Podstawy nauki o materiałach Struktura i własności staliw

Transkrypt

Podstawy nauki o materiałach
Struktura i własności staliw
© Copyright by L.A. Dobrzański, IMIiB, Gliwice 2006
Spis Treści
¾ Wiadomości podstawowe
¾ Staliwo niestopowe
¾ Staliwo stopowe
¾ Piece do wytapiania staliwa
Produkcja podstawowych wyrobów hutnictwa w Polsce
Produkcja podstawowych wyrobów hutnictwa w Polsce (tys. t)
Wyszczególnienie 1938 1950 1960 1970
Stal surowa
1980
1990
2000
1441 2515 6681 11 795 19 485 13 625 10 498
Aluminium hutnicze —
—
26,0 98,8
Miedź elektrolityczna —
10,5 21,7 72,2
Cynk metaliczny
108 114 176 209
95,1
357
217
46,0
346
132
46,9
518
162
Ołów rafinowany
82,0
64,8
•
20,0 22,2 39,7 54,5
Żelazo 26Fe - pierwiastek chem. z bloku d, grupy 8; ciężki metal,
aktywny chemicznie, posiada właściwości ferromagnetyczne. Rok
odkrycia starożytność. Stosowany w hutnictwie jako główny składnik
stali, żeliwa i innych stopów; także pełni funkcję katalizatora (substytut
platyny). Otrzymywane w tzw. wielkim piecu podczas redukcji rud
żelaza węglem i tlenkiem węgla.
Staliwo - jest to odlewniczy stop żelaza z węglem i innymi
pierwiastkami o zawartości do 2% węgla. Otrzymuje się go w wyniku
zalewania formy ciekła stalą.
Układ żelazo-węgiel
V
ferryt α(δ)
1600
A cie cz+ ferryt α(δ) II
153 8
B
149 5 H
J
1400 N
4,26%
C'
C
4,30%
O
1154 C
1148OC
led eburyt
c iecz+ auste nit
III
2,08%
E'
E
2,11%
1000
XIb
ferryt α +
perlit +
200
ce mentyt
trzecioQ -rzêd owy
0,008
0
XIc
perlit+ c em entyt
F
K'
K
727OC
XId
perlit+ cem entyt+
lede buryt przem ieniony
3
F'
VIIIc
l ede buryt+cementyt p ierwotny
O
O
2
cem entyt p ierwotny+ c iecz
D
O
1227 C
IV
738 C
230 C
1
Fe-Fe 3C
Fe-C
cementyt Fe3 C
400
fe rryt α +
ce m entyt
trze c iorzêd o wy
VIII b
a ustenit+ ledeburyt+
cem entyt wtórny
ledeburyt p rzemieniony
VIIIa
912 Gaustenit+ ferryt α
a ustenit+
800 IXa
0,68%
ce
mentyt
wtórny
M O S'
770
IXb
P' P
S
0,0218% 0,77%
600
XIa
perlit
O
X
ferryt α Ferroma gnetycznyPara mag netyczny
1394 OC
ferryt α(δ)
+ austenitVI
1200
austenit γ
VII
TEMPERATURA ( C )
D'
I
ciecz
XIe
ledeburyt p rzem ieniony+ c em entyt
4
5
6
6,67
7
STĘŻENIE MAS OWE C (%)
Klasyfikacja staliwa
Podział staliwa niestopowego:
Ze względu na zawartość węgla:
¾
Staliwo niskowęglowe
¾
Staliwo średniowęglowe
¾
Staliwo wysokowęglowe
Ze względu na zastosowanie:
¾
Staliwo zwykłej jakości
¾
Staliwo wysokiej jakości
Struktury staliw niestopowych
W zależności od przebiegu chłodzenia odlewu, w staliwie niestopowym, w stanie surowym
może występować struktura:
- globulityczna, która charakteryzuje się ziarnem o kształcie zbliżonym do okrągłego
- Widmannstattena charakterystyczną cechą takiej struktury są płytkowe wydzielenia ferrytu
ułożone przeważnie pod kątem 60° i 120°
Struktura Widmanstattena w staliwie
podeutektoidalnym
Struktura staliwa
niestopowego (200-400)
Oznaczenia staliw niestopowych
Wpływ stężenia węgla na własności mechaniczne staliw
niestopowych w stanie wyżarzonym (według K. Roescha
i K. Zimmermanna
Skład chemiczny i własności mechaniczne staliw
niestopowych konstrukcyjnych
Gatunek
staliwa
Stężenie głównych
pierwiastków
Minimalne własności mechaniczne
Re
MPa
Rm
Mpa
A
%
Z
%
KV
J
C
Mn
Si
200-400
200
400
25
40
30
0,25
1,00
0,60
200-400W
200
400
25
40
45
0,25
1,00
0,60
230-450
230
450
22
31
25
0,25
1,20
0,60
230-450W
230
450
22
31
45
0,25
1,20
0,60
270-480
270
480
18
25
22
0,25
1,20
0,60
270-480W
270
480
18
25
22
0,25
1,20
0,60
340-550
340
550
15
21
20
0,25
1,50
0,60
340-550W
340
550
15
21
20
0,25
1,50
0,60
P ≤ 0,035; S ≤ 0,035; Ni ≤ 0,4; Cr ≤ 0,35; Cu ≤ 0,4; Mo ≤ 0,15; V ≤ 0,05;
Ni + Cr + Cu + Mo + V ≤ 1,0
Podział staliwa stopowego ze względu na zastosowanie:
• Staliwa konstrukcyjne
• Staliwa odporne na ścieranie
• Staliwa odporne na korozję
• Staliwa żaroodporne i żarowytrzymałe
• Staliwa narzędziowe
Podział staliwa według stężenia dodatków stopowych:
• staliwo niskostopowe
łączne stężenie dodatków stopowych nie przekracza 2,5%
• staliwo średniostopowe
łączne stężenie dodatków stopowych zawarte jest w przedziale 2,5 – 5%
• staliwo wysokostopowe
łączne stężenie dodatków stopowych większe niż 5%
Staliwa stopowe konstrukcyjne
Skład chemiczny:
Staliwa te zawierają od 0,15 – 0,45%C ze względu na optymalny stosunek
Re/Rm i właściwości odlewnicze, a łączna zawartość pierwiastków stopowych
nie przekracza 4%. Skład chemiczny powinien zostać tak dobrany aby
można było przy danej grubości ścianki, zahartować odlew na wskroś oraz
uzyskać jednolite i dobre własności mechaniczne na całym przekroju ścianki
po ulepszaniu cieplnym. Dlatego też zwiększenie hartowności jest ważnym
celem pierwiastków stopowych.
Własności:
Staliwa te cechują się dobrą wytrzymałością i plastycznością oraz znaczną
odpornością na zmienne i dynamiczne obciążenia.
Obróbka cieplna:
Odlewy poddaje się najczęściej ulepszaniu cieplnemu, choć niekiedy także
wyżarzaniu ujednorodniającemu lub normalizującemu.
Struktura staliwa stopowego konstrukcyjnego
ogólnego przeznaczenia (G30Cr3)
Staliwo manganowe (konstrukcyjne)
Gatunki staliwa manganowego mają zróżnicowaną zawartość węgla, a
mangan zawiera się w granicach 1,0 – 1,6%, mogą także zawierać dodatki
krzemu i molibdenu. Staliwa zawierające tylko mangan mają mikrostrukturę
pierwotną złożoną z ferrytu i minimalną zawartość perlitu lub perlitycznoferrytyczną w przypadku większej zawartości węgla. Dodatek krzemu do
zawartości 0,8% bądź molibdenu do 0,3% sprzyja tworzeniu się
mikrostruktury z przewagą perlitu.
Zastosowanie:
Ze staliw manganowych wytwarza się odlewy odporne na obciążenia zmienne
i ścieranie takie jak np.: koła zębate, zwrotnice i piasty kół samochodowych,
kule do młynów itp.
Staliwo chromowe (konstrukcyjne)
Staliwo chromowe zawiera chrom w granicach 0,5-1,1%. Mikrostrukturę ma
złożoną z perlitu i ferrytu umiejscowioną wzdłuż granicy ziarn pierwotnego
austenitu, którego ilość zmniejsza się wraz ze zwiększeniem zawartości
węgla. Często zawiera także molibden w granicach 0,2 – 0,6%.
Zastosowanie:
Staliwo chromowe stosuje się do wytwarzania odlewów o dużych
przekrojach, silnie obciążonych i narażonych na ścieranie. [3,8]
Wpływ węgla i manganu na mechaniczne właściwości stali
manganowej
Staliwo odporne na ścieranie
Staliwo odporne na ścieranie powinno się charakteryzować
właściwościami przeciwciernymi. Staliwa odporne na ścieranie można
podzielić ze względu na główne pierwiastki stopowe na:
• manganowe
• chromowe
Staliwo manganowe (odporne na ścieranie)
Staliwa manganowe zawierające wyłącznie mangan (L45G i L120G13)
mogą mieć mikrostrukturę perlityczno-ferrytyczną przy niskich
zawartościach manganu i węgla, lub austenityczną z wydzieleniami
węglików przy wysokiej zawartości manganu i węgla, jest nazywane
staliwem Hadfielda.
Staliwa zawierające poza manganem takie pierwiastki jak molibden, nikiel,
chrom i krzem (L40GM, L20HGSNM, L35GSM, L30HGN2M, L120G13H,
L120G13T) może mieć mikrostrukturę pierwotną złożoną z perlitu (chrom,
molibden) poprzez bainit (chrom, nikiel, molibden) ze śladami ferrytu i
węglikami wydzielonymi na granicach ziarn do austenitycznej (chrom) z
węglikami i obszarami martenzytu wydzielonego wzdłuż granic ziarn.
Staliwa odporne na ścieranie
Minimalne własności
Gatunki
Twardość
HB
Rodzaj obróbki
cieplnej
Rm
[MPa]
Re
[MPa]
A5
[% ]
Z
[% ]
750
450
15
30
min 200
Normalizowanie
850
650
10
30
min 250
Ulepszanie
750
450
14
30
min 200
Normalizowanie
850
700
10
30
min 250
Ulepszanie
L40HM
1000
850
8
20
min 400
Ulepszanie
L20HGSNM
1300
1100
6
22
388-477
Ulepszanie
L35GSM
1100
850
8
18
min 300
Ulepszanie
L30HGN2M
1030
860
9
22
min 430
Ulepszanie
1000
600
8
14
min 220
Normalizowanie
1200
850
3
6
min 410
Ulepszanie
L25SHNM
min 400
Normalizowanie
L100H6M
495-601
Ulepszanie cieplne
170-217
Przesycanie
L120G13H
170-241
Przesycanie
L120G13T
170-217
Przesycanie
L45G
L40GM
L40H3T
L120G13
L30GS
nie podlegają sprawdzaniu
wg PN-87/H-83156
Staliwa chromowe odporne na ścieranie
Staliwa chromowe odporne na ścieranie zawiera 1,0 – 6,5% chromu i 0,32
- 1,1% węgla, tym więcej im więcej staliwo zawiera chromu. Może też
zawierać molibden i tytan (L40HM, L40H3T, L100H6M) – dwa pierwsze
gatunki mają mikrostrukturę złożoną z bainitu. Mikrostruktura trzeciego
gatunku złożona jest z perlitu i węglików występujących na granicach
ziarn oraz przestrzeniach międzykrystalicznych.
Staliwo niklowo-krzemowe-chromowo-molibdenowe
Do niego jest zaliczany gatunek L25SHNM, jego mikrostruktura po odlaniu
jest złożona z bainitu – obecność krzemu w tym staliwie zapewnia
utwardzenie bainitu.
Zastosowanie:
Staliwo odporne na ścieranie stosuje się do otrzymywania odlewów
elementów koparek, szczęk i młotków do kruszarek, wykładziny młynów
cementowych, ogniw gąsienicowych, rozjazdów kolejowych itp.
Staliwa stopowe odporne na korozje
Ich podstawowym dodatkiem stopowym jest Cr, staliwa o strukturze
austenitycznej zawierają poza Cr także Ni i N. Mo zwiększa odporność
korozyjną, na działanie niektórych kwasów staliw austenitycznych. Aby
zapobiec korozji międzykrystalicznej dodaje się Nb lub Ta
W zależności od składu chemicznego staliwa stopowe odporne na
korozję wykazują strukturę:
- martenzytyczną,
- austenityczną
- austenityczno-ferrytyczną.
Staliwa stopowe odporne na korozję (martenzytyczne)
Własności mechaniczne
Rm
MPa
A
%
KV
J
Stężenia pierwiastków %
C
Mn Si
Cr
Ni Mo Cu
≥620-1100 ≥5-16 ≥25-30 ≤0,15 ≤1 ≤1 11,5-17 ≤6 ≤2
N
Nb+Ta
≤4 ≤0,05 ≤0,35
V
≤0,08
Struktura:
Martenzyt wysokoodpuszczony (ferryt i węgliki)
Obróbka cieplna martenzytycznych staliw stopowych odpornych na
korozję:
- hartowanie z 950-1070˚C i odpuszczanie w 460-750˚C
Zastosowanie:
Odlewy te są odporne na korozję atmosferyczną, w parze wodnej i w
wodzie morskiej, w przemyśle mleczarskim i chemicznym, wały turbin
wodnych i parowych, śruby okrętowe , armatura wodna.
Staliwa stopowe odporne na korozję (austenityczne)
Rm
MPa
A
%
KV
J
C
Mn
Si
Cr
Ni
Mo Cu
≥440-500 ≥20-35 ≥30-45 ≤0,07 ≤2 ≤1,5 18-25 9-30,5 ≤2
Struktura:
N
≤4 ≤0,22
Nb+Ta
≤1
austenit
Obróbka cieplna austenitycznych staliw stopowych odpornych na
korozję:
- przesycanie z 1050-1240˚C z chłodzeniem w wodzie
Zastosowanie:
Odlewy te są odporne na działanie kwasów organicznych i
nieorganicznych, wody morskiej pompy, zbiorniki, rurociągi, odlewy do
pracy pod ciśnieniem, elementy kotłów parowych i innych urządzeń,
zaworów o żarowytrzymałości do około 550˚C, niektóre staliwa można
stosować do -196˚C.
Staliwa stopowe odporne na korozję (austenityczn-ferrytyczne)
Rm
MPa
A
%
KV
J
C
Mn
Si
Cr
Ni
Mo Cu
N
W
≥590-650 ≥20-22 ≥30-50 ≤0,08 ≤2 ≤1,5 21-27 4,5-8,5 ≤5 ≤3,5 0,1-0,25 ≤1
Struktura:
austenit i ferryt
Obróbka cieplna austenitycznych staliw stopowych odpornych na korozję:
- przesycanie z 1040-1150˚C z chłodzeniem w wodzie
Zastosowanie:
Odlewy te są szczególnie odporne na korozję naprężeniową, mają większą
wytrzymałość w porównaniu ze staliwami austenitycznymi. Odlewy do pracy pod
ciśnieniem, elementy kotłów parowych i innych urządzeń, zaworów o dużej
żarowytrzymałości, odlewy na zbiorniki ciśnieniowe do około 250˚C, niektóre
staliwa można stosować do -70˚C.
Staliwo chromowe
Staliwa zawierające wyłącznie chrom w granicach 12-15% mają
strukturę pierwotną złożoną z ferrytu, w której występują obszary
martenzytu lub martenzytu z wydzieleniami ferrytu w
przestrzeniach międzydendrytycznych, zależy to od zawartości
węgla.
Zastosowanie:
Otrzymywanie odlewów narażonych na działanie atmosferyczne
wody, pary, gorących par i rozcieńczonych roztworów
alkalicznych
Staliwo chromowo-niklowe
Staliwa chromowo-niklowe zawierają 12-22% chromu i 0,7-6%
niklu, zapewnia to zmianę mikrostruktury od martenzytycznej przy
niskich zawartościach tych pierwiastków do austenitycznej z
wydzieleniami ferrytu, fazy σ i węglików chromu na granicach ziarn
przy wyższej zawartości chromu i niklu. Staliwa chromowo-niklowe
zawierają jeszcze molibden, tytan lub mangan
Staliwa chromowo-niklowe z molibdenem zawierają 11,519% chromu, 3,5-11,0% niklu i 1,0-2,5% molibdenu
mikrostruktura złożona jest z martenzytu przy niskich
zawartościach chromu i niklu przechodzącą w austenityczną z
wydzieleniami niewielkiej ilości węglików, a później ferrytu i fazy
σ przy mniejszych zawartościach chromu i niklu. Molibden
zwiększa odporność korozyjną na działanie jonów chlorkowych.
Staliwa chromowo-niklowe z tytanem zwiększa odporność na
korozję międzykrystaliczną. Tytan wprowadzamy w zależności
od zawartości węgla, sprzyja on tworzeniu się mikrostruktury z
większym udziałem ferrytu.
Zastosowanie:
Stosuje się do odlewania części pomp i innych urządzeń dla
przemysłu azotowego, siarkowego, farmaceutycznego i
urządzeń pracujących w środowisku wody morskiej.
Wpływ zawartości węgla na odporność na korozję staliwa
chromowego
Staliwa żaroodporne przede wszystkim określa się składem
chemicznym staliwa, rodzajem błonek tlenkowych, a w mniejszym
stopniu jego strukturą. Żaroodporne nazywamy staliwo, które w
wyższych temperaturach odporne jest na utlenianie (tworzenie się
zgorzeliny).
Staliwa żarowytrzymałe zależy od struktury, wielkości ziarna,
postaci w której znajdują się w stopie wzmacniające fazy, ich więzi z
roztworem stałym, czystości granic ziarn. Żarowytrzymałe nazywa się
staliwo, które w wysokich temperaturach zachowuje dużą wartość
właściwości mechanicznych, a przede wszystkim stosunkowo dużą
wartość wytrzymałości na pełzanie.
Pierwiastki zwiększające żaroodporność:
¾ Chrom
¾ Nikiel
¾ Krzem
Staliwa stopowe żarowytrzymałe i żaroodporne - wysokochromowe
Twardość HB
≤300
C
Mn
Si
Cr
Ni Mo
0,2-1,8 ≤1 1-2,5 6-30 ≤1 ≤0,5
Struktura:
Wysokochromowe staliwa średniowęglowe – ferryt i węgliki
Wysokochromowe staliwa wysokowęglowe z dodatkiem do 2,5%Si – perlit i węgliki
Obróbka cieplna:
- wyżarzanie w 800-850˚C
Zastosowanie:
Żaroodporne i żarowytrzymałe staliwa na odlewy mało obciążone pracujące w
atmosferze utleniającej do 750-1150˚C
Staliwa stopowe żarowytrzymałe i żaroodporne – chromowo-niklowe:
Austenityczne
Rm
MPa
A
%
≥420-450
≥4-20
Struktura:
C
Mn
Si
Cr
Ni
Mo Co W
Nb
0,05-0,65 ≤2 ≤2,5 16-27 8-39 ≤3 ≤22 ≤3 ≤1,8
austenit i węgliki
Obróbka cieplna:
- stosowane w stanie surowym
Zastosowanie:
Żarowytrzymałe staliwa na odlewy pracujące pod znacznym obciążeniem
w atmosferze utleniającej do 900-1150˚C, staliwa wysokoniklowe odporne
na działanie gazów ze związkami siarki.
Staliwa stopowe żarowytrzymałe i żaroodporne – chromowo-niklowe:
Ferrytyczno-austenityczne
Struktura:
Rm
MPa
Twardość
HB
≥550
≤400
A
%
C
Mn
Si
Cr
Ni Mo
≥3 0,3-0,5 ≤1,5 1-2,5 25-28 3-6 ≤0,5
ferryt, austenit i węgliki
Obróbka cieplna:
- stosowane w stanie surowym
Zastosowanie:
Żarowytrzymałe staliwa na odlewy pracujące w atmosferze utleniającej
do 1100˚C, odporne na działanie kąpieli solnych.
Staliwa stopowe narzędziowe
Gatunki
HB
L40H5MF
L45HN2MF
430-535
min 210
335-455
L150HSM
240-360
L155HNM
240-360
L75HMF
230-280
L180HNM
240-360 walce hutnicze
L100H2M
230-280
L200HNM
240-360
L120HWMF
min 320
L200HSN1VT 240-360
L120HNMF
240-400
kule miażdżące i pierścienie bieżne do
młynów węglowych
L90HMF
230-350 walce hutnicze
L210H21NM
min 560
bandaże, odlewy dla elektrowni
L180H20F
min 480
kule staliwne dla cementowni
L35H17N2M
400-500 rozwłókniacze dla przemysłu
290-350 papierniczego
L210H21S
matryce kuźnicze
walce hutnicze, kule miażdżące do
250-410 młynów węglowych
HB
L65HNM
formy i wkładki do form ciśnieniowych
min 210
Gatunki
L70H2GNM
Przykłady zastosowania
min 200
Przykłady zastosowania
walce hutnicze
260-310
240-360
max 380
min 500
pierścienie do przeciągania
Staliwo to ze względu na strukturę i własności można zaliczyć do kilku grup.
W szczególności wyróżnić można średniowęglowe, nisko- i średniostopowe
staliwa do ulepszania cieplnego, do której grupy można zaliczyć staliwa
L45HN2MF, L40H5MF oraz L65HNM.
Chrom jest podstawowym pierwiastkiem stopowym staliwa narzędziowego.
Poza chromem staliwa narzędziowe posiadać mogą jeszcze takie
pierwiastki stopowe jak nikiel, molibden i wanad. Molibden wprowadza się
celem zwiększenia hartowności i tworzenia węglików zwiększających
twardość. Wanad wprowadza się celem uzyskania w mikrostrukturze
węglików typu V4C3. Mikrostruktura tego staliwa zmienia się od
austenitycznej ze śladami węglików przy dużej zawartości chromu i niklu
poprzez bainityczną dla zawartości chromu i niklu po około 1,3% do
perlitycznej przy jeszcze mniejszych zawartościach chromu i niklu od
podanych oraz molibdenu około 0,2%.
Te gatunki które nie zawierają niklu, posiadają obok chromu molibden o
zawartości 0,15-1,6% i podwyższoną zawartość krzemu 0,3-1,7% oraz
wanad, są to L150HSM, L90HMF, L180H20F, L40H5MF, L75HMF,
L120HNMF, L210H21S. Staliwa te mają mikrostrukturę martenzytyczną
przy wysokich zawartościach molibdenu do perlitycznej przy
mniejszych zawartościach tego pierwiastka.
Odlewy ze staliwa narzędziowego poddaje się często wyżarzaniu i
ulepszaniu cieplnemu, a zaletą tego staliwa jest spawalność, co
umożliwia regenerację narzędzi.
Materiały wsadowe w stalownictwie
Materiały wsadowe i pomocnicze wprowadzone do procesu wytapiania
mają podstawowy wpływ na jakość otrzymywanego staliwa. Wsad
stalowniczy składa się z materiałów metalicznych i topników, a także z
dodatków nawęglających.
Do materiałów metalicznych zalicza się:
• zasadniczy wsad: surówkę wielkopiecową przeróbczą, złom, syntikom
• dodatki utleniające: rudę żelaza, zgorzelinę
• żelazostopy i odtleniacze
Topniki to materiały żużlotwórcze:
• kamień wapienny
• wapno
• fluoryt
• boksyt
• piasek
Konwertory
Odmiany procesu konwertorowego:
• besemerowski
• tomasowski
• tropenasowski
• tlenowy LD
• kaldo
Schematyczne przedstawienie trzech sposobów doprowadzenia
dmuchu do kąpieli metalowej w konwertorze
a – dmuch z dołu
b – dmuch z boku
c – dmuch z góry
Schemat konwertora tlenowego
Piece elektryczne łukowe
Źródłem ciepła jest łuk elektryczny, który może nagrzewać wsad w sposób
pośredni bądź bezpośredni. Nagrzewanie pośrednie następuje wtedy, gdy
łuk płonie między elektrodami, natomiast nagrzewanie bezpośrednie , gdy
łuk płonie między elektrodami a wsadem
W odlewniach wytapia się stal przede wszystkim w piecach łukowych o
wyłożeniu zasadowym (dolomitowym, magnezytowym). Jako wsad stosuje
się surówkę i złom lub tylko odpowiednio przygotowany złom
W piecach tego rodzaju wytwarza się stal na odlewy stopowe lub też na
odlewy ze staliwa niestopowego wyższej jakości, z powodzeniem mogą
być w niej wykonywane odlewy cienkościenne.
W elektrycznych piecach łukowych można wytapiać stal ze zastosowaniem
świeżenia lub też sposobem odzyskowym, polegającym na przetapianiu
złomu w celu odzyskania zawartych w nim składników stopowych.
Piece elektryczne łukowe
Schemat pieca łukowego
Pełny proces wytapiania stali obejmuje:
• naprawę pospustową pieca
• ładowanie wsadu do pieca
• roztapianie wsadu
• świeżenie
• ściągnięcie żużla
• odtlenianie
• korektę składu chemicznego
• ewentualne wprowadzenie dodatków
stopowych
• odtlenianie żelazokrzemem
• spust stali
Piec elektryczny indukcyjny
Podział pieców elektrycznych indukcyjnych pod względem konstrukcji:
• piec indukcyjny bezrdzeniowy (tyglowy)
• piec indukcyjny rdzeniowy ( kanałowy)
W piecu elektrycznym indukcyjnym bezrdzeniowym uzwojenie pierwotne
stanowi induktor, a uzwojenie wtórne zwarta masa wsadu metalowego w
środku induktora. Induktor wykonany z rurki miedzianej chłodzonej wodą,
otaczający tygiel ceramiczny, zasilany przez generator prądem sieciowej
lub średniej częstotliwości, wytwarza szybkozmienne pole magnetyczne, w
wyniku czego we wsadzie występują prądy wirowe. Przy ściance tygla
występują największe natężenia prądów wirowych, powodując
intensywniejsze nagrzewanie warstwy przypowierzchniowej metalu i
przyczyniając się do konwekcyjnego ruchu cieczy. Zmienne pole
magnetyczne wywołuje elektrodynamiczny ruch kąpieli metalowej, a w
rezultacie dokładne mieszanie metalu, przyspieszając proces
homogenizacji i odtleniania stali
Schemat pieca indukcyjnego
Piec martenowski
Proces martenowski (proces Siemensa–Martina) – jest to proces
otrzymywania stali z surówki i złomu stalowego (z dodatkiem topników),
przeprowadzany w piecach płomiennych. Proces martenowski polega na
usunięciu domieszek (węgla, krzemu, manganu, fosforu, siarki) z ciekłego
wsadu przez ich utlenienie w wysokiej temperaturze (świeżenie). Bardzo
wysoką temp. (1700–1750°C) uzyskuje się dzięki regeneracji ciepła spalin
w pracujących parami regeneratorach (komorach o wyłożeniu ogniotrwałym).
W piecach maretenowskich realizowano trzy sposoby wytapiania stali:
- proces złomowy bezsurówkowy
wsad metalowy składa się prawie w 100% ze złomu stalowego
- proces złomowo-surówkowy
wsad metalowy składa się z surówki 25-40% i złomu stalowego 60-75%
- proces surówkowo-złomowo-rudowy
wsad metalowy składa się w 75% z surówki i w 2% ze złomu stalowego
Rozróżnia się:
- proces martenowski zasadowy — w piecach o zasadowym wyłożeniu
komory roboczej, (dolomitowym, rzadziej magnezytowym). W procesie
martenowskim zasadowym zazwyczaj jako topnika dodaje się do wsadu
wapno w celu usunięcia domieszek fosforu, częściowo siarki
(przechodzą one do żużla) i uzyskania stali o dobrych właściwościach
mech.
- proces martenowski kwaśny — w piecach o wyłożeniu kwaśnym
(krzemionkowym).
Proces martenowski kwaśny był i jest rzadko stosowany, gdyż wymaga
bardzo czystych materiałów wsadowych (nie można w tym procesie
usunąć ze wsadu domieszek fosforu i siarki).
Paliwami gazowymi i ciekłymi w procesie martenowskim są:
• gaz czadnicowy, zawierający CO, H2, CO2, węglowodory i azot
• gaz ziemny zawierający metan CH4 oraz niewielkie ilości CO, CO2 i N2
• olej opałowy
Schemat pieca martenowskiego
Piec indukcyjny - spust
Spust
Zalewnie
Konwertor
http://mittal.cmdok.dt.pl

Podstawy nauki o materiałach Struktura i własności staliw

Transkrypt

Podobne dokumenty

Struktura krystaliczna i amorficzna metali Podstawy nauki o