Производство стали

 

   Существует несколько способов получения стали. Главными из них являются: конверторный, мартеновский и электроплавка. Для малого количества стали применяется плавка в тиглях. Основным сырьем для конверторного способа служит чугун, для мартеновского и электроплавки— чугун с добавлением руды и железного лома. Процесс сталеварения в основном заключается в окислении некоторых примесей, уточнении химического состава путем введения добавок, так называемых раскислителей, науглероживающих веществ и легирующих элементов (хром, никель, вольфрам и т. д.).

   Для передела шихты, богатой вредными примесями (фосфором и серой), конверторные, мартеновские и электроплавильные печи выкладываются (футеруются) основными огнеупорами, содержащими доломит и магнезит и др. Если шихта не имеет избытков серы и фосфора, то плавка производится в печах с футеровкой, выполненной «кислыми» огнеупорами (шамот, динас и др.). В зависимости от этого сталь приобретает название «кислой» или «основной», а процесс сталеварения — «кислого» или «основного».

   При конверторном способе процесс сталеварения заключается в основном в продувке жидкого чугуна воздухом и окислении таким путем примесей чугуна. Конверторная сталь имеет неточный химический анализ, повышенное содержание фосфора и серы, шлаковые включения и т. д. Поэтому она не идет на изготовление ответственных деталей. Из конверторной стали изготовляются трубы, проволока, болты, заклепки и другие неответственные детали. В последнее время применяется продувка такой стали в конверторе кислородом вместо воздуха. Благодаря этому качество ее резко повышается и приближается к качеству мартеновской стали.

   Мартеновский способ получения стали заключается в плавке шихты на подине мартеновской печи при температуре до 1700°, создаваемой сжиганием нефти со смесью подогретых генераторного газа и воздуха. Газ и воздух подогреваются до температуры 800—900° в специальных камерах — регенераторах, имеющихся при печи. Камеры в свою очередь нагреваются отходящими газами печи. Мартеновская сталь является высококачественной сталью и применяется для точных и ответственных деталей.

  Наиболее высококачественная сталь (электросталь) выплавляется в электропечах, где можно получить сталь заданного состава вне зависимости от качества исходных материалов. Для этого применяются электродуговые, а также высокочастотные печи. Наилучшая сталь может быть получена при дуплекс-процессах: конвертор — электропечь или мартеновская печь — электропечь.

   Различают сталь спокойную, полуспокойную и кипящую. Спокойная сталь затвердевает в изложнице спокойно, не выделяет газов и образует в верхней части слитка при застывании сосредоточенную усадочную раковину. Кипящая сталь, ввиду малого содержания кремния, в изложницах кипит и при застывании не дает сосредоточенной усадочной раковины. Мягкие сорта стали изготовляются кипящими и полуспокойными, а твердые стали спокойными.

 

Классификация стали

 

   Основные признаки, положенные в основу современной классификации стали, следующие: способ производства, качество готовой стали, товарная форма, структурное состояние, состояние поверхности, точность изготовления, химический состав, зернистость, структурные классы и назначение.

     По способу производства сталь делится: 
1) в зависимости от рода печи, в которой она выплавлялась, —на пудлинговую, конверторную, мартеновскую, тигельную, электросталь, полученную дуплекс-процессом и полученную триплекс-процессом; 
2) по роду футеровки печи — на кислую и основную; 
3) по состоянию при затвердевании в слитке — на кипящую и спокойную; 
4) в зависимости от агрегатного состояния по выходу из печей — на тестообразную (сварочная сталь) и жидкую (литая сталь).

      По качеству готовую сталь различают: 
1) сталь обыкновенного качества (старое название «рядовая», «торговая» и т, д.) и 2) сталь качественная.

   Сталь обыкновенного качества отвечает только требованиям точности в определенных пределах механических свойств. К этой группе относится также сталь повышенного качества с ограниченным содержанием фосфора или серы либо же содержащая небольшое количество меди, титана, хрома и др.

      Качественные стали характеризуются признаками:

а) точностью химического состава и механических свойств,
б) пониженным по сравнению со сталью обыкновенного качества содержанием фосфора и серы; 
в) наличием з составе некоторых специальных легируюи д (хром, никель, вольфрам, молибден и др.); 
г) определенность. назначения. К этой же группе относится и высококачественная сталь характеризующаяся пониженным по сравнению с качественной сталью содержанием фосфора и серы.

      По товарной форме стальной полуфабрикат делится на: 
1) слиток; 
2) фасонное литье; 
3) поковки и штамповки; 
4) профильный металл или прокат (прутки, проволока, лента, швеллеры, трубы и пр.).

      По структурному состоянию готовых изделий сталь разделяется на: 
1) «сырую» (термически не обработанную); 
2) отожженную; 
3) нормализованную; 
4) закаленную; 
5) отпущенную; 
6) нагартованную и др.

      По состоянию поверхности стальные изделия разделяются так: 
1) химико-термически обработанные (цементированные, нитрированные, цианированные, алитированные, силицированные, термохромированные и др.); 
2) с инородными покрытиями (оцинкованные, кадмированные, луженые, никелированные и т. д.); 
3) после горячей прокатки; 
4) калиброванные; 
5) тонкоотделанные (серебрянка) и др.

   По точности изготовления стальные прокатные полуфабрикаты различают: обычной и повышенной точности, III класса точности, IV класса точности и т. д.

По химическому составу стали делятся на две большие группы: углеродистые и легированные (специальные).

     По зернистости сталь характеризуется номерами зернистости. При заказе стали указывается не только химический состав, но и номер зерна. На структурные классы разделяются только легированные стали. Структурных классов пять: перлитный, мартенситный, аустенйтный, ферритный и карбидный.

     По применению сталь делится на четыре класса: 
I класс — сталь строительная, применяемая главным образом для железных конструкций зданий, сооружений (балки, швеллеры, рамы, анкерные связи, фермы мостов и другие строительные детали). По химическому составу это углеродистая сталь, а по способу производства — обыкновенного качества; 
II класс — сталь конструкционная (машиностроительная). По химическому составу это углеродистая или легированная сталь, а по способу производства — качественная или высококачественная; 
III класс — инструментальная. По химическому составу это углеродистая и легированная сталь, а по способу производства—качественная и высококачественная; 
IV класс — сталь с особыми физическими свойствами. По химическому составу это легированная сталь, а по способу производства — качественная или высококачественная, часто требующая особых условий выплавки. Кроме того, эта сталь может обладать такими особыми свойствами, как малый коэффициент теплового расширения, жаропрочность и т. д.

 

Маркировка стали

 

   Качественные углеродистые стали в обозначениях своих марок имеют цифры, показывающие содержание углерода в сотых долях процента. Например, стали марок 10 и 30 содержат соответственно около 0,10 и 0,30% углерода. Если в обозначении марки стали имеется буква А, например сталь 10А, 15А, 20А и т. д., то это обозначает, что сталь высококачественная, т. е. имеет пониженное количество вредных примесей (фосфора и серы).

    Если около цифр стоит буква Л (15Л, З5Л, 40Л и т. д.), то это означает, что это литая сталь, т. е. предназначенная для отливок.

  Углеродистые стали обыкновенного качества маркируются или только порядковыми цифрами, или, кроме того, буквами, обозначающими печи, в которых сталь изготовлялась. Например, Ст. 0, Ст. 1, Ст. 1кп, Ст. 2, Ст. 7. В сталях МСт.З, БСт.З и т. д. буквы обозначают: М — мартеновская, Б — бессемеровская, кп — кипящая.

    Инструментальные углеродистые стали маркируются цифрами, показывающими также содержание углерода, но не в сотых, а в десятых долях.

    Например, У7 содержит 0,7% углерода, а У13 — 1,3%. Кроме того, одна группа инструментальных углеродистых сталей имеет пониженное содержание фосфора и серы и поэтому в их обозначениях также имеется буква А.

     Легированные стали маркируются буквами и цифрами или числами, характеризующими состав стали и содержание входящих в нее элементов. Значения букв: Г — марганец, С — кремний, X — хром, Н — никель, В — вольфрам, Ф — ванадий, Т — титан, М — молибден, Ю —алюминий, К —кобальт, П —фосфор, Д —медь, Р —бор. Число, стоящее впереди буквенных обозначений, означает обычно содержание углерода в сотых долях процента, а цифра, стоящая на этом же месте, означает содержание углерода в десятых долях. Цифра или число, стоящее после буквы, означает округленное содержание данного элемента в стали. Например, марка 12ХНЗА означает хромоникелевую сталь с содержанием углерода около 0,12%, хрома около 1%, никеля около 3%, серы и фосфора — пониженное содержание. Так же маркируются стали с особыми свойствами.

     При всем этом необходимо иметь в виду, что изложенный принцип маркировки в стандартных марках не всегда выдерживается.