W naszych czasach nie można sobie wyobrazić ludzkiej działalności bez korzystania z produktów przemysłu metalurgicznego. Różne metale i stopy dosłownie zalały nasze życie. Stal węglowa, która znalazła aktywne zastosowanie w prawie wszystkich branżach i dziedzinach, nie jest wyjątkiem. gospodarka narodowa. Jego właściwości, cel i skład zostaną omówione w tym artykule.
Definicja
Przede wszystkim wskazujemy, że stal węglowa jest stopem żelaza i węgla. Ponadto zawartość ostatniego elementu nie powinna przekraczać 2,14%. Osobno warto rozważyć klasyfikację. Taką stal można podzielić przez:
- struktura;
- metoda produkcji;
- stopień odtlenienia;
- jakość;
- miejsce docelowe.
Wszystko to zostanie omówione poniżej.
Struktura stopu
Stal węglowa dzieje się:
- hipereutektoid (zawartość węgla jest mniejsza niż 0,8%);
- eutektoid (węgiel ma stężenie 0,8%);
- hipereutektoid (węgiel powyżej 0,8%).
Ta gradacja pozwala określić właściwości stali węglowej.
Metody produkcji
Absolutnie każda stal początkowo oparta jest na żeliwie, które jest następnie przetwarzane przy użyciu specjalnej technologii. Stal węglowa może być wytwarzana za pomocą trzech głównych metod:
- wytapianie konwertorowe;
- topienie w otwartym sercu;
- leczenie elektrotermiczne.
Produkcja stali w konwertorze odbywa się poprzez przedmuchiwanie stopionego żelaza tlenem pod ciśnieniem. Sam konwerter jest piekarnikiem w kształcie gruszki wyłożonym od wewnątrz specjalną cegłą ogniotrwałą. W zależności od muru (dinas SiO2 lub masa dolomitu CaO i MgO) znajduje się wewnątrz konwertora, metoda ta jest dzielona na Bessemera i Thomasa.
Przygotowanie stali w piecu z otwartym paleniskiem sprowadza się do spalania węgla z żeliwa tlenem, który znajduje się nie tylko w powietrzu, ale także w tlenkach żelaza, które wchodzą do pieca w postaci złomu i rudy żelaza.
Metoda otwartego paleniska, w przeciwieństwie do metody konwertorowej, polega na kontrolowaniu składu chemicznego gotowego produktu na wylocie poprzez wprowadzenie metalowych składników w wymaganej proporcji. Niestety, pomimo swoich zalet, otwarta metoda produkcji stali nie jest już aktualna ze względu na jej technologiczne zacofanie i zbyt wiele szkodliwych emisji do środowiska.
W piecach elektrotermicznych produkowana jest stal najwyższej jakości. Jest to możliwe, ponieważ prawie żadne powietrze nie dostaje się do pieca z zewnątrz. Z tego powodu szkodliwy tlenek żelaza prawie się nie tworzy, a mianowicie zmniejsza właściwości stali i zanieczyszcza ją. Ponadto temperatura w piecu nie spada poniżej 1650 ° C, co z kolei pozwala na usunięcie niepożądanych zanieczyszczeń w postaci fosforu i siarki.
Opłata za takie piece może być różna: żeliwo może przeważać w ilości, ale czasami złom metalowy stanowi większość. Możliwe jest również stopowanie stali z materiałami bardzo ogniotrwałymi - wolframem i molibdenem. Być może jedyną znaczącą wadą tej metody produkcji stali jest jej energochłonność, ponieważ można wyprodukować do 800 kW / h na tonę wytopionej masy.
Składniki chemiczne
Skład stali węglowej jest wart bardziej szczegółowego rozważenia. Najpierw zwracamy uwagę na węgiel. Jest to ten pierwiastek, który ma bezpośredni wpływ na wytrzymałość i twardość stali: im bardziej, tym wyższe są powyższe cechy, a plastyczność jest zmniejszona.
Mangan i krzem nie są składnikami mającymi znaczący wpływ na właściwości stali. W procesie wytapiania wprowadza się je w celu rozszczepienia.
Siarka jest uważana za niezwykle szkodliwe zanieczyszczenie. Z tego powodu stal staje się krucha podczas wstępnej obróbki ciśnieniowej. Siarka zmniejsza również wytrzymałość, odporność na zużycie i korozję.
Fosfor prowadzi do zimnej kruchości - kruchości w niskich temperaturach.
Ferryt wprowadza do stali miękką i plastikową mikrostrukturę. Jego antypodem jest cementyt - węglik żelaza, który zwiększa twardość.
Rodzaje obróbki cieplnej
Stale węglowe, których stosowanie jest możliwe niemal wszędzie, gdzie dana osoba prowadzi swoje życie, mogą znacznie zmienić swoje właściwości mechaniczne. Aby to zrobić, należy wykonać obróbkę cieplną, której celem jest zmiana struktury stali podczas ogrzewania, starzenia i późniejszego chłodzenia na podstawie specjalnego reżimu.
Istnieją takie rodzaje obróbki cieplnej:
- Wyżarzanie - zmniejsza twardość i rozdrabnia ziarna, zwiększa urabialność, wytrzymałość i ciągliwość, zmniejsza naprężenia wewnętrzne, eliminuje niejednorodności strukturalne.
- Normalizacja - koryguje strukturę przegrzanej i odlewanej stali, eliminuje wtórną sieć cementytową w stali hipereutektoidalnej.
- Hartowanie - pozwala uzyskać najwyższą twardość i siłę.
- Wakacje
Zróżnicowanie zgodnie z przeznaczeniem
Stal węglowa dzieli się na dwie duże grupy:
- instrumentalny;
- strukturalne (rozróżniać zwykłe, wysokiej jakości i automatyczne odmiany).
Stale zwykłe są oznaczone literami „St” i liczbą od 0 do 6. Wszystkie stale o numerach od 1 do 4 wytwarzane są w stanie wrzenia, półstabilnym i spokojnym. Liczby 5 i 6 mogą być spokojne lub pół-spokojne. Ponadto stale te są podzielone na trzy duże grupy: A, B, C.
- Grupa A. Im wyższa liczba w oznakowaniu stalowym, tym większa wytrzymałość.
- Grupa B. Wraz ze wzrostem liczby rośnie zawartość węgla.
- Grupa B. Właściwości mechaniczne odpowiadają grupie A, skład chemiczny odpowiada grupie B o tej samej liczbie.
Najczęściej w budownictwie stosuje się typy St1 i St2. To te marki są zaangażowane w tworzenie zbiorników, rurociągów, kolumn. St3 i St 4 są istotne przy budowie konstrukcji, a także z nich wykonuje się zbrojenie do betonu zbrojonego. Stal węglowa GOST 380-2005 stanowi podstawę dla blachy stalowej, okrągłej, dwuteownika i stali kanałowej.
Stal wysokiej jakości charakteryzuje się taniością i jakością. Oznacz je w następujący sposób: od 08 do 85 z prefiksem na końcu „PS” (półsztywny), „SP” (spokojny), „KP” (wrzący). Liczby wskazują stężenie węgla w setnych procentach.
Stale narzędziowe są wykorzystywane do produkcji trzech głównych grup narzędzi: cięcie, pomiar, tłoczenie. Liczby na etykiecie wskazują zawartość węgla w dziesiętnych procentach.
Narażenie chemiczne
Stale węglowe i stopowe mogą być poddawane specjalnym zabiegom.
Jednym z nich jest cementacja - proces reprezentujący nasycenie dyfuzyjne warstwy powierzchniowej stali węglem po podgrzaniu w odpowiednim ośrodku. Ostatecznym celem operacji jest uzyskanie wysokiej twardości powierzchni i odporności na zużycie dzięki lepkiemu rdzeniu. Cementowanie może również nastąpić w stałym gaźniku, który jest mieszaniną węgla drzewnego i dwutlenku węgla.
Azotowanie stali to proces polegający na nasyceniu dyfuzyjnym warstwy powierzchniowej stali azotem. Ta procedura jest przeprowadzana w atmosferze amoniaku w temperaturze w zakresie 500-700 stopni Celsjusza. Azotowanie przeprowadza się w celu uzyskania powierzchni części, która jest odporna na zużycie i korozję i ma dużą twardość.
Borirovanie - górna warstwa stali jest nasycona borem. Odbywa się to w celu zwiększenia odporności na zużycie, odporności na ciepło i twardości.
Ponadto, aby uzyskać powierzchnie odporne na ciepło, stosuje się aliasing - nasycenie stali aluminium.
Gatunki stopowej stali węglowej
Ta duża grupa podzielona jest na konstrukcyjne, narzędziowe i stalowe o szczególnych właściwościach. Pierwsze są wykorzystywane do produkcji kół zębatych, tulei, sworzni i części pracujących w wyjątkowo trudnych warunkach stresowych. Ponadto do tej grupy należą stale sprężynowe i stalowe.
Narzędzia tnące i pomiarowe wykonane są ze stali narzędziowych.
Szczególne cechy opisywanego materiału przejawiają się w jego skali i odporności na ciepło. Można również uwzględnić gatunki stali nierdzewnej.
Wniosek
Jak już zrozumiałeś na podstawie powyższego, jednym z najbardziej poszukiwanych obecnie materiałów jest stal węglowa (jej przeznaczenie ma szeroki zakres). Jest to stosunkowo niedroga podstawa do tworzenia wielu maszyn, mechanizmów, części, konstrukcji, budynków, budowli i ogólnie większości tego, co nas otacza. Światowi liderzy w produkcji stali nazywani są teraz Chinami, Japonią, Niemcami i Stanami Zjednoczonymi. To te kraje nadają ton metalurgii na naszej planecie.
