Stal (Повышение качества стали)

Содержание:

1.Повышение качества стали. стр.

а) Критерии и методы оценки качества стали. 2

б) Металлургические методы повышения качества стали. 3

в) Виды термической и химико-термической обработки и ее влияние

на структуру и свойства стали. 5

2. Защита металлов от коррозии.

а) Основные виды коррозии. 7

б) Методы защиты металлов от коррозии, их эффективность. 8

в) Народнохозяйственное значение борьбы с коррозией. 10

1. Повышение качества стали.

Критерии и методы оценки качества стали.

Контроль качества стали предполагает проведение ряда операций и приемов, обеспечивающих заданный уровень качества металла в процессе его производства, а также оценку соответствия фактических потребительских характеристик и товарного вида готовой продукции требованиям стандартов.

К наиболее распространенным дефектам относятся химическая и структурная неоднородность, повышенное содержание вредных примесей и неметаллических включений, дефекты макро- и микроструктуры, внутренние дефекты, дефекты формы и поверхности изделий и т. д.

Для контроля и оценки разработаны специальные методы испытаний и средства измерения, а также соответствующие документы, характеризующие условия поставки и приемки. Применяются стандартные образцы, с которыми сравнивают фактические образцы с помощью спектрального, рентгеновского и других анализов.

Номенклатура показателей качества зависит от вида поставок и назначения стали. Для оценки качества металла определяют его химический состав, механические свойства, делают макро- и микроструктурные анализы, производят внешний осмотр и др.

Химический состав является основной и важной характеристикой качества стали, так как весь комплекс физических, химических, механических и технологических свойств зависит от содержания углерода, вредных, полезных и сопутствующих элементов. Химический состав во многом определяет режим последующей обработки сталей давлением, сваркой и термической обработкой, а также структуру и свойства полученных изделий.

Анализ химического состава проводится для каждой плавки стали отбором средней пробы при разливке металла в слитки. Пробы заливают в чугунные стаканчики-изложницы, а после затвердения из них сверлением или строганием получают стружку металла для химического анализа. Результаты анализа вносят в сертификат на сталь данной плавки.

Наиболее распространенными нормируемыми показателями механических свойств металлов являются уровень твердости, прочность, относительное удлинение и сужение, ударная вязкость и др. Приведенные свойства стали определяются как в исходном, так и в отожженном или термически обработанном состоянии. После проведения анализа выясняют соответствие полученных данных требованиям стандартов.

Макроструктурный анализ применяется для исследования структуры сталей невооруженным глазом или при увеличении ее в 30 раз с помощью лупы. Изучение макроструктуры производится темя методами: методом изломов, методом макрошлифов и просмотром отшлифованной и протравленной поверхности готового изделия. Метод изломов позволяет определить наличие дефектов во внутреннем строении материала, толщину слоя поверхностной обработки, размеры зерен и их взаимное расположение и т. д. Метод макрошлифов основан на исследовании специальных макрошлифов, которые представляют собой продольные или плоские поперечные образцы, вырезанные из изделий. В результате анализа определяется волокнистость материала, неоднородность химического состава, а также дефекты внутреннего строения. Просмотром отшлифованной и протравленной поверхности готового изделия контролируется качество различной металлопродукции: слитков и отливок, изделий, полученных обработкой давлением, сваркой, механической и поверхностной обработкой и др. В процессе микроструктурного анализа структуру стали исследуют с помощью микроскопа. Строение металла, наблюдаемое при увеличении в 50-2000 раз, называется микроструктурой. Наибольшее распространение получили оптические микроскопы. Для изучения микроструктуры образец вырезают в продольном или поперечном направлении, затем шлифуют, полируют до зеркального блеска и протравливают специальным реактивом.

Также получили распространение специальные физические методы контроля скрытых дефектов в металлических изделиях без их разрушения. Совокупность этих методов называется дефектоскопией. Основными видами дефектоскопии являются ультразвуковая, магнитная, рентгеновская, люминесцентная и др.

Показатели качества металлов и изделий оформляются документом, которые делятся на две основные группы. Первая группа документов определяет технические требования к качеству металлов и изделий: ГОСТы, ТУ, наряд заказы и т. п., вторая- характеризует качество изделий данной партии или марки: сертификат о качестве, акт проверки качества и т. д.

Металлургические способы повышения качества стали.

Разработан ряд новых и эффективных способов повышения качества стали непосредственно в металлургическом производстве. Эти способы основаны, во-первых, на более полном удалении из сталей газов и вредных неметаллических включений и, во-вторых на изменении химического состава сталей за счет ввода в них специальных легирующих элементов, улучшающих различные свойства сталей.

В выплавленной стали всегда содержится определенное количество газов и неметаллических включений. Содержание газов даже в сотых и тысячных долях процента существенно снижает механические и другие свойства стали. Неметаллическими включениями, содержащимися в стали, являются соединения железа, кремния, марганца и др. Основными металлургическими способами снижения содержания газов и неметаллических включений в стали являются: электрошлаковый ее переплав, рафинирование синтетическим шлаком, вакуумная дегазация, вакуумно-дуговой переплав, переплав в электроннолучевых печах и др. Снижение в стали неметаллических включений достигается также изменением сочетания и последовательности введения раскислителей.

При электрошлаковом переплаве из металла, подлежащего обработке, вначале изготавливают электроды, которые затем опускают в сой рабочего флюса, обладающего высоким сопротивлением. При прохождении электрического тока рабочий флюс плавится и образуется шлак, который выделяет тепло. Проходя через жидкий шлак, капли металла очищаются от вредных примесей и образуют высококачественный слиток. Этот метод целесообразно применять при получении высококачественных шарикоподшипниковых сталей, жаропрочных сплавов, изготовлении деталей турбин и др.

Сущность обработки металла синтетическим шлаком заключается в том, что жидкую сталь из плавильной печи выливают в ковш со специальным синтетическим шлаком с большой высоты. При бурном перемешивании шлак всплывает, сталь получается чистой. Рафинирование жидким синтетическим шлаком в ковше улучшает макроструктуру стали, удаляет до 70% серы. Этот способ нашел широкое применение при обработке конвертерной, мартеновской стали, а также электрометалла.

Вакуумная дегазация- один из наиболее распространенных способов повышения качества стали- заключается в удалении из стали водорода, кислорода и азота. При вакуумировании резко повышаются механические свойства сталей. основными способами вакуумной обработки являются вакуумирование в ковше, вакуумирование струи металла при переливе из ковша в ковш или при заливке в изложницу и др. Установлено, что при вакуумировании струи содержание водорода в металле снижается на 60-70%, а содержание азота- до 40%. В результате взаимодействия с углеродом металл очищается от кислородных оксидных включений.

Одним из наиболее распространенных способов вакуумирования является вакуумно-дуговой переплав в печах с расходуемым электродом. При этом выплавленную сталь переплавляют повторно в вакуумном пространстве с помощью электрической дуги. В результате оплавления металла в вакууме происходит дегазация и сталь приобретает новые, более высокие механические свойства.

Сущность вакуумирования в электроннолучевых печах заключается в том, что на переплавляемый металл, находящийся в вакуумной камере, направляют электронные лучи из катодов. В процессе воздействия высокой температуры металл расплавляется и рафинируется в вакууме.

Существенное влияние на свойства сталей оказывает легирование- намеренное введение в состав сплава соответствующих компонентов. Это приводит к изменению не только механических ,химических и технологических, но и специальных свойств сталей. Основными легирующими элементами являются: кремний, марганец, никель, хром, вольфрам, алюминий, молибден, ванадий, титан, кобальт, медь и другие металлы.

Различные легирующие элементы, водимые в сталь, неоднозначно влияют на ее свойства. Так, кремний является эффективным раскислителем и применяется при получении «спокойной» стали. Как легирующий элемент вводится в сталь для повышения ее прочности, стойкости к коррозии и жаростойкости.

Марганец- важнейший компонент стали. Применение его как легирующего элемента способствует повышению прокаливаемости стали характеризующей глубину закаленной зоны при термической обработке. При введении в сталь 10-12% марганца она размагничивается. Никель повышает прочность и ударную вязкость стали, увеличивает ее прокаливаемость и сопротивление коррозии. Хром повышает твердость и прочность , сохраняет ударную вязкость сталей, способствует сопротивлению на истирание, резко увеличивает стойкость к коррозии. При введении в сталь более 10% хрома она становится нержавеющей. Вольфрам повышает твердость легированных сталей и улучшает режущие свойства инструментальной стали. Алюминий повышает жаростойкость и коррозийную стойкость стали, а молибден- прочность, упругость, износостойкость и ряд специальных свойств стали. Ванадий повышает твердость, прочность и плотность стали.

На свойства стали влияет углерод, входящий в состав стали. С увеличением содержания углерода до 1.2% твердость и прочность сталей повышается, но снижается пластичность и ударная вязкость; при этом ухудшаются такие технологические свойства сталей, как ковкость, свариваемость, обработка резанием и др., одновременно улучшаются литейные свойства сталей.

Виды термической и химико-термической обработки и ее влияние на структуру и свойства стали

Термической обработкой деталей из металлов и сплавов называется тепловое воздействие с целью придания им необходимых свойств. Тепловое воздействие может сочетаться одновременно с химическим воздействием. Такие процессы относятся к химико-термическим.

Различают следующие виды термической обработки: отжиг, закалку, отпуск, старение.

Отжиг бывает 1-го и 2-го рода. Сущность отжига 1-го рода заключается в нагреве заготовок выше температуры фазового превращения с последующим медленным охлаждением. Различают следующие разновидности отжига 1-го рода:

гомогенизационный, применяемый для выравнивания структуры, особенно крупных стальных отливок, поковок;

реклисталлизационный, устраняющий изменения структуры, возникающие, в частности, в процессе обработки металлов давлением, при котором они получают наклеп, сопровождаемый заметным повышением твердости и снижением пластичности;

отжиг, снимающий или уменьшающий остаточные внутренние напряжения, возникающие при различных технологических операциях.

С помощью отжига 2-го рода, или полного отжига, изменяют структуру сплава и устраняют внутренние напряжения. Заготовки нагревают до температуры, пресыщающей на 30-50 градусов С температуру фазового превращения, и медленно охлаждают вместе с печью. Такой процесс термообработки проводят после штамповки, отливки заготовок, а также после черновой механической обработки с целью понижения твердости.

Разновидностью отжига 2-го рода является нормализация, при которой заготовки охлаждают на воздухе. В отдельных случаях нормализация улучшает обрабатываемость материалов резанием, вызывая некоторое повышение механической прочности.

Закалка- это процесс, осуществляемый для повышения твердости и прочности материала. При закалке заготовки нагревают выше температуры превращения и быстро охлаждают в воде, минеральном масле, растворах солей или в расплавленных солях (270-290 градусов С ). Тип охлаждающей среды определяет скорость охлаждения, которая влияет на получение той или иной структуры.

Большинство конструкционных сталей нагревают при закалке до температуры 850-900 градусов С, а охлаждают в воде, масле или соляных растворах. Охлаждение в расплавленных солях применяют для высоколегированных сталей, например инструментальных, быстрорежущих сталей, содержащих большое количество легирующих элементов.

В зависимости от температуры нагрева различают закалку полную и неполную. При полной закалке углеродистых сталей в холодной воде получают структуру мартенсита , имеющий весьма высокую твердость и большую хрупкость. Если охлаждение стали вести менее интенсивно, то можно получить менее твердые и напряженные структуры троосита. Для уменьшения хрупкости и внутренних напряжений, стали подвергают отпуску.

Отпуск- нагрев закаленных заготовок до температуры, лежащих ниже температуры фазового превращения, и охлаждения их на воздухе. Повышая температуру отпуска, можно повысить пластичность и вязкость материала при одновременном понижении твердости и прочности. Отпуск при высоких температурах нагрева называют улучшением.

Различают низкий, средний и высокий отпуск. Низкий отпуск, т. е. нагрев стали до небольшой температуры (150-200 градусов С), ведет к понижению остаточных внутренних напряжений при сохранении ее высокой твердости и износостойкости. Средний отпуск, сохраняя повышенную твердость, обеспечивает достаточную прочность, упругость и выносливость. Ее часто применяют при изготовлении пружин и рессор.