3.3.3 Властивості, контроль якості та зберігання чавунів

Основними методами зміни властивостей чавунів є регулювання хімічного складу, умов кристалізації та термічна обробка литих деталей. Хімічний склад регулюють шляхом зміни вмісту постійних домішок та введенням легуючих елементів.

Зміна умов кристалізації полягає у регулюванні швидкості охолодження литих деталей. Зменшення швидкості охолодження збільшує кількість графітових вкраплень та їх розміри, що викличе зниження міцності та пластичності.

Термічна обробка чавунів проводиться для підвищення їх механічних властивостей або зміни структури.

Контроль якості чавунів здійснюють за хімічним складом. Чавунні відливки контролюють за хімічним складом, зовнішнім виглядом, відповідністю кресленням. Проводять випробування на твердість, ударну в’язкість, міцність при розтягуванні. Зразки для цих випробувань виготовляють з спеціально відлитих заготовок. Для більшості відливок визначають структуру металічної основи, кількість та форму графітових вкраплень.

Ливарний і переробний чавун зберігають на відкритих майданчиках або під навісом. Майданчики повинні мати тверде покриття з надійним відводом води. Чавунні чушки складають у штабелі по номеру плавки і повагонно. Висота штабеля до 1,5 м.

3.4 Сталі та їх характеристика

Сталь – залізовуглецевий сплав який містить до 2,14% вуглецю (звичайно 0,1…1,4%С).

Вихідні (шихтові) матеріали: переробний чавун, скрап (металобрухт), феросплави та флюси. Сутність металургійної переробки чавуну в сталь полягає у зниженні вмісту вуглецю і домішок шляхом їх окислення та перевода в шлак або гази в процесі плавки (табл. 3.4).

Таблиця 3.4

Хімічний склад переробного чавуну та низьковуглецевої сталі, %

Матеріал	С	Si	Mn	Р	S
Переробний чавун	4,0…4,4	0,76…1,26	до 1,75	0,15…0,30	0,03…0,20
Низьковуглецева сталь	0,14…0,22	0,12…0,30	0,40…0,65	0,05	0,055

Компоненти сталі поділяють на групи:

Постійні (звичайні). До них відносять вуглець, марганець, кремній, сірку та фосфор.

Вуглець – невід’ємна складова сталі яка переважно визначає механічні властивості. При збільшенні кількості вуглецю підвищується твердість та міцність сталі, але зменшується пластичність та в’язкість.

Марганець підвищує міцність та зносостійкість, поліпшує ріжучі властивості, але понижує ударну в’язкість. Якщо його вміст до 1% - вважається домішкою, а якщо більше 1% - легуючим елементом. Сталі з вмістом 10…12% марганця стають немагнітними.

Кремній підвищує міцність сталі, пружність, жаростійкість та корозійну стійкість, але понижує ударну в’язкість. Якщо його вміст до 0,8% - вважається домішкою, а якщо більше 0,8% - легуючим елементом.

Сірка та фосфор – шкідливі домішки. Сірка робить сталь “гарячеламкою”, а фосфор – “холодноламкою” і одночасно підвищує твердість та знижує ударну в’язкість.

Приховані. До них відносять кисень, азот та водень. Вони частково розчиняються у сталі та присутні у вигляді неметалічних вкраплень (оксиди, нітриди). Являються шкідливими домішками, бо розрихлюють метал при гарячій обробці та викликають надриви (флокени).

Випадкові. До них відносять мідь, свинець, хром, нікель та інші елементи. Попадають до складу з шихтових матеріалів і, переважно, погіршують якість сталі.

Спеціальні (легуючі) – надають сталі певні фізико-механічних та хімічні властивості. До найбільш поширених відносять:

-Хром уповільнює рост зерен при нагріванні, підвищує зносостійкість та корозійну стійкість, поліпшує здатність до термічної обробки.

-Нікель підвищує міцність сталі при збережені високої в’язкості, перешкоджає росту зерен при нагріванні, підвищує корозійну стійкість. При вмісті нікеля більше 12% (або хрома та нікеля) сталь стає неіржавіючою, а при вмісті 18…20% - немагнітною, жаростійкою та жароміцною.

-Молібден подрібнює зерно сталі, значно поліпшує здатність до термічної обробки, в’язкість при низьких температурах та ковкість.

-Вольфрам підвищує твердість, міцність та в’язкість, надає високі ріжучі властивості потрібні різним ріжучим інструментам. Сталі з вмістом вольфрама 6…18% називають швидкоріжучими.

-Ванадій створює дрібнозернисту структуру сталі, підвищує ударну в’язкість, підвищує ефективність термічної обробки.

-Бор значно поліпшує ефективність термічної обробки.

-Ніобій попереджає міжкристалічну корозію, підвищує пластичність та міцність при високих температурах.

-Мідь підвищує корозійну стійкість.

-Цирконій підвищує витривалість, поліпшує міцність при підвищених тем-пературах та ударну в’язкість при понижених, покращує зварюваність.

Головною ознакою переважної більшості марок вироблюваної сталі є хімічний склад який залежить від способу виготовлення. Потреби виробництва змусили класифікувати сталі за якістю, за використанням (призначенням) та за структурою у стані поставки (мал. 3.16).

За хімічним складом сталі поділяються на вуглецеві та леговані.

Вуглецевими називаються сталі, які не містять спеціальних добавок. Вона буває конструкційною та інструментальною. Конструкційна вуглецева сталь містить 0,1…0,85%С і використовується для виготовлення різноманітних деталей, металоконструкцій і т.п. Інструментальна вуглецева сталь містить 0,65…1,4%С і використовується для виготовлення ріжучого, вимірювального або формозмінюючого інструмента який працює при низьких температурах ( до 150…200С).

Конструкційна вуглецева сталь буває звичайної якості та якісна. Такі сталі повинні мати високі механічні властивості, технологічність в обробці та бути дешевими.

Сталь вуглецева звичайної якості використовують для виготовлення зварних конструкцій, у суднобудівництві та машинобудуванні.

В залежності від призначення та гарантуємих характеристик якості метала її поділяють на групи поставки – А, Б, В.

Рисунок 3.16 Класифікація сталі

Сталь групи А поставляють за механічними властивостями. Для неї хімічний склад не регламентується тому виготовлені деталі гарячій обробці (термічній, куванню, зварюванню) не піддають. Чим більше номер марки, тим вище міцність, але нижче пластичність сталі (табл. 3.4).

Таблиця 3.4

Вуглецеві сталі звичайної якості

Група сталі			Вміст вуглецю,%	в, МПа(кгс/мм2)	тМПа (кгс/мм2)	, % не менше
А	Б	В
Ст0 Ст1 Ст2 Ст3 Ст4 Ст5 Ст6	БСт0 БСт1 БСт2 БСт3 БСт4 БСт5 Бст6	ВСт1 ВСт2 ВСт3 ВСт4 ВСт5	До 0,06 0,06…0,12 0,09…0,15 0,14…0,22 0,18…0,26 0,28…0,37 0,38…0,49	300 (31) 310…410 (32…42) 330…430 (34…44) 370…480 (38…49) 410…530 (42…54) 490…625 (50…64)  585 ( 60)	- - 205 (21) 225 (23) 245 (25) 265 (27) 294 (30)	22 32 31 25 23 14 14

Сталь групи Б поставляється за хімічним складом. Механічні властивості не регламентуються. Такі сталі піддаються термічній обробці, бо відомий їх хімічний склад. В залежності від нормуємих показників механічних властивостей поділяється на дві категорії.

Сталь групи В поставляється за механічними властивостями та хімічним складом. Механічні властивості повинні відповідати нормам для аналогічних марок групи А, а хімічний склад для сталі аналогічних марок групи Б. В залежності від нормуємих показників механічних властивостей поділяється на шість категорій.

Маркування вуглецевої сталі звичайної якості літерно-цифрове, наприклад Ст0, Ст1…Ст6, БСт0, БСт1…БСт6, ВСт1…ВСт5. Група поставки А у марці сталі не вказується. Ступінь розкислення сталі (видалення газів) позначається індексами:

кп – кипляча

нс – напівспокійна

сп – спокійна

Ст3 кп, СТ2 кп, Ст5 кп, Б Ст 2 сп – 1, БСт4 нс – 2, ВСт3 сп – 4, ВСт5 нс – 6

Категорія показників механічних властивостей для сталі категорії А не проставляється.

Сталь вуглецева якісна широко використовується у всіх галузях промисловості. До неї пред’являють більш жорсткі вимоги по вмісту шкідливих домішок, особливо сірки (не більше 0,04%) та фосфора (не більше 0,035%).

Вуглецеву якісну конструкційну сталь випускають марок 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60. Маркують словом “Сталь” та двома цифрами, що відповідають вмісту вуглецю у сотих долях відсотка. Ступінь розкислення вказують літерами в кінці марки: кп – кипляча, нс – напівспокійна, сп – спокійна. Наприклад, Сталь 10, Сталь 08 кп, Сталь 45 тощо.

За вимогою до механічних властивостей сталь випускають п’яти категорій (табл.3.5), а за призначенням – трьох підгруп: а – для гарячої обробки тиском, б – для холодної обробки тиском, в – для холодного волочення.

Сталь 20 – а – 1, 25 – б – 5, 45 – в – 4, і т.д.

Таблиця 3.5

Категорії вуглецевої якісної конструкції сталі

Категорія	Вимоги до випробування механічних властивостей
1	Без випробування механічних властивостей на розтягування та ударну в’язкість
2	Із випробуванням механічних властивостей на розтягування та ударну в’язкість на зразках із нормалізованих заготовок розміром 25мм.
3	Із випробуванням механічних властивостей на розтягування на зразках із нормалізованих заготовок вказаного у замовленні розміра, але не більше 100 мм.
4	Із випробуванням механічних властивостей на розтягування та ударну в’язкість на зразках із термічно оброблених (загартовування + відпускання) заготовок вказаного у замовленні розміра, але не більше 100мм.
5	Із випробуванням механічних властивостей на розтягування на зразках із нагартованої або термічно обробленої сталі (відпаленої або після високотемпературного відпускання).

Вуглецеву інструментальну сталь випускають марок У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13, У7А, У8ГА, У9А, У10А, У11А, У12А, У13А. Маркування літерно-цифрове: У – вуглецева, Г – з підвищеним вмістом марганця, А – високоякісна (вміст сірки до 0,03% та фосфора до 0,035%), цифра (цифри) вміст вуглецю у десятих долях відсотка.

Легованими називають сталі до складу яких вводять добавки (легуючі елементи) в кількості достатній, щоб помітно змінити структуру та властивості. Хімічний склад легованої сталі – основний показник, що визначає якість, область застосування та вартість. Тому він відбивається в найменуванні та маркуванні. В найменуванні вказують тільки основні введені легуючі елементи без позначення їх кількості, наприклад сталь хромонікелева, титановольфрамова, марганцевиста тощо. Маркування легованої сталі літерно-цифрове. Перша одно- або двохзначна цифра свідчить про вміст вуглецю у десятих або сотих долях відсотка. Якщо вміст вуглецю менше 0,04%, то ставлять знак “00”, а якщо менше 0,08% - знак “0”. Якщо вміст вуглецю 1% або більше то на початку цифру не пишуть. Літерами позначають назви легуючих елементів:

Г – марганець Ф – ванадій Д – мідь

С – кремній Т – титан Р – бор

Х – хром М – молібден Б – ніобій

Н – нікель К – кобальт Ц – цирконій

В – вольфрам Ю – алюміній А – азот

Е – селен П – фосфор

Цифри після літер позначають середній вміст легуючих елементів у цілих відсотках. Відсутність цифр вказує, що їх вміст не більше 1,5%. Літера А у кінці марки означає високоякісну сталь. Позначення легуючого елемента азота завжди розміщається в середині марки (між позначеннями інших легуючих елементів).

Для позначення марок сталі, що пройшли додаткову переплавку для підвищення їх якості застосовують літери які пишуть через дефіс після індексації хімічного складу:

Ш – електрошлаковий переплав

ВД – вакуумнодуговий переплав

ПД – плазменодуговий переплав

ВН – вакуумноіндукційний переплав

ЭЛ – електоннопроменевий переплав

ШД – електрошлаковий та вакуумнодуговий переплав

ШЛ – електрошлаковий та електоннопроменевий переплав

Леговані сталі бувають конструкційними, інструментальними, спеціальними та з особливими властивостями.

Конструкційні леговані сталі бувають якісними та високоякісними. За вмістом вуглецю вони бувають низьковуглецевими (до 0,3%С) та середньовуглецевими (0,3…0,55%С), а за вмістом легуючих елементів низько- та середньолегованими.

Конструкційну низьколеговану сталь використовують у вигляді листового або сортового фасонного прокату у будівництві та машинобудуванні. Вона добре зварюється. Випускають марок 09Г2, ОЛГ2Д, 12ГС, 10Г2С1Д, 15ГФ, 15ГФД, 15Г2СФД, 14Г2АФ, 10ХНДП, 18Г2С тощо (28 марок).

Конструкційну середньолеговану сталь виробляють цементуємою (не більше 0,3%С) та поліпшуємою (0,3…0,5%С) яку використовують після термічних операцій загартовування та високого відпускання. Марочний асортимент (табл. 3.6) включає 13 груп і більше 80 марок.

Таблиця 3.6

Асортимент легованої конструкційної сталі

Група сталі

Марки

Хромиста Марганцовиста Хроммарганцовиста Хромкремниста Хроммолібденова та хроммолібденованадієва Хромванадієва Нікельмолібденова Хромнікелева та хромнікелева з бором Хромкремніймарганцева та хромкремніймарганцевонікелева Хроммарганцевонікелева та хроммарганцевонікелева з титаном та бором Хромнікельмолібденова та хромнікельмоліб- денованадієва Хромоалюмінієва та хромоалюмомолібденова

13Х,15ХА, 20Х, 30Х, 30ХРА, 35Х, 38ХА, 40Х, 45Х, 50Х 15Г, 20Г, 25Г, 30Г, 35Г, 40Г, 45Г, 50Г, 10Г2, 30Г2, 35Г2, 40Г2, 45Г2, 50Г2 18ХГ, 18ХГТ, 20ХГР, 25ХГР, 25ХГТ, 30ХГТ, 40ХГТР, З0ХГФ, 25ХГМ 33ХС, 38ХС, 40ХС 15ХМ, 20ХМ, 30ХМ, 30ХМА, 35ХМ, 38ХМ, 30Х3МФ, 40ХМФА 15ХФ, 40ХФА 15Н2М, 20Н2М 20ХН, 40ХН, 45ХН, 50ХН, 20ХНР, 12ХН2, 12ХН3А, 20ХН3А, 30ХН3А, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А 20ГХСА, 25ХГСА, 30ХГС, 30ХГСА, 35ХГСА, 30ХГСН14 15ХГН2ТА, 20ХГНР, 20ХГНТР, 38ХГН 14Х2Н3МА, 20ХН2МА, 30ХН2МА, 38ХНМА, 40ХН2МА, 25Х2Н4МА 30ХН2МФ, 30ХН2МФА, 36Х2Н2МФА, 36ХН1МФА, 38ХН3МФА, 45Н2МФА, 45ХМФА, 20ХН4ФА 38Х2Ю, 38ХЮ, 38Х2МЮА, З8Х4ЮА

В залежності від властивостей та хімічного складу конструкційна легована сталь буває якісною, високоякісною (А) та особливовисокоякісною (Ш) – після

електрошлакового переплава, а за призначенням поділяється на підгрупи:

а – для гарячої обробки тиском (крім висадки, штамповки);

б – для холодної механічної обробки по всій поверхні;

в – для холодного волочення;

г – для гарячої висадки та штампування.

Інструментальні леговані сталі у порівнянні з вуглецевими відзначаються більшою теплостійкістю (здатність робочої кромки інструмента зберігати при експлуатації структуру та властивості необхідні для обробки матеріалів різанням або деформуванням) та здатністю загартовуватись на більшу глибину. Їх використовують при більш високих швидкостях різання та для обробки твердих матеріалів. Основний легуючий елемент – хром, молібден, кремній марганець та вольфрам.

Для виготовлення ріжучого інструмента використовують сталі марок Х, Х9С, ХВГ, ХВСГ, 9ХС1, 5ХВ2С (свердла, фрези, плашки тощо). Сталі леговані вольфрамом, кобальтом, молібденом та ванадієм називають швидкоріжучими.

Для виготовлення штампів холодного деформування використовують сталі марок Х, ХВГ, Х12Ф1, Х6ВФ, 7ХГ2ВМ, 6Х6В3МФС тощо. Вони повинні мати високу твердість, міцність, зносостійкість і достатню в’язкість.

Для виготовлення штампів гарячого деформування використовують сталі марок 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВ, 3Х2В8Ф, 5Х3В3МФС тощо. Вони повинні бути стійкими до утворення поверхневих тріщин при багаторазовому нагріванні та охолодженні.

Для виготовлення вимірювальних інструментів крім заевтектоїдної вуглецевої сталі використовують леговані сталі марок Х, ХВГ, Х12Ф1. Вони повинні протягом тривалого часу забезпечувати стабільність розмірів загартованого інструмента.

Леговані сталі спеціального призначення широко використовуються для виготовлення деталей, що працюють в певних умовах експлуатації. На початку їхнього маркування ставлять позначення яке говорить про їх застосування, наприклад Р – швидкоріжуча, Ш – підшипникова, А – автоматна, Е(Э) – електротехнічна, арматурна – поділяється на класи.

Швидкоріжучі сталі застосовують для виготовлення різноманітного ріжучого інструмента який працює у важких умовах при високій швидкості різання. Їх маркують літерою Р (rapid – швидкість). Цифра за нею – середній вміст вольфрама у цілих відсотках. Інші легуючі елементи (крім хрома) позначають відповідними літерами та цифрами вмісту після них. Вміст хрома (~ 4% у всіх сталях) в маркуванні не вказують. Найбільш поширені марки Р6, Р9, Р18, Р6М5, Р9Ф5, Р14Ф14, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2.

Автоматні сталі мають підвищений вміст сірки та фосфора. Вони добре обробляються різанням створюючи коротку ламку стружку і призначенні для виготовлення на верстатах-автоматах маловідповідальних деталей від яких не вимагають високих механічних властивостей. Для підвищення оброблюваності різанням, крім сірки та фосфора, вводять свинець, селен, теллур. За хімічним складом такі сталі поділяються на групи (табл. 3.7).

Таблиця 3.7

Асортимент автоматної сталі

Група сталі	Марки
Вуглецева сірчаниста Вуглецева свинцовиста Вуглецева сірчаноселениста Хромиста сірчаноселениста Сірчаномарганцесвинцовиста Легована з вмістом свинцю	А11, А12, А20, А30, А35, А40Г АС40 А35Е, А45Е А40ХЕ АС14, АС35Г2, АС45Г2 АС12ХН, АС14ХГН, АС20ХГНМ, АС30ХМ, АС38ХГМ

У маркуванні автоматної сталі літера С означає вміст свинцю, а цифра після неї– вміст вуглецю у сотих долях відсотка.

Підшипникові сталі повинні мати дуже високу твердість, зносостійкість і достатню в’язкість. Стандарт передбачає такі марки: ЩХ6, ШХ9, ШХ15, ШХ15СГ. Цифра після літери позначає вміст хрома у десятих долях відсотка. Для дуже великих підшипників використовують сталь 20Х2Н4А. Для підшипників, що працюють в хімічно агресивному середовищі використовують сталь Х18.

Електротехнічні сталі характеризуються феромагнетизмом – здатністю значно згущувати магнітні силові лінії, що характеризується магнітною проникністю. Вони бувають магнітом’якими та магнітотвердими..

Магнітом’які сталі використовують для виготовлення статорів та роторів електричних машин, сердечників трансформаторів, електромагнітів тощо. Використовують технічно чисте залізо (електротехнічне залізо) марок Э, ЭА, ЭАА та електротехнічну сталь Э11,Э12,Э13, Э21, Э22, Э31, Э32, Э42, Э43, Э1100, Э1200, Э1300, Э3100, Э3200, Э310, Э320, Э330. Перша цифра за літерою Э відповідає вмісту кремнія ( у межах 0,8%…1,8%, 1,8…2,8%, 2,8…3,8%, 3,8…4,8%). Друга цифра характеризує рівень електротехнічних властивостей (чим цифра більша, тим вищі ці властивості). Після перших двох цифр інколи ставлять один або два нулі. Один нуль показує, що сталь холоднокатана текстурована, два нулі- холоднокатана малотекстурована. Текстуровану електротехнічну сталь називають трансформаторною, а не текстуровану – динамною.

Хромонікелеві сплави (пермалої) мають магнітні властивості приблизно у десять разів кращі ніж у електротехнічного заліза. Випускають марок 45Н, 50НХС, 79НМ, 79НМА. Перші дві цифри відповідають вмісту нікеля у відсотках, а наступні літери додаткове легування (Х – хромом, С – кремнієм, М – молібденом). В залежності від фактичних магнітних властивостей поділяють на сплави звичайної якості (без додаткового маркування) та вищої якості (літера А). В окремих випадках використовують сплави алсифер (5,4%Al, 9,6%Si та 85%Fe) пермінвар марок 45НК (45%Ni, 25%Co, 30%Fe), 45НКМ (45%Ni, 25%Co, 7,5%Mo та залізо), 70НК (70%Ni, 7%Co та залізо), пермендюр (50%Co, 1,8%V та залізо), пермалой (30%Ni, 30%Cu та залізо).

Магнітотверді сталі використовують для виготовлення постійних магнітів. Застосовують вуглецеву сталь (У10, У11, У12), хромисту сталь (ЕХ, ЕХ3), кобальтову сталь (ЕХ5К5, ЕХ9К15М2) та сплави системи Fe-Ni-Al які не піддаються механічній обробці (Алні1, Алні2, Алні3, Алнісі, Алніко, Алніко15, Алніко18, магніко).

Арматурна сталь використовується для армування залізобетонних конструкцій у вигляді прутків або дроту. Маркують по класах сталі кожному з яких відповідають певні марки сталі (табл. 3.8). Таблиця 3.8

Класифікація арматурної сталі

Клас сталі	Властивості (не менше)			Марка сталі в залежності від умов поставки
	в МПа (кгс/мм2)	т МПа (кгс/мм2)	, %	Гарячекатана	Термозміцнена
А – І А – ІІ А – ІІІ А – ІV А – V А – VІ А – VІІ А – VІІІ	372 (38) 490 (50) 585 (60) 880 (90) 1030 (105) 1170 (120) 1370 (140) 1560 (160)	235 (25) 294 (30) 390 (40) 585 (60) 780 (80) 980 (100) 1370 (140) 1560 (160)	25 19 14 6 6 5 5 4	Cт3 Ст5, 18Г2С 35ГС, 25ГС2 20ХГ2Ц, 80С 23Х2Г2Т - - -	- - - Ст5 Ст5, 35ГС Ст6, 35ГС 45С 45ГС

Арматурна сталь класів А – І, А – ІІ та А – ІІІ використовують для ненапружених конструкцій, а більш високих класів – для напружених конструкцій.

Сталі з особливими властивостями забезпечують надійну роботу виробів в екстремальних умовах, або надають їм певні фізичні властивості. До них відносять жаростійкість, жароміцність, неіржавіючі та з особливими фізичними властивостями.

Жаростійкі сталі відзначаються стійкістю до хімічного руйнування поверхні у газовому середовищі при температурі вищій 550С. та працюють без навантаження або у слабонавантаженому стані. Їх легують хромом, алюмінієм та кремнієм. При збільшені їх вмісту підвищується робоча температура. Випускають марок 12Х17, 15Х25Т, 12Х8Н9, 10Х23Н18, 12Х25, Н16Г7АР, ЗОХ24Н12С тощо.

Жароміцні сталі здатні сприймати механічні навантаження при високих температурах протягом певного часу. Для виготовлення деталей що працюють при температурах 400…600С використовують сталі марок 12ХМ, 15ХМ, 12Х2МФСР, 15Х2ВМФ тощо, при температурах 600…750С – 09Х14Н16Б, 37Х12Н8Г8МФБ, ХН35ВТЮ тощо, при більш високих температурах – ХН77ТЮ, ХН70ВМТЮ, ХН55ВМТФКЮ тощо.

Неіржавіючі сталі відзначаються стійкістю до електричної корозії за рахунок введення елементів створюючих захисні плівки та підвищуючих електрохімічний потенціал. Вони бувають хромистими та хромонікелевими марок 12Х13, 20Х13, 30Х13, 40Х13, 12Х17, 15Х25Т, 15Х28, 12Х18Н8, 12Х18Н10Е, 10Х14Г14НТ, 10Х17Н13М2Т тощо.

Сталі з особливими фізичними властивостями бувають:

З високим електричним опором (реостатні). Використовуються для виготовлення нагрівальних елементів приладів та печей. Випускають марок Х13Ю4 (фехраль), Х20Н80 (ніхром), Х15Н60 (ніхром), 1Х17ЮА, 1Х25Ю5.

З особливими тепловими властивостями, наприклад з певним коефіцієнтом лінійного розширення. Їх використовують для впаювання у скло, для виготовлення деталей розміри яких не змінюються при коливанні температури у певному діапазоні тощо.

Виплавка сталі здійснюється конверторним, мартенівським або електроплавильним способом.

Конверторний спосіб найбільш поширений (Рис. 3.17). На нього припадає більше половини світової виплавки сталі. Відзначається простотою та дешевизною процеса, відсутністю витрат палива та високою продуктивністю праці. До недоліків відносять залежність якості сталі від хімічного складу перероблюваного чавуну, необхідність розміщувати біля домни, неможливістю переробки великої кількості металобрухту, значне вигоряння заліза та пилоутворення.

Ш

Рисунок 3.17 Схема кисневого конвертора

1-корпус, 2-вогнетривка кладка, 3-водоохолоджувальна фурма, 4-горловина, 5опорні цапфи, 6-випускна горловина

ихтові матеріали: переробний чавун, скрап (до 30%) та флюси. Їх продувають повітрям або технічним киснем. При продувці повітрям сталь насичується азотом, що знижує її механічні властивості. Тому перейшли на продувку киснем. За рахунок активного окислення (вигоряння) домішок розвивається температура до 2000С.

Подачу кисню припиняють по досягненню заданого вмісту вуглецю. Виплавляють вуглецеві сталі з різним вмістом вуглецю киплячі, спокійні та низьколеговані (до 3% легуючих елементів).

М

Рисунок 3.18 Схема роботи мартенівської печі

артенівський спосіб (Рис. 3.18) має свої переваги та недоліки. До переваг відносять більш широкий асортимент вироблюваної сталі (вуглецевої та легованої), можливість переробки необмеженої кількості скрапа та чушкового чавуну будь-якого хімічного складу. Вироблена сталь більш високої якості ніж конвертерна. В залежності від складу шихти розрізняють: скрап-процес (металобрухт 60…70% та чушковий чавун 30…40%) та скрап-рудний процес (рідкий переробний чавун 55…75%, металобрухт 20…50% та збагачена залізна руда 15…30%). Виплавляють вуглецеві конструкційні, інструментальні та низько- і середньолеговані сталі. Недоліки у тому, що низька продуктивність праці (через довготривалість плавки), значні витрати палива та досить висока вартість продукції. Тому їх замінюють на електропечі.

Електроплавильний спосіб дозволяє виплавляти сталі будь-якого хімічного складу з мінімальною кількістю неметалічних вкраплень. До недоліків відносять низьку продуктивність і високу вартість продукції. Плавильні електропечі бувають дуговими та індукційними (Рис. 3.19).

Рисунок 3.19 Схеми електропечей

1-шихта, 2-льотка, 1-трансформатор,

3-електродотримачі, 2-тигель,

4-трансформатор, 3-шихта.

5-електроди, 6-склепіння.

Розвиток машино– та приладобудування ставить зростаючі вимоги до якості метала: його міцності, пластичності, вмісту газів та неметалічних домішок. Поліпшити ці показники можливо зменшивши вміст шкідливих домішок, газів, неметалічних вкраплень. Для цього використовують обробку синтетичними шлаками, вакуумну дегазацію метала, плавку у вакуумних печах, електрошлаковий переплав (ЕШП), вукуумно-дуговий переплав (ВДП), вакуумно-індукційний переплав (ВІП), переплав метала у електронно-променевих та плазмених печах.

Вакуумну дегазацію проводять для зменшення вмісту газів і неметалічних вкраплень. Здійснюють у ковші або при переливанні метала. Ківш з рідкою сталлю розміщують у вакуумні камері з тиском 0,267…0,667кПа. При зниженні тиску виділяються водень та азот пухірці яких захоплюють з собою неметалічні вкраплення. Підвищуються міцність та пластичність сталі.

Електрошлаковий переплав (ЕШП) (Рис. 3.20) зменшує вміст кисню у 1,5…2,0 рази, вміст неметалічних вкраплень у 2…3 рази та понижує концентрацію сірки. Переплавляють виплавлений в електропечах та прокатаний на прутки метал. Джерело тепла – шлакова ванна нагріваєма електричним струмом, що проходить через неї. Електричний струм підводять до переплавляємого електрода 1 зануреного у розплавлений шлак 2. Тепло що виділяється у шлаковій ванні нагріває електрод до температури 1700С і більше та оплавляє його. Краплі рідкого метала 3 проходять через шлак, дуже ефективно очищаються та утворюють під шаром шлака якісний зливок 4. Найчастіше застосовують для виплавки високоякісних марок сталі для підшипників кочення, авіаційних конструкцій, валів компресорів тощо.

Рисунок 3.20 Схема електрошлакового переплава

1 – електрод; 2 – шлак; 3 – краплі метала; 4 – метал

Рисунок 3.21 Схема вакуумно-дугового переплава

1 – електрод; 2 – корпус печі; 3 – затравка; 4 – краплі метала; 5 – метал; 6 – кристалізатор

Вакуумно-дуговий переплав (ВДП) (Рис.3.21) видаляє з металів гази та неметалічні включення. Переплавляють виплавлений в електропечах метал. Витратний електрод 1 встановлюють в корпус печі 2 з тиском до 0,00133кПА. Між електродом і затравкою 3 створюють дуговий розряд. Краплі 4 рідкого метала проходять зону дугового розряда, дегазуються і перетворюються у якісний зливок 5 який охолоджується у мідному охолоджуваному водою кристалізаторі 6. Сильне охолодження зливка та розігрів дугою ванни метала створюють умови для направленого затвердіння. Через це неметалічні включення зосереджуються у верхній частині зливка. Найчастіше застосовують для виготовлення відповідальних деталей турбін, двигунів, авіаційних конструкцій.

Плавку в електронно-променевих печах застосовують для виготовлення чистих і надчистих металів (молібдена, ніобія, цирконія тощо), для виплавки спеціальних сплавів та сталей. Джерело тепла – енергія вільних електронів. Метал плавиться і затвердіває у водоохолоджуваємих кристалізаторах під тиском 1,33*10^-3кПа.

Плавку в плазмених печах застосовують для виготовлення високоякісних сплавів і сталей. Джерело тепла – низькотемпературна плазма (30 000С) створена у плазмових горілках. Відбувається дегазація виплавляємого метала.