Студопедия — Производство черных металлов, свойства и применение сталей и чугунов. Классификация и маркировка сталей и чугунов.
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Производство черных металлов, свойства и применение сталей и чугунов. Классификация и маркировка сталей и чугунов.






Черные и цветные металлы перерабатываются в металлургическом комплексе, который делится на черную и цветную металлургию. Металлургический комплекс – это взаимообусловленное сочетание следующих технологических процессов: добыча и подготовка сырья к переработке (обогащение, агломерирование, получение концентратов и др.); металлургический передел (получение чугуна, стали, проката черных и цветных металлов, труб, заготовок); утилизация отходов основного производства и получение из них вторичных видов продукции.

Производство чугуна

В природе железо встречается в форме соединений, смешанных с большим количеством веществ, называемых пустой породой.

Основной схемой производства черных металлов в настоящее время является получение чугуна в доменной печи и передел чугуна на сталь.

Исходным сырьем для производства чугуна являются железные руды, топливо и флюсы. Агрегатом для выплав­ки чугуна служит доменная печь.

Рассчитанное в определенном соотношении количество загружаемых в доменную печь исходных материалов назы­вается шихтой.

Для получения чугуна употребляют следующие руды: магнитный железняк Fe304 (содержит до 72 % железа); бурый железняк 2Fe203*3H20 (от 35 % до 50 % железа); красный железняк Fe203 (до 60 % железа).

В качестве топлива используют каменноугольный кокс или природный газ.

Флюсы – это известняки (CaCO3. MgCO3), вводятся в доменную печь для отделения пустой породы и золы. Эти вещества при сплавлении с пустой породой и золой кокса образуют легкоплавкие химические соединения - шлаки, отделяемые от металла.

Перед использованием в доменной печи шихтовые материалы для ускорения плавки и снижения расхода подвергают дроблению, обогащению и окусковыванию (брикетирование, агломерация и окатывание).

В результате доменного процесса получается чугун, содержащий до 10 % углерода и других примесей. Чугун сливают в ковши и отправляют в сталеплавильные печи или заливают в металлические формы и выпускают в виде чушек.

В доменном производстве выплавляют три вида чугуна: передельный (85 % от общего объема), литейный (12 %) и специальный (3 %). Передельный чугун используется для дальнейшего передела в сталь, литейный – направляется в чугунолитейные цеха для получения литейных чугунов. Специальные чугуны – ферросплавы применяются в качестве присадок и раскислителей при выплавке сталей.

Производство стали

Сталь по сравнению с чугуном имеет более высокие физико-механические свойства, она прочнее и пластичнее, хорошо обрабатывается методами пластической деформации.

Задача передела чугуна в сталь состоит в том, чтобы из чугуна удалить избыток углерода и примесей. Особенно важно при этом удалить вредные примеси серы (придает стали красноломкость) и фосфора (придает хладноломкость).

Процессы получения стали включают окисление углерода и других примесей чугуна, последующее раскисление окиси железа и доведение концентрации углерода до требуемого уровня.

Полученный передельный чугун продувают кислородом, при этом углерод, соединяясь с кислородом, образует оксид углерода, который сгорает и улетучивается (С + О2 = СО2 ↑). Марганец, кремний и фосфор образуют газовые оксиды MnO, SiO2, P2O5, а сера - соединение CaS, которые выделяются из расплава в виде шлаков. Кроме того, железо тоже поглощает кислород, образуя окись железа. Конечной операцией выплавки стали является ее раскисление для восстановления железа и удаления газов. В зависимости от степени раскисления различают сталь кипящую (кп), спокойную (сп) и полуспокойную (пс).

Кипящая сталь раскисляется не полностью только ферромарганцем. После разливки она продолжает кипеть, то есть выделять газовые пузыри СО (FeO + C = Fe +CO ↑), которые создают химическую неоднородность в слитке. Неоднородность устраняется при последующей горячей прокатке. Такая сталь имеет небольшую плотность и прочность, высокую пластичность, применяется для изготовления хозяйственных товаров. Преимуществом кипящей стали является высокий выход годного продукта – до 95 %.

Спокойная сталь раскислена полностью в печи и в изложнице застывает спокойно (раскисляется марганцем, кремнием и алюминием), но при этом в верхней части слитка формируется усадочная раковина. Усадочные раковины удаляют обрезкой как отходы, поэтому выход готового продукта меньше – 85 %.Качество стали выше, чем у кипящей, она применяется для производства ответственных деталей и конструкций.

Полуспокойная сталь по свойствам и качеству является промежуточной между спокойной и кипящей сталью.

В металлургии применяют три основных способа производства стали в зависимости от вида печей: кислородно-конверторный, мартеновский и элетросталеплавильный. С целью получения особо высококачественных сталей применяется специальная металлургия - электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумно-дуговой (ВДП), электронно-лучевой (ЭЛП), плазменно-дуговой (ПДП) переплавы и их сочетания.

Производство металлопродукции

Технологический цикл производства металлоизделий включает в себя следующие этапы: получение черновых изделий, то есть заготовок; обработка заготовок резанием или другими способами механической обработки; термическая или химико-термическая обработка; сборка изделия; отделка.

Черновые заготовки получают двумя способами: из жидкого металла в литейном производстве и твердого металла путем обработки давлением (деформации).

Литейное производство – процесс получения фасонных отливок путем заполнения жидким металлом заранее приготовленных форм, в которых металл затвердевает.

Литые детали широко применяют при изготовлении станков, машин, механизмов. Они могут иметь массу от 5 г до 260 т, быть весьма сложными по форме; толщина стенок отливок колеблется от 0,8 до 500 мм.

Основной объем заготовок из стали и цветных металлов получают в процессах обработки металлов давлением.

Обработка металлов давлением основана на пластичности металлов.

При производстве металлических изделий применяют обработку металлов давлением как в горячем, так и в холодном состоянии. Исходными материалами для обработки металлов давлением являются слитки и заготовки различных размеров и массы. Основными способами обработки металлов давлением являются: прокатка, волочение, прессование, ковка, штамповка.

Прокатка. Среди различных методов пластической обработки прокатка занимает особое положение, поскольку данным способом производят как готовые изделия, пригодные для непосредственного использования в строительстве и машиностроении (шпунт, рельсы, профили сельскохозяйственного машиностроения и др.), так и заготовки для последующей обработки ковкой, штамповкой, прессованием, волочением или реза­нием.

Сущность процесса прокатки заключается в деформировании (обжатии) заготовки металла между вращающимися валками прокатных станов в целях уменьшения поперечного сечения заготовки и придания ей заданной формы.

Прокатные станы различают по назначению (обжимные (блюминги и слябинги), заготовочные, сортовые, листовые и специальные); количеству валков (двух-, трех-, четырех- и многовалковые) и схеме их расположения.

Различают горячую, холодную и теплую прокатку. Основная часть проката (заготовки, сортовой и листовой прокат, трубы, шары и др.) производится горячей прокаткой при начальных температурах стали 1000 – 1300 °С. Холодная прокатка применяется главным образом для производства листов и ленты толщиной менее 1,5 – 6 мм, прецизионных сортовых профилей и труб. Кроме того, холодной прокатке подвергают горячекатаный металл для получения более гладкой поверхности и лучших механических свойств. Теплая прокатка в отличие от холодной происходит при несколько повышенной температуре с целью снижения упрочнения (наклепа) металла при его деформации.

 

Продукция прокатного производства

При классификации сплавов черных металлов в таможенных целях продукция прокатного производства подразделяется на полуфабрикаты и готовые изделия.

К полуфабрикатам относятся изделия, прошедшие первичную горячую прокатку на обжимных станах, и предназначенные для дальнейшей прокатки.

Полуфабрикаты прокатного производства:

- блюмы имеют квадратное сечение с длиной сторон > 120 мм;

- биллеты могут быть квадратными (длина сторон >50 < 120 мм) или прямоугольными;

- круглые заготовки имеют круглое и многоугольное (более четырех углов) сечение и используются для последующей прокатки на бесшовные трубы;

- слябы и сутунки имеют прямоугольное сечение, но их ширина больше их толщины. Слябы используют для прокатки плит, а сутунки – для получения листов или полос.

К готовым изделиям прокатного производства относятся изделия, имеющие самые разнообразные профили. Совокупность профилей и их размеров, а также сталей, из которых их изготовляют, называют сортаментом.

Профильный сортамент проката включает: сортовой, листовой, трубный и специальный (бандажи, колеса, периодические профили и др.). Наиболее разнообразной является группа сортового проката.

Прессование (выдавливание). При прессовании металл выдавливают из замкнутой полости через отверстие, в результате чего получают изделие с сечением в форме отверстия. Прессованием получают изделия различного профиля с размером поперечного сечения до 400 мм.

Волочение. Волочение применяют для изготовления проволоки диаметром от 0,002 до 4 мм, а также калиброванных прутков и тонких труб из катаной или прессованной заготовки. Волочение заключается в протягивании заготовки (обычно в холодном состоянии) через отверстие, сечение которого меньше исходного сечения заготовки.

Ковкой.

Штамповка. Штамповка — процесс деформации металла в штампах, форма и размеры внутренней полости которых определяют форму и размер получаемой поковки.

При обработке металлов по любому способу одновременно с изменением формы и размеров исходного материала изменяются также его структура и механические свойства.

Отжиг- это нагрев стали выше температуры фазовых превращений с последующим медленным охлаждением (обычно вместе с печью).

Нормализация. При нормализации сталь после нагрева охлаждается не в печи, а на воздухе в цехе, что экономичнее.

Закалка - это нагрев стали до температуры выше фазовых превращений, выдержка при этой температуре и быстрое охлаждение.

Отпуск - окончательная операция термической обработки, формирующая свойства металла. Отпуск смягчает действие закалки, снимает или уменьшает остаточные напряжения, повышает вязкость, уменьшает твердость и хрупкость стали. Отпуск производится путем нагрева заготовок до температуры ниже 700 °С, выдержки и последующего сравнительно медленного охлаждении на воздухе.

 

Стали классифицируют по следующим признакам: химическому составу, качеству и назначению.

По химическому составу стали условно подразделяют на углеродистые (без легирующих элементов), низколегированные, легированные, высоколегированные, стали и сплавы с особыми физико-химическими свойствами.

В зависимости от вида легирующих элементов стали называют марганцовистыми, кремнистыми, хромистыми и т.д.

По назначению выделяют следующие основные группы сталей: топочную и котельную, для железнодорожного транспорта (рельсовую, для бандажей железнодорожных колес и др.), конструкционную (для изготовления различных металлоконструкций, строительства зданий, мостов, различных машин), шарикоподшипниковую, инструментальную (для изготовления различных инструментов, резцов, валков прокатных станов, деталей кузнечно-штамповочного оборудования и др.), рессорно-пружинную, трансформаторную, орудийную, трубную и другие..

По качеству стали подразделяют на стали обыкновенного качест-ва, качественные, высококачественные и особо высококачественные. Главными признаками по качеству стали являются более жесткие требования по химическому составу и, прежде всего, по содержанию вредных примесей, таких как фосфор и сера.

К высоколегированным сталям и сплавам с особыми физико-химическими свойствами относят:

 коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии;

 жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения в газовых средах при температуре выше 550 С, работающие в ненагруженном и слабонагруженном состоянии;

 жаропрочные стали и сплавы, работающие в нагруженном состоя-нии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью;

 износостойкие стали и др.

Обозначение марок сталей и сплавов. Для обозначения марок сталей и сплавов принята буквенно-цифровая система.

Углеродистые стали обыкновенного качества обозначаются буквами Ст, перед которыми указывают группы стали Б или В (для группы А букву не ставят), за буквами - цифры от 0 до 6 — условный номер марки в зависимости от химического состава и механических свойств. Чем больше число, тем больше содержание углерода в стали, выше прочность и ниже пластичность. Далее обозначают способ раскисления и категорию стали (сталь делится на пять категорий в зависимости от нормируемых показателей). Если сталь содержит повышенное содержание марганца (около 1,2 %), тогда между номером марки и способом раскисления ставят букву Г. Примеры обозначения углеродистых сталей обыкновенного качества: ВСт5Гпс3, Ст3пс.

Углеродистые качественные конструкционные стали

Качественные углеродистые стали маркируют цифрами: 05, 08, 10, 15, 20,..., 85, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Такие стали делят на несколько групп.

Низкоуглеродистые качественные стали 05,..., 10 (без термической обработки) хорошо обрабатываются давлением в холодном состоянии вследствие их высокой пластичности, а также хорошо свариваются из-за малого содержания углерода. Они используются для производства малонагруженных деталей машин и сварных конструкций.

Стали 15, 20, 25, составляющие вторую группу низкоуглеродистых качественных сталей, хорошо свариваются и обрабатываются резанием. Их применяют без термической обработки или в нормализованном состоянии для изготовления неответственных деталей машин, после цементации — для изготовления деталей с повышенной износостойкостью (кулачковые валики, кронштейны и др.).

Самой значительной является группа среднеуглеродистых сталей 30, 35, 40, 45, 50, подвергающихся термической обработке. Они хорошо обрабатываются на металлорежущих станках в отожженном состоянии. Сочетание высоких прочностных и пластических свойств позволяет применять эти стали для изготовления ответственных деталей машин (шпиндели, распределительные валы и др.).

Высокоуглеродистые стали 60, 65, 70, 75, 80 и 85 подвергаются различным видам термической обработки, в результате чего они при-обретают высокую прочность, износостойкость и упругие свойства. Применяются для изготовления пружин, рессор, замковых шайб и др.

Углеродистые инструментальные стали маркируют следующим образом: впереди ставят букву У, затем цифру—среднее содержание углерода, выраженное в десятых долях процента. Например, сталь марки У9 содержит в среднем 0,9 % С, сталь У 11 со-держит 1,1 % С.

Для обозначения высококачественных сталей в конце марки ста-вится буква А, а особо высококачественных сталей (выплавленных, например, методом электрошлакового переплава с вакуумированием) — буква Ш.

Легированные стали. В легированных сталях основные легирующие элементы обозначают буквами: А - азот, К - кобальт, Т - титан, Б - ниобий, В - вольфрам, Г - марганец, Д - медь, Н - никель, П - фосфор, Р - бор, С - кремний, Ф - ванадий, М – молибден, Х - хром, Ц -цирконий, Ю - алюминий. Цифры после буквы в обозначении марки стали показывают примерное количество того или иного элемента, округленное до целого числа. При среднем содержании легирующего элемента до 1,5 % цифру за буквенным индексом не приводят. Содержание углерода указывается в начале марки в сотых (конструкционные стали 45ХН2МФ) или десятых (инструментальные стали 4Х5МФС) долях процента. Если содержание углерода в инструментальных легированных сталях 1 % и более, то цифру в начале марки иногда вообще не ставят (ХВГ) Буква "А" в конце марки указывает, что сталь относится к категории высококачественной (30ХГСА), если та же буква в середине марки - сталь легирована азотом (16Г2АФ), в начале марки буква "А" указывает на то, что сталь повышенной обрабатываемости (автоматная) - А35Г2.

 

Классификация, обозначение и применение чугунов

В зависимости от формы углерода чугуны бывают следующих ви-дов.

Белый чугун имеет в изломе белый цвет и характерный блеск. Угле-род в белом чугуне находится в связанном состоянии в виде цементита. Белый чугун отличается высокой твердостью и хрупкостью и практически полностью перерабатывается в сталь и ферросплавы.

Серый чугун, в котором весь углерод находится в свободном состоянии в виде пластинчатого (чешуйчатого) графита. Маркируют его буквами «СЧ». Серые чугуны применяются в станкостроении (станины, детали станков, люки, крышки, суппорты), в авто- и тракторостроении (блоки цилиндров, распределительные валы, головки блоков, направляющие втулки, поршневые кольца, тормозные барабаны, диски сцепления), в химическом машиностроении, производстве компрессоров, насосов, для изготовления санитарно-технических изделий.

Высокопрочный (модифицированный) чугун, в котором графит имеет шаровидную форму. Маркируется буквами «ВЧ». Из высокопрочных чугунов изготовляют детали, подвергающиеся значительным нагрузкам: коленчатые валы, зубчатые колеса, прокатные валки, корпуса насосов паровых турбин и др.

Ковкий чугун получают из белых чугунов путем отжига, при кото-ром углерод переходит в свободное состояние в виде хлопьевидного графита. Маркируют буквами «КЧ». Ковкие чугуны применяют для изготовления деталей, работающих при больших динамических и статических нагрузках, например, крюков, тройников, вентилей, гаечных ключей, крестовин для водопровода.

Обозначение чугунов

Передельный чугун, предназначенный для дальнейшего передела в сталь или переплавки в чугунолитейных цехах при производстве отли-вок, в зависимости от назначения изготовляют для сталеплавильного производства марок П1 и П2; для литейного – марок ПЛ1 и ПЛ2; фосфористый – марок ПФ1, ПФ2 и ПФ3; высококачественный – марок ПВК1, ПВК2 и ПВК3.

Литейный чугун, предназначенный для дальнейшей переплавки в чугунолитейных цехах, изготовляют следующих марок: Л1, Л2, Л3, Л4, Л5, Л6 и рафинированный магнием ЛР1, ЛР2, ЛР3, ЛР4, ЛР5, ЛР6, ЛР7.

Стандартами регламентируется химический состав передельных и литейных чугунов, а именно: содержание серы, фосфора, марганца, кремния. Чугуны изготовляют в виде чушек массой до 55 кг.

К специальным видам чугуна относятся ферросплавы. В ТН ВЭД России ферросплавы определены как сплавы в виде чушек, болванок, кусков и др., применяемые как добавки при производстве других сплавов или в качестве раскислителей в черной металлургии и непригодные для ковки, содержащие 4 мас.% или более железа и один или более элементов в следующих соотношениях: хрома более 10 мас.%; марганца более 30 мас.%; фосфора более 3 мас.%; кремния более 8 мас.%; других элементов в сумме более 10 мас.%. Ферросплавы отличаются от чугуна тем, что они содержат более низкий процент железа, а также тем, что могут содержать 2 % и менее углерода. Основные виды ферросплавов: ферросилиций (марки ФС20, ФС25…ФС90); феррохром (ФХ001А, ФХ006Б); ферромарганец; ферроникель, ферромолибден и другие.







Дата добавления: 2015-12-04; просмотров: 249. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ ПЛОСКОЙ ФИГУРЫ Сила, с которой тело притягивается к Земле, называется силой тяжести...

СПИД: морально-этические проблемы Среди тысяч заболеваний совершенно особое, даже исключительное, место занимает ВИЧ-инфекция...

Понятие массовых мероприятий, их виды Под массовыми мероприятиями следует понимать совокупность действий или явлений социальной жизни с участием большого количества граждан...

РЕВМАТИЧЕСКИЕ БОЛЕЗНИ Ревматические болезни(или диффузные болезни соединительно ткани(ДБСТ))— это группа заболеваний, характеризующихся первичным системным поражением соединительной ткани в связи с нарушением иммунного гомеостаза...

Решение Постоянные издержки (FC) не зависят от изменения объёма производства, существуют постоянно...

ТРАНСПОРТНАЯ ИММОБИЛИЗАЦИЯ   Под транспортной иммобилизацией понимают мероприятия, направленные на обеспечение покоя в поврежденном участке тела и близлежащих к нему суставах на период перевозки пострадавшего в лечебное учреждение...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.012 сек.) русская версия | украинская версия