Металлы и металлические изделия

2Fe + O2 = 2FeO

Далее закись железа «отдает» свой кислород кремнию, марганцу и углероду, «обладающим» большим химическим сродством к нему.

2FeO + Si = 2Fe + SiO2

FeO + Mn = Fe + MnO

FeO + C = Fe + CO

При окислении выделяется большое количество тепла. Температура в конвертере достигает 1600…1650оС После того как выгорят Si, Mn, C, снова начинает окисляться Fe до FeO, поэтому

продувку воздухом прекращают. В стали остаются часть закиси железа FeO, ухудшающей механические свойства стали. Поэтому получение стали заканчивают раскислением, т.е. восстановлением FeO до Fe. В качестве раскислителей применяют ферромарганец, ферросилиций, алюминий и др.

Раскислители восстанавливают железо по реакциям аналогичным выше. Образующиеся оксиды MnO и SiO2 переходят в шлак. Чугун должен содержать минимальное количество серы, S и фосфора, P (0,06…0,07%), а кремния, Si=0,9…2,0%.

Бессемеровский способ характеризуется большой производительностью и пониженной себестоимостью стали, но она при низких температурах становится хрупкой, т.е. для ответственных конструкций не годится. Более распространен основный способ, при этом получают качественную сталь из чугуна любого химического состава.

Основный способ (Томасовский, англ., 1878г.). Томас предложил получать сталь из чугунов, богатых фосфором (Р), путем продувки воздухом в конвертерах, для этого в конвертер перед заливкой жидкого чугуна загружают негашеную известь в количестве 10…12% от массы чугуна. Получение стали заканчивается ее раскислением. Передельный томасовский чугун должен содержать 1,6…2,0% Р и не более 0,5% Si, так как образующийся оксид кремния (SiO2) вступает в химическое взаимодействие с СаО и уменьшает кислотность шлаков. Сталь, полученная, по этому способу обладает теми же недостатками.

Мартеновский способ. 1864г. Мартен, построил регенератавную печь, в которой получают сталь по основному и кислому способам. В качестве топлива применяют колошниковый (доменный) или генераторный газ.

Получение стали в электропечах – электрометаллургический способ. Источник тепла электродуга, образующая между угольными электродами и металлической шихтой. Процесс включает два периода. В первом – происходит окисление Mn, Si, С, Р за счет кислорода руды. В состав шихты вводят также известь, поэтому образующиеся сильноосновные шлаки удерживают весь фосфор.

Во втором периоде происходит раскисление стали и очищение ее от неметаллических включений и серы. Для окончательного раскисления стали, в печь вводят ферросилиций и алюминий. При получении легированных сталей в этот период в расплавленный металл вводят легирующие добавки, сталь получают заданного химического состава. Выплавленную сталь разливают на слитки или перерабатывают в заготовки методом непрерывной разливки.

Изготовление стальных изделий. Стальные слитки – полуфабрикат, из которого получают необходимые изделия. В основном применяют обработку стали давлением: металл под действием приложенной силы деформируется, сохраняя приобретенную форму. Для облегчения обработки сталь часто предварительно нагревают. Различают следующие виды обработки металла давлением: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка. Наиболее распространенный метод обработки – прокатка. При прокатке стальной слиток пропускают между вращающимися валками прокатного стана, в результате чего заготовка обжимается, вытягивается и приобретает заданную форму. Прокатывают сталь в холодном состоянии. Сортамент стали горячего проката – сталь круглая, квадратная, полосовая, уголковая равнобокая и неравнобокая, швеллеры, двутавровые балки, шпунтовые сваи, трубы, арматурная сталь гладкая и периодического профиля и др. При волочении заготовка последовательно протягивается через отверстия (фильеры) размером меньше сечения заготовки, вследствие чего заготовка обжимается и вытягивается. При волочении в стали появляется так называемый наклеп, который повышает ее твердость. Волочение стали обычно производят в холодном состоянии, и получают изделия заданных профилей с чистой и гладкой поверхностью. Способом волочения изготовляют проволоку, трубы малого диаметра, а также прутки круглого, квадратного и шестиугольного сечения. Ковка – обработка раскаленной стали повторяющимися ударами молота для придания заготовке заданной формы. Ковкой изготовляют разнообразные стальные детали (болты, анкеры, скобы и т. д.). Штамповка – разновидность ковки, при которой сталь, растягиваясь под ударами молота, заполняет форму штампа. Штамповка может быть горячей и холодной. Этим способом можно получать изделия очень точных размеров.

Прессование представляет собой процесс выдавливания находящейся в контейнере стали через выходное отверстие матрицы. Исходным материалом для прессования служит литье или прокатные заготовки. Этим способом можно получать профили различного сечения, в том числе прутки, трубы небольшого диаметра и разнообразные фасонные профили.

Холодное профилирование – процесс деформирования листовой или круглой стали на прокатных станах. Из листовой стали получают гнутые профили с различной конфигурацией в поперечнике, а из круглых стержней на станках холодного профилирования путем сплющивания – упрочненную холодносплющенную арматуру.

6.4 Углеродистые и легированные стали

Металлические конструкции, арматуру для железобетона, трубы, крепежные детали и другие строительные изделия изготовляют, как правило, из конструкционных углеродистых сталей. Конструкционные легированные стали, используют только для особо ответственных металлических конструкций и арматуры для предварительно напряженного железобетона.

В зависимости от содержания углерода стали делятся на низко- (до 0,25% углерода), средне- (0,25 .0,6 %) и высокоуглеродистые (>0,6 %). С увеличением содержания углерода уменьшается пластичность и повышается твердость, стали; прочность ее также возрастает, но при содержании углерода более 1 % вновь снижается. Повышение прочности и твердости стали, объясняется увеличением содержания в стали твердого компонента – цементита.

Углеродистые стали по назначению подразделяют на стали общего назначения и инструментальные. Углеродистые стали общего назначения подразделяют на три группы: А, Б и В. Стали группы А изготовляют марок Ст0, Ст1 и т. д. до Ст6 и поставляют потребителю с гарантированными механическими свойствами. Чем больше номер стали, тем больше в ней содержится углерода: в стали Ст3 – 0,14 .0,22 % углерода в стали Ст5 – 0,28 .0,37 %.

Из стали марок Ст1 и Ст2 с высокой пластичностью, изготовляют заклепки, трубы, резервуары и т. п.; из сталей Ст3 и Ст5 – горячекатаный листовой и фасонный прокат, из которой выполняют конструкции и большинство видов арматуры для железобетона. Эти стали хорошо свариваются и обрабатываются. Стали группы Б (БСт0, БСт1, БСт3 и т. д.) поставляют с гарантированным химическим составом; стали группы В – с гарантированным химическим составом и механическими свойствами. Благодаря определенности химического состава стали групп Б и В можно подвергать термической обработке.

 Скачать реферат