Производство стали

Добыча

В России и мире существует множество карьеров, где добывают железную руду. Это огромные и тяжелые камни, которые достаточно сложно достать из карьера, так как они являются частью одной большой горной породы. Непосредственно на карьерах в горную породу закладывают взрывчатку и взрывают ее, после чего огромные куски камней разлетаются в разные стороны. Затем их собирают, грузят на большие самосвалы (типа БелАЗ) и везут на перерабатывающий завод. Из этой горной породы и будет добываться железо.

Иногда, если руда находится на поверхности, то ее вовсе необязательно подрывать. Ее достаточно расколоть на куски любым другим способом, погрузить на самосвал и увезти.

Общие характеристики

Физические свойства. Общие показатели, которыми обладают углеродистые стали общего назначения.

• Плотность:
  1. по СИ – 7800 кг/м3;
  2. по СГС – 7,8 г/см3;

по МКСС – 796 тем/м3;

• Коэффициент Пуансона – 0,24-0,28;
• Модуль:
  1. Юнга – 20500 кГ/мм2;
  2. сдвига – 8100 кГ/мм2
• Допускаемые напряжения:
  1. на сжатие – 14 кГ/мм2;
  2. на растяжение – 14 кГ/мм2.

Механические и эксплуатационные свойства  представлены в таблице.

Характеристики свариваемости углеродистой стали общего назначения обыкновенного качества приведены в следующей таблице.

Перед изготовлением деталей и элементов механизмов и конструкций образцы стали подвергаются испытаниям. Кроме того, образцы испытывают на изгиб, то есть какой диаметр образца не разрушается при изгибе его на 180°.

Прокат листового формата, произведенный из сталей углеродистых обыкновенного качества производителями изготавливается в соответствии четырем группам прочности:

• ОК300В;
• ОК360В;
• ОК370В;
• ОК400В,

где

• ОК – сплав обыкновенного качества;
• Цифровой индекс – это группа прочности, которая информирует о нижнем значении показателя предела прочностного сопротивления по времени);
• В – показатель характеристики (прочности).

К каждой группе прочности относятся следующие марки сталей:

• ОК300В – Ст1кп, пс, сп; Ст2кп, пс, сп;
• ОК360В — Ст3кп, пс, сп;
• ОК370В — Ст3пс, сп
• ОК400В — Ст4кп, пс, сп; Ст5пс, сп.

Горячекатаные листы из сталей обыкновенного качества на стадии производства подвергаются термической обработке. В процессе изготовления они подвергаются нормализации. Холоднокатаные листы также подвергаются термической обработке, а также дрессированию.

Для листового металлического проката на поверхности недопустимо появление:

• расслоений;
• пузырей;
• надрывов;
• трещин;
• вкраплений инородных предметов и прочего.

Качество отделки поверхности листового проката соответствует четырем группам: I, II, III, IV.

Детали и изделия, которые подвергаются термической обработке изготавливаются из сталей обыкновенного качества общего назначения групп Б и В с номерами 5, 6. они подвергаются закалке и далее высокотемпературному отпуску.

Свойства стали

Физические свойства

• плотность ρ ≈ 7,86 г/см3; коэффициент линейного теплового расширения α = (11…13)·10−6 K−1;
• коэффициент теплопроводности k = 58 Вт/(м·K);
• модуль Юнга E = 210 ГПа;
• модуль сдвига G = 80 ГПа;
• коэффициент Пуассона ν = 0,28…0,30;
• удельное электросопротивление (20 °C, 0,37—0,42 % углерода) = 1,71·10−7 Ом·м.

Зависимость свойств от состава и структуры

Свойства сталей зависят от их состава и структуры, которые формируются присутствием и процентным содержанием следующих составляющих:

• Углерод — элемент, с увеличением содержания которого в стали увеличивается её твёрдость и прочность, при этом уменьшается пластичность.
• Кремний и марганец (в пределах 0,5 … 0,7 %) существенного влияния на свойства стали не оказывают. Эти элементы вводятся в большинство углеродистых и низколегированных марок сталей во время операции раскисления (сначала — ферромарганец, затем — ферросилиций, как дешевые раскисляющие ферросплавы).
• Сера является вредной примесью, образует с железом химическое соединение FeS (сернистое железо). Сернистое железо в сталях образует с железом эвтектику с температурой плавления 1258 К, которая обусловливает ломкость материала при обработке давлением с подогревом. Указанная эвтектика при термической обработке расплавляется, в результате чего между зернами теряется связь с образованием трещин. Кроме этого, сера уменьшает пластичность и прочность стали, износостойкость и коррозионную стойкость.
• Фосфор также является вредной примесью, так как придает стали хладноломкость (хрупкость при пониженных температурах). Это объясняется тем, что фосфор вызывает сильную внутрикристаллическую ликвацию. Однако существует группа сталей с повышенным содержанием фосфора, так называемые — «автоматные стали», металлоизделия из которых легко поддаются обработке резанием (например, болты, гайки и пр. на револьверных токарных станках-полуавтоматах).
• Феррит — железо с объемноцентрированной кристаллической решеткой. Сплавы на его основе обладают мягкой и пластичной микроструктурой.
• Цементит — карбид железа, химическое соединение с формулой Fe₃C, наоборот, придаёт стали твёрдость. При появлении в структуре заэвтектоидной стали свободного цементита (при С более 0,8 %) пропадает четкая связь между содержанием углерода и комплексом механических свойств: твердостью, ударной вязкостью и прочностью.
• Перлит — эвтектоидная (мелкодисперсная механическая) смесь двух фаз — феррита и цементита, содержит 1/8 цементита (точнее — согласно правилу «рычага», если пренебречь растворимостью углерода в феррите при комнатной температуре — 0,8/6,67) и поэтому имеет повышенную прочность и твёрдость по сравнению с ферритом. Поэтому доэвтектоидные стали гораздо более пластичны, чем заэвтектоидные.

Стали содержат до 2,14 % углерода. Фундаментом науки о стали как сплава железа с углеродом является диаграмма состояния сплавов железо-углерод — графическое отображение фазового состояния сплавов железа с углеродом в зависимости от их химического состава и температуры. Для улучшения механических и других характеристик сталей применяют легирование. Главная цель легирования подавляющего большинства сталей — повышение прочности за счет растворения легирующих элементов в феррите и аустените, образования карбидов и увеличения прокаливаемости. Кроме того, легирующие элементы могут повышать устойчивость против коррозии, термостойкость, жаропрочность и др. Такие элементы, как хром, марганец, молибден, вольфрам, ванадий, титан образуют карбиды, а никель, кремний, медь, алюминий карбидов не образуют. Кроме того, легирующие элементы уменьшают критическую скорость охлаждения при закалке, что необходимо учитывать при назначении режимов закалки (температуры нагрева и среды для охлаждения). При значительном количестве легирующих элементов может существенно измениться структура, что приводит к образованию новых структурных классов по сравнению с углеродистыми сталями.

Необходимые материалы

Когда тип ножа для изготовления выбран, пришло время позаботиться о подборе необходимых материалов. Любой нож содержит два основных элемента:

• клинок;
• черенок (рукоять).

https://youtube.com/watch?v=iZdLfIt4OSg

Выбор стали

В зависимости от условий эксплуатации необходимо определиться с конечными характеристиками лезвия:

• твердостью;
• ударной вязкостью;
• коррозионной стойкостью;
• износостойкостью.

Для этого необязательно изучать материаловедение, достаточно воспользоваться наработанным опытом и советами мастеров.

Если опыт кузнечных работ отсутствует, от использования дамаска и булата придется отказаться, хотя из них получаются изделия с прекрасными эксплуатационными характеристиками. Хотя есть кузницы, продающие заготовки для ножей, но стоимость готового изделия существенно возрастет, ведь цены на эти заготовки основаны на значительных затратах сил и времени при их изготовлении.

Среди наиболее популярных ножевых сталей можно выделить следующие:

• 95Х18 — полноправный лидер среди прочих материалов. Нержавеющая сталь с чрезвычайно высокой прочностью и износостойкостью. Старые обозначения этого сплава — 9Х18 и ЭИ229. Данная сталь позволяет добиться высокой твердости. Причем даже при твердости до 64 HRC трудно будет сломать лезвие или добиться выкрашивания режущей кромки. Но обычно термообработку проводят до значений 58−62 HRC. Заточка лезвия такой твердости сопряжена с некоторыми сложностями, но удовольствие от работы таким ножом оправдывает затраченные усилия.
• Х12МФ — штамповая сталь с высокой прочностью и ударной вязкостью. Обеспечивает твердость до 62 HRC, но обладает низкой коррозионной стойкостью. За клинком из этой стали нужно тщательно ухаживать и не допускать хранения во влажной среде.
• 50Х14МФ — хромистая нержавеющая сталь для лезвийного инструмента. Применяется для изготовления скальпелей. Может обеспечить твердость до 58 HRC.
• ХВГ, 9ХС — инструментальные стали высокой твердости. Удобны в изготовлении и хорошо держит заточку, но чрезвычайно подвержены коррозии.
• 50ХГА — пружинная сталь с большой вязкостью. Хорошо держит ударные нагрузки, но лезвие будет тупиться.
• 40Х13 — еще одна пружинная сталь, которая часто используется для изготовления ножей ввиду широкой доступности. Но изделия из нее часто приносят владельцам разочарование, поскольку мгновенно тупятся и не позволяют долго выполнять серьезные работы.

Используются и другие марки сталей, однако указанные выше наиболее распространены.

https://youtube.com/watch?v=UFpBcssdYyU

Где взять заготовку

Идеальный вариант обзавестись заготовкой — обратиться в компанию, осуществляющую розничную продажу металлического проката. Отрезок проката нужной длины обойдется совсем недорого. Если есть возможность произвести ковку, то выбирать стоит пруток круглого сечения. Если отковать заготовку невозможно, придется приобрести полосу. Однако следует помнить, что структура проката хуже кованой.

Можно воспользоваться старой деталью, марка стали которой известна. Это может быть шатун поршневой группы двигателя, рессора или другая деталь из подходящего материала. Но при таком выборе нет гарантии, что внутри металл сохранил свою структуру и не проявил дефектов. Раньше подобный выбор материала был оправдан вследствие дефицита, сегодня же проблем с покупкой сортового проката нет.

Есть домашние мастера, считающие, что хороший нож можно сделать из полотна ножовки или напильника. Здесь стоит отметить, что ножовочное полотно не имеет достаточной толщины для создания ножа-самоделки с приемлемой толщиной обуха. Из полотна можно сделать только хозяйственный нож, для которого будет жалко даже тратить усилия на изготовление рукояти. Напильники же производятся из инструментальной стали У12 или У13, которая является чрезвычайно хрупкой, хоть и имеет высокую твердость. Можно заточить напильник, когда нужно что-то отрезать, но изготавливать из него нож — пустая трата времени и сил.

https://youtube.com/watch?v=L8sJ4lB-OIE

Выбор рукояти

Выбор материала для будущей рукояти зависит от вкусов владельца. Сам материал должен быть комфортным на ощупь и сохранять свои свойства при отрицательных температурах.

Большой популярностью пользуются:

• дерево;
• береста;
• рога животных;
• лапки животных;
• кожа.

Реже используются синтетические материалы.

Российские стандарты маркировки

Согласно российским стандартам, на стали обозначается маркировка, в которой указывается металлический состав и принадлежность к виду (частично). Если содержание углерода не превышает один процент, то его наличие в маркировке не участвует. В маркировку входят обозначения добавок, чтобы придать сплаву легирующие свойства. Они обозначаются десятыми и сотыми частями процента. Если какого-либо компонента менее полутора процентов, то его наличие отмечают только буквой.

Но не только химический состав присутствует в маркировке. Здесь есть символы, которые указывают на характеристики стального сплава для применения и уровень качества. Так буква «А» говорит о высоком качестве продукта.

Способы изготовления стали и технологии

От технологии изготовления стали зависят структура этого сплава, его состав и свойства. Обычные стали производятся в мартеновских печах или конвертерах. Как правило, они насыщены значительным количеством неметаллических примесей.

Высококачественные сплавы производят с использованием электропечей. Особовысококачественные легированные стали, содержащие минимальное количество вредных примесей, производятся в процессе электрошлаковой переплавки.
При производстве сталей используют процесс раскисления, направленный на выведение кислорода из структуры сплава.  От количества удалённого кислорода зависит, какие получаются стали: малораскисленные, совершенно раскисленные или полураскисленные. Их классифицируют, как кипящие, спокойные и полуспокойные.

Марки стали

Несмотря на то, что сталь однозначно признаётся самым востребованным сплавом железа, единая система маркировки её видов по настоящее время не сложилась. Наиболее проста и популярна  буквенно-численная маркировка.

Качественные углеродистые стали маркируют с использованием литеры «У» и двузначным числовым значением (в сотых %) уровня углерода в их составе (У11).В марке обычных углеродистых сталей за буквой следует число, указывающее на количество углерода в десятых %  — У8.

Литеры используются и в маркировке легированных сталей. Они указывают на основной элемент, применяемый для легирования. Идущая следом цифра показывает концентрацию данного элемента в составе стали. Перед литерой ставят цифру, соответствующую доле углерода в металле в сотых %.

Например, стоящая в конце марки высококачественного сплава буква «А» указывает на его качество. Эта же литера в середине марки уведомляет об основном  элементе легирования, в данном случае им является азот. Литера в начале марки сообщает о том, что это автоматная сталь.

Литера «Ш» в конце маркировки, прописанная через дефис, говорит о том, что это особовысококачественный сплав. Качественные стали, не имеют в маркировке литер «А» и «Ш». Кроме того, существует дополнительная маркировка, указывающая на особые характеристики сталей. Так, например, магнитные сплавы отмечают литерой «Е», а электротехнические — «Э».

Буквенно-числовая маркировка, пожалуй, одна из самых простых и понятных для потребителя. Другие, более сложные, доступны только для специалистов.

Получение стали. Металловедение

Сталь – это самый распространенный сплав на планете. Получают ее промышленным способом из чугуна, из которого под влиянием высоких температур выжигают избыток углерода и другие примеси. Стали в основном получают двумя способами: плавление в мартеновских печах и плавление электропечах. Материал, изготовленный в электропечи, называется электросталь. Она получается более чистой по составу. Кроме того, существует множество специальных процессов для получения сплавов с особыми свойствами, например электродуговая плавка в вакууме или электронно-лучевая плавка.

Более подробно о сталях и других сплавах можно узнать при изучении такой науки, как металловедение. Она считается одним из разделов физики и охватывает не только сведения о марках стали и их составе, но и содержит сведения о структуре и свойстве материалов на атомарном и структурном уровне.

Студенты профильных ВУЗов проходят специальный курс «Промышленные стали», где подробно разбирают сплавы специального назначения: строительные, улучшаемые, цементируемые, для режущих и измерительных инструментов, магнитные, рессорно-пружинные, жаростойкие, стали для конструкций в холодном климате и т. д.

Конструкционная легированная сталь

Нормативный документ: качественная конструкционная легированная сталь изготовляется согласно ГОСТ 4543-71.

Легированная сталь — сталь, в которую в процессе легирования в определенных количествах вводят специальные элементы, обеспечивающие требуемые свойства. Такие элементы называют легирующими. Они могут повышать прочность и коррозионную стойкость стали и снижать опасность ее хрупкого разрушения.

Для легирования стали используются следующие химические элементы: марганец (Mn) — Г; кремний (Si) — С; хром (Cr) — Х; никель (Ni) — Н; медь (Cu) — Д; азот (N) — А; ванадий (V) — Ф; ниобий (Nb) — Б; вольфрам (W) — В; селен (Se) — Е; кобальт (Co) — К; бериллий (Be) — Л; молибден (Mo) — М; бор (B) — Р; титан (Ti) — Т; алюминий (Al) — Ю.

Классификация конструкционной легированной стали

По отношения общей массы легирующих элементов к массе стали:

• сталь высоколегированная — более 10%;
• сталь среднелегированная — более 2,5-10%;
• сталь низколегированная — до 2,5%.

В зависимости от основных легирующих элементов:

• хромистая;
• марганцовистая;
• хромомарганцовая;
• хромокремнистая;
• хромомолибденовая;
• хромомолибденованадиевая;
• хромованадиевая;
• никельмолибденовая;
• хромоникелевая;
• хромоникелевая с бором;
• хромокремнемарганцовая;
• хромокремнемарганцовоникелевая;
• хромомарганцовоникелевая;
• хромомарганцовоникелевая с титаном и бором;
• хромоникельмолибденовая;
• хромоникельмолибденованадиевая;
• хромоникельванадиевая;
• хромоалюминиевая;
• хромоалюминиевая с молибденом;
• хромомарганцовоникелевая с молибденом;
• хромомарганцовоникелевая с молибденом и титаном.

В зависимости от хим. состава и свойств:

• качественная;
• высококачественная — А;
• особо высококачественная (сталь электрошлакового переплава) — Ш.(например ШХ15)

По видам обработки:

• прокат горячекатаный и кованый (в том числе с обточенной или ободранной поверхностью);
• калиброванный;
• со специальной отделкой поверхности.

По качеству поверхности:

• 1 группа;
• 2 группа;
• 3 группа.

По состоянию материала:

• без термической обработки;
• термически обработанный — Т;
• нагартованный — Н.

Марки конструкционной легированной стали

Марки стали: 15Х, 20Х, 30Х, 35Х, 38ХА, 40Х, 45Х, 50Г, 12ХН, 20ХН, 40ХН, 14ХГН, 19ХГН, 20ХГНМ, 30ХМ.

Заменители некоторых марок стали:

• 20Х — 15Х, 20ХН, 12ХН2, 18ХГТ;
• 30ХГСА — 40ХФА, 35ХМ, 40ХН, 25ХГСА, 35ХГСА;
• 40Х — 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС.

Обозначение марок конструкционной легированной стали: две первые цифры указывают содержание углерода в сотых долях процента, цифры после букв указывают содержание легирующего элемента в целых единицах.

Применение конструкционной легированной стали

Свариваемость: cварка конструкционных легированных сталей несколько затруднена из-за склонности к закалке околошовной зоны и образованию в ней хрупких структур (требуется специальная технология сварки).

Собственники и руководство

Фактический контроль (87 % акций ММК) над компанией по состоянию на весну 2011 года принадлежал председателю её совета директоров Виктору Рашникову, владеющему кипрскими компаниями Mintha Holding Limited (42,44 % акций ММК) и Fulnek Enterprises Ltd (43,11 %). Капитализация на Лондонской фондовой бирже по состоянию на 6 июля 2007 года — $11,856 млрд.

Генеральные директора ММК

• Завенягин Авраамий Павлович (1933—1937);
• Коробов Павел Иванович (1937—1939);
• Носов Григорий Иванович (1940—1951);
• Борисов Александр Филиппович (1951—1954);
• Воронов Феодосий Дионисьевич (1954—1960);
• Зудин Владимир Михайлович (1960—1961);
• Воронов Феодосий Дионисьевич (1961—1968);
• Филатов Андрей Дмитриевич (1968—1973);
• Галкин Дмитрий Прохорович (1973—1979);
• Радюкевич Леонид Владимирович (1979—1985);
• Ромазан Иван Харитонович (1985—1991);
• Стариков Анатолий Ильич (1991—1997);
• Рашников Виктор Филиппович (1997—2005);
• Сеничев Геннадий Сергеевич (2005—2011);
• Дубровский Борис Александрович (2011—2014).
• Шиляев Павел Владимирович (2014—…)

Классификация стали.

Несмотря на существование множества современных высокотехнологичных материалов, сталь остаётся одним из самых широко применяемых материалов. Относится это и к производству приводных механизмов. Каким бы ни был редуктор, в нём обязательно присутствуют стальные детали. Справедливо это утверждение и по отношению к приводным цепям.

Итак, рассмотрим основные варианты классификации стали.

По назначению.

По своему назначению сталь подразделяется на следующие категории – строительная, машиностроительная и инструментальная.

Строительная сталь.

Основным требованием, предъявляемым к строительной стали, является хорошая свариваемость. Это возможно при содержании углерода до 0,25%. Справедливым будет утверждение, что к строительным относятся низкоуглеродистые стали. Типовые марки – Ст1, Ст2 и Ст3.

Применение строительной стали.

Химический состав строительной стали определяет её применение в различных строительных конструкциях или оборудовании при необходимости соединения сборочных единиц путём проведения сварочных работ. Некоторые модели цилиндрических редукторов компонуются в корпусах из строительной стали.

Машиностроительная сталь.

К машиностроительным сталям относится сплав железа и углерода с содержанием последнего в пределах от 0,3 до 0,7%. Данный тип имеет худшую, по сравнению со строительной сталью, свариваемость, но при этом лучше воспринимает процесс закалки и отпуска. Типовые марки – Сталь 40Х или Сталь 45.

Применение машиностроительной стали.

Среднеуглеродистые машиностроительные стали применяются при производстве самого широкого спектра деталей в общем машиностроении. Как правило, производственный процесс подразумевает наличие термических или химико-термических операций. Пример продукции, представленной в каталоге, — запасные части редукторов и звенья приводных роликовых цепей.

Инструментальная сталь.

Название инструментальной стали говорит за себя. Основным требованием, предъявляемым к любому стальному инструменту, является твёрдость. Эта характеристика достигается путём достижения доли содержания углерода в сплаве свыше 0,7%. Наиболее распространённые марки – от У7 до У13.

Применение инструментальной стали.

Помимо своего прямого назначения, инструментальная сталь применяется при производстве различных пружин. В частности, плоские пружины используются при сборке электродвигателей и соединительных замков цепей.

По содержанию углерода.

Показатель процентного содержания углерода в химическом составе стали определяет её отношение к одной из трёх групп:

• низкоуглеродистые – содержание углерода менее 0,25%;
• среднеуглеродистые – углерода содержится от 0,3 до 0,7%;
• высокоуглеродистые – доля углерода превышает 0,7%.

Низкоуглеродистые стали.

Низкоуглеродистая сталь может иметь множество различных обозначений. Всё зависит от массовой доли углерода и наличия в сплаве дополнительных химических элементов. Пример – Ст 08пс, Сталь 10 или 25ХГЛ. Общее в обозначении – первое число не более 25. Самый характерный признак данной категории – прекрасная свариваемость

Применение низкоуглеродистой стали в редукторах.

Из низкоуглеродистых сталей производятся различные штампованные элементы корпусов редукторов – различные смотровые люки и крышки. Сталь с содержанием углерода 0,2-0,25% применяется при изготовлении зубчатых колёс мотор-редукторов типа МЦ2С и цилиндрических редукторов типа Ц2У. Для повышения прочностных характеристик шестерни после механической обработки подвергаются цементации.

Среднеуглеродистая сталь.

Среднеуглеродистые стали имеют в своей маркировке начальные числа от 30 до 50, что означает сотые доли процента содержания углерода. Свариваемость плохая – всем знакома ситуация, когда шов трескается. Пример марок среднеуглеродистых сталей – Сталь 40Х, Сталь 45 или 50Г2.

Применение среднеуглеродистой стали.

До недавних пор среднеуглеродистые стали являлись основным материалом для изготовления валов-шестерен и колёс зубчатых редукторов. Например, так производились редукторы типа РМ или РЦД. В настоящее время из данной категории металла изготавливают различные валы и муфты, работающие под нагрузкой или при повышенной вибрации.

Высокоуглеродистые стали.

В высокоуглеродистых сталях фактическое содержание углерода превышает 0,55%. Чем выше в стали содержится углерода, тем больше её физические свойства приближаются к чугуну. Это же можно сказать и относительно прочности. Пример марок – У7А, У9А или У13А. Производство высокоуглеродистых сталей принято считать более затратным.

От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.