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