Получение стали

Сталь получают путём переработки передельного чугуна, в результате чего происходит освобождение некоторой части углерода методом его окисления.

По способу производства существует три метода: конверторный, мартеновский и в электрических печах.

Конверторный – продувка расплавленного чугуна сжатым воздухом или кислородом в больших грушевидных сосудах – конверторах с различной внутренней огнеупорной футеровкой (рис. 2). В конверторах выплавляется более 50% в мире стали и имеет тенденцию к увеличению, тогда как доля мартеновской выплавки постепенно уменьшается.

Мартеновский – в печах Сименса-Мартена с регенерацией тепла отходящих газов (рис. 3). При плавке в мартеновских печах или при электроплавке добавляется в расплавленный чугун железная руда или скрап (железный лом).

Электроплавкий способ – в электродуговых, индукционных или высокочастотных печах (рис. 4).

При производстве стали добавляют в печь легирующие вещества (металлы), получая специальные сорта стали с необходимыми свойствами, например хромоникеливую (нержавеющую) сталь.

Количество углерода в стали не превышает – 2,14%, а в чугуне от 2,14% до 6,67%. Вместе с тем огромное значение на свойства стали и чугуна имеют их структурообразующие компоненты:

аустенит – твердый раствор углерода и других элементов в модификации y-Fe (азот, водород). Имеет высокую пластичность, низкий предел прочности при растяжении, твёрдость НВ 1700…2200 МПа.

феррит - твердый раствор углерода и других элементов в модификации α-Fe. Отличается мягкостью и пластичностью, низкой прочностью (250 МПа при растяжении), относительным удлинением (50%), твердостью (НВ 800 МПа).

цементит – химическое соединение железа с углеродом – карбид железа (Fe₃С), содержит 6,67% углерода, имеет сложное кристаллическое строение. Обладает низкой пластичностью и высокой твёрдостью НВ, равной 10000 МПа, хрупкий.

перлит – эвтектоидная мельчайшая смесь состоящая из феррита и цементита. Состоит из пластинок феррита и цементита, а микрошлифе имеет вид перламутра (название перлит). С увеличением содержания углерода в стали снижается количество феррита и возрастает содержание перлита.

ледебурит – жидкий сплав состоящий из аустенита и цементита.

Стали по содержанию углерода делятся: доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные.

Доэвтектоидные – содержащие 0,02…0,8% углерода. Кристаллизация доэвтектоидных сталей происходит при образовании феррита и аустенита в жидкой фазе. После окончательной кристаллизации доэвтектоидные стали состоят из аустенита. При дальнейшем охлаждении образуются зёрна феррита, а количество аустенита уменьшается.

Эвтектоидные – получаемые при температуре 727^оС путём эвтектоидного (перлитного) превращения аустенита. Последний распадается, выделяя феррит и цементит, которые образуют эвтектоидную мельчайшую смесь – перлит, содержащий 0,8% углерода. Структура перлита состоит из пластинок феррита и цементита. После полного охлаждения стали содержат перлит и феррит.

Заэвтектоидные – содержащие 0,8…2,14% углерода. От температуры 727^оС и ниже заэвтектоидные стали состоят из перлита и вторичного цементита.

Чугуны по содержанию углерода делятся: доэвтектические, эвтектические и заэвтектические.

Доэвтектические – содержащие 2,14…4,3% углерода. При температуре эвтектике 1147 ^оС, оставшийся жидкий сплав кристаллизуется с превращением в эвтектику – ледебурит, которая в момент образования состоит из аустенита и цементита. Доэвтектические чугуны состоят из аустенита, цементита и ледебурита. При температуре ниже 727 ^оС аустенит превращается в перлит, а доэвтектические чугуны содержат перлит, цементит и ледебурит. С увеличением количества углерода в чугунах уменьшается содержание перлита и увеличивается – ледебурита.

Эвтектические – содержащие 4,3%. Он кристаллизуется при постоянной температуре 1147 ^оС с образованием эвтектике – ледебурита.

Заэвтектические – с содержанием углерода 4,3…6,67%. Он кристаллизуется с образованием в жидком сплаве первичного цементита. При дальнейшем охлаждении оставшаяся жидкость затвердевает, образуя эвтектику – ледебурит. Заэвтектические чугуны после отвердевания состоят из цементита и ледебурита. При температуре 727 ^оС входящий в ледебурит аустенит распадается с образованием перлита; при дальнейшем снижении температуры заэвтектические чугуны состоят из цементита и ледебурита. С увеличением содержания углерода возрастает содержание цементита.