2. Стали. Состав. Классификация. Получение. Область применения.

Сталь - Железоуглеродистый сплав с содержанием углерода от 0,02 до 2,14%.Основными исходными материалами для получения стали являются расплавленный белый (передельный) чугун и стальной лом.

Сталь отличается от чугуна меньшим содержанием углерода, кремния, марганца, фосфора и серы.

Получение стали: Конвертерный способ.

При этом способе сталь получают в конвертере емкостью 35...50 т.

При бессемеровском способе сталь получают в бессемеровском конвертере, который представляет собой сосуд грушевидной формы, изготовленный из листов стали. Внутри конвертер выложен огнеупорным кирпичом. Снаружи к металлическому кожуху прикреплен стальной литой пояс с цапфами. Одна цапфа полая по ней в воздушную коробку, расположенную в днище конвертера, подается воздух. Для приведения конвертера в горизонтальное или вертикальное положение ко второй цапфе подведен привод от двигателя.

Перед началом процесса конвертер поворачивается в горизонтальное положение, и в него заливается расплавленный чугун. После заливки чугуна конвертер приводится в вертикальное положение и в него подается воздух. Под действием воздуха и высокой температуры из чугуна выгорают кремний, марганец, углерод. При горении этих элементов выделяется большое количество теплоты и температура расплавленного металла повышается с 1250 до 1750°С. Продукты горения примесей всплывают на поверхность металла в виде шлаков и выделяются в виде газов. Процесс превращения чугуна в сталь длится 15 мин.

Томасовский процесс протекает аналогично бессемеровскому и отличается от него тем, что из чугуна, кроме указанных элементов, выжигается фосфор. В томасовских конвертерах доломитовая футеровка позволяет применять известь, способствующую удалению фосфора из чугуна. Шлак, получающийся при томасовском процессе (томасшлак), является сырьем для изготовления минеральных удобрений, так как он богат фосфором. При томасовском процессе применяют чугун, содержащий до: 2 % фосфора, 1,5 % марганца, 0,5 % кремния. Небольшое содержание кремния в томасовском чугуне объясняется его разрушающим действием на футеровку из доломита.

Мартеновский способ. При этом способе сталь получают в специальных мартеновских печах. Теплота для плавки создается в печи за счет сгорания газа, подаваемого в печь вместе с воздухом. Газ и воздух предварительно подогреваются в регенераторах. За одну плавку мартеновские печи дают 20...500 т стали. За сутки в одной печи выполняют 2...6 плавок (одна плавка длится 3...8 ч). Длительность процесса позволяет брать пробы при варке стали и добавлять необходимые присадки для получения тех или иных сортов стали. При мартеновском процессе получается сталь высокого качества, идущая на изготовление сложных деталей.

Получение стали в электропечах. Сталь плавится в дуговых и индукционных электропечах. В дуговых электропечах сталь варится за счет теплоты от электрической дуги, возникающей между электродами или между электродами и металлом. Температура в печи достигает 3000°С. В дуговых электропечах сталь плавится 3...6 ч в зависимости от сорта получаемой стали.

Стали: углеродистые, легированные.

Углеродистые стали. В углеродистых сталях содержится 0.05...1.4 % углерода, 0.25...0.75 марганца, 0.03...0.5 кремния, до 0,05 фосфора и 0,055 % серы. Для ответственных деталей содержание серы понижается до 0.02...0.03 %.

При небольшом содержании углерода сталь мягкая, вязкая, хорошо куется и сваривается. С увеличением содержания углерода повышаются твердость и прочность стали, улучшаются ее литейные свойства, но вместе с тем повышается хрупкость, ухудшаются свариваемость и ковкость.

В зависимости от области применения стали подразделяются на конструкционные, инструментальные и специальные.

По качеству стали бывают обыкновенные, качественные и высококачественные.

Легированные стали содержат еще и специально введенные при плавке легирующие элементы: хром, никель, вольфрам и др. К легирующим примесям относятся и обычные примеси - марганец и кремний, если их вводят в сталь в повышенных количествах (более 1.%).

Легированные стали подразделяются на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

Э- электротехническая,

Р - быстрорежущая,

Ш - шарикоподшипниковая,

Е - магнитная.

Марки конструкционных сталей обыкновенного качества по стандарту обозначают буквами Ст (сокращенное слово «сталь»), после которых ставят цифры 0, 1, 2, 3 и до С увеличением номера возрастают прочность и содержание углерода в стали, уменьшается ее пластичность.

Ст08 обозначает углеродистую качественную сталь с содержанием 0,08 % углерода, Ст15 - сталь с содержанием 0,15 % углерода.

Легированные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами, которые указывают на химический состав стали. При этом первые две цифры обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента; следующие буквы указывают на наличие легирующих элементов, а цифры, стоящие за этими буквами, - среднее содержание элемента в процентах. Если содержание легирующего элемента менее 1 %, то цифру после буквы не ставят.