лекція 6 Вуглецеві сталі

Сталь відрізняється від чавуну меншим вмістом вуглецю (до 2,14%) і звичайних домішок ( кремнію, марганцю, фосфору та сірки), а також підвищеними механічними властивостями. Процес отримання сталі з чавуну полягає у зменшенні вмісту цих домішок. Сталь виплавляють з переробного чавуну і сталевого брухту в конверторах, мартенівських та електричних печах.

При мартенівському способі отримують сталь вищої якості, ніж при конверторному. Застосування природного газу як палива підвищує продуктивність мартенівських печей на 2-4% і знижує витрати на паливо (5-6%). Якість сталі, що виплавляється, поліпшується, бо в природному газі, на відміну від мазуту, менше шкідливих домішок.

Досконалішим способом, порівняно з конверторним і мартенівським, є виплавка сталі в електропечах. У плавильному просторі електропечі підтримується висока температура (близько 2000°С), що дає можливість вводити у сталь тугоплавкі метали. Застосування розкислювачів дає змогу видаляти майже повністю фосфор і сірку, завдяки чому отримують сталь високої якості. Цим пояснюється застосування електроплавки. Шихта складається зі сталевого брухту, чавуну та спеціальних домішок.

У виробництві сталі важливе значення має її розливання після плавлення. З конвертора чи плавильної печі сталь випускають у розливний ківш, а з нього розливають у спеціальні форми - виливниці, виготовлені з чавуну або сталі. У виливницях охолоджується розплавлений метал.

Залежно від способу виплавляння розрізняють два види сталі: спокійна і кипляча. Спокійна сталь виділяє мало газів і не кипить, тому утворюється щільний злиток. У цьому разі сталь розливають, заповнюючи виливниці зверху. Кипляча сталь під час розливання виділяє велику кількість газів і кипить. Для киплячої сталі застосовують сифонний спосіб розливання, при якому одночасно заповнюють кілька виливниць знизу. Виливниці без дна встановлені на чавунну основу.

Сталь наливають у центральний ливник, звідки по каналах в основі вона надходить у виливниці. Кипляча сталь дешевша, але поступається спокійній сталі за якістю.

Найбільш продуктивним і економним є спосіб безперервної розливки. З ковша через проміжний розливний пристрій розплавлена сталь надходить в охолоджуваний водою кристалізатор. У кристалізаторі сталь твердне й утворюється злиток. Злиток безперервно витягується вниз роликами, які обертаються. Злитки потрібної довжини відрізають за допо- могою ацетиленокисневого різака, встановленого на візку. Візок через певний проміжок часу приєднують до злитка. Готові злитки відправляють на склад. При безперервному розливанні немає потреби у виливниці, і злитки виходять зручними для переробки і транспортування.

У сталі вуглець завжди хімічно пов'язаний з залізом і знаходиться у вигляді цементиту, тому найважливішою характеристикою сталі є кількісний вміст вуглецю, а не його стан. Зі збільшенням вмісту вуглецю до 1,2% збільшується твердість, міцність і пружність сталі, при цьому, однак зменшуються пластичність і ударна в'язкість, погіршуються оброблюваність і зварюваність.

Постійні домішки марганцю (до 1,2%) і кремнію (до 0,37%) позитивно впливають на властивості сталей, підвищуючи їхні міцність і пружність. Кремній, розчиняючись у фериті, зменшує пластичність сталі.

Сірка і фосфор у звичайних умовах негативно впливають на фізико-механічні властивості сталей. Сірка - домішок, що викликає червоноламкість (властивість ставати крихким під час гарячої обробки тиском), гарячі тріщини та погіршує механічні властивості виливків. Проте вміст сірки до 0,3% поліпшує обробку різанням. Наявність фосфору знижує пластичність, сприяє появі холодноламкості (властивості ставити крихкими у холодному стані), ліквації у виливках з товщиною стінок більше 100 мм.