу стали подразделяют на:

— углеродистые (низкоуглеродистые до 0,2% С,
среднеуглеродистые 0,2—0,45; высокоуглеродис­тые, содержащие более 0,5 % С);

— легированные (сумма легирующих элементов у низ­колегированных сталей до 2,5%; у среднелегированных 2,5—10,0 %; у высоколегированных — бо­лее 10,0 %).

При определении степени легирования содержание углерода во внимание не принимают, марганец и крем­ний считаются легирующими элементами при их содер­жании более 1 и 0,8 % соответственно.

При обозначении марок стали используют следую­щие обозначения химических элементов: Г — марганец, М — молибден, Д — медь, Р — бор, С — кремний, В — вольфрам, Ю — алюминий, П — фосфор, Н — никель, Ф — ванадий, Б — ниобий, А — азот, X — хром, Т — титан, К — кобальт, Ц — цирконий.

Для маркировки стали в России пользуются опреде­ленным сочетанием цифр и букв, показывающих при­мерный химический состав стали.

Первые цифры в марке стали указывают содержание углерода в сотых долях процента. Если в начале марки­ровки перед буквами стоит одна цифра, то она выража­ет содержание углерода в десятых долях процента; при содержании углерода свыше 1 % цифру перед буквами не ставят.

Далее в маркировке следуют буквы, показывающие наличие соответствующих легирующих элементов в со­ставе стали. Цифры за буквами показывают среднее (ок­ругленное до 1) процентное содержание легирующего элемента. При этом, если содержание элемента до 1,5 %, цифра не ставится. В отдельных случаях может быть указано более точно содержание легирующего элемен­та. Например, сталь 32Х06Л — содержит в среднем 0,32 % С и 0,6 % Сr. Последняя буква «Л» указывает, что сталь литейная.

Для обозначения высококачественной легированной стали в конце маркировки добавляют букву «А». Высо­кокачественная сталь содержит меньше серы и фосфо­ра, чем качественная.

Некоторые стали специального назначения выделены и отдельные группы и имеют особую маркировку. Каждой группе присваивается своя буква и ставится впереди:

Ж — хромистая нержавеющая сталь;

Я — хромоникелевая нержавеющая сталь;

Р — быстрорежущая сталь;

Ш — шарикоподшипниковая сталь;

Е — электротехническая сталь.

Структура стали — менее устойчивый классификационный признак, так как зависит от скорости охлажде­ния (толщины стенки отливок), степени легирования, Iк-жима термообработки и других изменяющихся факторов)!}, но структура готового изделия позволяет объективнооценивать его качество.

На формирование структуры стали в наибольшей сте­пени влияет углерод. Структура стали без термической обработки после медленного охлаждения состоит из смеси феррита и цементита. Количество цементита в стали прямо пропорционально содержанию углерода. Твердые частицы цементита повышают сопротивление деформации, уменьшая пластичность и вязкость. Таким образом, с увеличением в стали содержания углерода возрастают твердость, предел прочности и уменьшают­ся вязкость, относительное удлинение и сужение.

Кремний слабо влияет на структуру и механические свойства углеродистой стали, но как раскислитель он способствует улучшению литейных свойств.

Марганец является хорошим десульфуратором и раскислителем (уменьшает вредное влияние серы и кисло­рода); способствует повышению механических свойств стали, не снижая пластичности, и резко уменьшает хрупкость при высоких температурах (красноломкость).

Сера является вредной примесью в стали, ее содер­жание не должно превышать 0,06 %. С железом сера образует химическое соединение — сульфид железа (лег­коплавкий эвтектический сплав), располагающийся обычно по границам зерен, металлической матрицы. При нагревании стали до 1000—1300°С эвтектика рас­плавляется и нарушается связь между зернами металла, т.е. происходит охрупчивание.

Сульфиды, как и другие неметаллические включения, сильно снижают однородность строения и механичес­кие свойства стали, в особенности пластичность, удар­ную вязкость и предел выносливости, а также ухудша­ют свариваемость и коррозионную стойкость.

Фосфор является вредной примесью в стали, и содер­жание его не должно превышать 0,08 %. Растворяясь в феррите, фосфор сильно искажает и уплотняет его кри­сталлическую решетку. При этом увеличиваются преде­лы прочности и текучести сплава, но уменьшаются его пластичность и вязкость. Фосфор значительно повыша­ет порог хладноломкости стали.

Газы (азот, водород, кислород) частично растворены в стали и присутствуют в виде хрупких неметаллических включений — оксидов и нитридов. Концентрируясь по границам зерен, они повышают порог хладноломкости, понижают предел выносливости и сопротивление хруп­кому разрушению. Например, хрупкие оксиды при го­рячей обработке стали давлением не деформируются, а крошатся и разрыхляют металл.

Кремний, марганец, сера, фосфор, а также газы: кис­лород, азот, водород — являются постоянными приме­сями в стали. Кроме них в стали могут быть случайные примеси, попадающие в сталь из вторичного сырья или руд отдельных месторождений. Из стального лома (скра­па) в сталь могут попасть хром, никель, олово и ряд дру­гих элементов. Отдельные примеси находятся в стали в небольших количествах и не оказывают существенного влияния.

По назначению стали делятся на три группы:

— конструкционные стали, предназначенные для из­готовления деталей машин и элементов строитель­ных конструкций. Подразделяются на:

обыкновенного качества;

улучшаемые;

цементуемые;

автоматные;

высокопрочные;

рессорно-пружинные.

— инструментальные стали, подразделяют на под­группы по изготовлению:

режущего инструмента; измерительного инструмента; штампово-прессовой оснастки.

— стали специального назначения с особыми физиче­скими и механическими свойствами:

нержавеющие (коррозионно-стойкие);

жаростойкие;

жаропрочные;

износостойкие и др.

По качеству стали классифицируются на:

— обыкновенного качества, содержат до 0,06% S и 0,07 % Р;

— качественные, содержащие до 0,035 % S и 0,035 % Р;

— высококачественные — не более 0,025 % S и 0,025 % Р;

— особо высококачественные — не более 0,015 % S и 0,025 % Р.

Под качеством понимается совокупность свойств стали, определяемых металлургическим процессом её производства. Однородность химического состава, стро­ение и свойства стали зависят от содержания вредных примесей и газов.

По степени раскисления стали классифицируют на:

—спокойные (сп);

—полуспокойные (пс);

—кипящие (кп).

Раскислением называют процесс удаления кислорода из жидкой стали.

Спокойные стали раскисляют марганцем, алюминием и кремнием в плавильной печи и ковше. Они затверде­вают в изложнице спокойно, без газовыделения, с обра­зованием в верхней части слитков усадочной раковины.

Кипящие стали раскисляют только марганцем, что недостаточно. Перед разливкой в них содержится повы­шенное количество кислорода, который при затверде­вании слитка частично реагирует с углеродом и выделя­ется в виде газовых пузырей окиси углерода, создавая впечатление «кипения» стали.

При прокатке слитков газовые пузыри, заполненные окисью углерода, завариваются. Листовой прокат из та­кой стали предназначен для изготовления деталей кузо­вов автомобилей вытяжкой, имеет хорошую штампуемость в холодном состоянии.

Полуспокойные стали по степени их раскисления за­нимают промежуточное положение между спокойными и кипящими сталями. Частично их раскисляют в пла­вильной печи и в ковше, а окончательно — в изложни­це за счет содержащегося в металле углерода.

Дата добавления: 2014-01-07