Міністерство освіти і науки України
Введення
Технологія конструкційних матеріалів це наука про будову і властивості металів і сплавів, про поліпшення цих властивостей шляхом зміни хімічного складу за допомогою термічного та інших видів впливу на ці матеріали. Також вивчення поведінки металів і сплавів в процесі обробки і при експлуатації виробів виготовлених з них. Основою технології конструкційних матеріалів є відповідні розділи фізики та хімії.
Відмінність технології конструкційних матеріалів від інших фундаментальних наук полягає в тому, що вона є прикладною наукою.
Потрібно сказати, що головне в технології конструкційних матеріалів - це вчення про зв'язок між складом будовою і властивостями досліджуваних металів і сплавів. Основоположником технології конструкційних матеріалів є знаменитий російський вчений Дмитро Костянтинович Чернов. Він встановив, що при нагріванні твердої сталі до певних температур залежать від її складу в ній відбуваються внутрішні перетворення приводять до зміни її властивостей, було показано зв'язок між складом, будовою і властивостями сталі.
Роль сталі і чавуну в машинобудуванні
Сталь і чавун є основними конструкційними матеріалами в усіх галузях машинобудування. Дані поняття тісно пов'язані з наукою технології конструкційних матеріалів, що згодом є необхідною теоретичною частиною знань у цій області:
Сталь - це залізовуглецевих сплавів, де вміст вуглецю не перевищує 1,7%
Чавун - це залізовуглецевих сплавів, де вміст вуглецю перевищує 1,7% (це більше ставитися до нелегований чавунів). Для поліпшення властивостей сталі і чавуну їх часто легують, вводячи одну або кілька добавок. В якості легуючих добавок застосовуються кремній, хром, нікель, молібден, ванадій і ін У залежності від вмісту легуючих компонентів сплави на залізній основі поділяються на низьколеговані (вміст добавок не перевищує 2,5%), середньолеговані (вміст добавок от2, 5 до 10 %) і високолеговані (вміст добавок більше 10%).
Корозія залізовуглецевих сплавів
Так як значення даних сплавів у виробництві настільки велике, то виходячи з цього, боротьба з корозією цих матеріалів має велике практичне значення. Сталь і чавун мають невисоку корозійною стійкістю в агресивних середовищах внаслідок своєї фізичної та хімічної неоднорідності. До їх складу входять три основні структурні складові - ферит, цементит і графіт, які мають дуже різними електродними потенціалами. Найбільш низький електродний потенціал у фериту (-0,44 в), найбільш високий у графіту (0,37 в). При зіткненні з електролітом железоуглеродістиє сплави утворюють мікроелементи, в яких цементит і графіт є катодами, а ферит-анодом. Різниця потенціалів у макроелементах, що виникають при корозії залізовуглецевих сплавів, досягає досить значних величі. Роботою цих мікроелементів і пояснюється сильна електрохімічна корозія залізовуглецевих сплавів.
Железоуглеродістиє сплави неоднорідні і за хімічним складом. Крім вуглецю, навіть у відносно чистих технічних сплавах (залізо армко). Завжди містяться домішки марганцю, кремнію, сірки і фосфору.
Хотілося б згадати дана обставина, а саме за відсутності кисню і інших окислювачів сплави з більш високим вмістом вуглецю коррозіруют сильніше, ніж сплави, бідніші вуглецем, дана закономірність характерна для корозії сірого чавуну в кислому середовищі.
У роботах російських вчених XIX ст. знайшли відображення питання захисту металів від корозії гальваностегіческімі методами. Родоначальником гальванопластики та гальваностегії є Б.С. Якобі, який в.838 г в Російській Академії Наук зробив повідомлення про те, що за допомогою гальванічного струму можуть бути виготовлені копії з медалей та інших предметів. Впровадження цих робіт у виробництво було здійснено в майстерні експедиції заготовляння державних паперів (нині «Гознак»). У 1847 р. за методом Б.С. Якобі гальванопластичним шляхом були виготовлені художньої роботи двері, барельєфи і фігури для Ісаакіївського собору, Ермітажу, Петропавлівського собору і т.д. Про масштаби робіт можна судити за кількістю витраченого металу: 6749 пудів міді і 45 пудів 32 фунти золота.
Оформлення досліджень корозії металів у самостійну наукову дисципліну відноситься до початку цього століття, коли були опубліковані перші роботи В.А. Кістяківського з теорії пасивності (1901 р.). Надалі В.А. Кістяківським і його численними учнями створена плівкова теорія пасивності металів у розчинах електролітів і у вологій атмосфері. У роботах В.А. Кістяківського і його школи вперше була висловлена гіпотеза про освіту корозійних центрів як певної стадії процесу корозії.
У 1913 р. М. А. Ізгаришев, вивчаючи пасивність металів у різних середовищах, показав, що поверхня металу в розчинах електролітів представляє собою багатоелектродна систему, в якій кожна складова металу, тобто кожен електрод, володіє своїм, відмінним від інших електродів , значенням потенціалу. Більш пізніми роботами Н. А. Ізгаришева (1926 р.) встановлено, що основним джерелом енергії гальванічного елемента є енергія гідратації іонів растворяющегося металу.
Нове тлумачення електродних процесів в гальванічних елементах було дано в 1913 р. Л.В. Писаржевського, який пояснював виникнення стрибка потенціалу між металом і розчином протіканням двох процесів: 1) дисоціації атомів металу на іони (точніше - видалення електрона від іон-атома металу), 2) гідратації утворилися іонів металу. Пізніше О.М. Фрумкін показав, що головним фактором, що визначає виникнення стрибка потенціалу, є подвійний електричний шар із зарядів металу та іонів розчину. Для вирішення практичних завдань боротьби з корозією велику роль зіграли дослідження Г.В. Акімова, Н.Д. Томашова і їх співробітників, що дозволили теоретично обгрунтувати явища структурної корозії і механізм корозійних процесів. Ними розроблена теорія багатоелектродних елементів і даний метод розрахунку як простих, так і складних гальванічних систем при будь-якій кількості електродів. Радянські вчені значно розширили і доповнили вчення про пасивність метал нов, засноване на плівковій теорії В.А. Кістяківського. Великий інтерес представляють дослідження П.Д Данкова, який встановив основні принципи хімічного перетворення твердого тіла, що мають велике практичне і теоретичне значення при захисті металу від корозії різними плівками.
Поняття корозія
Корозія - це процес руйнування поверхні металів під впливом хімічного і електрохімічного впливу середовища їх навколишнього. Його здатна викликати навіть дистильована вода, у якій залежно від температури більше або менше іонів, що визначають так званий водневий показник рН. Якщо він більше семи, то вода має лужну реакцію, якщо менше - кислотну. Для чистої води рН дорівнює семи (абсолютна нейтральність) тільки при температурі 25 ° С. При підвищенні температури вода стає слабокислотних (при 60 ° С її рН дорівнює 6,51, як в людської слини), а при зниженні - лужної (рН при 0 ° С дорівнює 7,47): залізо кородує активніше.
Незважаючи на те, що механізм корозійних процесів в умовах впливу механічних навантажень і динаміка зміни механічних властивостей напруженого металу при корозії вивчені недостатньо. З цієї ж причини не завжди представляється можливим прогнозувати надійність конструкцій в експлуатації та ефективність електрохімічного захисту. Проте позитивний досвід її застосування на багатьох відповідальних металоконструкціях з нержавіючих і високоміцних сталей, мідних, титанових і алюмінієвих сплавів вимагає пояснення принципів здійснення електрохімічного захисту.
По механізму корозійного процесу розрізняють три основних типи корозії: хімічну, електрохімічну та біохімічну.
Стисло розглянемо механізм корозійних процесів у вершині мікротріщини СКРН. Відомо, що в тріщині розвиваються процеси анодного розчинення металу, що супроводжуються генерацією водню. У результаті катодного процесу на межі контакту H2S - середа - метал переважно відновлюється водень і відбувається подальше наводороживания металу.
З розгляду механізму корозійного процесу випливає, що основним катодним процесом при корозії металів в нейтральних електролітах є реакція відновлення кисню. Тому якщо виключити цю реакцію або сильно її загальмувати, можна практично повністю придушити корозійний процес. На практиці цей метод широко використовується. Зокрема, процес підготовки води для атомних і звичайних електростанцій включає як один з обов'язкових елементів видалення кисню. Нижче детально розглядається механізм корозійних процесів у системі нафтопродукт вода метал, найбільш характерною і важливою для хіммотології. Незалежно від механізму корозійного процесу в зоні катода утворюється атомарний водень, який здатний дифундувати через кристалічну решітку металу, а на поверхні, з'єднуючись з іншими атомами водню, утворює молекулярний водень.
Способи вирішення проблеми корозії металів
Не всім відомо, що сумарний збиток від корозії металів у промислово-розвинених країнах може досягати 4-5% національного доходу, незалежно від типу конструкцій та умов її експлуатації, як наслідок зменшення прибутку (тобто втрата зайвих грошей), яка могла б послужити в Надалі інвестиціями в її розвитку, як в економічному так і індустріальному.
Розглянутий вище механізм корозійних процесів, а також причини, їх вибувають, дають можливість вибору захисних заходів. Зараз найбільш простим і доступним способом боротьби з корозією є застосування захисних лакофарбових покриттів (ЛФП). Л КП зручні в нанесенні, поновлення, створюють декоративний фон. Захисна дія їх обумовлюється або механічної ізоляцією поверхні, або хімічним і електрохімічним взаємодією покриття і поверхні. Основними недоліками більшості ЛКП є їх обмежена паро-, газо-і водопроникність, недостатня термо-і морозостійкість у ряді випадків.
Виробництво сталі і чавуну
В основному Чавун виплавляється в домнах. Це складна інженерна споруда, що працює безперервно протягом довгого часу. Піч працює за принципом протитечії. Зверху завантажується руда, флюси і кокс, а знизу подається повітря .. Кокс служить для нагрівання і розплавлення руди, а також бере участь у відновленні заліза з оксидів руди. У коксі повинно бути мінімум сірки та фосфору. Флюси (вапняки, кремнеземи, ..) необхідні для отримання шлаків. При згорянні палива утворюється окис вуглецю, яка і є головним відновлювачем заліза. Відновлення заліза відбувається від вищих оксидів до нижчих і, в кінцевому підсумку, до металу: окисом вуглецю СО і твердим вуглецем С. Відновлення марганцю, кремнію та інших елементів виконується також коксом.
Продуктами доменного виробництва є: чавун переробний, що містить 4 ... 4,5% С, 0,6 ... 0,8% Si, 0,25 ... 1,0% Mn, до 0,3% S і до 0,05% Р ; чавун ливарний, що містить Si близько 3%; феросплави: феросиліцій (9 ... 13% Si) і феромарганець (70 ... 75% Mn), призначені для розкислення й легування сталей; шлаки, використовувані для виробництва шлаковати, шлакоблоків, цементу.
Щоб одержати сталь із чавуну треба зменшити в ньому кількість вуглецю, марганцю, сірки і фосфору. Для цього використовуються такі способи: конверторний, виготовлення в мартенівських печах і отримання сталі в електричних печах. З цих трьох основних способів виробництва сталі конверторний з'явився раніше інших. Киснево-конверторний процес являє собою один з видів переділу рідкого чавуну в сталь без витрати палива, шляхом продувки чавуну в конвертері технічно чистим киснем.
Конвертор-це посудина грушоподібної форми, футеровані всередині вогнетривкою цеглою й підвішений на двох кронштейнах. Отриманий в домні рідкий чавун з ковша заливають в конвертор. Для отримання шлаку додають в конвертор залізну руду і вапно, боксит і плавиковий шпат. У конвертор знизу подається повітря, або зверху - кисень. Процес отримання сталі проходить швидко, при цьому чітко видно три періоди. У перші 4 ... 5 хвилин процесу окислюється залізо. Далі, що утворилася окис заліза окисляє кремній і марганець. Кремній і марганець окисляються також і киснем. При окислюванні вуглецю, кремнію, марганцю та інших домішок виділяється велика кількість тепла, температура розплаву збільшується, а оксиди утворюють шлак. Після того, як вигорять майже повністю Si і Mn настає другий період бурхливого вигоряння вуглецю, характерний тим, що поки окис вуглецю. горить над горловиною. буде яскраве полум'я. Третій період настає, коли над горловиною з'являється бурий дим - ознака того, що початок окислюватися залізо і процес одержання сталі завершений. Кисень вдувається в конвертор зверху (тиск до 1,2 МПа) на дзеркало рідкого металу .. Температура при продувці киснем вище, ніж при продувці повітрям, тому крім розплавленого чавуну можна використовувати до 30% залізного скрапу і залізної руди. При продувці киснем у сплаві зменшується вміст азоту, час продувки скорочується в порівнянні з продувкою повітрям в 2 рази і збільшується продуктивність конвертора. Мартенівське виробництво менш продуктивне, ніж конверторне, але краще регулюється процес, використовуються чавунні чушки і металобрухт. Мартен це регенеративна полум'яна піч. Газ згоряє над плавильним. Газ і повітря ° простором, де створюється температура 1750 ... 1800 С в регенераторах. За рахунок тепла ° попередньо підігріваються (до 1200 ... 1250 згорілих газів, що виходять в трубу. Два регенератора: один працює, а інший накопичує теплову енергію. Для інтенсифікації процесу ванну продувають киснем. Розкислення ванни проводять ферросилицием і феромарганцем у ванні, а остаточне - алюмінієм і ферросилицием в сталеразливочном ковші.
Сталь високої якості виплавляють у дугових і індукційних електропечах. Процес приблизно такий же як і в мартенівської печі, але температура вище, тому можна одержувати в електропечах тугоплавку сталь, що містить хром, вольфрам та ін Два періоду при виплавці електросталі: окислювальний (вигоряють Si, Mn, C, Fe) за рахунок кисню, повітря і оксидів шихти. ; Відновлювальний - розкислення сталі, видалення сірки. Для цього вводять флюс, що складається з вапна і плавикового шпату.
Також є спосіб індукційної плавки. Індукційна плавка застосовується зазвичай для переплавлення сталей і отримання високолегованих і спеціальних сталей в умовах вакууму або спеціальної регульованої атмосфери.
Список використаної літератури
1. «Довідник з конструкційних матеріалів» Б.М. Арзамас, Т.В. Соловйова, С.А. Герасимов, 2005 р.
2. «Корозія і хімічно стійкі матеріали» Поляков К.А., 2001 р.
3. «Конструкційні матеріали. Кишеньковий довідник »Болтон У., 2004 р.
Реферат
за темою: «Технології конструкційних матеріалів»Донецьк 2009
Введення
Технологія конструкційних матеріалів це наука про будову і властивості металів і сплавів, про поліпшення цих властивостей шляхом зміни хімічного складу за допомогою термічного та інших видів впливу на ці матеріали. Також вивчення поведінки металів і сплавів в процесі обробки і при експлуатації виробів виготовлених з них. Основою технології конструкційних матеріалів є відповідні розділи фізики та хімії.
Відмінність технології конструкційних матеріалів від інших фундаментальних наук полягає в тому, що вона є прикладною наукою.
Потрібно сказати, що головне в технології конструкційних матеріалів - це вчення про зв'язок між складом будовою і властивостями досліджуваних металів і сплавів. Основоположником технології конструкційних матеріалів є знаменитий російський вчений Дмитро Костянтинович Чернов. Він встановив, що при нагріванні твердої сталі до певних температур залежать від її складу в ній відбуваються внутрішні перетворення приводять до зміни її властивостей, було показано зв'язок між складом, будовою і властивостями сталі.
Роль сталі і чавуну в машинобудуванні
Сталь і чавун є основними конструкційними матеріалами в усіх галузях машинобудування. Дані поняття тісно пов'язані з наукою технології конструкційних матеріалів, що згодом є необхідною теоретичною частиною знань у цій області:
Сталь - це залізовуглецевих сплавів, де вміст вуглецю не перевищує 1,7%
Чавун - це залізовуглецевих сплавів, де вміст вуглецю перевищує 1,7% (це більше ставитися до нелегований чавунів). Для поліпшення властивостей сталі і чавуну їх часто легують, вводячи одну або кілька добавок. В якості легуючих добавок застосовуються кремній, хром, нікель, молібден, ванадій і ін У залежності від вмісту легуючих компонентів сплави на залізній основі поділяються на низьколеговані (вміст добавок не перевищує 2,5%), середньолеговані (вміст добавок от2, 5 до 10 %) і високолеговані (вміст добавок більше 10%).
Корозія залізовуглецевих сплавів
Так як значення даних сплавів у виробництві настільки велике, то виходячи з цього, боротьба з корозією цих матеріалів має велике практичне значення. Сталь і чавун мають невисоку корозійною стійкістю в агресивних середовищах внаслідок своєї фізичної та хімічної неоднорідності. До їх складу входять три основні структурні складові - ферит, цементит і графіт, які мають дуже різними електродними потенціалами. Найбільш низький електродний потенціал у фериту (-0,44 в), найбільш високий у графіту (0,37 в). При зіткненні з електролітом железоуглеродістиє сплави утворюють мікроелементи, в яких цементит і графіт є катодами, а ферит-анодом. Різниця потенціалів у макроелементах, що виникають при корозії залізовуглецевих сплавів, досягає досить значних величі. Роботою цих мікроелементів і пояснюється сильна електрохімічна корозія залізовуглецевих сплавів.
Железоуглеродістиє сплави неоднорідні і за хімічним складом. Крім вуглецю, навіть у відносно чистих технічних сплавах (залізо армко). Завжди містяться домішки марганцю, кремнію, сірки і фосфору.
Хотілося б згадати дана обставина, а саме за відсутності кисню і інших окислювачів сплави з більш високим вмістом вуглецю коррозіруют сильніше, ніж сплави, бідніші вуглецем, дана закономірність характерна для корозії сірого чавуну в кислому середовищі.
У роботах російських вчених XIX ст. знайшли відображення питання захисту металів від корозії гальваностегіческімі методами. Родоначальником гальванопластики та гальваностегії є Б.С. Якобі, який в.838 г в Російській Академії Наук зробив повідомлення про те, що за допомогою гальванічного струму можуть бути виготовлені копії з медалей та інших предметів. Впровадження цих робіт у виробництво було здійснено в майстерні експедиції заготовляння державних паперів (нині «Гознак»). У 1847 р. за методом Б.С. Якобі гальванопластичним шляхом були виготовлені художньої роботи двері, барельєфи і фігури для Ісаакіївського собору, Ермітажу, Петропавлівського собору і т.д. Про масштаби робіт можна судити за кількістю витраченого металу: 6749 пудів міді і 45 пудів 32 фунти золота.
Оформлення досліджень корозії металів у самостійну наукову дисципліну відноситься до початку цього століття, коли були опубліковані перші роботи В.А. Кістяківського з теорії пасивності (1901 р.). Надалі В.А. Кістяківським і його численними учнями створена плівкова теорія пасивності металів у розчинах електролітів і у вологій атмосфері. У роботах В.А. Кістяківського і його школи вперше була висловлена гіпотеза про освіту корозійних центрів як певної стадії процесу корозії.
У 1913 р. М. А. Ізгаришев, вивчаючи пасивність металів у різних середовищах, показав, що поверхня металу в розчинах електролітів представляє собою багатоелектродна систему, в якій кожна складова металу, тобто кожен електрод, володіє своїм, відмінним від інших електродів , значенням потенціалу. Більш пізніми роботами Н. А. Ізгаришева (1926 р.) встановлено, що основним джерелом енергії гальванічного елемента є енергія гідратації іонів растворяющегося металу.
Нове тлумачення електродних процесів в гальванічних елементах було дано в 1913 р. Л.В. Писаржевського, який пояснював виникнення стрибка потенціалу між металом і розчином протіканням двох процесів: 1) дисоціації атомів металу на іони (точніше - видалення електрона від іон-атома металу), 2) гідратації утворилися іонів металу. Пізніше О.М. Фрумкін показав, що головним фактором, що визначає виникнення стрибка потенціалу, є подвійний електричний шар із зарядів металу та іонів розчину. Для вирішення практичних завдань боротьби з корозією велику роль зіграли дослідження Г.В. Акімова, Н.Д. Томашова і їх співробітників, що дозволили теоретично обгрунтувати явища структурної корозії і механізм корозійних процесів. Ними розроблена теорія багатоелектродних елементів і даний метод розрахунку як простих, так і складних гальванічних систем при будь-якій кількості електродів. Радянські вчені значно розширили і доповнили вчення про пасивність метал нов, засноване на плівковій теорії В.А. Кістяківського. Великий інтерес представляють дослідження П.Д Данкова, який встановив основні принципи хімічного перетворення твердого тіла, що мають велике практичне і теоретичне значення при захисті металу від корозії різними плівками.
Поняття корозія
Корозія - це процес руйнування поверхні металів під впливом хімічного і електрохімічного впливу середовища їх навколишнього. Його здатна викликати навіть дистильована вода, у якій залежно від температури більше або менше іонів, що визначають так званий водневий показник рН. Якщо він більше семи, то вода має лужну реакцію, якщо менше - кислотну. Для чистої води рН дорівнює семи (абсолютна нейтральність) тільки при температурі 25 ° С. При підвищенні температури вода стає слабокислотних (при 60 ° С її рН дорівнює 6,51, як в людської слини), а при зниженні - лужної (рН при 0 ° С дорівнює 7,47): залізо кородує активніше.
Незважаючи на те, що механізм корозійних процесів в умовах впливу механічних навантажень і динаміка зміни механічних властивостей напруженого металу при корозії вивчені недостатньо. З цієї ж причини не завжди представляється можливим прогнозувати надійність конструкцій в експлуатації та ефективність електрохімічного захисту. Проте позитивний досвід її застосування на багатьох відповідальних металоконструкціях з нержавіючих і високоміцних сталей, мідних, титанових і алюмінієвих сплавів вимагає пояснення принципів здійснення електрохімічного захисту.
По механізму корозійного процесу розрізняють три основних типи корозії: хімічну, електрохімічну та біохімічну.
Стисло розглянемо механізм корозійних процесів у вершині мікротріщини СКРН. Відомо, що в тріщині розвиваються процеси анодного розчинення металу, що супроводжуються генерацією водню. У результаті катодного процесу на межі контакту H2S - середа - метал переважно відновлюється водень і відбувається подальше наводороживания металу.
З розгляду механізму корозійного процесу випливає, що основним катодним процесом при корозії металів в нейтральних електролітах є реакція відновлення кисню. Тому якщо виключити цю реакцію або сильно її загальмувати, можна практично повністю придушити корозійний процес. На практиці цей метод широко використовується. Зокрема, процес підготовки води для атомних і звичайних електростанцій включає як один з обов'язкових елементів видалення кисню. Нижче детально розглядається механізм корозійних процесів у системі нафтопродукт вода метал, найбільш характерною і важливою для хіммотології. Незалежно від механізму корозійного процесу в зоні катода утворюється атомарний водень, який здатний дифундувати через кристалічну решітку металу, а на поверхні, з'єднуючись з іншими атомами водню, утворює молекулярний водень.
Способи вирішення проблеми корозії металів
Не всім відомо, що сумарний збиток від корозії металів у промислово-розвинених країнах може досягати 4-5% національного доходу, незалежно від типу конструкцій та умов її експлуатації, як наслідок зменшення прибутку (тобто втрата зайвих грошей), яка могла б послужити в Надалі інвестиціями в її розвитку, як в економічному так і індустріальному.
Розглянутий вище механізм корозійних процесів, а також причини, їх вибувають, дають можливість вибору захисних заходів. Зараз найбільш простим і доступним способом боротьби з корозією є застосування захисних лакофарбових покриттів (ЛФП). Л КП зручні в нанесенні, поновлення, створюють декоративний фон. Захисна дія їх обумовлюється або механічної ізоляцією поверхні, або хімічним і електрохімічним взаємодією покриття і поверхні. Основними недоліками більшості ЛКП є їх обмежена паро-, газо-і водопроникність, недостатня термо-і морозостійкість у ряді випадків.
Виробництво сталі і чавуну
В основному Чавун виплавляється в домнах. Це складна інженерна споруда, що працює безперервно протягом довгого часу. Піч працює за принципом протитечії. Зверху завантажується руда, флюси і кокс, а знизу подається повітря .. Кокс служить для нагрівання і розплавлення руди, а також бере участь у відновленні заліза з оксидів руди. У коксі повинно бути мінімум сірки та фосфору. Флюси (вапняки, кремнеземи, ..) необхідні для отримання шлаків. При згорянні палива утворюється окис вуглецю, яка і є головним відновлювачем заліза. Відновлення заліза відбувається від вищих оксидів до нижчих і, в кінцевому підсумку, до металу: окисом вуглецю СО і твердим вуглецем С. Відновлення марганцю, кремнію та інших елементів виконується також коксом.
Продуктами доменного виробництва є: чавун переробний, що містить 4 ... 4,5% С, 0,6 ... 0,8% Si, 0,25 ... 1,0% Mn, до 0,3% S і до 0,05% Р ; чавун ливарний, що містить Si близько 3%; феросплави: феросиліцій (9 ... 13% Si) і феромарганець (70 ... 75% Mn), призначені для розкислення й легування сталей; шлаки, використовувані для виробництва шлаковати, шлакоблоків, цементу.
Щоб одержати сталь із чавуну треба зменшити в ньому кількість вуглецю, марганцю, сірки і фосфору. Для цього використовуються такі способи: конверторний, виготовлення в мартенівських печах і отримання сталі в електричних печах. З цих трьох основних способів виробництва сталі конверторний з'явився раніше інших. Киснево-конверторний процес являє собою один з видів переділу рідкого чавуну в сталь без витрати палива, шляхом продувки чавуну в конвертері технічно чистим киснем.
Конвертор-це посудина грушоподібної форми, футеровані всередині вогнетривкою цеглою й підвішений на двох кронштейнах. Отриманий в домні рідкий чавун з ковша заливають в конвертор. Для отримання шлаку додають в конвертор залізну руду і вапно, боксит і плавиковий шпат. У конвертор знизу подається повітря, або зверху - кисень. Процес отримання сталі проходить швидко, при цьому чітко видно три періоди. У перші 4 ... 5 хвилин процесу окислюється залізо. Далі, що утворилася окис заліза окисляє кремній і марганець. Кремній і марганець окисляються також і киснем. При окислюванні вуглецю, кремнію, марганцю та інших домішок виділяється велика кількість тепла, температура розплаву збільшується, а оксиди утворюють шлак. Після того, як вигорять майже повністю Si і Mn настає другий період бурхливого вигоряння вуглецю, характерний тим, що поки окис вуглецю. горить над горловиною. буде яскраве полум'я. Третій період настає, коли над горловиною з'являється бурий дим - ознака того, що початок окислюватися залізо і процес одержання сталі завершений. Кисень вдувається в конвертор зверху (тиск до 1,2 МПа) на дзеркало рідкого металу .. Температура при продувці киснем вище, ніж при продувці повітрям, тому крім розплавленого чавуну можна використовувати до 30% залізного скрапу і залізної руди. При продувці киснем у сплаві зменшується вміст азоту, час продувки скорочується в порівнянні з продувкою повітрям в 2 рази і збільшується продуктивність конвертора. Мартенівське виробництво менш продуктивне, ніж конверторне, але краще регулюється процес, використовуються чавунні чушки і металобрухт. Мартен це регенеративна полум'яна піч. Газ згоряє над плавильним. Газ і повітря ° простором, де створюється температура 1750 ... 1800 С в регенераторах. За рахунок тепла ° попередньо підігріваються (до 1200 ... 1250 згорілих газів, що виходять в трубу. Два регенератора: один працює, а інший накопичує теплову енергію. Для інтенсифікації процесу ванну продувають киснем. Розкислення ванни проводять ферросилицием і феромарганцем у ванні, а остаточне - алюмінієм і ферросилицием в сталеразливочном ковші.
Сталь високої якості виплавляють у дугових і індукційних електропечах. Процес приблизно такий же як і в мартенівської печі, але температура вище, тому можна одержувати в електропечах тугоплавку сталь, що містить хром, вольфрам та ін Два періоду при виплавці електросталі: окислювальний (вигоряють Si, Mn, C, Fe) за рахунок кисню, повітря і оксидів шихти. ; Відновлювальний - розкислення сталі, видалення сірки. Для цього вводять флюс, що складається з вапна і плавикового шпату.
Також є спосіб індукційної плавки. Індукційна плавка застосовується зазвичай для переплавлення сталей і отримання високолегованих і спеціальних сталей в умовах вакууму або спеціальної регульованої атмосфери.
Список використаної літератури
1. «Довідник з конструкційних матеріалів» Б.М. Арзамас, Т.В. Соловйова, С.А. Герасимов, 2005 р.
2. «Корозія і хімічно стійкі матеріали» Поляков К.А., 2001 р.
3. «Конструкційні матеріали. Кишеньковий довідник »Болтон У., 2004 р.