Сталеплавильное производство

Алан-э-Дейл       30.04.2022 г.

Стадии производства стали на мини-заводе

Основными процессами выплавки стали здесь являются электродуговой и индукционный. В первом случае расплавление ведётся введенными в исходный стальной лом токопроводящими электродами, на которые подаётся ток сравнительно малого напряжения, но большой плотности (не менее 100Асм2). Возбуждающаяся в межэлектродном промежутке дуга вызывает расплавление металла в ёмкости, откуда расплав поступает в разливочный ковш.

Индукционная плавка стали

В индукционных печах расплавление металла производит вследствие мощного электромагнитного поля, далее всё происходит так, как и в предыдущем случае.

Следующим этапом является поступление расплава в загрузочный ковш, размеры и форма которого могут быть разными. Для некоторых видов конечной продукции – например, стальных слитков – ковш вообще не нужен, а остывающий металл направляется непосредственно в обжимные станы, на которых происходит последовательная деформирующая обработка стали, количество переходов которой  определяется пластичностью стали.

Для остальных видов стального проката необходимы разливочные ковши следующих типоразмеров:

Максимального – для получения слябов поперечным сечением не менее 200…300 мм;

Среднего – для получения тонких слябов с поперечным размером 50…80 мм;

Сляб среднего размера

Малого – для поперечного литья широких полос или рулонов стали толщиной не менее 1 мм.

В двух последних вариантах обжимные станы отсутствуют, а в технологической цепочке появляются линии горячего профилирования стали (как горячего, так и холодного – для тонких, до 3…4 мм профилей).

На завершающих этапах производства стального проката предусматривается его термическая обработка.

С экономической точки зрения выгоднее получать прокат небольших поперечных сечений: в этом случае капитальные затраты минимальны, конечный продукт обладает более широким спросом, а компактность производства допускает его простую модернизацию или перестройку на новые размеры производимых профилей. Например, литье полосы обходится на 20% дешевле производства тонкого сляба, и на 30% – толстого сляба.

Основными потребителями продукции сталелитейных мини-заводов являются предприятия строительной индустрии, производства, связанные с применением стальной упаковочной тары, предприятия промышленного и транспортного строительства.

Скрап-рудный процесс плавки стали в основной мартеновской печи.

Особенностью основного мартеновского процесса является то что он позволяет получать сталь с низким содержанием вредных примесей (фосфора, серы) из рядовых шихтовых материалов.

Плавку начинают с загрузки твердой составляющей шихты (железная руда, известняк, лом) с помощью завалочной машины. После загрузки твердой части шихты и прогрева ее, заливают жидкий чугун, который взаимодействует с железной рудой и скрапом. С этого момента начинается период плавления шихты, в результате которого за счет оксидов руды и скрапа интенсивно окисляются примеси чугуна (кремний, фосфор, марганец и частично углерод).

Кремний окисляется и переходит в шлак почти полностью в период плавления под действием окислительной атмосферы, а также кислорода вводимого с железной рудой.

Фосфор окисляется одновременно с кремнием и марганцем, когда температура металла еще не высока.

Оксиды кремния (SiO2), фосфора (P2O5), марганца (MnO), кальция (CaO) образуют железисто-углеродистый шлак, способствующий удалению фосфора. При переработке обычного чугуна для понижения содержания фосфора в металле проводят однократное скачивание шлака. Если же перерабатывают фосфористый чугун, то скачивание проводят многократно.

После расплавления шихты, окисления значительной части примесей и разогрева металла начинается период кипения ванны. В печь загружают железную руду или продувают ванну кислородом. Углерод в металле интенсивно окисляется, образуя оксид углерода (CO), выделяющегося в виде газовых пузырей, и вызывая кипение мартеновской ванны. Этот процесс играет очень важную роль, так как выравнивание состава и температуры металла в мартеновской печи осуществляется за счет кипения ванны. При кипении происходит удаление газов из металла, всплывание и поглощение шлаком неметаллических включений, увеличивается поверхность раздела между шлаком и металлом, что способствует ускорению процессов удаления вредных примесей (фосфора, серы).

Ввиду высокой окисленности шлака, удаление серы из металла менее эффективно, чем фосфора. Для удаления серы наводят новый шлак, загружая известь с добавлением боксита или плавикового шпата для уменьшения вязкости шлака. Содержание CaO в шлаке возрастает, а FeO уменьшается, создаются условия для удаления из металла серы. Для получения стали с низким содержанием серы, проводят обработку металла внепечными методами в ковше.

В период кипения ванны интенсивно окисляется углерод. Поэтому при составлении шихты для плавки необходимо предусмотреть, чтобы в ванне к моменту расплавления содержание углерода было на 0,5 – 0,6% выше, чем требуется в готовой стали. Процесс кипения считают закончившимся, когда содержание углерода в металле соответствует заданному, а содержание фосфора минимально. После этого сталь раскисляют и после отбора контрольных проб выпускают в сталеразливочный ковш через отверстие в задней стенке печи.

Химико-термическая обработка сталей

Химико-термическая обработка сталей в дополнение к изменениям в структуре стали также приводит к изменению химического состава поверхностного слоя путём добавления различных химических веществ до определенной глубины поверхностного слоя. Эти процедуры требуют использования контролируемых систем нагрева и охлаждения в специальных средах. Среди наиболее распространённых целей, относящихся при использовании этих технологий, является повышение твёрдости поверхности при высокой вязкости сердцевины, уменьшение сил трения, повышения износостойкости, повышения устойчивости к усталости и улучшения коррозионной стойкости. К этим методам относятся:

  • Цементация (C) увеличивает твёрдость поверхности мягкой стали из-за увеличения концентрации углерода в поверхностных слоях.
  • Азотирование (N), как и цементация, увеличивает поверхностную твёрдость и износостойкость стали.
  • Цианирование и нитроцементация (N + C) — это процесс одновременного насыщения поверхности сталей углеродом и азотом. При цианировании используют расплавы солей, имеющих в своем составе группу NaCN, а при нитроцементации — смесь аммиака с газами, которые имеют в составе углерод (СО, СН4;и др.). После цианирования и нитроцементации проводят закаливание и низкий отпуск.

Сульфатирование (S) — насыщение поверхности серой улучшает приработки трущихся поверхностей деталей, уменьшается коэффициент трения. Имеет место распространённый для получения некоторых сталей специального назначения внепечной способ обработки стали, который включает в себя вакуумирование, обработку синтетическими шлаками, внесение легирующих элементов в промежуточные ковши и т.п.

Третий этап

Этот этап является завершающим, в котором производится раскисление и, если требуется, легирование стали. Раскисление представляет собой технологическую операцию, при которой растворенный в металле кислород переводится в нерастворимое соединение и удаляется из металла. При плавке повышенное содержание кислорода в металле необходимо для окисления примесей. В готовой же стали кислород является нежелательной примесью, так как понижает механические свойства стали, особенно при высоких температурах.

Для раскисления стали используют элементы-ракислители, обладающие большим сродством к кислороду, чем железо. В качестве раскислителей используют марганец, кремний, алюминий. Существует несколько способов раскисления стали. Наиболее широко применяются:

  • осаждающий способ;
  • диффузионный.

Осаждающий способ

Раскисление по этому способу осуществляют введением в жидкую сталь раскислителей (ферромарганца, ферросилиция, алю-миния), содержащих Mn, Si, Al. В результате раскисления образуются оксиды MnO, SiO2, Al2O3, которые имеют меньшую плотность, чем сталь, и удаляются в шлак. Однако часть оксидов не успевает всплыть и удалится из металла, что понижает его свойства. Этот способ называют иногда глубинным, так как рас-кислители вводятся в глубину металла.

Диффузионный способ

По этому способу раскисление осуществляют раскислением шлака. Ферромарганец, ферросилиций и другие раскислители загружают в мелкоизмельченном виде на поверхность шлака. Раскислители, восстанавливая оксид железа, уменьшают его содержание в шлаке. В соответс-твии с законом распределения оксид железа, растворенный в стали, начнет пе-реходить в шлак. Образующиеся при таком способе раскисления оксиды остаю-тся в шлаке, а восстановленное железо переходит в сталь, что уменьшает в ней содержание неметаллических включений повышает ее качество.

Ввиду того, что скорость процесса перемещения кислорода из металла в шлак определяется скоростью его диффузии в металле, этот способ имеет и не-которые недостатки. Из-за малой скорости диффузии кислорода в металле про-цесс удаления кислорода идет медленно, возрастает продолжительность плавки. В зависимости от степени раскисленности различают стали:

  • кипящие;
  • спокойные;
  • полуспокойные.

Кипящая сталь

Это сталь, выплавленная без проведения операции рас-кисления. При разливке такой стали и при ее постепенном охлаждении в излож-нице будет протекать реакция между растворенными в металле кислородом и углеродом+=COг

Образующиеся при этом пузырьки оксида углерода СО будут выделятся из кристаллизующегося слитка, и металл будет бурлить. Такую сталь называют кипящей. Кипящая сталь практически не содержит неметаллических включений, представляющих продукты раскисления. Поэтому она обладает хорошей пластичностью.

Спокойная сталь

Это сталь, полученная после проведения операции рас-кисления. Такая сталь при застывании в изложнице ведет себя спокойно, из нее не выделяются газы. Такую сталь называют спокойной.Полуспокойная сталь. Сталь имеет промежуточную раскисленность между спокойной и кипящей. Раскисление ее проводят частично, удаляя из нее не весь кислород. Оставшийся кислород вызывает кратковременное кипение металла в начале его кристаллизации. Такую сталь называют полуспокойной.

Легированные стали

Легированием называют процесс присадки в сталь специальных (легирующих) элементов с целью получить так называемую леги-рованную сталь с особыми физико-химическими или механическими свойствами. Легирование осуществляют введением ферросплавов или чистых металлов в необходимом количестве в сплав. Легирующие элементы, сродство к кислороду которых меньше, чем у же-леза (Ni, Cu, Co, Mo), при плавке и разливке практически не окисляются и по-этому их вводят в печь в любое время плавки. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду больше, чем у железа (Si, Mn, Al и др.), вводят в металл после или одновременно с раскислением.

О ценах и еще кое-что

Как было отмечено немного выше, металлургическая промышленность цикличная. Это говорит о том, что цены на металл постоянно изменяются: то они растут, то падают. Тем не менее, по сравнению с 2012 годом был замечен неплохой рост. Однако нужно понимать, что тут все зависит от стоимости исходного сырья. Чем дороже будет обходиться кокс, шихта, лом и другие продукты, тем дороже будет сталь. Нельзя и не обращать внимания на такой фактор, как перенасыщение рынка дешевой китайской продукцией. Это способно существенно снизить цены. Еще один интересный момент заключается в том, что многие потребители пытаются заменить сталь другими материалами. Вместо стальных лопат используют пластиковые, металлические детали заменяют полимерными. К примеру, кузов электрокара изготавливается уже не из стали, а из специального волокна, которое по заявлению производителя имеет отличные прочностные и эксплуатационные характеристики и значительно меньший вес.

Сталеплавильный процесс

Сталеплавильный процесс представляет собой сложную систему, в ходе которого выделяется или поглощается теплота, достигается или нарушается равновесие протекающих реакций, происходят другие энергетические процессы.

Для характеристики состояния системы используют величины, называемые параметрами состояния. Параметрами состояния являются давление, объем, концентрация, температура. Величины, характеризующие процесс или изменение системы, связанное с изменением параметров состояния, называют параметрами процесса. Ими являются:

  • тепловой эффект реакции, Q;
  • изменения свободной энергии, ΔG или изменение изобарного потенциала;
  • изменение энтропии, ΔS;
  • изменение энтальпии, ΔH;
  • изменение давления, ΔP.

В сталеплавильной практике обычно приходится иметь дело с процессами, протекающими при постоянном давлении. Поэтому при буквенных символах параметров ставят индекс Р (давление). Например, Qр – тепловой эффект при постоянном давлении, Кр – константа равновесия процесса и так далее.

Характеристикой возможности протекания процесса служит величина изменения свободной энергии системы ΔG=ΔH — TΔS

Если величина ΔG меньше нуля, то при данной реакции выделяется энергия, идет самопроизвольный процесс. Если величина ΔG равна нулю, то это означает, что реакция достигла состояния равновесия. Если же величина ΔG больше нуля, то это значит, что самопроизвольный процесс протекать не может, и реакция протекает в обратном направлении.

Величина константы равновесия Кр характеризует в какой степени реакция протекает в ту или иную сторону. Величина ΔG и Кр связаны между собой соотношением:

ΔG=ΔH-TΔS

Можно записать

-RT*lnKp=ΔH−TΔS

R*lnKp=ΔS−ΔH/T

Следовательно, чем больше ΔS и чем меньше ΔН, тем полнее протекает реакция и чем выше температура, тем большее значение величины ΔS (выше энтропийный фактор) и меньшее величины ΔН (энтальпийный фактор).В сталеплавильных агрегатах в большинстве случаев реакции протекают в растворах или с образованием растворов. Металл и шлак представляют собой растворы. Свойства же веществ в растворах отличаются от их свойств в чистом виде. Обычно для реакций в растворах значения концентраций компонентов заменяют значениями активностей этих компонентов в данном растворе. Активность компонента x обозначается ах и связана с концентрацией компонента соотношением:

axx*Nx

где Nх – молярная концентрация компонента,γx – коэффициент активности.При рассмотрении реакций, в которых компонент растворен в металле, принято обозначать его в квадратных скобках. Например, углерод , раство-ренный в металле, марганец, растворенный в металле , и так далее. В тех случаях, когда речь идет о концентрации компонента в шлаке, используют кру-глые скобки. Например, (MnO), (FeO). И реакция, происходящая между раство-ренным марганцем в металле и растворенным оксидом железа в шлаке запи-шется в виде:

+(FeO)=(MnO)+ Feж

Основными материалами для производства стали являются:

  • передельный чугун;
  • стальной лом (скрап).

Состав стали отличается от чугуна пониженным содержанием углерода и примесей (таблица 2).

Таблица 2- Состав передельного чугуна и низкоуглеродистой стали.

Материал Состав, %
С Si Mn P S

Передельный чугун

4-4,4 0,75-1,25 До 1,75 0,15-0,3 0,03-0,07

Сталь низкоуглеродистая

0,15-0,2 0,12-0,30 0,40-0,65 0,05 0,055

Поэтому сущностью передела чугуна в сталь является снижение содержа-ния углерода и примесей путем окисления их и удаления в шлак. В сталеплавильной практике особое значение имеют реакции окисления. Кислород для протекания этих реакций поступает из атмосферы, из железной руды или при продувки ванны кислородом.

Мартеновский способ

Мартеновский способ отличается от конверторного тем, что выжигание избытка углерода в чугуне происходит не только за счет кислорода воздуха, но и кислорода оксидов железа, которые добавляются в виде железной руды и ржавого железного лома. Мартеновская печь состоит из плавильной ванны, перекрытой сводом из огнеупорного кирпича, и особых камер регенераторов для предварительного подогрева воздуха и горючего газа. Регенераторы заполнены насадкой из огнеупорного кирпича. Когда первые два регенератора нагреваются печными газами, горючий газ и воздух вдуваются в печь через раскаленные третий и четвёртый регенераторы. Через некоторое время, когда первые два регенератора нагреваются, поток газов направляют в противоположном направлении и т. д. Плавильные ванны мощных мартеновских печей имеют длину до 16 м, ширину до 6 м и высоту более 1 м. Вместимость таких ванн достигает 500 т стали. В плавильную ванну загружают железный лом и железную руду. К шихте добавляют также известняк как флюс. Температура печи поддерживается при 1600—1700 °C и выше. Выгорания углерода и примесей чугуна в первый период плавки происходит главным образом за счет избытка кислорода в горючей смеси с теми же реакциями, что и в конверторе, а когда над расплавленным чугуном образуется слой шлака — за счет оксидов железа

  • 4Fe2O3;+ 6Si = 8Fe + 6SiO2
  • 2Fe2O3;+ 6Mn = 4Fe + 6MnO
  • Fe2O3;+ 3C = 2Fe + 3CO ↑
  • 5Fe2O3;+ 2P = 10FeO + P2O5
  • FeO + С = Fe + CO ↑

Вследствие взаимодействия основных и кислотных оксидов образуются силикаты и фосфаты, которые переходят в шлак. Сера тоже переходит в шлак в виде сульфида кальция:

  • MnO + SiO2;= MnSiO3
  • 3CaO + P2O5;= Ca3(PO4)2
  • FeS + CaO = FeO + CaS

Мартеновские печи, как и конверторы, работают периодически. После разливки стали печь снова загружают шихтой и т. д. Процесс переработки чугуна в сталь в мартенах происходит относительно медленно в течение 6–7 часов, а для качественных сталей ответственного назначения до 12-14 часов. В отличие от конвертора, в мартенах можно легко регулировать химический состав стали, добавляя к чугуну железный лом и руду в той или иной пропорции.

Перед окончанием плавки нагрева печи прекращают, сливают шлак, а затем добавляют раскислители. В мартенах можно получать и легированную сталь. Для этого в конце плавки добавляют к стали соответствующие металлы или сплавы. В настоящее время мартеновский способ  на большинстве металлургических производств заменяют на более прогрессивные способы получения стали.

Особенности процесса производства стали

В производстве чугуна и стали применяются разные технологии, несмотря на достаточно близкий химический состав и некоторые физико-механические свойства. Отличия заключаются в том, что сталь содержит меньшее количество вредных примесей и углерода, за счет чего достигаются высокие эксплуатационные качества. В процессе плавки все примеси и лишний углерод, который становится причиной повышения хрупкости материала, уходят в шлаки. Технология производства стали предусматривает принудительное окисление основных элементов за счет взаимодействия железа с кислородом.

Выплавка стали в электропечи

Рассматривая процесс производства углеродистой и других видов стали, следует выделить несколько основных этапов процесса:

  1. Расплавление породы. Сырье, которое используется для производства металла, называют шихтой. На данном этапе при окислении железа происходит раскисление и примесей. Уделяется много внимания тому, чтобы происходило уменьшение концентрации вредных примесей, к которым можно отнести фосфор. Для обеспечения наиболее подходящих условий для окисления вредных примесей изначально выдерживается относительно невысокая температура. Формирование железного шлака происходит за счет добавления железной руды. После выделения вредных примесей на поверхности сплава они удаляются, проводится добавление новой порции оксида кальция.
  2. Кипение полученной массы. Ванны расплавленного металла после предварительного этапа очистки состава нагреваются до высокой температуры, сплав начинает кипеть. За счет кипения углерод, находящийся в составе, начинает активно окисляться. Как ранее было отмечено, чугун отличается от стали слишком высокой концентрацией углерода, за счет чего материал становится хрупким и приобретает другие свойства. Решить подобную проблему можно путем вдувания чистого кислорода, за счет чего процесс окисления будет проходить с большой скоростью. При кипении образуются пузырьки оксида углерода, к которым также прилипают другие примеси, за счет чего происходит очистка состава. На данной стадии производства с состава удаляется сера, относящаяся к вредным примесям.
  3. Раскисление состава. С одной стороны, добавление в состав кислорода обеспечивает удаление вредных примесей, с другой, приводит к ухудшению основных эксплуатационных качеств. Именно поэтому зачастую для очистки состава от вредных примесей проводится диффузионное раскисление, которое основано на введении специального расплавленного металла. В этом материале содержатся вещества, которые оказывают примерно такое же воздействие на расплавленный сплав, как и кислород.

Кроме этого, в зависимости от особенностей применяемой технологии могут быть получены материалы двух типов:

  1. Спокойные, которые прошли процесс раскисления до конца.
  2. Полуспокойные, которые имеют состояние, находящееся между спокойными и кипящими сталями.

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

При производстве материала в состав могут добавляться чистые металлы и ферросплавы. За счет этого получаются легированные составы, которые обладают своими определенными свойствами.

Кислородно-конверторный способ получения стали

По этому способу окисления избыток углерода и других примесей чугуна окисляют кислородом, который продувают сквозь расплавленный чугун под давлением в специальных печах — конверторах. Конвертер представляет собой грушевидную стальную печь, футерованную внутри огнеупорным кирпичом. Он может поворачиваться вокруг своей оси. Ёмкость конвертора 50-60 т.

Материалом его футеровки служит либо динас (в состав которого входят главным образом SiO2; имеющий кислотные свойства), или доломитная масса (смесь CaO и MgO), которые получают из доломита MgCO3;• CaCO3. Эта масса имеет основные свойства. В зависимости от материала футеровки печи конверторный способ разделяют на два вида: бессемеровский и томасовский.

Что такое сталь?

Вначале было железо. Оно является одним из наиболее распространенных металлов в земной коре. Его можно встретить почти везде, в сочетании со многими другими элементами, в виде руды. В Европе начало работы с железом датируется 1700 г. до н.э.

В 1786 году французские ученые Бертолле, Мондж и Вандермонде точно определили, что разница между железом, чугуном и сталью обусловлена различным содержанием углерода. Тем не менее сталь, изготовленная из железа, быстро стала самым важным металлом промышленной революции. В начале XX века мировое производство стали составило 28 миллионов тонн — это в шесть раз больше, чем в 1880 году. К началу Первой мировой войны ее производство составляло 85 миллионов тонн. В течение нескольких десятилетий она практически заменила железо.

Содержание углерода влияет на характеристики металла. Существует два основных вида стали: легированная и нелегированная. Сплав стали относится к химическим элементам, отличным от углерода, добавленного к железу. Таким образом, для создания нержавеющей стали используется сплав 17 % хрома и 8 % никеля.

В настоящее время существует более 3000 каталогизированных марок (химических составов), не считая тех, которые созданы для удовлетворения индивидуальных потребностей. Все они способствуют превращению стали в наиболее подходящий материал для решения задач будущего.

О ценах и еще кое-что

Как было отмечено немного выше, металлургическая промышленность цикличная. Это говорит о том, что цены на металл постоянно изменяются: то они растут, то падают. Тем не менее, по сравнению с 2012 годом был замечен неплохой рост. Однако нужно понимать, что тут все зависит от стоимости исходного сырья. Чем дороже будет обходиться кокс, шихта, лом и другие продукты, тем дороже будет сталь. Нельзя и не обращать внимания на такой фактор, как перенасыщение рынка дешевой китайской продукцией. Это способно существенно снизить цены. Еще один интересный момент заключается в том, что многие потребители пытаются заменить сталь другими материалами. Вместо стальных лопат используют пластиковые, металлические детали заменяют полимерными. К примеру, кузов электрокара изготавливается уже не из стали, а из специального волокна, которое по заявлению производителя имеет отличные прочностные и эксплуатационные характеристики и значительно меньший вес.

Чугун для стали

Выплавку стали с использованием чугуна производят гораздо чаще, чем с другими материалами. Чугун — это термин, который обычно относится к серому железу, однако он также идентифицирован с большой группой ферросплавов. Углерод составляет примерно от 2,1 до 4 мас.%, тогда как кремний составляет обычно от 1 до 3 мас.% в сплаве.

Выплавка чугуна и стали проходит при температуре плавления между 1150 и 1200 градусов, что примерно на 300 градусов ниже, чем температура плавления чистого железа. Чугун также демонстрирует хорошую текучесть, отличную обрабатываемость, устойчивость к деформации, окислению и отливке.

Сталь также является сплавом железа с переменным содержанием углерода. Содержание углерода в стали составляет от 0,2 до 2,1 мас.%, И это наиболее экономичный легирующий материал для железа. Выплавка стали из чугуна полезна для различных инженерных и конструкционных целей.

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.

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, т. к. 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 и хрупкость. 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) 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.

Кислородно-конвертерный процесс

В настоящее время существует несколько способов получения стали. Один из них, он же основной – кислородно-конвертерный. Этот метод появился несколько позже бессемеровского. По сути, можно говорить о том, что процесс получения стали в конвертере точно такой же, но несколько усовершенствованный. Давайте немного разберемся с тем, как все работает.

В конвертер заливается жидкий чугун, который снизу продувается кислородом. В процессе происходит окисление примесей чугуна из-за чего и происходит его превращение в сталь. Причем, технология производства стали такова, что во время окисления вырабатывается тепло, которого достаточно для обеспечения необходимой температуры в камере. Как вы видите, это довольно простой метод, позволяющий получить качественный продукт за небольшое время. Температура в камере обычно поддерживается в диапазоне 1 600 градусов.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.