Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Około 1, 5 miliona ton stali jest produkowanych rocznie we wszystkich częściach naszej planety. Jest on używany w wielu gałęziach przemysłu, począwszy od produkcji protez kończąc na szczegółach promów kosmicznych. Dla każdej branży istnieje gatunek stali, który będzie odpowiedni dla właściwości fizycznych i mechanicznych, dla struktury i składu chemicznego.

W zależności od zanieczyszczeń i ilości zawartej w metalu uzyskuje się różne cechy, sposób wytwarzania i sposób jego przetwarzania. W związku z tym zmieniają się wynikające z tego właściwości, takie jak gęstość, temperatura topnienia, przewodność cieplna, wytrzymałość na rozciąganie, liniowa rozszerzalność cieplna, pojemność cieplna właściwa i tak dalej.

Definicja stali: co to jest?

Stal jest stopem żelaza z węglem, zawierającym różne inne elementy. W tym przypadku żelazko w nim powinno zawierać co najmniej 45%. Jeśli mówimy o składzie, rozważamy klasyfikację składnika chemicznego.

Główną separacją jest stal węglowa i stopowa (na przykład stal nierdzewna). Pierwszy typ ma kilka podgatunków pod względem procentu węgla:

  • stale niskowęglowe zawierające do 0, 25% C;
  • średni węgiel (do 0, 55% C);
  • wysoki poziom węgla (od 0, 6% do 2% C).

Podobnie drugi typ jest podzielony na trzy podgatunki według zawartości pierwiastków stopowych:

  • niskostopowy (do 4%);
  • średni (do 11%);
  • wysokostopowy (ponad 11%).

Ponadto wtrącenia niemetaliczne mogą być zawarte w stali. W zależności od nich klasyfikacja według innego parametru - jakość. Im mniejszy procent wtrąceń niemetalicznych, tym wyższa jakość stali. Ogólnie są cztery typy:

  • zwykły;
  • jakość;
  • wysoka jakość;
  • zwłaszcza stal wysokiej jakości.

Jego skład określa także podział na typy według celu. Jest ich wiele, na przykład stale kriogeniczne, strukturalne, żaroodporne, nierdzewne, narzędziowe itp. Podział na typy również przebiega zgodnie ze strukturą:

  • ferrytyczny;
  • austenityczny;
  • bainit;
  • martenzytyczny;
  • perlit.

W strukturze mogą przeważać dwie fazy, a nawet więcej. Stal w tym przypadku jest podzielona odpowiednio na dwufazowe i wielofazowe.

Najważniejsze cechy technologii produkcji

Istotą produkcji stali jest to, że podczas przetwarzania materiału źródłowego zmniejsza się stężenie węgla, siarki, fosforu i innych niepożądanych składników. Te elementy sprawiają, że stal jest krucha i łamliwa, a pozbycie się ich zwiększa wytrzymałość i odporność na ciepło. Materiałem wyjściowym jest najczęściej złom żeliwny i stalowy.

Proces produkcyjny można wykonać na jeden z dwóch głównych sposobów, które uogólniają metody tego samego typu - jest to albo procesor, albo proces paleniskowy. Pierwszy nie wymaga dodatkowych źródeł ciepła, ponieważ jest używany do stopionej surówki żelaza, która ma już wystarczającą temperaturę. W tym przypadku następuje wtrysk czystego tlenu (lub wzbogaconego w niego powietrza, które jest już nieaktualne) do stopionego metalu, który utlenia pierwiastki takie jak fosfor, mangan, krzem lub węgiel obecny w żelazie. To z kolei pozwala na utrzymanie wystarczającej ilości ciepła, aby utrzymać stal w stanie ciekłym.

Dzięki takiemu wykonaniu można uzyskać trzy rodzaje stali - gotowanie, pół-spokój i spokój. Spokojna stal ma lepszy skład i bardziej jednorodną strukturę, gdy gotowanie zawiera znaczną ilość rozpuszczonych gazów. Wartości pośrednie między dwoma pierwszymi gatunkami są charakterystyczne dla pół-spokoju. Naturalnie, spokojna stal, oparta na najlepszej wydajności, jest droższa. Jego cena jest wyższa niż cena wrzenia, około 10-15%.

Procesy paleniskowe zachodzą w wysokich temperaturach, które osiąga się dzięki zaangażowaniu zewnętrznego źródła ciepła do przetwarzania ładunku stałego. Istnieją dwa rodzaje ich - proces z trzonem otwartym i elektrotermiczny . Ognisko odbywa się w wyniku ogrzewania materiału źródłowego ze spalania gazu lub oleju opałowego, a elektrotermiczny jest przeprowadzany w piecach indukcyjnych lub łukowych, gdzie ogrzewanie odbywa się za pomocą elektryczności.

W razie potrzeby do produkcji specjalnych rodzajów stali można stosować dwie kolejne metody, aw przypadku niektórych specjalnych rodzajów stali istnieją inne specyficzne procesy. Ponadto istnieją nowe metody produkcji, które nie są jeszcze szeroko stosowane, ale z powodzeniem się rozwijają. Takimi metodami są przetapianie elektrożużlowe, elektroliza, bezpośrednia redukcja stali z rudy itp.

Obróbka stali dla specjalnych właściwości

Aby nadać materiałowi pewne właściwości lub je zmienić, użyj pierwiastków stopowych i różnych rodzajów przetwarzania.

Niektóre metale działają jako pierwiastki stopowe. Mogą to być chrom, aluminium, nikiel, molibden i inne. W ten sposób uzyskuje się pewne właściwości elektryczne, magnetyczne lub mechaniczne, a także odporność na korozję. Tak więc stal nierdzewna jest otrzymywana, jeśli została stopiona z chromem.

Zmień właściwości stali poprzez przetwarzanie:

  • termomechaniczny (kucie, walcowanie);
  • termiczne (wyżarzanie, hartowanie);
  • chemiczno-termiczne (azotowanie, cementowanie).

Obróbka cieplna opiera się na właściwości polimorfizmu - podczas ogrzewania i chłodzenia sieć krystaliczna jest w stanie zmienić swoją strukturę. Ta właściwość jest charakterystyczna dla podstawy stali - żelaza, ponieważ jest w nim nieodłączna.

Różne rodzaje elementów, które mogą występować w stali

Węgiel . Wraz ze wzrostem procentu tego pierwiastka w stali zwiększa się jego wytrzymałość i twardość. Ale są straty w plastyczności.

Siarka . To zanieczyszczenie jest szkodliwe, ponieważ razem z żelazem tworzy siarkowe żelazo. Z tego powodu pęknięcia powstają w materiale w wyniku utraty wiązań między ziarnami podczas obróbki wysokotemperaturowej i pod wpływem ciśnienia. Obecność siarki ma negatywny wpływ na wytrzymałość stali, jej plastyczność, odporność na zużycie i odporność na korozję.

Ferryt . Jest to żelazo, które ma sieć krystaliczną skoncentrowaną na ciele. Charakterystyczne jest, że stopy o swojej obecności są miękkie i mają plastikową mikrostrukturę.

Fosfor . Jeśli siarka zmniejsza wytrzymałość w wysokich temperaturach, wówczas fosfor powoduje kruchość stali w niskich temperaturach. Niemniej jednak istnieje grupa stali, w której zawartość tego pozornie szkodliwego elementu jest wzmocniona. Produkty z takiego metalu są bardzo łatwe do cięcia.

Cementyt, to węglik żelaza. Jego wpływ jest odwrotny do ferrytu. Stal staje się twarda i łamliwa.

Specyficzny przykład stali stopowej

Stal nierdzewna to taka stal, która jest odporna na korozję w środowisku korozyjnym lub w atmosferze. Jego kompozycję otworzył w 1913 roku Harry Brearly. Podczas eksperymentów zauważył, że stal, która zawiera dużą ilość chromu, może aktywnie przeciwdziałać korozji kwasowej.

Teraz stal nierdzewna jest podzielona na trzy grupy:

  • odporny na ciepło - ma wysoką wytrzymałość mechaniczną, nawet w wysokich temperaturach;
  • odporny na ciepło - odporny na korozję w wysokich temperaturach i środowiskach korozyjnych. Nadaje się do stosowania w zakładach chemicznych;
  • odporna na korozję stal nierdzewna - ma taką odporność na korozję, która jest wystarczająca do warunków życia i do prostych zadań przemysłowych. Może być używany do wytwarzania narzędzi chirurgicznych, sprzętu gospodarstwa domowego, części dla przemysłu maszynowego, przemysłu lekkiego lub na przykład ropy naftowej i gazu.

Aby uzyskać stal, która będzie bardziej odporna na działanie korozyjne, należy zwiększyć ilość chromu w niej. Tak więc dla zwykłego środowiska wystarczy od 13 do 17%. Jeśli chrom jest większy niż 17%, taki stop może być stosowany w bardziej agresywnych środowiskach. Aby metal nie został zniszczony pod wpływem silnych kwasów, stop stali musi zawierać nie tylko chrom, ale także nikiel z dodatkami molibdenu, krzemu i miedzi.

Granice wartości różnych właściwości stali - temperatura topnienia, przewodność cieplna itp.

Z uwagi na fakt, że skład stopu może być różny, wartość różnych właściwości dla każdego rodzaju stali ma swoją wartość. Prezentujemy uogólnione wskaźniki, w których wskazane są limity wartości nieruchomości.

  • współczynnik przewodzenia ciepła - 39 kcal / m * godzina * stopień;
  • gęstość stali mieści się w zakresie (od 7, 7 do 7, 9) * 10 3 kg / m 3;
  • temperatura topnienia stali, w zależności od jej gatunku, wynosi od 1300 ° C do 1400 ° C;
  • ciężar właściwy - od 0, 7 do 7, 9 g / cm 3;
  • ciepło właściwe (w temperaturze 20 ° C) - 0, 11 cal / °;
  • ciepło właściwe topnienia - 49 cal / grad;
  • współczynnik rozszerzalności liniowej stali dla różnych typów (w temperaturze około 20 ° C):
    • stal 3 (klasa 20) - 11, 9 (deg -1);
    • stal nierdzewna - 11, 0 (deg -1);
  • wytrzymałość na rozciąganie:
    • dla gatunku stali używanego do konstrukcji - 38-42 (kg / mm 2);
    • do wykańczania maszyn (to także węgiel) - 32-80 (kg / mm 2);
    • na szynę - 70-80 (kg / mm 2);
    • stal krzemowo-manganowa (najwyższa szybkość) - 155 (kg / mm 2).

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Kategoria:

Obróbka metalu