Сталь

Содержание:

Сталь. Определение

Достоинства и несовершенства стальных сплавов

Что такое сталь и её отличие от чугуна

Немного истории

Состав стали и основные свойства

Производство стали

Способы изготовления стали и технологии

Производственный процесс

Виды стали

Разновидности сталей и их особенности

Маркировка стали

Расшифровка обозначений марки стали

Таблицы легирующих элементов

Классификация стали

Характеристики стали

Применение стальных сплавов

Разнообразные изделия из стали давно и прочно вошли в быт современного человека. Без них трудно представить себе полноценное существование, ведь на каждом шагу мы сталкиваемся с посудой, трубами, металлическими конструкциями, транспортом и прочими изделиями. Попробуем узнать больше о том, что представляет собой сталь, в чем ее отличительные особенности, каковы известны разновидности и области применения.

Сталь. Определение

Сталью принято называть соединение железа с углеродом, который получил название цементит, приобретающее особые возможности термообработки, плавления. Содержание железа в нем должно составлять не менее 45%. Цементита содержится намного меньше, но именно от десятых долей его частицы зависят высокопрочные параметры готового вещества. В него можно добавить другие примеси, которые оказывают влияние на особенности продукта.

Основные параметры

Ключевые параметры стали любой марки напрямую связаны с физическими особенностями этого металла. Выделяют несколько принципиальных физических параметров:

· теплопроводность;

· теплоемкость;

· модуль упругости;

· модуль сдвига;

· коэффициенты расширения (линейный и объемный).

Среди механических параметров известны следующие:

· твердость;

· износоустойчивость;

· прочность;

· упругость;

· пластичность;

· вязкость.

Среди химических параметров стали известны такие:

· жаропрочность;

· жаростойкость;

· коррозионная устойчивость;

· способность к окислению.

Достоинства и несовершенства стальных сплавов

Изготовление изделий из нержавеющих среднелегированных и среднеуглеродистых сталей во всем мире ежегодно возрастает, что позволяет говорить о большом количестве их положительных свойств. Во многом они связаны с изготовлением и обработкой.

Позитивные особенности этого материала:

· простота в обработке деталей с точностью до мм;

· твердость, прочность, свариваемость;

· способность выдерживать нагрузки, статические и динамические напряжения;

· повышенная устойчивость к износу, вследствие нагрузок;

· практически отсутствие деформации;

· экономичность, доступность сырьевых баз и др.

Как и в случае с другими универсальными материалами, не обходится без некоторых недостатков:

· большой вес;

· вероятность образования коррозионных очагов (в том числе, электрохимической коррозии);

· необходимость жесткого соблюдения технологических стандартов.

Что такое сталь и её отличие от чугуна

Сталь любой марки представляет собой железоуглеродистый сплав. Частица этого материала может колебаться в диапазоне 0,1 — 2,4%. Чем больше его часть, тем более хрупким становится конечный материал. Также в стали могут присутствовать небольшие доли сотых серы, фосфора, марганца, магния (Mn), кремния.

Несмотря на обилие общих особенностей, существуют и различия между сталью и чугуном:

· легированная сталь – сплав железа и углерода, считается более прочной;

· несмотря на кажущуюся массивность, чугун весит меньше;

· сталь легче поддается обработке из-за малого процента цементита;

· его теплопроводность меньше, поэтому он лучше и дольше сохраняет тепло;

· зато применить по отношению к нему закалку невозможно.

Немного истории

Первые металлические изделия были изготовлены еще древними предками современного человека. Куски железа вперемешку с древесным углем слоями закладывались в специальную яму, которая играла роль примитивной доменной печи. Результатом становился кусок железа, который позднее быстрее подвергался обработке и приданию необходимой формы.

Сотни лет этот способ применялся человечеством при изготовлении оружия. Древние кельты научились сваривать между собой тонкие пластины небольших размеров. Позже эту систему переняли и другие государства на территории современной Европы. Самое сложное заключалось в том, чтобы обеспечить большую температуру нагрева (1540 градусов). С последующим развитием сталь приобрела огромное значение, в первую очередь, в военной сфере.

Состав и основные свойства стали

Поскольку сталь любой марки легко переплавить повторно, она является наиболее распространенным металлом в мире. Более 60%, согласно статистическим данным, используется в промышленности повторно. Что касается Российской Федерации в этом рейтинге, то она находится на 5-м месте.

В составе любой марки стали есть пара важных ингредиентов: это железо и углерод. Именно их особое соотношение определяет характеристики готового продукта. Изменяя пропорции, металлурги выпускают различные марки высококачественных сплавов. Добавляя легирующие цветные металлы, получают литье, способное выполнять более сложные задачи.

Производство стали

Для работающего литейного производства необходимо добыть не только железную руду, но еще и каменный уголь. После этого их обрабатывают специальным образом. Железную руду сначала обогащают, избавляют от остатков пустой породы. Из угля получают кокс, затем смешивают с обогащенной рудой, а также известью.

В специальных печах при значительной температуре металлурги сначала получают чугунное сырье, из которого выплавляется сталь. Главная задача при этом — исключить ненужные примеси, снизить концентрацию цементита, но внести необходимые ингредиенты.

Качество и способ производства

Чем меньше цементита, тем лучше параметры будущего металла. Далее происходит обработка железной руды и каменного угля. Руду сначала обогащают, а затем магнитами отделяют металлические фракции. Из угля производят кокс.

В подготовленном виде их отправляют в печь. При повышенной температуре из них выплавляют сначала чугунное сырье, а потом и сталь. В ней содержится множество вредных веществ, например свинец, сера, а еще она является достаточно хрупкой сама по себе. При дальнейшем отжиге стараются избавиться от них, а также снизить содержание углеродистых добавок.

Впоследствии состав приводят к тому состоянию, которого необходимо достичь. Это совершается путем некоторых добавок — они влияют на физические свойства. Поэтому выделяют традиционную высоколегированную сталь.

Производство стали в мире

Рекордных показателей производства проката было достигнуто в 2021 году — более 1 950 млн. тонн. По-прежнему, лидирующие позиции в этом занимает Китай, невзирая на некоторое снижение объемов по сравнению с предыдущими периодами. Вторую, третью и четвертую строчки в этом рейтинге занимают, соответственно, Индия, Япония и Соединенные Штаты.

Легированная сталь любой марки является очень востребованным продуктом во многих производственных отраслях. Для развитых и развивающихся экономик — это один из наиболее важных аспектов вложения ресурсов. Из стали разных марок производят металлоконструкции, космическую и авиационную технику высшего класса, транспорт, турбины, моторы, инструмент широкого профиля и многое другое.

Основные производители стали в РФ

Существует несколько ключевых производителей различных марок легированной стали в России, которые являются ведущими игроками этого рынка. Новолипецкий металлургический комбинат был основан около 100 лет тому назад. На его внутренних площадках осуществляется полный производственный цикл: от добычи сырья до выпуска металла. Используют продукцию комбината в разных сферах: от энергетики до производства профильных труб.

Другой крупнейший участник рынка — Магнитогорский металлургический комбинат. Его продукция используется в разных отраслях машиностроения, в изготовлении труб, бытовой техники, товаров народного назначения.

Предприятие Северсталь было основано в г. Череповец в середине минувшего столетия. На сегодняшний день — это один из ведущих производителей листового металла. На комбинате реализована также опция обогащения железной руды. В последние годы Северсталь демонстрирует рост выручки, несмотря на снижение цен на мировом рынке.

Компания Евраз ориентирована на продажу металлопродукции. В ее сеть входит несколько крупных металлургических комбинатов. Активы находятся во многих странах Европы и мира. К профилю деятельности Евраза относятся коксохимический, сталеплавильный, доменный и другие заводы. На этих предприятиях изготавливают трубы для газопроводов из более 1000 марок легированной стали. Здесь выпускают металлопродукцию для строительства, трубы, прокат, товары народного применения.

Конвертерное производство

Данная разновидность промышленного метода позволяет получать жидкую сталь в специальных печах-конвертерах. Для этого черное чугунное сырье в жидкой форме продувают воздухом или воздушной смесью, обогащенной кислородом. Благодаря тому, что в нем содержатся разные примеси, происходит образование легированной стали с приданием ей соответствующих особенностей.

Этот способ используется по всему миру, считается наиболее прогрессивным в инновационном плане. Сегодня по нему производят до 70% всего объема мирового металла. Конвертерным способом производят сталепрокат в специальных сталеплавильных агрегатах. Чугун превращается в сталь за счет окисления. Это происходит с помощью кислорода, а впоследствии нежелательные примеси удаляются из нее.

Способы изготовления стали и технологии

Существует три главных стадий производственного цикла. Каждая из них требует участия специализированного оборудования:

· расплавление. В рабочую ванну с раствором помещают чугун с другими веществами. Под влиянием большой температуры происходит расплавление смеси с окислением железа. Вместе с кислородом удаляются и примеси. Фосфор и сера поднимаются на поверхность, откуда легко удаляются;

· кипение. Происходит на основании повышения рабочих температур. Внутрь ванны подается чистый кислород. Цементит начинает с ним взаимодействовать, после чего покидает смесь. Их количество снижается, в результате металл становится прочнее. Помимо этого, происходит удаление (отпуск) неметаллических примесей вместе со шлаком, в том числе, серы;

· раскисление. Производится после удаления нежелательного количества углеродистых добавок. Теперь необходимо удалить кислород — этот метод принято называть раскислением. Для этого в ванну добавляют другие ингредиенты, которые более активно вступают в реакцию с кислородом. Они поднимаются на поверхность, а чистое железо остается в резервуаре. С уменьшением части кислорода увеличивается доля будущей стали. Ненужный шлак также перерабатывается: на черепицу, добавки в цемент.

Производственный процесс

Методика изготовления стали включает в себя несколько основных этапов:

· загрузка исходного сырья в конвертер;

· заливка чугунных добавок;

· продувка кислородной струей;

· загрузка дополнительных веществ (при необходимости).

На каждой из описанных стадий нужно соблюдать технологические пропорции. В зависимости от них получают различную продукцию.

Виды стали

Для нужд различных сфер промышленности выпускаются отдельные марки сталей. Каждая из них обладает специфическими конструкционными свойствами. Специалистам металлургам нужно уметь разбираться в различных марках стали, расшифровывая специальную маркировку.

Виды стали и особенности их маркировки

Сталь является наиболее востребованным сплавом на основе металла. Она выпускается миллионами тонн по всему миру, а потому требует стандартизированного подхода. Наиболее понятной стала буквенно-цифровая маркировка, обозначающая ее особенности и применение.

Углеродистые стали маркируют нанесением литеры «У». Далее идет двузначное число — оно обозначает процент содержания цементита. Для легированных сталей также применяется буквенная маркировка. Первая литера означает элемент, используемый для легирования. Последующие цифры показывают его концентрацию.

Виды сталей и их классификация

Необходимость систематизации стали вызвана дальнейшим ее применением по назначению. Металлургам и производителям нужно понимать, какими особенностями обладает та или иная разновидность. Для изготовления конструкций применяется одна категория, для изготовления рабочих или измерительных инструментов — другая.

1. По химическому составу. Классические виды по данному критерию — углеродистые и легированные. Углеродистые отличаются от чугуна содержанием в составе углерода. Для придания дополнительной прочности в них могут включаться марганец или кремний.

Углеродный компонент на уровне структуры делает более прочным внутреннее строение будущего проката. Это повышает устойчивость к механическим нагрузкам. Из него производят пружины, детали механизмов, рабочий инструмент.

Важнейшее отличие легированных сплавов состоит в добавках и присадках. Их доля может составлять от нескольких процентов до 50%. Это могут быть марганец, молибден, титан, кремний, медь, алюминий, цирконий и пр.

2. По назначению. По данному вопросу выделяют конструкционные сплавы, а также инструментальные. Конструкционные используются при создании машин, механизмов, станков, деталей, разнообразных металлоконструкций. Они хорошо подвергаются свариванию, сохраняют отличную прочность швов. После отливки конструкционные дополнительно закаливают.

Инструментальные служат для создания профессионального инструмента. Из них делают сверла, резцы, прессы, режущие кромки, различные мелкие детали и т.д. Содержание углерода в них составляет не менее 0,7, что как правило, обеспечивает прочность, поскольку инструменту придется соприкасаться с другими твердыми поверхностями.

Отдельного внимания заслуживает группа нержавеющих сталей. Их активно используют в изготовлении изделий народного потребления. Главное требование — устойчивость к коррозии. С этой целью в них добавляют некоторое количество никеля либо хрома.

Виды углеродистой стали

В такой стали всегда высокая доля углерода, доходящая до нескольких процентов. Вещества для легирования отсутствуют, но могут содержаться примеси. По величине углерода в составе делятся на низкоуглеродистую, средне- и высокоуглеродистую.

По свойствам ее классифицируют следующим образом:

· высшее (содержание фосфора и серы не более 0,025%);

· стандартное (соответственно, не более 0,035%);

· все остальные — стальные сплавы.

Виды инструментальной стали

Эта разновидность предназначается для изготовления инструмента. Подразделяется на несколько основных групп:

· вязкие, теплостойкие, содержащие в своем составе хром, вольфрам, молибден. Уровень углерода не выше среднего;

· вязкие, нетеплостойкие. Отличаются низким процентом веществ для легирования и средним — углерода. Степень прокаливания также невелика;

· теплостойкие, твердые. Сюда относят легированное литье повышенной твердости. Их используют для создания режущих кромок инструментов, мелких деталей;

· средней теплостойкости, твердые. Марки стали ледебуритного типа. Характерна значительная концентрация углерода и хрома;

· твердые, нетеплостойкие. Заэвтектоидного типа. Наличие доли веществ для легирования незначительна. За счет углерода характеризуются твердостью и прочностью даже в агрессивных средах.

Разновидности сталей и их особенности

Структура — один из определяющих факторов систематизации. Содержащиеся примеси оказывают существенное влияние на качество готовых изделий. Базовых ингредиентов всего 2: это железо и углерод (доля последнего обычно не превышает 2%). По критерию химического состава всю продукцию, представленную на рынке, можно разделить на 2 больших группы:

1. Углеродистые сплавы. В них, помимо железа с углеродом, входят также сера, фосфор, кремний, марганец. Металлы этой группы способны выполнять свои функции даже под солидными нагрузками.

2. Легированные. Называются так, поскольку в них дополнительно включают вещества для легирования. Например, хром, азот, цирконий, вольфрам, молибден, ниобий и другие. Они меняют характеристики стали, качество готовой продукции.

Маркировка стали

Маркировка важна для того, чтобы понимать, какие именно особенности может иметь литье. Это важно в производственных сферах всех отраслей промышленности.

Для чего нужно знать расшифровку сталей

Расшифровка необходима специалистам металлургической промышленности. Она позволяет узнать физические свойства материала, его молекулярную формулу. Возможно, она покажется сложной, но необходимо понимать способы ее составления.

Это краткое описание, содержащее последовательность букв, а также цифр. Поэтому нужно иметь представление об этих сокращениях, а также о том, как каждый компонент способен изменять особенности вещества. В зависимости от этого будет понятно, какие нагрузки он способен выдержать.

Каждая марка стали должна соответствовать определенным требованиями ГОСТа. Она проходит испытания в лабораторных условиях прежде, чем будет запущенной в регулярное производство на предприятие. Понимание индекса крайне важно для безопасной работы с металлами, последующего изготовления из них продукции.

На производстве используются и цифровые обозначения. К примеру, цифрой «1» указана сталь кованая или горячекатаная. Цифра «2» свидетельствует о том, что перед нами калиброванная марка. Цифра, которая идет следующей, отображает в данном случае, значение коэффициента старения.

Следующая величина указывает группу, к которой относится материал. Последние цифры доносят информацию об основных нормируемых характеристиках.

О чем говорит маркировка стали

После расшифровки адреса этих обозначений конкретного вида стали, инженеры понимают, сколько и каких примесей она может иметь. Расшифровать буквенно-цифровой код несложно, но необходимо знать в деталях систематизацию. Обычные стали, не содержащие дополнительных ингредиентов, принято обозначать сочетанием литер «Ст». Это значит, что речь идет о стандартном качестве.

Установление конкретной марки происходит по нескольким критериям: это ее формула, содержание, предназначение. Наиболее распространенная маркировка — это обыкновенная сталь конструкционная, не содержащая добавок. После первых литер указывается цифра, говорящая о добавке в материал углерода.

Расшифровка обозначений марки стали

Основная расшифровка может дать следующие сведения:

· «Ст» обозначает сталь обычную, нелегированную. Числа, следующие за этими буквами, говорят о содержании углерода в материале;

· «А», значение этой литеры — определенные механические свойства, без термической обработки;

· «Б», нержавеющая сталь, проходящая термическую обработку;

· «В», предназначена для использования в сварных конструкциях;

· «Пп», это обозначение говорит о том, что вещество выделяется с пониженной прокаливаемостью;

· «К» свидетельствует о том, что перед нами качественная углеродистая сталь, которая применяется для изготовления емкостей высокого давления;

· «Л», этой литерой называют легированное литье, применяемое в создании конструкций. Для изготовления данного сплава используется технология литья;

· «С», сталь строительная. Сразу после этой литеры бывает показатель текучести;

· «Е» наносится для обозначения сплава с повышенными магнитными свойствами и располагается в начале записи маркировки;

· «У» — инструментальная сталь содержит большое количество цементита;

· «А» — если эта буква расположена в конце записи, это означает, что перед нами сталь высшего качества;

· «Э» — сплав электротехнического предназначения. Он тонколистовой и его используют для изготовления магнитов, генераторов, катушек, трансформаторов, разных деталей;

· «Р» представляет собой сталь быстрорежущую, инструментальную, и это всегда указывается в начале маркировочной записи;

· «Ш» означает, что сплав предназначен для изготовления шарикоподшипников. Он более износоустойчив и прочен по сравнению с другими разновидностями.

Таблицы легирующих элементов

Следующая таблица демонстрирует влияние доминирующих компонентов для легирования на конечные свойства сталепроката:

Название элемента	Обозначение	Влияние
Азот	А	Затвердение поверхностных слоев
Ниобий	Б	Повышение кислотостойкости
Вольфрам	В	Увеличение твердости, износостойкости, вязкости
Марганец	Г	В ходе раскисления повышается стойкость к нагрузкам, сопротивление износу
Медь	Д	Снижение склонности к коррозии
Кобальт	К	Улучшение жаропрочности
Молибден	М	Повышает устойчивость к коррозии, жаропрочность
Никель	Н	Улучшение пластичности
Фосфор	П	Повышение хрупкости, текучести
Бор	Р	Поднятие критерия прокаливаемости
Кремний	С	Улучшение прочности, ударной вязкости
Титан	Т	Повышает прочность, сопротивляемость коррозии
Ванадий	Ф	Повышение плотности, замедление старения
Хром	Х	Улучшение коррозионной стойкости, качества сваривания
Цирконий	Ц	Повышение механических параметров
Алюминий	Ю	Улучшает коррозионную устойчивость, жаростойкость, замедляет старение

Классификация стали

Существует множество критериев, по которым металлурги классифицируют стальные соединения. Это состав, предназначение, качество и целый ряд других.

Классификация по химическому составу

Это одна из главных систематизаций, которая различает стальные соединения. Существует 2 преобладающие группы: углеродистые, а также легированные. Как следует из названия, у литья из первой группы в составе довольно велико содержаниецементита. Других химических компонентов не предусмотрено. Их содержание может быть до 0,3%, в диапазоне 0,3 — 0,6% и более этого значения. Соответственно, сплавы именуют низко-, средне- или высокоуглеродистыми.

В отличие от предыдущей группы, легированные стали имеют включения в виде дополнительных добавок. Их вводят для улучшения физических, механических свойств будущего проката. В результате, они становятся лучше, чем обычные углеродистые стали. Такими веществами могут выступать марганец, алюминий, кремний, молибден, титан, многие другие.

Классификация по качеству

Нержавеющие стали могут различаться по своим особенностям, от которого зависит дальнейшее применение. Известны следующие первенствующие типы:

· качество обычное. Доля цементита составляет не более 0,6%. Для обозначения используется маркировка Ст, что подразумевает стандартное. Зато по стоимости такой материал относится к числу наиболее доступных;

· повышенное качество. Содержание цементита является значительным, сюда же относится сталь легированная. Качество регулируется ГОСТом 1577. Этот сплав лучше сваривается, считается более пластичным и надежным, однако его стоимость выше, чем у стандартного.

Классификация по структуре

На формулу вещества оказывают влияние такие факторы, как соотношение цементита и ряда компонентов для легирования. По данному критерию предусмотрена систематизация сталей, находящихся в отожженном нормальном состоянии.

В числе отожженного выделяют 6 следующих групп:

· доэвтектоидные стали — перлит и феррит;

· эвтектоидные, на основе перлита;

· заэвтектоидные — перлит и цементит;

· ледебуритные — карбид с ледебуритом;

· аустенитные, или перенасыщенные цементитом;

· ферритные, твердые по формуле, но с малым содержанием цементита.

Для нормального состояния принято выделять 4 основные группы:

· ферритные, отличающиеся неустойчивой формулой. Сюда относятся низколегированные, углеродистые соединения;

· перлитные — невысокое содержание цементита, легирование хромом. Формула устойчива, не меняется при нагревании либо охлаждении;

· мартенситная группа также характеризуется устойчивостью. К ней относятся стали с повышенным и средним легированием;

· аустенитные соединения образуются за счет содержания никеля, марганца, хрома. Обладают вязкостью, ценятся в ряде отраслей промышленности.

Классификация сталей по назначению

По этому параметру стали подразделяются на конструкционные либо инструментальные. В составе конструкционных отмечают следующие виды:

· обыкновенные;

· улучшаемые в плане свойств;

· автоматные;

· цементируемые;

· с повышенной прочностью;

· рессорно-пружинного типа.

Эта категория относится к числу наиболее распространенной. Ее можно встретить на заводах, выпускающих разнообразную продукцию машино- и станкостроения. Она хорошо сваривается и вообще подвергается обработке. Цементируемый прокат рассчитан на периодические высокие нагрузки, а в ходе цементации приобретает особую прочность. Пружинная сталь защищена от дефекта «усталости», который могут иметь многие виды металлов. Она обладает эффектом амортизации, то есть, нормализации — возврата к начальному состоянию. Отдельного внимания заслуживают коррозионные стали, в состав которых включают хром и никель, образующие на поверхности защитную пленку.

Есть определенная систематизация, которая касается специальных параметров будущего сталепроката. От них во многом зависит его назначение:

· сталь для электротехнической отрасли промышленности. В основе — смесь железа с кремнием. Используется при изготовлении деталей электротехнического назначения;

· жаростойкая сталь. Способна выдерживать температуры свыше 900 градусов, может дополнительно легироваться алюминием, никелем, кремнием;

· жаропрочная. При повышенной температуре выдерживает большие нагрузки. Применяется для производства газотурбинных установок;

· защищенная от коррозии. Рассчитана на контакт с влажной средой или почвой. Характеризуется высокой сопротивляемостью к появлению очагов ржавчины.

Классификация по степени раскисления

Раскислением называют методику, в ходе которой из соединения удаляют оксид железа. Именно он вызывает коррозионные образования. Вместе с ним убираются такие химические элементы, как водород, азот. Выполняют раскисление путем добавления алюминия, кремния либо марганца в стальное соединение. Таким образом, оно становится более прочным, а его коррозионная устойчивость повышается.

Здесь выделяют 3 основные группы сталей: спокойные, полуспокойные, кипящие. В спокойных происходит реакция кислорода с каждым раскислителем. Дальше он удаляется, а соединение застывает спокойно, без чрезмерного газообразования. По такому сценарию выпускаются качественные легированные сплавы.

Полуспокойная группа стоит на промежуточной позиции. Для раскисления применяется алюминий с марганцем. Таким образом, производятся углеродистые стали. Раскисление кипящих соединений осуществляется одним марганцем. Охлаждение сопровождается выделением газов. По данной методике плавят низкоуглеродистые стали, обычного и повышенного качества, реализуемые по рыночным ценам.

Классификация по способу производства

Основополагающие полезные разновидности отливаются по различным методикам. Это обусловлено производственным циклом:

· бессемеровская;

· томассовская;

· мартеновская;

· электросталь.

Первые два способа не дают чистоты соединению, необходимой по современным требованиям металлургии.

Технология

Получение сталепроката происходит на основе переработки чугуна. Путем добавления легирующих элементов ему придают необходимое состояние.

Условия прекращения процесса

Технологический процесс формирования сплава длится около 15 минут. Из-за его непродолжительности момент окончания продувки трудно установить. Поэтому в прошлом столетии сталь заблаговременно прекращали обогащать цементитом. Его потом ручным способом добавляли в ковш.

Вследствие этой причины, использование материалов раскислителей увеличивалось, т.е. происходил их перерасход. В стали было превышение неметаллических частиц. Все изменилось с внедрением в технологический процесс специальных приборов. Они автоматически определяли момент прекращения продувки. Стало проще формировать соединение с заданными свойствами. Выход пригодного проката стал достигать примерно 90% от залитого в печь чугунного сырья.

Малый бессемеровский процесс

Данным методом называют превращение жидкого чугунного сырья в готовую литую сталь на основании продувки сжатого воздуха. Происходит это в оборудовании, называемом «бессемеровским конвертером». Во время обработки литье сохраняется в жидком состоянии за счет постоянного повышения температуры. Метод был назван по имени британского инженера Бессемера, открывшего его в 1856 году.

Его разновидностью является методика малого бессемерования. Она осуществляется в конвертерах с небольшим объемом. Воздух в них подается на поверхность сплава. Результатом выступает сталь с небольшим содержанием азота. Она пригодна для формирования тонкостенных конструкций.

Томасовский процесс

Данная методика впервые была применена во второй половине 19-го века в Германии. Позднее получила распространение и на территории других держав с металлургической промышленностью. В доменной печи происходит преобразование чугунного сырья в сталь. Такой способ менее затратен по сравнению с другими.

К числу недостатков томасовского метода относят повышенное содержание фосфора и азота. Из-за этого готовое соединение получается более хрупким. Молекулярный состав обрабатываемого чугунного сырья характеризуется высоким содержанием фосфора. Конвертеры несколько больше, чем при бессемеровской методике.

Главное различие заключается в футеровке. В томасовский конвертер загружают до 15% извести от общего объема. В ходе работ из сплава удаляются некоторые химические элементы: Mn, Si, Cи другие. Длительность плавки составляет от 25 до 40 минут. Выход пригодного проката достигает 85-89% от загруженного сырья. Данную методику применяли для выплавки рельсов, проволоки, крупных деталей, сортового проката.

Мартеновская печь

Мартеновские печи относятся к категории отражательных. В расплав поступает смесь раскаленного воздуха с горючим газом. Благодаря этой методике тепло распределяется равномерно по всему объему ванны.

Мартеновский метод долгое время был одним из наиболее распространенных. Он может иметь следующие разновидности:

· скрап, в котором преобладает металлический лом и передельный чугун. Данный способ применяется на тех предприятиях, где нет мартеновских печей;

· скрап рудный. Для него характерно преобладание, помимо скрапа, чугунного сырья с железной рудой.

Более эффективной в наши дни считается кислородно-конвертерная методика. На ее долю приходится до 2/3 объема всего мирового выпуска продукции. С 70-х годов минувшего столетия новые печи мартеновского типа больше не вводятся в эксплуатацию.

Характеристики стали

Качество будущего сталепроката зависят от их содержания. В первую очередь, имеется в виду формула. Дополнительное влияние оказывают элементы для легирования, вводимые в состав на стадии обогащения.

Структура стали

В формуле любого стального соединения доминируют железо с углеродом. От концентрации последнего зависят технологические особенности будущего проката. Другой немаловажный фактор, оказывающий влияние на формулу — это скорость охлаждения горячего сплава. Замедленное охлаждение приводит к образованию более равномерной основы материала. Различная основа приводит к различным характеристикам сплава, даже при одинаковом химическом составе.

Чтобы получить неравновесное образование, металл подвергают термической обработке. В случае медленного остывания в нем присутствуют феррит, цементит, перлит. Стали с повышенным содержанием феррита при сравнительно небольшой прочности отличаются повышенной пластичностью. Дальнейшее увеличение концентрации цементита приводит к увеличению перлита с одновременным снижением феррита. От этого соединение становится более прочным, но его вязкость существенно снижается, как показывают технологические карты.

Влияние углерода и легирующих элементов на свойства стали

Промышленные стальные сплавы представляют собой сложные соединения — цементиты. Помимо них в металле содержатся разнообразные примеси, а также элементы для легирования. Параметры готового продукта зависят именно от их частицы в составе.

Цементиты оказывает наибольшее влияние на будущий сталепрокат, а также его износ и другие свойства. Чем его больше в формуле, тем больше в готовом материале будет цементита и феррита. Последний обладает пластичными свойствами, тогда как цементит придает твердость и хрупкость.

Повышение содержания цементита приводит к тому, что сталь будет менее пластичной, но более твердой и прочной. Они изменяют целый комплекс параметров материала, в том числе, обрабатываемость сваркой, резкой. Высокая концентрация цементита способствует тому, что соединение становится более прочным, но сложнее подвергается обработке. При этом, возрастает теплоотдача. Однако стали, содержащие малую частью цементита тоже плохо обрабатываются.

Поэтому самая лучшая обрабатываемость у литья, в структуре которых, приблизительно 0,3 – 0,4% углерода. Если сталь предназначена для холодной штамповки, это значение не должно превышать 0,1%. Зато низкоуглеродистые металлы легче свариваются. Для других категорий применяют такие методики, которые предотвращают появление трещин при сварке.

Следующие элементы для легирования оказывают специфическое воздействие на свойства готового сплава:

· хром повышает механические свойства металла, при условии, что его содержание не превысит 2%;

· никель, очень ценный и дефицитный элемент. Его концентрация может колебаться от 1 до 5%. Повышает температурный порог вязкости сплава;

· марганец относится к числу самых недорогих заменителей. С его помощью повышают температурный предел текучести;

· вольфрам, молибден — дорогие элементы, способные повысить теплостойкость проката.

Применение стальных сплавов

Подавляющий объем выплавляемых сплавов находит применение в изготовлении металлических конструкций, крупных деталей либо в строительстве. Этот металлопрокат отличается высокой устойчивостью к образованию очагов коррозии, а также отлично выполняет свои задачи под воздействием высоких температур. После экологической обработки сталь любой марки можно использовать для изготовления товаров народного потребления, в том числе, в пищевой промышленности.

В числе потенциальных недостатков выделяется способность сплавов к образованию коррозионных участков. Чтобы избежать подобных негативных явлений, металл подвергается дополнительному легированию и обработке. Это позволяет использовать их для выполнения ряда производственных задач. Из стали производят трубы, проволоку, конструкции для строительства, различные детали, посуду, инструмент и многое другое.

Стали и сплавы на их основе могут обладать совершенно разными параметрами. Это необходимо учитывать для их последующего предназначения. Прежде, чем заказывать продукцию на сайте компании, важно учесть, каким механическим и химическим требованиям она должна соответствовать.