Производство стали

Производство стали

Сталь является одним из самых распространенных материалов на сегодняшний день. Она представляет собой сочетание железа и углерода в определенном процентном соотношении. Существует огромное количество разновидностей этого материала, так как даже незначительное изменение химического состава приводит к изменению физико-механических качеств. Сырье для производства стали сегодня представлено отработанными стальными изделиями. Также было налажено производство конструкционной стали из чугуна. Страны-лидеры в металлургической промышленности проводят выпуск заготовок согласно стандартам, установленным в ГОСТ. Рассмотрим особенности производства стали, а также применяемые методы и то, как проводится маркировка полученных изделий.

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.

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

Способы производства стали

Существует несколько методов производства стали, каждый обладает своими определенными достоинствами и недостатками. От выбранного способа зависит то, с какими свойствами можно получить материал. Основные способы производства стали:

1. Мартеновский метод. Данная технология предусматривает применение специальных печей, которые способны нагревать сырье до температуры около 2000 градусов Цельсия. Рассматривая способы производства легированных сталей, отметим, что этот метод также позволяет проводить добавление различных примесей, за счет чего получаются необычные по составу стали. Мартеновский метод основан на применении специальных печей.
2. Электросталеплавильный метод. Для того чтобы получить материал высокого качества проводится производство стали в электропечах. За счет применения электрической энергии для нагрева сырья можно точно контролировать прохождение процесса окисления и выделения шлаков. В данном случае важно обеспечить появление шлаков. Они являются передатчиком кислорода и тепла. Данная технология позволяет снизить концентрацию вредных веществ, к примеру, фосфора и серы. Электрическая плавка может проходить в самой различной среде: избыточного давления, вакуума, при определенной атмосфере. Проводимые исследования указывают на то, что электросталь обладает самым высоким качеством. Применяется технология для производства качественных высоколегированных, коррозионностойких, жаропрочных и других видов стали. Для преобразования электрической энергии в тепловую применяется дуговая печь цилиндрической формы с днищем сферического типа. Для обеспечения наиболее благоприятных условий плавки внутреннее пространство отделывается при использовании жаропрочного металла. Работа устройства возможна только при подключении к трехфазной сети. Стоит учитывать, что сеть электрического снабжения должна выдерживать существенную нагрузку. Источником тепловой энергии становится электрическая дуга, возникающая между электродом и расплавленным металлом. Температура может быть более 2000 градусов Цельсия.
3. Кислородно-конвертерный. Непрерывная разливка стали в данном случае сопровождается с активным вдуванием кислорода, за счет чего существенно ускоряется процесс окисления. Применяется этот метод изготовления и для получения чугуна. Считается, что данная технология обладает наибольшей универсальностью, позволяет получать металлы с различными свойствами.

Способы производства оцинкованной стали не сильно отличаются от рассматриваемых. Это связано с тем, что изменение качеств поверхностного слоя проходит путем химико-термической обработки.

Существуют и другие технологии производства стали, которые обладают высокой эффективностью. Например, методы, основанные на применении вакуумных индукционных печей, а также плазменно-дуговой сварки.

Мартеновский способ

Суть данной технологии заключается в переработке чугуна и другого металлолома при применении отражательной печи. Производство различной стали в мартеновских печах можно охарактеризовать тем, что на шихту оказывается большая температура. Для подачи высокой температуры проводится сжигание различного топлива.

Схема мартеновской печи

Рассматривая мартеновский способ производства стали, отметим нижеприведенные моменты:

1. Мартеновские печи оборудованы системой, которая обеспечивает подачу тепла и отвода продуктов горения.
2. Топливо подается в камеру сгорания поочередно, то с правой, то с левой стороны. За счет этого обеспечивается образование факела, который и приводит к повышению температуры рабочей среды и ее выдерживание на протяжении длительного периода.
3. На момент загрузки шихты в камеру сгорания попадает достаточно большое количество кислорода, который и необходим для окисления железа.

При получении стали мартеновским способом время выдержки шихты составляет 8-16 часов. На протяжении всего периода печь работает непрерывно. С каждым годом конструкция печи совершенствуется, что позволяет упростить процесс производства стали и получить металлы различного качества.

В кислородных конвертерах

Сегодня проводится производство различной стали в кислородных конвертерах. Данная технология предусматривает продувку жидкого чугуна в конвертере. Для этого проводится подача чистого кислорода. К особенностям этой технологии можно отнести нижеприведенные моменты:

1. Конвертор – специальное оборудование, которое представлено стальным сосудом грушевидной формы. Вместительность подобного устройства составляет 100-350 тонн. С внутренней стороны конструкция выкладывается огнеупорным кирпичом.
2. Конструкция верхней части предполагает горловину, которая необходима для загрузки шихты и жидкого чугуна. Кроме этого, через горловину происходит удаление газов, образующихся в процессе плавления сырья.
3. Заливка чугуна и добавление другой шихты проводится при температуре около 1400 градусов Цельсия. Для того чтобы обеспечить активное окисление железа чистый кислород подается под давлением около 1,4 МПа.
4. При подаче большого количества кислорода чугун и другая шихта окисляется, что становится причиной выделения большого количества тепла. За счет сильного нагрева происходит расплавка всего шихтового материала.
5. В тот момент, когда из состава удаляется излишек углерода, продувка прекращается, фурма извлекается из конвертора. Как правило, продувка продолжается в течение 20 минут.
6. На данном этапе полученный состав содержит большое количество кислорода. Именно поэтому для повышения эксплуатационных качеств в состав добавляют различные раскислители и легирующие элементы. Образующийся шлак удаляется в специальный шлаковый ковш.
7. Время конверторного плавления может меняться, как правило, оно составляет 35-60 минут. Время выдержки зависит от типа применяемой шихты и объема получаемой стали.

Стоит учитывать, что производительно подобного оборудования составляет порядка 1,5 миллионов тонн при вместительности 250 тонн. Применяется данная технология для получения углеродистых, низкоуглеродистых, а также легированных сталей. Кислородно-конвертерный способ производства стали был разработан довольно давно, но сегодня все равно пользуется большой популярностью. Это связано с тем, что при применении этой технологии можно получить качественные металлы, а производительность технологии весьма высока.

В заключение отметим, что в домашних условиях провести производство стали практически невозможно. Это связано с необходимостью нагрева шихты до достаточно высокой температуры. При этом процесс окисления железа весьма сложен, как и удаления вредных примесей

Как изготавливается сталь

Производство любого металла очень похоже на волшебство. Этот процесс имеет своим тонкости, особенности, принципы и правила. Предлагаем рассмотреть, как изготавливается сталь и её виды, к примеру, листовой металлопрокат, купить который по выгодной цене можно на www.spb.spk.ru.

Сталь это сплав из железа с углеродом, который является главными легирующим элементом, до 2,1% по весу. Углерод и другие элементы выступают в качестве отвердителей, которые мешают движению дислокаций, естественно существующих в кристаллических решетках атомов железа. Изменение количества легирующих элементов, их форма в стали либо как растворенных осажденных элементов, замедляет движение веществ, которые делают железо пластичным и хрупким, поэтому оно обеспечивает такие качества, как твердость, пластичность и предел прочности на разрыв. Сталь может быть сильнее, чем чистое железо, но не настолько пластичной.

Как изготавливается сталь в процессе

В процессе изготовления в железо добавляются примеси, такие как азот, кремний, фосфор, а избыток углерода удаляется, а также примешиваются легирующие элементы: марганец, никель, хром и ванадий, в зависимости от их процентного содержания варьируется марка стали. Существуют два основных способа производства стали – это кислородный сталеплавильный, при помощи доменной электродуговой печи и стального лома в качестве основных исходных материалов и второй, сталеплавильный, который использует стальной лом или железо прямого восстановления.

Мартеновская печь является одним из способов, чтобы отделить сталь от чугуна. Чугун, известняк и железная руда уходят в мартеновской печи. Она нагревается примерно до 871 градусов С. Известняк и руда образуют шлак, который плавает на поверхности. Примеси, в ​​том числе углерод, окисляются и образуют поплавок из железа в шлаке. Когда содержание углерода в уменьшается, получается углеродистая сталь.

Другой способ создания стали – это процесс Бессемера, который включает окисление примесей в чугуне путем продувки воздуха через расплавленное железо в печи бессемеровского. Теплота окисления повышает температуру, следственно, из твердой консистенции создает жидкость. Когда воздух проходит через жидкий чугун, примеси соединяются с кислородом, образовывая оксиды. Угарный газ сжигает прочие примеси, далее они образуют шлак.

Тем не менее, большинство современных металлургических заводов используют кислородный метод для изготовления стали. Преимуществом является скорость, так как процесс примерно в 10 раз быстрее, чем в мартеновской печи. В этих печах, кислород высокой чистоты дует через жидкий чугун, что способствует снижению уровня углерода, кремния, марганца и фосфора. Добавление химических чистящих средств называется потоками, которые помогают уменьшить содержание серы и фосфора.

Различные металлы могут быть сплавлены со сталью, чтобы создать разные свойства. Например, добавление от 10 до 30 процентов хрома создает нержавеющую сталь, которая очень устойчива к коррозии. Добавление хрома и молибдена создает хром-молибденовую, твердую и светлую.

Виды стали

Стальные сплавы современного изготовления часто производятся с различными комбинациями легирующих металлов для того, чтобы получить разные по своим свойствам металлы. Углеродистая сталь, состоит из железа и углерода, на неё приходится 90% всей производственной стали.

Низколегированный металл сплавляется с другими элементами, обычно молибден, марганец, хром, или никель, в количестве до 10% по массе для улучшения прокаливаемости плотных секций. Нержавеющая сталь содержит от 11% хрома, часто его комбинируют с никелем, чтобы противостоять коррозии. Некоторые нержавеющие стали, к примеру, ферритные — это магнитные материалы, а другие, такие как аустенитные, немагнитные.

Некоторые более современные сталеварные компании добавлять в инструментальные стали, больше вольфрама, кобальта или других элементов, чтобы максимизировать упрочнение твердого раствора. Это также позволяет использовать дисперсионное твердение и улучшает термостойкость сплава. Инструментальная сталь обычно применяется в осях, сверлах металлорежущих, дерево- и камнеобрабатывающих станков, и других устройствах, которые нуждаются в острой, долговечной режущей кромке. Существует множество других сплавов высокой прочности, например, двухфазная сталь, которая поддается серьезной термической обработке, чтобы содержать как ферритные, так и микроструктур мартенситного типа для получения формуемой, высокопрочной стали.

Как производится сталь на сталелитейном предприятии

— нагрев до температуры, необходимой для наливки стали в изложницы и формы.

• Как изготавливают сталь
• Что входит в материально-техническую базу предприятия
• Как определить марку стали

• Петр Ломако: краткая биография
• Как получают алюминий
• Где используют чугун
• Как рассчитать долю продаж
• Производственно-хозяйственная деятельность предприятия
• Как плавить сталь
• Как плавить руду
• Что такое трест
• Сплавы металлов, их применение в промышленности
• Когда возникло индустриальное общество
• Можно ли считать Юстиниана выдающимся правителем
• Брежнев Леонид Ильич: биография, творчество, карьера, личная жизнь
• Фредерик Тейлор: биография, творчество, карьера, личная жизнь
• Владимир Полин: биография, творчество, карьера, личная жизнь
• Как отличить чугун от стали
• Как определить размер организации
• Чем отличается люмпен от маргинала
• Почему 1945-1953 годы называют апогеем сталинизма
• Как отличить структурную схему от функциональной
• Усталость металла: что это и как можно ей противостоять
• Принципы бережливого производства: описание, история и особенности
• Для чего нужны архивы
• Как выбрать глушитель
• Как назвать структурное подразделение

Сталь 45 характеристики. Узнаем как производится закалка стали. Закалка стали 45

Каждый сплав имеет свой уникальный состав. Что же касается такого материала как сталь, то известно, что он содержит в себе железо и углерод в определенных пропорциях. Каждая марка стали имеет своё уникальное название, в котором зашифрован её химический состав и физические характеристики. Сталь 45 – не исключение. В данной статье рассмотрим этот популярный сплав более подробно.

Химический состав

Каждый, кто имеет дело со сплавами, знает, что элементы, которые входят в их состав влияют на их характеристику. Сталь 45 – конструкционная углеродистая качественная. Из названия становится понятным, что в её состав входит углерод – 0,45%. Большая часть, конечно же, приходится на железо – 97%. В остальные же 2,55 % входят такие химические элементы, как марганец (0,7%), кремний (0,2-0,3%), никель (0,25%), хром (0,25%), медь (0,25%), мышьяк(0,08), сера(0,04) и фосфор(0,035%). Каждый из легирующих элементов влияет на характеристику стали 45. Например, марганец присутствует практически во всех марках стали. Он удаляет из неё кислород и уменьшает содержание серы. Кремний влияет на закаливаемость стали. Кроме того, он увеличивает предел текучести и упругости.

Углерод и его влияние на свойства стали

Одним из самых важных компонентов, который упрочняет этот сплав и придает ему твердость, является углерод. Кроме этого, он снижает пластичность и вязкость. Влияние углерода на характеристику стали 45 хорошо видно на диаграмме состояний. От структуры сплава и будут завесить его свойства. Так, например, при перлитной структуре сталь лучше поддается обработке и свариванию. Ферритная структура характеризуется незначительной твёрдостью и высокой пластичностью. Аустенит в сталях всегда жидкий и при его охлаждении может значительно меняться положение зерен углерода в кристаллической решетке.

Структура стали 45

Так, цементит – это химическое соединение Fe₃C, а кроме него, в стали также присутствует и феррит (С). Вместе они образуют еще одну структуру – перлит. Поскольку содержание углерода ниже 0,8%, то такая сталь считается доэвтектоидной. И для того чтобы улучшить её свойства, её необходимо закалить или отжечь. Это достигается путем её нагрева, при котором она переходит в аустенитное состояние. Критические точки для этого сплава: АС₁=725 °С, АС₃=770°С. При нагреве его до 700°С, никаких заметных изменений не произойдет.

Рассмотрим диаграмму состояний стали 45 более подробно.

Так, поскольку в сплаве присутствует 0,45% углерода, на нижней горизонтальной линии, необходимо найти это значение. Поднимаясь, вверх от него можно проследить за всеми превращениями в стали. Так, при нагреве выше линии АС — сплав будет находиться в жидком состоянии.

Затем при понижении температуры атомная решетка железа перестроится из гранецентрированной в объемно-центрированную и соответственно в ней будет преобладать феррит. Большое количество углерода будет постепенно преобразовываться с аустенита в перлит. Конечная структура сплава будет зависеть и от того, каким образом сталь охлаждали после закалки.

Термическая обработка

Если данный сплав не подвергают термической обработке, в его структуре преобладает цементит и феррит, а значит, его невозможно механически обработать. Внутреннее напряжение между атомами этого сплава будет настолько высоким, что при фрезеровании и точении он будет трескаться. Для того чтобы этого избежать применяют термическую обработку. Она может состоять из нескольких процессов: отжиг, нормализация, закалка, отпуск. Сама же термическая обработка будет зависеть от вида изделия (поковка, прокат) и от его технического назначения.

Взглянув еще раз на диаграмму состояний, можно сделать вывод, что 850 °С – это оптимальная температура для закалки. Именно в этой точке для стали с содержанием углерода 0,45% происходит переход в аустенитное состояние.

Поэтому чаще всего закалка стали 45 производится при температуре 850 °С, а отпуск — 550 °С. В таком случае сплав будет обладать пределом прочности – 900 МПа, пределом текучести — 800 МПа, ударной вязкостью – 1,2 МДж/м2, относительным сужением – 65% и твердостью 260. Если повысить температуру отпуска, то предел прочности, текучести и твердость понизятся, а остальные значения, наоборот, увеличатся.

Физические свойства

Как уже было сказано ранее, характеристики сплава в целом будут зависеть от закалки стали 45. Сам по себе феррит мягкий и достаточно пластичный, а перлит является твердым, но более хрупким. Так, перлитная структура выглядит, как слоеное тесто. Кристаллы мягкого феррита чередуются с твердым цементитом. Последние, придают перлиту износостойкость и твердость. Исходя из этого, можно сделать вывод, что при повышении содержания углерода, увеличивается и объем, который занимает перлит и, конечно же, улучшаются свойства сплава.

В общих чертах можно сказать, что сталь 45 является достаточно прочной, выносливой и хорошо поддается механической обработке. Из недостатков можно выделить плохую свариваемость и подверженность коррозии. Детали из стали 45 устойчивы к износу и могут выдержать перепады температур от 200 до 600 °С. Более подробные сведения о физических и механических свойствах можно увидеть в следующей таблице.

Как и для любой другой стали, для этой перед механической обработкой необходимо делать расчет режимов резания. В них нужно обязательно выбрать правильный режущий инструмент, скорость вращения шпинделя и, конечно же, рассчитать подачу. Несмотря на то, что сталь 45 хорошо поддается механической обработке, при неправильном выборе режимов резания, возможны такие проблемы, как слишком горячая, отлетающая стружка, произвольное уменьшение оборотов шпинделя. Кроме того, для такого вида механической обработки как точение, для этого сплава рекомендуется применять охлаждающую жидкость.

Большое значение имеет и выбор режущего инструмента. Его необходимо выбирать согласно твердости стали 45. Например, отлично подойдет резец Т15К6 и другие со схожими свойствами.

Область использования

Исходя из характеристики стали 45, можно сделать вывод, что сплав находит широкое применение в металлургической промышленности. Так, из него изготавливают шпиндели, цилиндры, кулачки и самые разнообразные валы. Именно эти детали должны обладать повышенной прочностью. Различные предприятия изготавливают форму, сортамент и размеры, которые определяются ГОСТами. Сталь 45 относится к трудно свариваемым сплавам, поэтому большая часть сортамента производится в качестве бесшовных труб.