- •Федеральное государственное учреждение
- •Содержание
- •Раздел 7. ТоваровеДеНие и экспертиза металлов и сплавов 352
- •Раздел 1. Теоретические основы товароведения Тема 1.1. Товароведение и экспертиза в таможенном деле
- •1. Предмет, цели и задачи товароведения
- •2. Принципы и методы товароведения
- •3. Роль товароведения в таможенном деле
- •4. Основополагающие товароведные характеристики товаров
- •Законодательство рф об ответственности за несоблюдение обязательных требований к качеству и безопасности товаров
- •6. Экспертиза товаров в таможенных целях
- •Тема 1.2. Классификация и кодирование товаров
- •1. Классификационные признаки товаров
- •2. Методы классификации товаров
- •Методы кодирования товаров
- •4. Классификаторы
- •5. Штриховое кодирование товаров
- •6. Классификация товаров в таможенных целях
- •Тема 1.3. Основы технического регулирования, стандартизация
- •1. Характеристика элементов технического регулирования
- •2. Сущность, цели и принципы стандартизации
- •3. Реформа системы стандартизации в Российской Федерации
- •4. Международная и региональная стандартизация
- •5. Соглашение о технических барьерах в торговле
- •Тема 1.4. Основы метрологии
- •1. Общая характеристика метрологии, значение в таможенном деле
- •2. Правовые основы метрологии
- •3. Единицы измерения количества товаров в договоре купли-продажи и при таможенном оформлении
- •Раздел 2. Товароведение и экспертиза текстильных товаров Тема 2.1. Текстильные волокна и нити
- •1. Классификация и свойства текстильных товаров
- •2. Характеристика природных текстильных волокон и нитей
- •3. Характеристика химических волокон и нитей
- •4. Характеристика полуфабрикатов текстильного производства - текстильных нитей
- •Тема 2.2. Ткани
- •1. Строение тканей
- •2. Характеристика ткацких переплетений
- •3. Отделка тканей
- •4. Экспертиза тканей
- •Определение показателей структуры текстильных материалов
- •Тема 2.3. Трикотажные полотна, нетканые материалы и ковры
- •1. Строение и свойства трикотажных полотен
- •2. Классификация и свойства нетканых материалов
- •3. Способы производства нетканых материалов
- •4. Классификация и виды ковров
- •Раздел 3. Товароведение и экспертиза кожевенно-обувных и пушно-меховых товаров Тема 3.1. Кожевенные и обувные товары
- •1. Классификация кожевенного сырья
- •2. Гистологическое строение кожи и топография шкуры
- •3. Консервирование сырья. Производство натуральной кожи
- •4. Виды готовых кож и их характеристика
- •5. Обувные товары
- •6. Номенклатура потребительских свойств обуви. Экспертиза кожаной обуви
- •Тема 3.2. Пушно-меховые товары
- •1. Пушно-меховое сырье, характеристика, свойства
- •Товарные качества пушно-мехового сырья
- •2. Строение пушно-мехового сырья
- •3. Производство пушнины и мехов
- •4. Свойства пушно-мехового полуфабриката
- •5. Классификация пушнины и мехов
- •6. Экспертиза пушно-меховых товаров
- •Раздел 4. ТовароведЕние и экспертиза нефти, нефтепродуктов и бытовых химических товаров
- •Тема 4.1. Нефть
- •1. Значение нефти в международной торговле
- •2. Химический состав и способы добычи нефти
- •3. Фракционный состав и способы переработки нефти
- •Классификация и показатели качества нефти
- •Тема 4.2. Нефтепродукты
- •Классификация нефтепродуктов
- •2. Топливо
- •3. Нефтяные масла
- •4. Нефтехимическое сырье
- •5. Прочие нефтепродукты
- •Раздел 5. Товароведение и экспертиза товаров из пластических масс Тема 5.1. Товары из пластических масс
- •1. Сведения о пластмассах. Классификация пластмасс
- •2. Классификация полимеров
- •3. Состав пластмасс
- •4. Экспертиза полимеризационных и поликонденсационных полимеров и пластмасс на их основе
- •5. Основы производства изделий из пластмасс
- •Раздел 6. Товароведение и экспертиза древесины и лесоматериалов
- •Тема 6.1. Древесина и лесоматериалы
- •1. Общие сведения о древесине, строение и химический состав
- •Строение древесины
- •Химический состав древесины
- •2. Свойства древесины
- •3. Классификация древесных пород
- •4. Пороки древесины
- •5. Классификация лесоматериалов
- •Круглые лесоматериалы
- •Пиломатериалы
- •Изделия из древесины
- •Фанера и фанерная продукция
- •Древесно-волокнистные и древесно-стружечные плиты
- •6. Экспертиза древесины и лесоматериалов
- •Тема 6.2. Целлюлозно-бумажные товары
- •1. Сырье для целлюлозно-бумажных товаров
- •2. Процесс получения целлюлозы
- •3. Классификация целлюлозы
- •4. Экспертиза целлюлозы
- •5. Бумага и картон
- •6. Технология получения бумаги и картона
- •7. Классификация бумаги и картона
- •8. Экспертиза бумаги и картона
- •Тема 6.3. Мебельные товары
- •1. Классификация мебельных товаров
- •Материалы для производства мебели
- •3. Основы производства мебели
- •4. Характеристика ассортимента мебельных товаров
- •5. Экспертиза мебельных товаров
- •Раздел 7. ТоваровеДеНие и экспертиза металлов и сплавов Тема 7.1. Черные металлы и сплавы
- •1. Классификация и свойства металлов и сплавов
- •2. Диаграмма состояния сплавов железо-углерод
- •3. Основы производства черных металлов
- •4. Классификация, обозначение и применение сталей
- •5. Классификация, обозначение и применение чугунов
- •Тема 7.2. Цветные металлы и сплавы
- •1. Классификация цветных металлов
- •2. Свойства и применение цветных металлов и сплавов
- •3. Свойства и применение благородных металлов и сплавов
- •4. Пробирование и клеймение изделий из сплавов драгоценных металлов
- •Раздел 8. Товароведение и экспертиза силикатных товаров
- •Тема 8.1. Стекло и изделия из стекла
- •1. Классификация и свойства стекол
- •Свойства стекла
- •2. Состав и структура стекла
- •3. Основы производства стеклянных изделий
- •4. Характеристика ассортимента изделий из стекла
- •Тема 8.2. Керамика и изделия из керамики
- •1. Классификация и свойства керамики
- •2. Классификация и свойства изделий из керамики
- •Основные свойства керамических изделий
- •3. Основы производства керамики
- •4. Свойства керамических материалов
- •5. Характеристика ассортимента изделий из керамики
- •Характеристика изделий тонкой керамики
- •Характеристика изделий грубой керамики
- •Заключение
- •Список используемой и рекомендуемой литературы
- •И.Н.Петрова, с.В. Багрикова
3. Основы производства черных металлов
Черные и цветные металлы перерабатываются в металлургическом комплексе, который делится на черную и цветную металлургию. Металлургический комплекс – это взаимообусловленное сочетание следующих технологических процессов: добыча и подготовка сырья к переработке (обогащение, агломерирование, получение концентратов и др.); металлургический передел (получение чугуна, стали, проката черных и цветных металлов, труб, заготовок); утилизация отходов основного производства и получение из них вторичных видов продукции.
Металлургический комплекс – это основа индустрии. На долю черных и цветных металлов приходится более 90 % всего объема конструкционных материалов, применяемых в машиностроении России.
Производство чугуна
В природе железо встречается в форме соединений, смешанных с большим количеством веществ, называемых пустой породой.
Основной схемой производства черных металлов в настоящее время является получение чугуна в доменной печи и передел чугуна на сталь.
Исходным сырьем для производства чугуна являются железные руды, топливо и флюсы. Агрегатом для выплавки чугуна служит доменная печь.
Рассчитанное в определенном соотношении количество загружаемых в доменную печь исходных материалов называется шихтой.
Для получения чугуна употребляют следующие руды: магнитный железняк Fe304 (содержит до 72 % железа); бурый железняк 2Fe203*3H20 (от 35 % до 50 % железа); красный железняк Fe203 (до 60 % железа).
В качестве топлива используют каменноугольный кокс или природный газ.
Флюсы – это известняки (CaCO3. MgCO3), вводятся в доменную печь для отделения пустой породы и золы. Эти вещества при сплавлении с пустой породой и золой кокса образуют легкоплавкие химические соединения - шлаки, отделяемые от металла.
Перед использованием в доменной печи шихтовые материалы для ускорения плавки и снижения расхода подвергают дроблению, обогащению и окусковыванию (брикетирование, агломерация и окатывание).
Доменная печь с полезным объемом 5500 м3 имеет высоту более 100 метров и выдает 4-4,5 млн. тонн чугуна в год. Температура в доменной печи 1300 – 1450 С. Внутреннее пространство печи обкладывают (футеруют) специальными огнеупорными материалами, которые противостоят действию высоких температур и физико-химических процессов. Снаружи печь имеет стальной кожух. Для осуществления доменного процесса в печь подают сжатый воздух, нагретый до 1200 С и обогащенный кислородом.
В результате взаимодействия составляющих компонентов шихты и кислорода воздуха в доменной печи протекают следующие химические процессы:
кислород воздуха (дутья) вступает во взаимодействие с углеродом кокса: С + О2 = СО2 и далее СО2 + С = 2СО;
оксид углерода является восстановительной средой доменной печи: FeO +CO = Fe + CO2.
Вслед за восстановлением железа происходит его науглероживание с образованием карбида железа по реакции: 3Fe + 2CO = Fe3C+ CO2.
Помимо углерода в железе одновременно растворяются марганец, кремний, фосфор и сера, которые содержались в руде. Таким образом, в результате доменного процесса получается чугун, содержащий до 10 % углерода и других примесей. Чугун сливают в ковши и отправляют в сталеплавильные печи или заливают в металлические формы и выпускают в виде чушек.
В доменном производстве выплавляют три вида чугуна: передельный (85 % от общего объема), литейный (12 %) и специальный (3 %). Передельный чугун используется для дальнейшего передела в сталь, литейный – направляется в чугунолитейные цеха для получения литейных чугунов. Специальные чугуны – ферросплавы применяются в качестве присадок и раскислителей при выплавке сталей.
Производство стали
Сталь по сравнению с чугуном имеет более высокие физико-механические свойства, она прочнее и пластичнее, хорошо обрабатывается методами пластической деформации.
Задача передела чугуна в сталь состоит в том, чтобы из чугуна удалить избыток углерода и примесей. Особенно важно при этом удалить вредные примеси серы (придает стали красноломкость) и фосфора (придает хладноломкость).
Процессы получения стали включают окисление углерода и других примесей чугуна, последующее раскисление окиси железа и доведение концентрации углерода до требуемого уровня.
Полученный передельный чугун продувают кислородом, при этом углерод, соединяясь с кислородом, образует оксид углерода, который сгорает и улетучивается (С + О2 = СО2 ↑). Марганец, кремний и фосфор образуют газовые оксиды MnO, SiO2, P2O5, а сера - соединение CaS, которые выделяются из расплава в виде шлаков. Кроме того, железо тоже поглощает кислород, образуя окись железа. Конечной операцией выплавки стали является ее раскисление для восстановления железа и удаления газов. В зависимости от степени раскисления различают сталь кипящую (кп), спокойную (сп) и полуспокойную (пс).
Степень раскисления влияет на структуру слитка и качество готового продукта и указывается в маркировке стали.
Кипящая сталь раскисляется не полностью только ферромарганцем. После разливки она продолжает кипеть, то есть выделять газовые пузыри СО (FeO + C = Fe +CO ↑), которые создают химическую неоднородность в слитке. Неоднородность устраняется при последующей горячей прокатке. Такая сталь имеет небольшую плотность и прочность, высокую пластичность, применяется для изготовления хозяйственных товаров. Преимуществом кипящей стали является высокий выход годного продукта – до 95 %.
Спокойная сталь раскислена полностью в печи и в изложнице застывает спокойно (раскисляется марганцем, кремнием и алюминием), но при этом в верхней части слитка формируется усадочная раковина. Усадочные раковины удаляют обрезкой как отходы, поэтому выход готового продукта меньше – 85 %.Качество стали выше, чем у кипящей, она применяется для производства ответственных деталей и конструкций.
Полуспокойная сталь по свойствам и качеству является промежуточной между спокойной и кипящей сталью.
В металлургии применяют три основных способа производства стали в зависимости от вида печей: кислородно-конверторный, мартеновский и элетросталеплавильный. С целью получения особо высококачественных сталей применяется специальная металлургия - электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумно-дуговой (ВДП), электронно-лучевой (ЭЛП), плазменно-дуговой (ПДП) переплавы и их сочетания.
Производство металлопродукции
Технологический цикл производства металлоизделий включает в себя следующие этапы: получение черновых изделий, то есть заготовок; обработка заготовок резанием или другими способами механической обработки; термическая или химико-термическая обработка; сборка изделия; отделка.
Черновые заготовки получают двумя способами: из жидкого металла в литейном производстве и твердого металла путем обработки давлением (деформации).
Литейное производство – процесс получения фасонных отливок путем заполнения жидким металлом заранее приготовленных форм, в которых металл затвердевает.
Литые детали широко применяют при изготовлении станков, машин, механизмов. Они могут иметь массу от 5 г до 260 т, быть весьма сложными по форме; толщина стенок отливок колеблется от 0,8 до 500 мм.
Основной объем заготовок из стали и цветных металлов получают в процессах обработки металлов давлением.
Обработка металлов давлением основана на пластичности металлов.
При производстве металлических изделий применяют обработку металлов давлением как в горячем, так и в холодном состоянии. Исходными материалами для обработки металлов давлением являются слитки и заготовки различных размеров и массы. Основными способами обработки металлов давлением являются: прокатка, волочение, прессование, ковка, штамповка.
Прокатка. Среди различных методов пластической обработки прокатка занимает особое положение, поскольку данным способом производят как готовые изделия, пригодные для непосредственного использования в строительстве и машиностроении (шпунт, рельсы, профили сельскохозяйственного машиностроения и др.), так и заготовки для последующей обработки ковкой, штамповкой, прессованием, волочением или резанием.
Сущность процесса прокатки заключается в деформировании (обжатии) заготовки металла между вращающимися валками прокатных станов в целях уменьшения поперечного сечения заготовки и придания ей заданной формы.
Прокатные станы различают по назначению (обжимные (блюминги и слябинги), заготовочные, сортовые, листовые и специальные); количеству валков (двух-, трех-, четырех- и многовалковые) и схеме их расположения.
Различают горячую, холодную и теплую прокатку. Основная часть проката (заготовки, сортовой и листовой прокат, трубы, шары и др.) производится горячей прокаткой при начальных температурах стали 1000 – 1300 С. Холодная прокатка применяется главным образом для производства листов и ленты толщиной менее 1,5 – 6 мм, прецизионных сортовых профилей и труб. Кроме того, холодной прокатке подвергают горячекатаный металл для получения более гладкой поверхности и лучших механических свойств. Теплая прокатка в отличие от холодной происходит при несколько повышенной температуре с целью снижения упрочнения (наклепа) металла при его деформации.
Продукция прокатного производства
При классификации сплавов черных металлов в таможенных целях продукция прокатного производства подразделяется на полуфабрикаты и готовые изделия.
К полуфабрикатам относятся изделия, прошедшие первичную горячую прокатку на обжимных станах, и предназначенные для дальнейшей прокатки.
Полуфабрикаты прокатного производства:
- блюмы имеют квадратное сечение с длиной сторон > 120 мм;
- биллеты могут быть квадратными (длина сторон >50 < 120 мм) или прямоугольными;
- круглые заготовки имеют круглое и многоугольное (более четырех углов) сечение и используются для последующей прокатки на бесшовные трубы;
- слябы и сутунки имеют прямоугольное сечение, но их ширина больше их толщины. Слябы используют для прокатки плит, а сутунки – для получения листов или полос.
К готовым изделиям прокатного производства относятся изделия, имеющие самые разнообразные профили. Совокупность профилей и их размеров, а также сталей, из которых их изготовляют, называют сортаментом.
Профильный сортамент проката включает: сортовой, листовой, трубный и специальный (бандажи, колеса, периодические профили и др.). Наиболее разнообразной является группа сортового проката.
Прессование (выдавливание). При прессовании металл выдавливают из замкнутой полости через отверстие, в результате чего получают изделие с сечением в форме отверстия. Прессованием получают изделия различного профиля с размером поперечного сечения до 400 мм.
Волочение. Волочение применяют для изготовления проволоки диаметром от 0,002 до 4 мм, а также калиброванных прутков и тонких труб из катаной или прессованной заготовки. Волочение заключается в протягивании заготовки (обычно в холодном состоянии) через отверстие, сечение которого меньше исходного сечения заготовки.
Ковкой называетсяпроцесс обработки металла, находящегося в пластическом состоянии под действием бойков молотка (динамическое воздействие) или пресса (статическое воздействие) с использованием при надобности подкладного инструмента. При ковке металл заготовки пластически деформируется, постепенно приобретая заданную форму, размеры и свойства. Фасонные заготовки, полученные ковкой, называются поковками. С помощью ковки можно получать поковки с высокими механическими свойствами, самой различной формы и массой от 0,5 кг до 350 тонн и более.
Штамповка. Штамповка — процесс деформации металла в штампах, форма и размеры внутренней полости которых определяют форму и размер получаемой поковки.
Производительность штамповки в десятки раз больше, чем ковки; при штамповке достигается большая, чем при ковке, точность размеров и малая шероховатость поверхности. Штамповкой можно изготовлять весьма сложные поковки массой преимущественно до 100 кг (в отдельных случаях до 2 т). Различают объемную и листовую штамповку в нагретом и холодном состоянии.
При обработке металлов по любому способу одновременно с изменением формы и размеров исходного материала изменяются также его структура и механические свойства.
Термическая обработка металлов
Термической обработкой называют процессы, связанные с нагреванием и охлаждением, вызывающие изменения внутреннего строения сплава и обусловленные этим изменения физических, механических и других свойств. Термической обработке подвергают как полуфабрикаты (заготовки), так и готовые изделия (детали, инструмент).
Цель термической обработки – получение в заготовке или детали необходимого комплекса физико-механических свойств за счет образования необходимой структуры металла.
В основе термической обработки стали лежат фазовые полиморфные превращения α → γ, а также фиксация состояния разной степени равновесности. Основными факторами воздействия при термической обработке являются температура и время. Виды термической обработки сталей: отжиг, нормализация, закалка, отпуск.
Отжиг - разупрочняющая обработка. После отливки, прокатки, ковки и других видов обработки заготовок они охлаждаются неравномерно, результатом чего является неоднородность структуры и свойств в различных частях заготовки, а также появление внутренних напряжений. Основные цели отжига: перекристаллизация стали, снятие внутренних напряжений, снижение твердости и улучшение обрабатываемости.
Отжиг- это нагрев стали выше температуры фазовых превращений с последующим медленным охлаждением (обычно вместе с печью).
Нормализация. При нормализации сталь после нагрева охлаждается не в печи, а на воздухе в цехе, что экономичнее. Нагрев ведется до полной перекристаллизации на 30 – 50 С выше температуры линии GSK (Рис. 7.3.) превращения α → γ. В результате нормализации сталь приобретает мелкозернистую и однородную структуру.
Закалка - упрочняющая термическая обработка. Целью закалки является повышение твердости и прочности стали. Повышение твердости и прочности обеспечивается за счет получения структуры мартенсита. Закалка не является окончательной операцией, после нее выполняют отпуск.
Закалка - это нагрев стали до температуры выше фазовых превращений, выдержка при этой температуре и быстрое охлаждение.
В результате закалки из аустенита образуется неустойчивая, метастабильная структура мартенсит. Он представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в α- железе. Из-за высокого содержания углерода кристаллическая решетка α- железа сильно искажается. Мартенсит имеет высокую твердость 62 – 65 НRC и повышенную хрупкость.
Отпуск - окончательная операция термической обработки, формирующая свойства металла. Отпуск смягчает действие закалки, снимает или уменьшает остаточные напряжения, повышает вязкость, уменьшает твердость и хрупкость стали. Отпуск производится путем нагрева заготовок до температуры ниже 700 °С, выдержки и последующего сравнительно медленного охлаждении на воздухе.