Загальні положення виробництва сталі

Останнім часом в усьому світі щорічно виробляється близько 750 млн.т сталі, у тому числі приблизно 70% – у конвертерах, 13% – у мартенівських печах і 17% – в електропечах.

В Україні річні загальні потужності сталеплавильного вироб­ництва становлять приблизно 50 млн.т сталі. Вони розмішуються в ос­новному в Придніпровському та Донецькому регіонах. Приблизно 42,5% усієї сталі виробляється в конвертерах, 55% – у мартенівських пе­чах і 2,5% – в електропечах. У 1995 р. було виплавлено 22 млн.т ста­лі.

У промислово розвинених країнах світу 60-90% усієї сталі розливається на машинах безперервної розливки сталі (МБРС), а в Україні – приблизно 10%.

Найближчим часом до початку XXI ст. планується зменшити об­сяг виробництва мартенівської сталі до 34%, збільшивши виробництво конвертерної до 61%, а електропічної – до 4%, довівши обсяг розлив­ки сталі на МБРС до 39%, а обсяг позапічної обробки - до 62% усієї сталі.

Уся сталь, що виробляється, поділяється за хімічним складом; способом виробництва; типами процесу, сталевого зливка, мікрострук­тури; призначенням.

За хімічним складом залежно від вмісту вуглецю сталь поділя­ється на низько вуглецеву (менш як 0,25% вуглецю); середньо вуглецеву (0,25-0,6% вуглецю) та високо вуглецеву (понад 0,6% вуглецю).

Окрім вуглецю сталь містить також інші елементи, більша час­тина яких може бути легуючими, тобто такими, які, входячи до складу сталі, надають їй потрібних якостей. Найчастіше як легуючі елементи використовують марганець, кремній, хром, нікель, ванадій, вольфрам та ін.

За вмістом легуючих елементів сталь поділяється на низьколеговану, яка містить до 2% одного легуючого елемента або до 3,5% кіль­кох; середньолеговану, вміст одного легуючого в якій не перевищує 8% або вміст кількох не перевищує 12%; високолеговану, яка містить що­найменше 8% одного легуючого елемента або щонайменше 10% кількох.

У сталі міститься певна кількість сірки і фосфору, які в біль­шості випадків є небажаними. Оскільки вони знижують механічні та інші властивості сталі, їх називають шкідливими домішками.

Залежно від вмісту шкідливих домішок сталь поділяють так: звичайної якості, якщо вміст сірки не перевищує 0,07%, а фосфору – 0,09%; якісна, якщо вміст сірки і фосфору не перевищує 0,045%; високоякісна, якщо їх вміст не перевищує 0,025% кожного окремо.

За способом виробництва сталь поділяють так:

1. конвертерна, у тому числі киснево-конвертерна, бесемерівська, томасівська, малобесемерівська тощо;

2. мартенівська, у тому числі виготовлена в двованних сталеплавильних агрегатах;

3. електропічна, у тому числі виготовлена в дугових, індук­ційних, плазмених та інших печах, які використовують для виробництва сталі електроенергію.

Тип сталеплавильного процесу визначають залежно від складу шлаку та футеровий ванни сталеплавильного агрегату. Якщо шлак і футеровка основні, тобто в них переважають основні компоненти, то стале­плавильний процес має основний тип. У противному разі процес вважають кислим. Цей розподіл пов’язаний з тим, що лише в разі основного типу процесу можливе виведення зі сталі сірки та фосфору в шлак. Проте кис­лий процес також має певні переваги, пов’язані із вмістом у сталі на­самперед кисню, який є небажаною домішкою.

Під час розливки та тверднення сталі формується сталевий зли­вок, який може бути киплячим, напівспокійним і спокійним залежно від того, якою мірою під час тверднення сталі відбувалося виділення з неї газів, що залежить насамперед від вмісту кисню в сталі.

За призначенням сталі поділяють на такі:

конструкційні – нелегована вуглецева, підшипникова, тепло­стійка, підвищеної оброблюваності; інструментальні;

зі спеціальними фізичними властивостями:

- електротехнічні, жароміцні, корозійно-, жаро-, холодо- та зносостійкі, маломагнітні;

- прецизійні – з високим електроопором, магнітом’які, із зада­ним коефіцієнтом розширення;

- для зварювання та наплавлення.

Кожна сталь має літерно-цифровий шифр, що стисло характеризує її хімічний склад. Наприклад, нелеговані вуглецеві сталі шифрують так: Ст0, Ст1, Ст2-Ст7. Скорочення «Ст» означає «сталь», а порядко­вий номер підвищується відповідно до зростання вмісту в сталі вугле­цю. Розглядувані сталі містять до 0,4% кремнію, до 0,8% марганцю, до 0,12% алюмінію, до 0,15% титану, до 0,30% хрому, нікелю та міді. Якщо після шифру стоять літери «кп», «пс», або «сп», то це означав, що сталевий зливок належить відповідно до киплячого, напівспокійного або спокійного типу. Літери перед шифром відповідають способу ви­робництва сталі (наприклад,. «К», «М», «Б» - відповідно конвертерному, мартенівському, бесемерівському)

Інші сталі конструкційної групи шифрують так. Кожний елемент, що міститься в сталі, позначається відповідною літерою: В - вуглець, С - кремній, Г - марганець, X - хром, Н - нікель тощо. Якщо після літери стоїть цифра, то це означає, що вміст елемента в стелі досягає певного значення іу відсотках; відсутність цифри означає, що ле­гуючого елемента в сталі міститься менше 1%.

Шифр конструкційної сталі починається двома цифрами, наприк­лад «0,8», «35», «38», «45», які відповідають середньому вмісту вуглецю в сталі у сотих відсотка. Наприклад, сталь 35ГС містить у се­редньому приблизно 0,35% вуглецю те до 1%марганцю і кремнію, а сталь 35Г2С – до 2% марганцю. Літерою «А» після шифру позначається сталь підвищеної якості, в якій міститься менш як 0,025% сірки і фосфору.

Шифри деяких за призначенням конструкційних сталей мають пев­ну специфіку. Наприклад, шарикопідшипникова сталь може мати шифр ШХ10: «Ш» - шарикопідшипникова: «Х10» – х рому в ній міститься в середньому приблизно 1%.

На кожну сталь існує державний стандарт, тобто текст, в яко­му висуваються вимоги до складу сталі, її способу виробництва та властивостей.

У складі сталі наводяться дані щодо допустимого діапазону вмісту кожного елемента або його меж (верхньої чи нижньої). У дея­ких випадках стандарт може не визначати хімічного складу сталі.

Залежно від способу виробництва властивості сталі, які не піддаються контролю, змінюються. Тому сталі однакового хімічного складу, що контролюється, і різних способів виробництва мають різні стандарти.

До механічних властивостей сталі насамперед і найчастіше на­лежать межа міцності, межа текучості, відносне видовження, ударна міцність та ін.; до спеціальних фізичних – втрати енергії при пере­магнічуванні, магнітна індукція та ін.; до спеціальних фізико-хімічних – здатність сталі чинити опір корозії в різних середовищах та ін.

Невиконання вимог державних стандартів в порушенням закону держави.

Окрім стандартів існують так звані технічні умови, які роз­роблюються між виробником сталі та її споживачем у таких випадках: у разі зміни умов на склад і властивості сталі в межах стандарту; при розробці нових марок сталі.

У першому випадку за домовленістю можливе звуження діапазону вмісту елемента чи елементів порівняно із стандартом, що відповід­но звужує властивості сталі і діє на користь споживача, але утруд­нює завдання виробнику сталі. Дотримання технічних умов у цьому ра­зі не суперечить стандарту і сплачується споживачем виробнику.

У другому випадку стандарту на нову марку сталі ще не існує і його потрібно розробити. У цьому разі технічні умови визначають можливий склад і властивості сталі, які уточнюються в процесі її до­слідного виготовлення. Після того як доведено можливість виробниц­тва сталі, на неї розроблюють відповідний державний стандарт, а тех­нічні умови скасовують.

Останнім часом розроблюють нові ультра чисті сталі, які міс­тять мінімальну кількість шкідливих домішок. Це потребує розробки такої частини теорії металургії сталі, яка містить закономірності їх видалення з металу.