32. Способы получения стали из чугуна

Конверторный способ. Этот способ основан на кислородно-конверторной плавке. Процесс состоит в продувке жидкого чугуна кислородом, подводимом сверху в конвертор. Конвертор покрыт стальным кожухом, внутри выложен огнеупорной кладкой. В нижней части конвертор имеет легкозаменяемое глухое дно. Конвертор покоится на стойках, он свободно поворачивается вокруг оси цапф, что необходимо для загрузки и взятия пробы, выпуска готовой стали. Процесс заключается в следующем:

1) загружают металлический лом; 2) заливают жидкий чугун; 3) переводят конвертор в вертикальное положение и загружают известь для удаления фосфора, находящегося в чугуне и руде; 4) опускают в водоохлаждаемую фурму; 5) подают кислород.

Начинается бурное окисление примесей чугуна. После продувки, которая продолжается 15—20 мин, конвертор наклоняют и берут пробу металла.

Мартеновский способ. Сталь в мартеновских печах выплавляется из передельного чугуна, металлического лома, железной руды. В него вводят флюсы, главным образом известняк. Топливом служат газы: доменный, коксовальный, природный, а также мазут. Основной частью печи является рабочее пространство, ограниченное сверху сводом, снизу подом, задней и передней стенками, а с боковых сторон — головками. В передней стенке имеются завалочные окна, закрывающиеся заслонками. Через них загружают печь, берут пробы, наблюдают за процессом. В нижней части задней стенки расположены одно или два отверстия для выпуска шлака и одно — для выпуска стали. В головках печи имеются каналы, через которые в печь поступают газ или мазут и воздух, и отводятся продукты горения. Мартеновский процесс состоит из трех этапов: плавления, кипения и раскисления.

Плавка в электрических печах. Такая плавка является важнейшим способом получения стали высокого качества для производства важных деталей машин и инструментов. Она имеет ряд преимуществ перед мартеновской и кислородно-конверторной: электропечь быстро нагревается до заданной температуры (2000 ^оС), легко регулируется тепловой процесс, изменяя количество электроэнергии, можно регулировать температуру в печи, можно создать окислительную или восстановительную атмосферу или даже вакуум.

33. Влияние углерода на свойства углеродистых сталей

В состав углеродистой стали входят железо, углерод, примеси (кремний, марганец, сера, фосфор, кислород, азот и др.). Сталь без термической обработки после медленного охлаждения состоит из смеси феррита и цементита, т.е. структура такой стали либо перлит + феррит, либо перлит + цементит. Количество цементита возрастает в стали прямо пропорционально содержанию углерода.

Твердость цементита (HV 800) на порядок больше твердости феррита (HV 80). Твердые частицы цементита повышают сопротивление деформации, уменьшая пластичность и вязкость, т.е. с увеличением в стали содержания углерода происходят возрастание твердости металла, увеличение предела прочности, уменьшение ударной вязкости, уменьшение относительного удлинения и сужения.

На механические свойства заэвтектоидных сталей сильное влияние оказывает вторичный цементит, который образует хрупкий «каркас» вокруг зерен перлита. Этот «каркас» преждевременно разрушается под нагрузкой, что вызывает снижение прочности, пластичности и вязкости. Поэтому заэвтектоидные стали применяют после специального отжига, в результате которого получают в структуре зернистый перлит. Увеличение содержания углерода сверх 0,4% и уменьшение ниже 0,3% приводят к ухудшению обрабатываемости резанием. Увеличение содержания углерода снижает технологическую пластичность стали при горячей и (в особенности) при холодной обработке давлением и ухудшает ее свариваемость — способность материалов образовывать неразъемные соединения с заданными свойствами. Увеличение содержания углерода повышает температуру порога хладноломкости (это температурный интервал перехода стали в хрупкое состояние) в среднем на 20 ^оС на каждые 0,1% углерода.