Oţel

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 25 ianuarie 2022; verificările necesită 7 modificări .
Oţel
Fazele aliajelor fier-carbon
  1. Ferită ( soluție solidă de C interstițial în α - fier cu rețea cubică centrată pe corp)
  2. Austenită ( soluție solidă de C interstițial în γ - fier cu o rețea cubică centrată pe față)
  3. Cementită (carbură de fier; fază metastabilă cu conținut ridicat de carbon Fe 3 C)
  4. Faza ridicată de carbon stabilă din grafit
Structuri din aliaje fier-carbon
  1. Ledeburit ( un amestec eutectic de cristale de cementită și austenită, care se transformă în perlit la răcire)
  2. Martensită (o soluție solidă foarte suprasaturată de carbon în α - fier cu o rețea tetragonală centrată pe corp)
  3. Perlit ( un amestec eutectoid format din lamele subțiri alternante de ferită și cementită)
  4. Sorbitol (perlit dispersat)
  5. Troostita (perlit foarte dispersat)
  6. Bainitul (învechit: troostita aciculară) este un amestec ultrafin de cristale de martensită cu conținut scăzut de carbon și carburi de fier
Deveni
  1. Oțel de structură (până la 0,8% C )
  2. Oțel cu conținut ridicat de carbon (până la ~2% C ): sculă , matriță , arc , viteză mare
  3. Oțel inoxidabil ( aliat cu crom )
  4. Oțel rezistent la căldură
  5. otel rezistent la caldura
  6. oțel de înaltă rezistență
fontă
  1. Fontă albă (frapantă, conține ledeburit și nu conține grafit)
  2. Fontă cenușie ( grafit sub formă de plăci)
  3. Fontă ductilă (grafit în fulgi)
  4. Fontă ductilă (grafit sub formă de sferoide)
  5. Fontă pe jumătate (conține atât grafit, cât și ledeburit)

Oțel (din germanul  Stahl ) [1]  - un aliaj de fier cu carbon (și alte elemente), care conține cel puțin 45% fier și în care conținutul de carbon este în intervalul de la 0,02 la 2,14 % , iar conținutul este de la 0 , 6% până la 2,14% corespunde oțelului cu conținut ridicat de carbon . Dacă conținutul de carbon din aliaj depășește 2,14%, atunci un astfel de aliaj se numește fontă . Oțelurile moderne cu pulbere, cum ar fi ZDP-189, pot conține de la 2,9% la 3,0% carbon, ceea ce, totuși, nu le face din fontă. Carbonul conferă aliajelor rezistență și duritate , reducând ductilitatea și duritatea .

Oțelurile cu proprietăți elastice foarte mari sunt utilizate pe scară largă în fabricarea de mașini și instrumente. În inginerie mecanică, ele sunt utilizate pentru fabricarea de arcuri , amortizoare , arcuri de putere în diverse scopuri, în instrumentare - pentru numeroase elemente elastice: membrane, arcuri, plăci relee , burduf , vergeturi, suspensii.

Arcurile, arcurile mașinilor și elementele elastice ale dispozitivelor se caracterizează printr-o varietate de forme, dimensiuni, diferite condiții de funcționare. Particularitatea muncii lor este că sub sarcini statice, ciclice sau de șoc mari, deformarea reziduală nu este permisă în ele. În acest sens, toate aliajele de arc, pe lângă proprietățile mecanice caracteristice tuturor materialelor structurale (rezistență, ductilitate, tenacitate, anduranță), trebuie să aibă o rezistență ridicată la mici deformații plastice. În condiții de încărcare statică de scurtă durată, rezistența la mici deformații plastice se caracterizează prin limita elastică, iar în condiții de încărcare statică sau ciclică de lungă durată, prin rezistența la relaxare [2] .

Istoria oțelului

Cele mai vechi exemplare cunoscute au fost descoperite în timpul săpăturilor din Anatolia (Turcia). Au aproximativ 3800 de ani și datează din 1800 î.Hr. [3] [4] Oțelul indian sa bucurat de o înaltă reputație în antichitate. Bulat medieval , cunoscut pe scară largă în Asia Centrală și Europa de Est , provine din oțel indian [5] . Oțelul a fost învățat să fie produs la sfârșitul epocii Antichității și în Europa de Vest. Conform anumitor indicatori (elasticitate), copia spaniolă a fost realizată din oțel . Oțelul a făcut posibilă concentrarea de la momentul de străpungere la momentul tăietor și trecerea la sabie (prin sabie ). În Evul Mediu, oțelul a fost utilizat pe scară largă pentru fabricarea armelor cu tăiș ( sabie romanică , săbii Ulfbert ). Oțelul Damasc era cunoscut în Orientul Mijlociu , din care shamshir a fost forjat . În Japonia medievală , celebrele katana , wakizashi și tanto erau făcute din oțel tamahagane . Există o versiune conform căreia săbiile japoneze din secolele XI-XIII au fost create din oțel aliat cu un amestec de molibden [6] . În Europa, oțelul a făcut posibilă prelungirea săbiilor, care mai târziu au evoluat într-o sabie (în secolul al XV-lea ) și o spadă .

Tehnologia oțelului turnat a fost inventată de inginerul englez Gentsman , cu toate acestea, a pătruns în Europa continentală abia la începutul secolului al XIX-lea (mulțumită lui Krupp ). Artileria cu pușcă din 1854 a fost realizată din oțel ( Armstrong Gun ). În secolul al XX-lea, oțelul a început să fie folosit pentru fabricarea blindajului tancurilor [7] . În armata Kaiserului Germaniei în timpul Primului Război Mondial , au apărut căștile de oțel ( stalhelm ).

Clasificarea oțelurilor

Există multe modalități de clasificare a oțelurilor, de exemplu, după scop, după compoziția chimică, după calitate, după structură.

După scop, oțelurile sunt împărțite în mai multe categorii, cum ar fi oțeluri de structură, oțeluri rezistente la coroziune (inoxidabil), oțeluri pentru scule, oțeluri termorezistente, oțeluri criogenice.

După compoziția chimică, oțelurile se împart în carbon [8] și aliate [9] ; inclusiv prin conținutul de carbon - în conținut scăzut de carbon (până la 0,25% C), mediu de carbon (0,3-0,55% C) și cu conținut ridicat de carbon (0,6-2,14% C); oțelurile aliate în funcție de conținutul de elemente de aliere se împart în slab aliate - până la 4% din elementele de aliere, mediu aliate - până la 11% din elementele de aliere și înalt aliate - peste 11% din elementele de aliere.

Oțelurile, în funcție de metoda de producție, conțin cantități diferite de incluziuni nemetalice . Conținutul de impurități stă la baza clasificării oțelurilor după calitate: calitate obișnuită, calitate înaltă, calitate superioară și calitate extra înaltă.

Conform structurii, oțelul este împărțit în austenitic , feritic , martensitic , bainitic și perlitic . Dacă structura este dominată de două sau mai multe faze, atunci oțelul este împărțit în două faze și mai multe faze.

Caracteristicile oțelului

Oțel tungsten crom nichel 15,5 W/(m K)
Oțel cromat 22,4 W/(m K)
oțel molibden 41,9 W/(m K)
Oțel carbon (grad 30) 50,2 W/(m K)
Oțel carbon (gradul 15) 54,4 W/(m K)
Oțel duraluminiu 56,3 W/(m K)
oțel St3 (gradul 20) 1/°C
oţel inoxidabil 1/°C
otel de constructie 373—412 MPa
oțel silicon-crom-mangan 1,52 GPa
oțel de inginerie (carbon) 314—785 MPa
șină de oțel 690—785 MPa


Metoda de producere

Esența procesului de prelucrare a fontei în oțel este reducerea la concentrația dorită a conținutului de carbon și impurități nocive - fosfor și sulf, care fac oțelul fragil și casant. În funcție de metoda de oxidare a carbonului, există diferite moduri de prelucrare a fontei în oțel: convertor , focar deschis și electrotermic . Oțelul de înaltă calitate se obține și ca rezultat al reciclării, prelucrării și topirii deșeurilor de oțel.

Tehnologia de producție a oțelului

Fonta brută sau de turnătorie în formă topită sau solidă și produsele care conțin fier obținute prin reducere directă (fierul burete) constituie, împreună cu deșeurile și deșeurile metalice, materiile prime pentru producția de oțel. Unii aditivi care formează zgură, cum ar fi var , spat fluor , dezoxidanți (de exemplu feromangan , ferosiliciu , aluminiu ) și diferite elemente de aliere sunt adăugați acestor materiale .

Procesele de producție a oțelului sunt împărțite în două metode principale și anume: procesul convertor, în care fonta topită din convertor este rafinată din impurități prin purjare cu oxigen și procesul vatră, pentru care se folosesc cuptoare cu focar deschis sau electrice.

Procesele cu convertizor nu necesită o sursă externă de căldură. Sunt utilizate atunci când sarcina constă în principal din fontă topită. Reacțiile de oxidare exotermă ale unora dintre elementele prezente în fontă (cum ar fi carbonul, fosforul, siliciul și manganul) asigură suficientă căldură pentru a menține topitura în stare lichidă și chiar pentru a permite retopirea resturilor adăugate. Aceste procese includ acelea în care oxigenul pur este suflat în metalul topit (procesele Linz-Donawitz: LD sau LDAS, OBM, OLP, Kaldo și altele), și astfel de procese, acum învechite, care folosesc aer, uneori îmbogățit cu oxigen. (procesele Thomas și Bessemer).

Procesele de jos necesită o sursă de căldură externă. Ele sunt utilizate atunci când materia primă este o încărcătură solidă (de exemplu, deșeuri sau resturi, fier din burete și fontă dur). Cele două procese principale din această categorie sunt procesul cu vatră deschisă, în care încălzirea se realizează prin arderea petrolului sau gazului , și procesele de fabricare a oțelului în cuptoare cu arc sau cu inducție, unde încălzirea este realizată cu energie electrică.

Pentru producerea unor tipuri de oțel se pot utiliza succesiv două procese diferite (proces duplex). De exemplu, procesul de topire poate începe într-un cuptor cu vatră deschisă și se poate termina într-un cuptor electric; sau oțelul topit într-un cuptor electric poate fi drenat într-un convertor special unde decarburarea este finalizată prin suflarea de oxigen și argon într-o baie de lichid (un proces folosit, de exemplu, pentru a produce oțel inoxidabil).

Au apărut multe procese noi pentru producerea oțelurilor cu compoziții speciale sau proprietăți speciale. Aceste procese includ retopirea cu arc în vid, topirea cu fascicul de electroni și retopirea zgurii electrice. În toate aceste procese, oțelul este obținut dintr-un electrod retopit, care, atunci când este topit, începe să picure în matriță. Matrița poate fi realizată dintr-o singură bucată, sau fundul acesteia poate fi detașabil, astfel încât turnarea întărită să poată fi îndepărtată de dedesubt.

Oțelul lichid obținut prin procedeele de mai sus, cu sau fără rafinare ulterioară, este turnat într-o oală. În această etapă, i se pot adăuga elemente de aliere sau dezoxidanți. Procesul poate fi efectuat și în vid, ceea ce reduce conținutul de impurități gazoase din oțel. Otelurile obtinute prin aceste procedee se clasifica in functie de continutul lor de elemente de aliere in "oteluri nealiate" si "oteluri aliate" (oteluri rezistente la coroziune sau alte tipuri). Ele sunt în continuare subdivizate în funcție de proprietățile lor individuale, cum ar fi oțel de tăiere liberă, oțel electric siliconic, oțel de mare viteză sau oțel siliciu mangan [11] .

Metoda de obținere a oțelului cu convertizor de oxigen

În procesele BOF, oțelul este obținut prin oxidarea excesului de carbon și a altor impurități de fier cu oxigen, care este suflat prin fier topit sub presiune în cuptoare speciale de transformare. Convertorul este un cuptor din oțel în formă de pară, căptușit cu cărămizi refractare în interior. Convertorul se poate roti în jurul propriei axe. Materialul său de căptușeală este fie dinas (care constă în principal din SiO 2 , care are proprietăți acide), fie masa dolomită (un amestec de CaO și MgO), care sunt obținute din dolomit MgCO 3 CaCO 3 . Această masă are proprietăți de bază. În funcție de materialul căptușelii cuptorului, metoda convertorului este împărțită în două tipuri: Bessemer și Thomas.

metoda lui Bessemer

Metoda Bessemer prelucrează fontele care conțin puțin fosfor și sulf și bogate în siliciu (cel puțin 2%). Când oxigenul este suflat, siliciul este mai întâi oxidat cu eliberarea unei cantități semnificative de căldură. Ca urmare, temperatura inițială a fontei crește rapid de la aproximativ 1300 ° C la 1500-1600 ° C. Arsurarea 1% Si determină o creștere a temperaturii cu 200 ° C. La aproximativ 1500 °C, începe arderea intensă a carbonului. Odată cu acesta, fierul este, de asemenea, intens oxidat, în special spre sfârșitul arderii de siliciu și carbon:

  • Si + O 2 \u003d SiO 2
  • 2 C + O 2 \u003d 2 CO ↑
  • 2 Fe + O 2 \u003d 2 FeO

Monoxidul de fier FeO rezultat se dizolvă bine în fonta topită și trece parțial în oțel și reacţionează parțial cu SiO 2 și sub formă de silicat de fier FeSiO 3 trece în zgură:

  • FeO + SiO2 = FeSiO3

Fosforul trece complet din fontă în oțel, astfel încât P 2 O 5 cu un exces de SiO 2 nu poate reacționa cu oxizii bazici, deoarece SiO 2 reacționează mai viguros cu aceștia din urmă. Prin urmare, fontele cu fosfor nu pot fi prelucrate în oțel în acest mod.

Toate procesele din convertor decurg rapid - în 10-20 de minute, deoarece oxigenul aerului suflat prin fontă reacționează imediat cu substanțele corespunzătoare în întregul volum al metalului. Când suflați cu aer îmbogățit cu oxigen, procesele sunt accelerate. Monoxidul de carbon CO, format în timpul arderii carbonului, se ridică sub formă de bule de gaz, ardând deasupra suprafeței topiturii cu formarea unei flăcări strălucitoare deasupra gâtului convertorului, care scade pe măsură ce carbonul se arde și apoi dispare complet. , care este un semn al sfârșitului procesului. Oțelul rezultat conține cantități semnificative de monoxid de fier FeO dizolvat, ceea ce reduce foarte mult calitatea oțelului. Prin urmare, înainte de turnare, oțelul trebuie dezoxidat folosind diverși dezoxidanți - ferosiliciu, feromangan sau aluminiu:

  • 2 FeO + Si = 2 Fe + SiO 2
  • FeO + Mn = Fe + MnO
  • 3 FeO + 2Al \u003d 3 Fe + Al 2 O 3

Monoxidul de mangan MnO ca oxid de bază reacţionează cu SiO 2 şi formează silicatul de mangan MnSiO 3 , care trece în zgură. Oxidul de aluminiu, ca substanță insolubilă în aceste condiții, plutește și el în vârf și trece în zgură. În ciuda simplității și productivității sale ridicate, metoda Bessemer nu este acum foarte comună, deoarece are o serie de dezavantaje semnificative. Deci, fonta pentru metoda Bessemer ar trebui să aibă cel mai mic conținut de fosfor și sulf, ceea ce este departe de a fi întotdeauna posibil. Cu această metodă, are loc o ardere foarte mare a metalului, iar randamentul oțelului este de numai 90% din masa fontei și se consumă și o mulțime de deoxidanți. Un dezavantaj serios este imposibilitatea reglementării compoziției chimice a oțelului.

Oțelul Bessemer conține de obicei mai puțin de 0,2% carbon și este folosit ca fier tehnic pentru producția de sârmă, șuruburi, fier pentru acoperiș etc.

Acest proces este în prezent depreciat.

Felul lui Thomas

Metoda Thomas prelucrează fonta cu un conținut ridicat de fosfor (mai mult de 2%). Principala diferență dintre această metodă și metoda Bessemer este că căptușeala convertorului este făcută din oxizi de magneziu și calciu. În plus, se adaugă până la 15% CaO în fontă. Ca urmare, substanțele care formează zgură conțin un exces semnificativ de oxizi cu proprietăți de bază.

În aceste condiții, anhidrida fosforică P 2 O 5 , care apare în timpul arderii fosforului, interacționează cu un exces de CaO pentru a forma fosfat de calciu, trece în zgură:

  • 4 P + 5 O 2 \u003d 2 P 2 O 5
  • P 2 O 5 + 3 CaO \u003d Ca 3 (PO 4 ) 2

Reacția de ardere a fosforului este una dintre principalele surse de căldură în această metodă. Când se arde 1% fosfor, temperatura convertorului crește cu 150 °C. Sulful este eliberat în zgură sub formă de sulfură de calciu CaS, insolubilă în oțel topit, care se formează ca urmare a interacțiunii FeS solubil cu CaO conform reacției.

  • FeS + CaO = FeO + CaS

Toate aceste din urmă procese au loc în același mod ca în metoda Bessemer. Dezavantajele metodei Thomas sunt aceleași cu cele ale metodei Bessemer. Oțelul Thomas este, de asemenea, cu conținut scăzut de carbon și este folosit ca fier tehnic pentru producția de sârmă, fier pentru acoperiș etc.

În URSS, metoda Thomas a fost folosită pentru a prelucra fonta fosforată obținută din minereul de fier brun Kerch . Zgura rezultată conţine până la 20 % P2O5 . Se măcina și se folosește ca îngrășământ fosfat pe solurile acide.

Metoda este învechită și acum este aproape scoasă din producție.

Cuptor cu vatră deschisă

Metoda cu vatră deschisă diferă de metoda convertor prin faptul că arderea excesului de carbon în fontă are loc nu numai în detrimentul oxigenului din aer, ci și al oxigenului oxizilor de fier, care sunt adăugați sub formă de minereu de fier și resturi de fier ruginit. .

Cuptorul cu focar este alcătuit dintr-o baie de topire acoperită cu un acoperiș din cărămizi refractare și camere speciale de regenerare pentru preîncălzirea aerului și gazului combustibil. Regeneratoarele sunt umplute cu cărămizi refractare. Când primele două regeneratoare sunt încălzite de gazele cuptorului, gazele combustibile și aerul sunt suflate în cuptor prin al treilea și al patrulea regenerator fierbinte. După un timp, când primele două regeneratoare sunt încălzite, fluxul de gaz este direcționat în direcția opusă și așa mai departe.

Băile de topire ale cuptoarelor puternice cu vatră deschisă au o lungime de până la 16 m, o lățime de până la 6 m și o înălțime de peste 1 m. Capacitatea acestor băi ajunge la 500 de tone de oțel. Resturile de fier și minereul de fier sunt încărcate în baia de topire. Calcarul este, de asemenea, adăugat la încărcătură ca flux. Temperatura cuptorului este menținută la 1600-1700 °C și peste. Arderea impurităților de carbon și fier în prima perioadă de topire are loc în principal din cauza unui exces de oxigen în amestecul combustibil cu aceleași reacții ca și în convertor, iar când se formează un strat de zgură peste fierul topit, din cauza oxizilor de fier:

  • 4 Fe 2 O 3 + 6 Si \u003d 8 Fe + 6 SiO 2
  • 2 Fe 2 O 3 + 6 Mn \u003d 4 Fe + 6 MnO
  • Fe 2 O 3 + 3 C \u003d 2 Fe + 3 CO ↑
  • 5 Fe 2 O 3 + 2 P \u003d 10 FeO + P 2 O 5
  • FeO + C \u003d Fe + CO ↑

Datorită interacțiunii oxizilor bazici și acizi, se formează silicați și fosfați, care trec în zgură. Sulful trece și în zgură sub formă de sulfură de calciu:

  • MnO + SiO2 = MnSiO3
  • 3 CaO + P 2 O 5 \u003d Ca 3 (PO 4 ) 2
  • FeS + CaO = FeO + CaS

Cuptoarele cu focar deschis, precum convertoarele, funcționează periodic. După turnarea oțelului, cuptorul este încărcat din nou cu încărcătură etc. Procesul de prelucrare a fontei în oțel în cuptoare cu focar deschis are loc relativ lent în 6-7 ore. Spre deosebire de un convertor, în cuptoarele cu focar deschis, se poate controla cu ușurință compoziția chimică a oțelului adăugând resturi de fier și minereu la fontă într-o proporție sau alta. Înainte de sfârșitul topirii, încălzirea cuptorului este oprită, zgura este drenată și apoi se adaugă dezoxidanți. În cuptoarele cu focar deschis se poate obține și oțel aliat. Pentru a face acest lucru, la sfârșitul topiturii, metalele sau aliajele corespunzătoare sunt adăugate la oțel.

Pentru 2009, cuptoarele de lucru cu vatră deschisă au supraviețuit doar în Rusia, Ucraina și India. În 2018, ultimul cuptor mare cu vatră deschisă din Rusia a fost închis [12] . După aceea, această metodă de producție a oțelului a fost păstrată numai în Ucraina.

Metoda electrotermală

Metoda electrotermală are o serie de avantaje față de metoda cu vatră deschisă și mai ales de metoda convertor. Această metodă face posibilă obținerea oțelului de foarte înaltă calitate și controlul precis al compoziției sale chimice. Accesul aerului la cuptorul electric este nesemnificativ, prin urmare, se formează mult mai puțin monoxid de fier FeO, care poluează oțelul și îi reduce proprietățile. Temperatura în cuptorul electric nu este mai mică de 1650 °C. Acest lucru face posibilă topirea oțelului pe zguri de bază (care sunt greu de topit), în care fosforul și sulful sunt îndepărtate mai complet. În plus, datorită temperaturii foarte ridicate din cuptoarele electrice, este posibilă aliarea oțelului cu metale refractare - molibden și wolfram. Dar în cuptoarele electrice se consumă multă energie electrică - până la 800 kWh per 1 tonă de oțel. Prin urmare, această metodă este utilizată numai pentru a obține oțel special de înaltă calitate.

Cuptoarele electrice vin în diferite capacități - de la 0,5 la 180 de tone. Căptușeala cuptorului este de obicei realizată din refractar periclază-carbon, iar acoperișul cuptorului este din refractar magnezit-cromit. Compoziția taxei poate fi diferită. În cele mai multe cazuri, cuptoarele electrice folosesc 100% fier vechi. Uneori încărcătura constă în 90% fier vechi și 10% fier, uneori este dominată de fontă cu aditivi într-o anumită proporție de minereu de fier și resturi de fier. La încărcătură se adaugă, de asemenea, calcar sau var ca flux . Procesele chimice în fabricarea oțelului în cuptoarele electrice sunt aceleași ca și în cuptoarele cu focar deschis.

Proprietățile oțelului

Proprietăți fizice

  • densitatea ρ ≈ 7,86 g/cm3 ( sau 7800 kg/m3 ) ;
  • coeficientul de dilatare termică liniară α = (11…13) 10 −6 K −1 ;
  • coeficient de conductivitate termică k = 58 W/(m K);
  • Modulul Young E = 210 GPa;
  • modulul de forfecare G = 80 GPa;
  • Raportul lui Poisson ν = 0,28…0,30;
  • rezistivitate electrică (20 ° C, 0,37-0,42% carbon) \u003d 1,71 10 -7 Ohm m.

Dependența proprietăților de compoziție și structură

Proprietățile oțelurilor depind de compoziția și structura lor, care sunt formate din prezența și procentul următoarelor componente:

  • Carbonul  este un element, cu o creștere a conținutului căruia în oțel, duritatea și rezistența acestuia cresc , în timp ce ductilitatea scade .
  • Siliciul și manganul (în interval de 0,5 ... 0,7%) nu au un efect semnificativ asupra proprietăților oțelului. Aceste elemente sunt introduse în majoritatea claselor de oțel carbon și slab aliat în timpul operațiunii de dezoxidare (întâi feromangan, apoi ferosiliciu, ca feroaliaje ieftine dezoxidante).
  • Sulful este o impuritate dăunătoare care formează compusul chimic FeS (sulfură de fier) ​​cu fierul. Sulfura de fier din oțel formează un eutectic cu fierul cu un punct de topire de 1258 K, care provoacă fragilitatea materialului în timpul tratamentului sub presiune cu încălzire. Eutecticul specificat se topește în timpul tratamentului termic, în urma căruia legătura dintre boabe se pierde odată cu formarea de fisuri. În plus, sulful reduce ductilitatea și rezistența oțelului, rezistența la uzură și rezistența la coroziune.
  • Fosforul este, de asemenea, o impuritate dăunătoare, deoarece conferă oțelului fragilitate la rece ( fragilitate la temperaturi scăzute) [13] . Acest lucru se datorează faptului că fosforul provoacă o puternică segregare intracristalină. Există însă o grupă de oțeluri cu conținut ridicat de fosfor, așa-numitele „oțeluri automate”, produse metalice din care se prelucrează ușor prin așchiere (de exemplu, șuruburi, piulițe etc. la strungurile cu turelă semiautomate) .
  • Ferita  este fier cu o rețea cristalină centrată pe corp. Aliajele pe bază de acesta au o microstructură moale și ductilă.
  • Cementitul  - carbură de fier, un compus chimic cu formula Fe 3 C, dimpotrivă, dă duritate oțelului. Când cementitul liber apare în structura oțelului hipereutectoid (la C mai mult de 0,8%), o relație clară între conținutul de carbon și complexul de proprietăți mecanice dispare: duritate, rezistență la impact și rezistență.
  • Perlitul  este un amestec eutectoid (mecanic fin dispersat) din două faze - ferită și cementită, conține 1/8 de cementită (mai exact, după regula „pârghiei", dacă neglijăm solubilitatea carbonului în ferită la temperatura camerei - 0,8 / 6,67) și, prin urmare, are rezistență și duritate crescute în comparație cu ferita. Prin urmare, oțelurile hipoeutectoide sunt mult mai ductile decât cele hipereutectoide.

Otelurile contin pana la 2,14% carbon. Fundamentul științei oțelului ca aliaj de fier cu carbon este diagrama de stare a aliajelor fier-carbon  - o reprezentare grafică a stării de fază a aliajelor fier-carbon în funcție de compoziția lor chimică și de temperatură. Aliarea este utilizată pentru a îmbunătăți caracteristicile mecanice și alte caracteristici ale oțelurilor. Scopul principal al alierei marii majorități a oțelurilor este creșterea rezistenței datorită dizolvării elementelor de aliere în ferită și austenită, formării de carburi și creșterii întăririi. În plus, elementele de aliere pot crește rezistența la coroziune, rezistența la căldură, rezistența la căldură etc. Elemente precum crom, mangan, molibden, wolfram, vanadiu, titan formează carburi, în timp ce nichelul, siliciul, cuprul, aluminiul nu formează carburi. În plus, elementele de aliere reduc viteza critică de răcire în timpul călirii, care trebuie luată în considerare la atribuirea modurilor de întărire (temperatura de încălzire și mediu de răcire). Cu o cantitate semnificativă de elemente de aliere, structura se poate schimba semnificativ, ceea ce duce la formarea de noi clase structurale în comparație cu oțelurile carbon.

Prelucrarea oțelului

Tipuri de tratament termic

Oțelul în stare inițială este destul de plastic, poate fi prelucrat prin deformare (presiune): forjare, laminare, ștanțare. O trăsătură caracteristică a oțelului este capacitatea sa de a-și modifica semnificativ proprietățile mecanice după tratamentul termic, a cărui esență este schimbarea structurii de oțel în timpul încălzirii, menținerii și răcirii, conform unui regim special. Există următoarele tipuri de tratament termic:

  • recoacere;
  • normalizare;
  • întărire;
  • concediu de odihna.

Cu cât oțelul este mai bogat în carbon, cu atât este mai dur după călire. Oțelul cu un conținut de carbon de până la 0,3% (fier comercial) practic nu este călit.

Tratarea chimico-termică a oțelurilor

Tratamentul chimico-termic al oțelurilor, pe lângă modificările structurii oțelului, duce și la o modificare a compoziției chimice a stratului de suprafață prin adăugarea diferitelor substanțe chimice la o anumită adâncime a stratului de suprafață. Aceste proceduri necesită utilizarea sistemelor de încălzire și răcire controlate în medii speciale. Printre cele mai comune obiective legate de utilizarea acestor tehnologii se numără creșterea durității suprafeței cu vâscozitate mare a miezului, reducerea forțelor de frecare, îmbunătățirea rezistenței la uzură, îmbunătățirea rezistenței la oboseală și îmbunătățirea rezistenței la coroziune. Aceste metode includ:

  • Carburarea (C) crește duritatea suprafeței oțelului moale datorită creșterii concentrației de carbon în straturile de suprafață.
  • Nitrurarea (N), ca și cementarea, crește duritatea suprafeței și rezistența la uzură a oțelului.
  • Cianurea și nitrocarburarea (N + C) este un proces de saturare simultană a suprafeței oțelurilor cu carbon și azot. La cianurare se folosesc topituri de sare care au o grupare NaCN in compozitie, iar la nitrocarburare se foloseste un amestec de amoniac cu gaze care contin carbon (CO, CH 4 etc.). După cianurare și nitrocarburare, se efectuează călirea și revenirea scăzută.
  • Sulfarea (S) - saturarea suprafeței cu sulf îmbunătățește rularea suprafețelor de frecare ale pieselor, coeficientul de frecare scade.

Soiuri ale unor oțeluri

Clase de oțel tratament termic Duritate (suprafața miezului)
35 normalizare 163-192HB
40 îmbunătăţire 192-228HB
45 normalizare 179-207HB
45 îmbunătăţire 235-262HB
55 întărire și revenire ridicată 212-248HB
60 întărire și revenire ridicată 217-255HB
70 întărire și revenire ridicată 229-269HB
80 întărire și revenire ridicată 269-302HB
U9 recoacerea 192HB
U9 întărire 50-58HRC
U10 recoacerea 197HB
U10 întărire 62-63HRC
40X îmbunătăţire 235-262HB
40X îmbunătățire + întărire cu curent ridicat frecvente 45-50 HRC; 269-302HB
40HN îmbunătăţire 235-262HB
40HN imbunatatire + intarire curenti vys. frecvente 48-53HRC; 269-302HB
35XM îmbunătăţire 235-262HB
35XM imbunatatire + intarire curenti vys. frecvente 48-53HRC; 269-302HB
35L normalizare 163-207HB
40L normalizare 147HB
40GL îmbunătăţire 235-262HB
45L îmbunătăţire 207-235HB
65G

Duritatea HB - Brinell , duritatea HRC - Rockwell .

Producția de oțel

Producția de oțel în lume

Liderul mondial în producția de oțel este China, a cărei pondere în 2017 a fost de 49%.

În total, 1.620 de milioane de tone de oțel au fost topit în lume în 2015, în 2017 volumul producției mondiale s-a ridicat la 1.691,2 milioane de tone [14] .

Primele zece țări de top în topirea oțelului sunt [14] :

Țară Topitură în 2017, milioane de tone
China 831,7
Japonia 104,7
India 101.4
STATELE UNITE ALE AMERICII 81,6
Rusia 71.3
Coreea de Sud 71.1
Germania 43.6
Curcan 37,5
Brazilia 34.4
Italia 24.0

Producția de oțel pe continent și regiune este distribuită după cum urmează (mii de tone):

Regiunile lumii 2011 2017
Asia 954 190 1 162 500
Uniunea Europeană (27) 177 431 168 700
America de Nord 118 927 116 000
CIS (6) 112 434 102 100
America de Sud 48 357 43 700
Alta Europa 37 181
Estul apropiat 20 325
Africa 13 966
Oceania 7 248
Total în lume 1 490 060 1 691 200

2008

În 2008, lumea a produs 1 miliard 329,7 milioane de tone de oțel, ceea ce este cu 1,2% mai puțin decât în ​​2007. Aceasta a fost prima reducere a producției anuale în ultimii 11 ani.

2009

Conform rezultatelor primelor șase luni ale anului 2009, producția de oțel în 66 de țări ale lumii, a căror pondere în industria siderurgică globală este de cel puțin 98%, a scăzut cu 21,3% față de aceeași perioadă a anului precedent - de la 698,2 milioane de tone la 549,3 milioane de tone (statistici World Steel Association).

China a crescut producția de oțel față de aceeași perioadă din 2008 cu 1,2% - până la 266,6 milioane de tone, în India, producția de oțel a crescut cu 1,3% - până la 27,6 milioane de tone.

În Statele Unite, producția de oțel a scăzut cu 51,5%, în Japonia - cu 40,7%, în Coreea de Sud - cu 17,3%, în Germania - cu 43,5%, în Italia - cu 42,8%, în Franța - cu 41,5%, în Marea Britanie - cu 41,8%, în Brazilia - cu 39,5%, în Rusia - cu 30,2%, în Ucraina - cu 38,8%.

În iunie 2009, producția mondială de oțel s-a ridicat la 99,8 milioane de tone, cu 4,1% mai mult decât în ​​mai 2009.

Clasamentul celor mai mari producători de oțel din lume

Producția de oțel de către cei mai mari producători din lume în diverși ani (în milioane de tone):

Evaluare
în 2019 		Producător Țară Producție
în 2006 [15] 		Producție
în 2007 [15] 		Producția
în 2019 [16]
unu ArcelorMittal Luxemburg 117,98 116,40 97.31
3 Nippon Steel Japonia 33,70 34,50 51,68
12 Oțel JFE Japonia 31.83 33,80 27.35
5 POSCO Coreea de Sud 31.20 32,78 43.12
2 China Baowu Group ( Shanghai Baosteel ) China 22.53 28.58 95,47
9 Tata Steel India 23.95 26.52 30.15
6 Grupul Shagang ( Jiangsu Shagang ) China 14.63 22.89 41.10
patru Grupul HBIS ( Tangshang ) China 19.06 22.75 46,56
21 NLMK Rusia - - 15.61
26 Oțel american STATELE UNITE ALE AMERICII 21.25 20.54 15.37
- Grupul China Baowu ( Wuhan ) China 13.76 20.19 -
paisprezece Nucor STATELE UNITE ALE AMERICII 20.31 20.04 23.09
- ArcelorMittal (Riva) Italia 18.19 17.91 -
treizeci Grupul Gerdau Brazilia 15.57 17.90 13.13
35 ThyssenKrupp Germania 16.80 17.02 12.25
37 Severstal Rusia 17.60 16.75 11.85
28 Evraz Rusia 16.10 16.30 13.81
7 Grupul Ansteel ( Anshan ) China 15.00 16.17 39.20
- China Baowu Group ( Maanshan ) China 10.91 14.16 -
optsprezece Naviga India 13.50 13.87 16.18
32 MMK Rusia 12.45 13.30 12.46
24 Techint Argentina 12.83 13.20 14.44
zece Shougang China 10.55 12.85 29.34
23 China Steel Corp Taiwan 12.48 12.67 15.23
unsprezece Shandong Steel ( Jinan ) China 11.24 12.12 27.58
opt Grupul Jianlong China - - 31.19
13 Grupul Valin China - - 24.31

Principalii producători de oțel din Rusia

Locul companiilor rusești în clasamentul mondial (în milioane de tone):
Clasament
în 2019 [16] 		Producător Producție
în 2006 [15]		 Producție
în 2007 [15]		 Producția
în 2010 [17] 		Producția
în 2019 [16]
37 Severstal 17.60 16.75 14.70 11.85
28 Evraz 16.10 16.30 16.29 13.81
32 MMK 12.45 13.30 11.40 12.46
21 NLMK 9.13 9.06 11.50 15.61
70 Metaloinvest 6.28 6.43 6.10 4,87
86 Mechel 5,95 6.09 6.07 3,60
100 TMK 2.15 2.19 2,60 3.12

Piața internațională a oțelului

Începând cu 2019 [18] , piața oțelului primar (excluzând produsele fabricate din acesta) a fost estimată la 380 de miliarde de dolari.

Cei mai mari exportatori au fost (2019) - China (39,8 miliarde dolari), Japonia (26,7 miliarde dolari), Germania (25,4 miliarde dolari), Coreea de Sud (23,5 miliarde dolari) și Rusia (19,8 miliarde dolari); importatorii sunt Germania (26,3 miliarde dolari), Statele Unite (23,9 miliarde dolari), China (21,9 miliarde dolari), Italia (18,4 miliarde dolari) și Coreea de Sud (14,7 miliarde dolari).

Certificate de calitate și conformitate pentru produse din oțel

Marea majoritate a produselor din oțel sunt supuse certificării obligatorii. Pentru simplitate, această secțiune se va referi la „produse laminate” mai târziu în această secțiune, dar aceleași cerințe se aplică pieselor forjate, turnate, feronerie (de exemplu, sârmă, bandă), etc.

Certificatul de calitate este emis de producător și atestă conformitatea produselor cu standardele actuale (GOST, TU și altele).

Principalele caracteristici normalizate:

  • sortimentul, adică geometria produselor laminate (dimensiuni, lungime, curbură admisă etc.);
  • compoziția chimică a oțelului;
  • condiții tehnice (proprietăți mecanice, finisare a suprafeței, pentru anumite tipuri - structură din oțel și alți parametri).

Pentru unele tipuri de produse laminate, fiecare caracteristică este standardizată de un GOST separat; unele GOST combină două și chiar toate cele trei caracteristici.

Exemple:

1. Unghi laminat la cald 50x50x5 mm, lungime 12,0 m, grad st3sp-5, este standardizat de trei GOST:

  • GOST 8509-93 - pentru dimensiune (50x50x5mm), lungimea barei 12,0 m, curbură admisă etc.
  • GOST 380-2005 pentru compoziția chimică (st3sp)
  • GOST 535-2005 pentru proprietăți mecanice

2. Cercul laminat la cald de 25 mm din gradul st20 este standardizat doar de două GOST:

  • GOST 2590-2006 - pentru un diametru de 25 mm și curbură admisă
  • GOST 1050-88 (noua ediție 1050-2013) pentru compoziția chimică și pentru proprietățile mecanice, calitatea suprafeței etc.

3. Fitinguri AIII 28 mm de la marca 25G2S - toți parametrii sunt reglementați în conformitate cu GOST 5781-82.

Certificatele de conformitate (de cele mai multe ori) atestă că unul sau altul tip de produse laminate produse de întreprindere îndeplinește cerințele care nu sunt direct legate de produsele laminate ca atare: sanitare și igienice, construcții, cerințe speciale pentru produse laminate pentru nevoile nucleare, aviație, construcții navale și alte industrii de specialitate. Astfel de Certificate sunt emise de organizații special autorizate, în funcție de scopul închirierii.

Vezi și

Note

  1. ↑ Steel la Wikționar .
  2. ↑ „Știința materialelor” Arzamasov B. N. . Preluat la 20 mai 2009. Arhivat din original la 18 iunie 2009.
  3. ↑ Akanuma, H. Semnificația compoziției fragmentelor de fier excavate preluate din Stratul III la situl Kaman-Kalehöyük, Turcia  //  Anatolian Archaeological Studies : journal. - 2005. - Vol. 14 . - P. 147-158 .
  4. ↑ Piesă de fier din Turcia descoperită a fi cel mai vechi oțel , The Hindu  (26 martie 2009). Arhivat din original pe 29 martie 2009. Preluat la 27 martie 2009.
  5. ↑ The Riddle of the Damask Pattern Arhivat la 1 noiembrie 2017 la Wayback Machine .
  6. ↑ Oțelul Bulat și Damasc - mistere și istorie Arhivat 16 octombrie 2017 la Wayback Machine .
  7. ↑ Armura tancului . Consultat la 16 octombrie 2017. Arhivat din original la 16 octombrie 2017.
  8. ↑ GOST 380-71, GOST 1050-75
  9. ↑ GOST 4543-71, GOST 5632-72, GOST 14959-79 . Preluat la 20 iunie 2015. Arhivat din original la 23 septembrie 2015.
  10. ↑ Secțiunea 3.7. Conductivitate termică // Nouă carte de referință a unui chimist și tehnolog. - Sankt Petersburg. : MMVI, NPO „Profesional”, 2006. - T. 12.
  11. ↑ EXPLICAȚII LA NOMENCLATURA UNIFICATĂ A MĂRFURILOR PENTRU ACTIVITĂȚILE ECONOMICE STRĂINE ALE UNIUNII ECONOMICE EURASIANE (TN VD EAEU).
  12. ↑ În Rusia, cel mai mare cuptor cu vatră deschisă a fost oprit . RBC. Preluat la 23 martie 2018. Arhivat din original la 23 martie 2018.
  13. ↑ Vasiliev A. V., Ermakov S. B. Motive pentru distrugerea oțelurilor de înaltă rezistență la temperaturi scăzute  // Nauch. revistă NRU ITMO; seria „Refrigerare și aer condiționat”. - 2008. - Nr 2 . Arhivat din original pe 12 septembrie 2015.
  14. ↑ 1 2 Producția mondială de oțel a crescut cu 5,3 la sută în 2017 . Preluat la 25 iulie 2018. Arhivat din original la 25 iulie 2018.
  15. ↑ 1 2 3 4 Producătorii de oțel de top din 2007 // Metal Bulletin Weekly. - 17 martie 2008. - Nr 9038 . - S. 7 .
  16. ↑ 1 2 3 Producătorii de oțel de top în 2019  . Asociația Mondială a Oțelului. Preluat la 5 octombrie 2020. Arhivat din original la 23 noiembrie 2020.
  17. ↑ Buletinul de metal . www.metalbulletin.com . Preluat la 22 noiembrie 2020. Arhivat din original la 27 noiembrie 2020.
  18. ↑ Potrivit oec.world . Preluat la 27 martie 2021. Arhivat din original la 13 iunie 2021.

Literatură

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Site-uri tematice
Dicționare și enciclopedii