Технология производства стали

Размещено на http://allbest.ru

Оглавление

Введение

Классификация

Основные характеристики легированной стали

Маркировка сталей

Влияние компонентов на свойства сталей

Методы производства стали

Пример легирования стали

Список литературы

Введение

Легимрование (нем. legieren -- «сплавлять», от лат. ligare -- «связывать») -- добавление в состав материалов примесей для изменения (улучшения) физических и/или химических свойств основного материала. Легирование является обобщающим понятием ряда технологических процедур, различают объёмное (металлургическое) и поверхностное (ионное, диффузное и др.) легирование.

Легирование стало целенаправленно применяться сравнительно недавно. Отчасти это было связано с технологическими трудностями. Легирующие добавки просто выгорали при использовании традиционной технологии получения стали. По-видимому, первым удачным использованием целенаправленного легирования можно считать изобретение в 1858 г. Мюшеттом стали, содержащей 1,85 % углерода, 9 % вольфрама и 2,5 % марганца. Сталь предназначалась для изготовления резцов металлообрабатывающих станков и явилась прообразом современной линейки быстрорежущих сталей. Промышленное производство этих сталей началось в 1871 г.

Принято считать, что первой легированной сталью массового производства стала Сталь Гадфильда, открытая английским металлургом Робертом Эбботом Гадфильдом в 1882 г. Сталь содержит 1,0 -- 1,5 % углерода и 12 -- 14 % марганца, обладает хорошими литейными свойствами и износостойкостью. Без особых изменений химического состава эта сталь сохранилась до настоящего времени.

При легировании стали можно получить заданные свойства, в том числе отсутствующие у исходных углеродистых сталей, так легирование сталей проводится для повышения их коррозионной стойкости и придания некоторых механических свойств. Стали считаются легированными при содержании примесей в них, например, кремния -- более 0,8% , марганца -- не более 1%. При введении легирующих примесей в сталь необходимо учитывать, что все элементы, которые растворяются в железе, влияют на температурный интервал его аллотропных модификаций, оказывая влияние на свойства сталей. Изменение свойств сплавов в результате легирования обусловлено, кроме того, изменением формы, размеров и распределения структурных составляющих, изменением состава и состояния границ зерен.

Наиболее распространенными легирующими элементами являются: Сr, Mn, Ni, Si, W, Mo, V, Ti, Cu, Co, Al, B, Nb, Zr, N, As, S, P.

Классификация

По химическому составу:

· Углеродистые

· Легированные

ь Трехкомпонентные (содержат кроме Fe и C еще какой-либо легирующий элемент)

ь Четырехкомпонентные (содержат кроме Fe и C еще какие-либо два легирующих элемента

С указанием легирующего компонента:

· Хромистые

· Хромоникелевые

· хромоникельмолибденовые

По степени легирования:

· низколегированные (2.5-5% легирующих компонентов)

· среднелегированные (до 10% легирующих компонентов)

· высоколегированные (более 10% легирующих компонентов)

По назначению:

· конструкционная

§ цементируемая (подвергаемая цементации)

§ улучшаемая (подвергается улучшению - закалке и высокому отпуску)

· инструментальная

· с особыми физико-химическими свойствами

ь нержавеющая

ь жаростойкая

ь кислотостойкая

ь износоустойчивая

ь с особыми магнитными и электропроводными свойствами

По содержанию углерода:

· малоуглеродистые (щ(С) = 0.1-0.2%)

· среднеуглеродистые (щ(С) = 0.2-0.6%

· высокоуглеродистые (щ(С) = 0.6-1.7%)

Основные характеристики легированной стали

Преимущественные свойства легированных сталей заключаются в следующих особенностях:

· сочетание значительных прочностных и ударно-вязких параметров при позитивной и негативной температуре

· прекрасные технологические качества

· экономичность

· большие объемы производства

· серьезные параметры сопротивления пластичным деформациям

· повышение прокаливаемости таких сталей

· возможность применения легких охладителей уменьшает риск возникновения брака по трещинам и короблению при закалке, поскольку снижается разрушение аустенита

· большой запас пластичности и вязкости

· полезные свойства выявляются только после термической обработки легированной стали, поэтому производимые изделия проходят обязательный этап термического воздействия

Маркировка сталей

Легирующим элементам принято присваивать определенную букву из русского алфавита. Вот обозначения некоторых из них:

Х - Сr (хром);

Ф - W (вольфрам);

Н - Ni (никель);

Г - Mn (марганец);

С - Si (кремний);

М - Мо (молибден);

А - N (азот);

Д - Cu (медь);

Ю - Al (алюминий);

Т - Тi (титан);

Б - Nb (ниобий).

Отечественное обозначение сталей (маркировка) состоит из сочетания цифр и букв. Буквы показывают, какой химический элемент входит в состав данной марки стали. Цифры же - определяют его количество. За каждым буквенным обозначением химического элемента, который используется для легирования стали, следует цифровое значение, которое указывает концентрацию данной легирующей присадки. Число, которое стоит с самого начала, дает нам информацию о том, сколько углерода содержит данная марка стали (в сотых долях масс. %). Такая номенклатура позволяет быстро определять состав стали только по ее названию (марке)

Влияние компонентов на свойства сталей

Влияние углерода на свойства сталей. Углерод является главным упрочняющим элементом во всех сталях, кроме аустенитных В сталях, содержащих другие металлы (кроме железа, легированные стали), атомы металлов замещают атомы железа в кристаллической решетке и возникает твердый раствор замещения. нержавеющих сталей и некоторых других высоколегированных сталей. Упрочняющий эффект углерода состоит из упрочнения твердым раствором и упрочнения за счет дисперсного выделения карбидов. С увеличением содержания углерода в стали ее прочность увеличивается, но пластичность и свариваемость снижается.

Углерод имеет умеренную тенденцию к макросегрегации в ходе кристаллизации. Макросегрегация углерода обычно проявляется более значительно, чем у всех других легирующих элементов. Углерод имеет сильную тенденцию сегрегировать Сегрегация -- распределение зёрен материала по высоте слоя в зависимости от размера этих зёрен на дефектах в сталях, таких как границы зерен и дислокации.

В условиях сталеплавильного процесса он является раскислителем и определяет содержание кислорода, растворенного в жидкой стали. В твердой стали углерод образует с железом различные структурные составляющие, что определяет свойства стали и является основой для ее последующей термической обработки.

Влияние марганца на свойства сталей. Марганец присутствует практически во всех сталях в количестве от 0,30 % и более. Марганец применяют для удаления из стали кислорода и серы. Он имеет меньшую тенденцию к сегрегации, чем любой другой легирующий элемент. Марганец благоприятно влияет на качество поверхности во всем диапазоне содержания углерода, за исключением сталей с очень низким содержанием углерода, а также снижает риск красноломкости Красноломкость -- свойство металлов давать трещины при горячей обработке давлением (ковка, штамповка, прокатка) в области температур красного или жёлтого каления (850--1150 °C). Марганец благоприятно влияет на ковкость и свариваемость сталей.

Марганец не образует своего карбида, а только растворяется в цементите и образует в сталях легированный цементит. Марганец способствует образованию аустенита и поэтому расширяет аустенитную область диаграммы состояния. Большое содержание марганца (более 2 %) приводит к возрастанию тенденции к растрескиванию и короблению при закалке. Присутствие в сталях марганца поощряет такие примеси как фосфор, олово, сурьма и мышьяк сегрегировать к границам зерен с возникновением отпускной хрупкости.

Влияние кремния на свойства сталей . Кремний является одним из основных раскислителей, которые применяют при выплавке сталей. Поэтому содержание кремния задает тип произведенной стали. Спокойные углеродистые стали могут содержать кремния до 0,60 %. Полуспокойные стали могут содержать умеренные количества кремния, например, 0,10 %.Кремний полностью растворяется в феррите при содержании кремния до 0,30 %. Он увеличивает прочность феррита, почти не снижая его пластичности. При содержании кремния выше 0,40 % в углеродистой стали общего назначения происходит существенное снижение пластичности.

В комбинации с марганцем или молибденом кремний обеспечивает более высокую закаливаемость стали. Добавление кремния в хромоникелевые аустенитные стали повышает их стойкость к коррозии под напряжением. В термически упрочняемых сталях кремний является важным легирующим элементом, повышает способность сталей к термическому упрочнению и их износостойкость, увеличивает предел упругости и предел текучести. Кремний не образует карбидов и не содержит цементита или других карбидов. Он растворяется в мартенсите и замедляет распад легированного мартенсита до 300 °С.

Влияние хрома на свойства сталей. Хром является одним из наиболее распространенных легирующих элементов, его используют как самостоятельно, так и в комплексе с другими элементами. Содержание хрома в легированной стали колеблется от 0,5 до 30%. При содержании 1.5% хром увеличивает твердость и прочность стали, не снижая ее пластичности. Для улучшения механических свойств стали вводят около 1% Сг. Хром повышает прочность стали при высоких температурах и увеличивает сопротивление окислению. Сталь, содержащая около 5% Сг, является теплостойкой. В кислотоупорной стали содержание хрома составляет 17--20%, в жаропрочных -- 23--28%. Хром увеличивает прокаливаемость стали и несколько уменьшает склонность к перегреву, увеличивает сопротивление стали истиранию.