Stål

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 25. januar 2022; checks kræver 7 redigeringer .
Stål
Faser af jern-carbon-legeringer
  1. Ferrit ( fast opløsning af interstitiel C i α - jern med kropscentreret kubisk gitter)
  2. Austenit ( fast opløsning af interstitiel C i γ - jern med et ansigtscentreret kubisk gitter)
  3. Cementit (jerncarbid; Fe 3 C metastabil fase med højt kulstofindhold)
  4. Grafitstabil fase med højt kulstofindhold
Strukturer af jern-carbon-legeringer
  1. Ledeburite ( en eutektisk blanding af cementit- og austenitkrystaller, som bliver til perlit ved afkøling)
  2. Martensit (en stærkt overmættet fast opløsning af kulstof i α - jern med et kropscentreret tetragonalt gitter)
  3. Perlite ( en eutektoid blanding bestående af tynde, alternerende lameller af ferrit og cementit)
  4. Sorbitol (dispergeret perlit)
  5. Troostit (højt spredt perlit)
  6. Bainit (forældet: nåleformet troostit) er en ultrafin blanding af martensitkrystaller med lavt kulstofindhold og jernkarbider
Blive
  1. Konstruktionsstål (op til 0,8 % C )
  2. Højkulstofstål (op til ~2% C ): værktøj , matrice , fjeder , høj hastighed
  3. Rustfrit stål ( kromlegeret )
  4. Varmebestandigt stål
  5. varmebestandigt stål
  6. højstyrke stål
støbejern
  1. Hvidt støbejern (skørt, indeholder ledeburit og indeholder ikke grafit)
  2. Grått støbejern ( grafit i form af plader)
  3. Duktilt jern (flagegrafit)
  4. Duktilt jern (grafit i form af sfæroider)
  5. Halvt støbejern (indeholder både grafit og ledeburit)

Stål (fra tysk  Stahl ) [1]  - en legering af jern med kulstof (og andre grundstoffer), indeholdende mindst 45 % jern, og hvor kulstofindholdet er i området fra 0,02 til 2,14 % , og indholdet er fra 0 , 6% til 2,14% svarer til højkulstofstål . Hvis kulstofindholdet i legeringen overstiger 2,14%, kaldes en sådan legering støbejern . Moderne pulverstål som ZDP-189 kan indeholde fra 2,9 % til 3,0 % kulstof, hvilket dog ikke gør dem til støbejern. Kulstof giver legeringer styrke og hårdhed , hvilket reducerer duktilitet og sejhed .

Stål med meget høje elastiske egenskaber er meget udbredt i maskin- og instrumentfremstilling. I maskinteknik bruges de til fremstilling af fjedre , støddæmpere , kraftfjedre til forskellige formål, i instrumentering - til adskillige elastiske elementer: membraner, fjedre , relæplader , bælge , strækmærker, ophæng.

Fjedre, fjedre af maskiner og elastiske elementer i enheder er kendetegnet ved en række forskellige former, størrelser, forskellige arbejdsforhold. Det særlige ved deres arbejde er, at under store statiske, cykliske eller stødbelastninger er resterende deformation ikke tilladt i dem. I denne henseende skal alle fjederlegeringer, ud over de mekaniske egenskaber, der er karakteristiske for alle strukturelle materialer (styrke, duktilitet, sejhed, udholdenhed), have en høj modstandsdygtighed over for små plastiske deformationer. Under forhold med kortvarig statisk belastning er modstand mod små plastiske deformationer karakteriseret ved den elastiske grænse, og under langvarig statisk eller cyklisk belastning ved afspændingsmodstand [2] .

Stålets historie

De tidligste kendte eksemplarer blev opdaget under udgravninger i Anatolien (Tyrkiet). De er omkring 3800 år gamle og dateres tilbage til 1800 f.Kr. [3] [4] Indisk stål havde et højt ry i antikken. Middelalderbulat , almindelig kendt i Centralasien og Østeuropa , kommer fra indisk stål [5] . Stål blev lært at blive produceret i slutningen af ​​oldtidens æra og i Vesteuropa. Ifølge visse indikatorer (elasticitet) var det af stål, at den spanske kopi blev fremstillet . Stål gjorde det muligt at fokusere fra gennemboringsøjeblikket til skæremomentet og gå videre til sablen (gennem bredsværdet ). I middelalderen blev stål meget brugt til fremstilling af kantede våben ( romansk sværd , Ulfbert-sværd ). Damaskus stål var kendt i Mellemøsten , hvorfra shamshir blev smedet . I middelalderens Japan blev den berømte katana , wakizashi og tanto lavet af tamahagane stål . Der er en version om, at japanske sværd fra XI-XIII århundreder blev skabt af legeret stål med en blanding af molybdæn [6] . I Europa gjorde stål det muligt at forlænge sværd, som senere udviklede sig til et sværd (i det 15. århundrede ) og en griber .

Teknologien til støbt stål blev opfundet af den engelske ingeniør Gentsman , men den trængte dog først ind i det kontinentale Europa i begyndelsen af ​​det 19. århundrede (takket være Krupp ). Riflet artilleri fra 1854 var lavet af stål ( Armstrong Gun ). I det 20. århundrede begyndte man at bruge stål til at fremstille kampvognspanser [ 7] . I Kaiser Tysklands hær under Første Verdenskrig dukkede stålhjelme ( stalhelm ) op.

Klassificering af stål

Der er mange måder at klassificere stål på, for eksempel efter formål, efter kemisk sammensætning, efter kvalitet, efter struktur.

Efter formål er stål opdelt i mange kategorier, såsom konstruktionsstål, korrosionsbestandigt (rustfrit) stål, værktøjsstål, varmebestandigt stål, kryogenisk stål.

Ifølge den kemiske sammensætning opdeles stål i kulstof [8] og legeret [9] ; inklusive efter kulstofindhold - i lavt kulstof (op til 0,25% C), medium kulstof (0,3-0,55% C) og højt kulstof (0,6-2,14% C); legeret stål efter indholdet af legeringselementer opdeles i lavlegerede - op til 4% af legeringselementer, mellemlegerede - op til 11% af legeringselementer og højlegerede - over 11% af legeringselementer.

Stål, afhængigt af deres fremstillingsmetode, indeholder forskellige mængder af ikke-metalliske indeslutninger . Indholdet af urenheder ligger til grund for klassificeringen af ​​stål efter kvalitet: almindelig kvalitet, høj kvalitet, høj kvalitet og ekstra høj kvalitet.

Ifølge strukturen er stål opdelt i austenitisk , ferritisk , martensitisk , bainitisk og perlitisk . Hvis strukturen er domineret af to eller flere faser, er stålet opdelt i tofaset og flerfaset.

Karakteristika af stål

Chrom nikkel wolfram stål 15,5 W/(m K)
Krom stål 22,4 W/(m K)
molybdæn stål 41,9 W/(m K)
Kulstofstål (grad 30) 50,2 W/(m K)
Kulstofstål (kvalitet 15) 54,4 W/(m K)
Duralumin stål 56,3 W/(m K)
stål St3 (kvalitet 20) 1/°C
rustfrit stål 1/°C
konstruktionsstål 373—412 MPa
silicium-chrom-mangan stål 1,52 GPa
ingeniørstål (kulstof) 314—785 MPa
skinne stål 690—785 MPa


Fremstillingsmetode

Essensen af ​​processen med at forarbejde støbejern til stål er at reducere til den ønskede koncentration indholdet af kulstof og skadelige urenheder - fosfor og svovl, som gør stål skørt og skørt. Afhængig af kulstofoxidationsmetoden er der forskellige måder at forarbejde støbejern til stål på: konverter , åben ildsted og elektrotermisk . Stål af høj kvalitet opnås også som følge af genanvendelse, forarbejdning og omsmeltning af stålskrot.

Stålproduktionsteknologi

Råjern eller støbejern i smeltet eller fast form og jernholdige produkter opnået ved direkte reduktion (jernsvamp) udgør sammen med metalaffald og skrot udgangsmaterialer til stålproduktion. Nogle slaggedannende tilsætningsstoffer såsom kalk , flusspat , deoxidationsmidler (f.eks. ferromangan , ferrosilicium , aluminium ) og forskellige legeringselementer tilsættes til disse materialer .

Stålproduktionsprocesser er opdelt i to hovedmetoder, nemlig: konverterprocessen, hvor smeltet råjern i konverteren raffineres fra urenheder ved at rense den med ilt, og ildprocessen, hvortil der bruges åben ild eller elektriske ovne.

Konverterprocesser kræver ikke en ekstern varmekilde. De bruges, når ladningen hovedsageligt består af smeltet råjern. De eksoterme oxidationsreaktioner af nogle af grundstofferne i støbejern (såsom kulstof, fosfor, silicium og mangan) giver tilstrækkelig varme til at holde smelten i en flydende tilstand og endda tillade det tilsatte skrot at blive omsmeltet. Disse processer omfatter dem, hvor ren oxygen blæses ind i det smeltede metal (Linz-Donawitz-processerne: LD eller LDAS, OBM, OLP, Kaldo og andre), og sådanne processer, nu forældede, som bruger luft, nogle gange beriget med oxygen (Thomas og Bessemer processer).

Bundprocesser kræver en ekstern varmekilde. De bruges, når udgangsmaterialet er en fast ladning (f.eks. affald eller skrot, jernsvamp og hårdt råjern). De to hovedprocesser i denne kategori er den åbne ildproces, hvor opvarmning udføres ved afbrænding af olie eller gas , og stålfremstillingsprocesser i lysbue- eller induktionsovne, hvor opvarmning udføres ved hjælp af elektricitet.

Til fremstilling af nogle typer stål kan der anvendes to forskellige processer efter hinanden (dupleksproces). For eksempel kan smelteprocessen starte i en åben ildovn og ende i en elektrisk ovn; eller stål smeltet i en elektrisk ovn kan drænes til en speciel konverter, hvor afkulning afsluttes ved at blæse ilt og argon ind i et væskebad (en proces, der f.eks. bruges til at fremstille rustfrit stål).

Der er opstået mange nye processer til fremstilling af stål med specielle sammensætninger eller særlige egenskaber. Disse processer omfatter vakuumbueomsmeltning, elektronstrålesmeltning og elektroslaggomsmeltning. I alle disse processer opnås stål fra en omsmeltet elektrode, som, når den er smeltet, begynder at dryppe ned i formen. Formen kan laves i ét stykke, eller dens bund kan være aftagelig, så den hærdede støbning kan fjernes nedefra.

Det flydende stål opnået ved ovennævnte processer, med eller uden yderligere raffinering, hældes i en øse. På dette stadium kan legeringselementer eller deoxidationsmidler tilsættes det. Processen kan også udføres i vakuum, hvilket reducerer indholdet af gasformige urenheder i stålet. De stål, der opnås ved disse processer, klassificeres efter deres indhold af legeringselementer i "ulegeret stål" og "legeret stål" (korrosionsbestandigt stål eller andre typer). De er yderligere opdelt efter deres individuelle egenskaber, såsom friskæringsstål, siliciumelektrisk stål, højhastighedsstål eller siliciummanganstål [11] .

Oxygen-konverter metode til at opnå stål

I BOF-processer opnås stål ved at oxidere overskydende kulstof og andre jernurenheder med oxygen, som blæses gennem smeltet jern under tryk i specielle omformerovne. Konverteren er en pæreformet stålovn foret med ildfaste mursten indeni. Konverteren kan dreje rundt om sin egen akse. Dens foringsmateriale er enten dinas (som hovedsageligt består af SiO 2 , som har sure egenskaber), eller dolomitmasse (en blanding af CaO og MgO), som er opnået fra dolomit MgCO 3 CaCO 3 . Denne masse har grundlæggende egenskaber. Afhængig af ovnbeklædningens materiale er konvertermetoden opdelt i to typer: Bessemer og Thomas.

Bessemers metode

Bessemer-metoden behandler støbejern, der indeholder lidt fosfor og svovl og er rigt på silicium (mindst 2%). Når der blæses ilt, oxideres silicium først med frigivelse af en betydelig mængde varme. Som et resultat stiger støbejerns begyndelsestemperatur hurtigt fra omkring 1300 ° C til 1500-1600 ° C. Udbrændingen af ​​1 % Si forårsager en temperaturstigning på 200 ° C. Ved omkring 1500 °C begynder intens kulstofudbrænding. Sammen med det oxideres jern også intensivt, især mod slutningen af ​​silicium og kulstofudbrænding:

  • Si + O 2 \u003d SiO 2
  • 2 C + O 2 \u003d 2 CO ↑
  • 2 Fe + O 2 \u003d 2 FeO

Det resulterende jernmonoxid FeO opløses godt i smeltet støbejern og går delvist over i stål, og reagerer delvist med SiO 2 og i form af jernsilikat FeSiO 3 går over i slagger:

  • FeO + SiO 2 = FeSiO 3

Fosfor går fuldstændig fra støbejern til stål, så P 2 O 5 med et overskud af SiO 2 kan ikke reagere med basiske oxider, da SiO 2 reagerer kraftigere med sidstnævnte. Derfor kan fosforstøbejern ikke forarbejdes til stål på denne måde.

Alle processer i konverteren forløber hurtigt - inden for 10-20 minutter, da ilten i luften, der blæses gennem støbejernet, reagerer med de tilsvarende stoffer umiddelbart gennem hele metallets volumen. Når der blæses med iltberiget luft, accelereres processerne. Kulilte CO, dannet under kulstofudbrænding, stiger i form af gasbobler, brænder over overfladen af ​​smelten med dannelsen af ​​en lys flamme over halsen på konverteren, som aftager, efterhånden som kulstoffet brænder ud, og derefter helt forsvinder , hvilket er et tegn på afslutningen på processen. Det resulterende stål indeholder betydelige mængder opløst jernmonoxid FeO, hvilket i høj grad reducerer stålets kvalitet. Derfor, før støbning, skal stål deoxideres ved hjælp af forskellige deoxidationsmidler - ferrosilicium, ferromangan eller aluminium:

  • 2 FeO + Si = 2 Fe + SiO2
  • FeO + Mn = Fe + MnO
  • 3 FeO + 2Al \u003d 3 Fe + Al 2 O 3

Manganmonoxid MnO reagerer som det basiske oxid med SiO 2 og danner mangansilikat MnSiO 3 , som går over i slagger. Aluminiumoxid, som et stof, der er uopløseligt under disse forhold, flyder også til toppen og går over i slagger. På trods af sin enkelhed og høje produktivitet er Bessemer-metoden nu ikke særlig almindelig, da den har en række væsentlige ulemper. Så støbejern til Bessemer-metoden bør være med det laveste indhold af fosfor og svovl, hvilket langt fra altid er muligt. Med denne metode sker der en meget stor udbrænding af metallet, og ståludbyttet er kun 90 % af massen af ​​støbejern, og der forbruges også en del deoxidationsmidler. En alvorlig ulempe er umuligheden af ​​at regulere den kemiske sammensætning af stål.

Bessemer stål indeholder normalt mindre end 0,2 % kulstof og bruges som teknisk jern til fremstilling af wire, bolte, tagjern mv.

Denne proces er i øjeblikket forældet.

Thomas' måde

Thomas-metoden bearbejder støbejern med et højt indhold af fosfor (mere end 2%). Den største forskel mellem denne metode og Bessemer-metoden er, at konverterforingen er lavet af magnesium- og calciumoxider. Derudover tilsættes op til 15 % CaO til støbejern. Som følge heraf indeholder slaggedannende stoffer et betydeligt overskud af oxider med grundlæggende egenskaber.

Under disse forhold vekselvirker phosphorsyreanhydrid P 2 O 5 , som opstår under forbrændingen af ​​phosphor, med et overskud af CaO for at danne calciumphosphat, over i slagger:

  • 4 P + 5 O 2 \u003d 2 P 2 O 5
  • P 2 O 5 + 3 CaO \u003d Ca 3 (PO 4 ) 2

Forbrændingsreaktionen af ​​fosfor er en af ​​de vigtigste varmekilder i denne metode. Når der forbrændes 1 % fosfor, stiger konverterens temperatur med 150 °C. Svovl frigives til slaggen i form af calciumsulfid CaS, uopløseligt i smeltet stål, som dannes som følge af vekselvirkningen af ​​opløseligt FeS med CaO ifølge reaktionen

  • FeS + CaO = FeO + CaS

Alle sidstnævnte processer foregår på samme måde som i Bessemer-metoden. Ulemperne ved Thomas-metoden er de samme som ved Bessemer-metoden. Thomasstål er også kulstoffattigt og bruges som teknisk jern til fremstilling af tråd, tagjern mv.

I USSR blev Thomas-metoden brugt til at behandle fosforstøbejern opnået fra Kerch brun jernmalm . Den resulterende slagge indeholder op til 20 % P 2 O 5 . Det males og bruges som fosfatgødning på sur jord.

Metoden er forældet og er nu næsten udgået af produktion.

Ovn med åben ild

Åben ildmetoden adskiller sig fra konvertermetoden ved, at afbrændingen af ​​overskydende kulstof i støbejern ikke kun sker på bekostning af luftilt, men også ilt fra jernoxider, som tilsættes i form af jernmalm og rustent jernskrot. .

Ovnen med åben ild består af et smeltebad dækket med et tag af ildfaste mursten og specielle regeneratorkamre til forvarmning af luft og brændbar gas. Regeneratorerne er fyldt med ildfaste mursten. Når de første to regeneratorer opvarmes af ovngasserne, blæses brændbar gas og luft ind i ovnen gennem den varme tredje og fjerde regenerator. Efter nogen tid, når de første to regeneratorer opvarmes, ledes gasstrømmen i den modsatte retning, og så videre.

Smeltebadene i kraftige ovne med åben ild er op til 16 m lange, op til 6 m brede og over 1 m høje. Kapaciteten af ​​sådanne bade når 500 tons stål. Jernskrot og jernmalm fyldes i smeltebadet. Kalksten tilsættes også til ladningen som et flusmiddel. Ovntemperaturen holdes på 1600-1700 °C og derover. Udbrændingen af ​​kulstof- og jernurenheder i den første smelteperiode opstår hovedsageligt på grund af et overskud af ilt i den brændbare blanding med de samme reaktioner som i konverteren, og når der dannes et slaggelag over det smeltede jern på grund af jernoxider:

  • 4 Fe 2 O 3 + 6 Si \u003d 8 Fe + 6 SiO 2
  • 2 Fe 2 O 3 + 6 Mn \u003d 4 Fe + 6 MnO
  • Fe 2 O 3 + 3 C \u003d 2 Fe + 3 CO ↑
  • 5 Fe 2 O 3 + 2 P \u003d 10 FeO + P 2 O 5
  • FeO + C \u003d Fe + CO ↑

På grund af vekselvirkningen mellem basiske og sure oxider dannes silikater og fosfater, som går over i slagger. Svovl passerer også ind i slaggen i form af calciumsulfid:

  • MnO + SiO 2 = MnSiO 3
  • 3 CaO + P 2 O 5 \u003d Ca 3 (PO 4 ) 2
  • FeS + CaO = FeO + CaS

Ovne med åben ild, ligesom omformere, fungerer med jævne mellemrum. Efter udstøbning af stålet belastes ovnen igen med ladning osv. Processen med at forarbejde støbejern til stål i ovne med åben ild sker relativt langsomt inden for 6-7 timer. I modsætning til en konverter kan man i ovne med åben ild nemt kontrollere stålets kemiske sammensætning ved at tilsætte jernskrot og malm til støbejern i en eller anden mængde. Inden afslutningen af ​​smeltningen stoppes opvarmningen af ​​ovnen, slaggen drænes, og derefter tilsættes deoxidationsmidler. I åbne ovne kan legeret stål også fås. For at gøre dette, i slutningen af ​​smelten, tilsættes de tilsvarende metaller eller legeringer til stålet.

I 2009 har fungerende ovne med åben ild kun overlevet i Rusland, Ukraine og Indien. I 2018 blev den sidste store ildstedsovn i Rusland lukket [12] . Derefter blev denne metode til stålproduktion kun bevaret i Ukraine.

Elektrotermisk metode

Den elektrotermiske metode har en række fordele i forhold til den åbne ildsted og især konvertermetoden. Denne metode gør det muligt at opnå stål af meget høj kvalitet og præcist kontrollere dets kemiske sammensætning. Luftens adgang til den elektriske ovn er ubetydelig, derfor dannes jernmonoxid FeO meget mindre, hvilket forurener stålet og reducerer dets egenskaber. Temperaturen i den elektriske ovn er ikke lavere end 1650 °C. Dette gør det muligt at smelte stål på basiske slagger (som er svære at smelte), hvor fosfor og svovl fjernes mere fuldstændigt. På grund af den meget høje temperatur i elektriske ovne er det desuden muligt at legere stål med ildfaste metaller - molybdæn og wolfram. Men i elektriske ovne forbruges der meget strøm - op til 800 kWh pr. 1 ton stål. Derfor bruges denne metode kun til at opnå specialstål af høj kvalitet.

Elektriske ovne kommer i forskellige kapaciteter - fra 0,5 til 180 tons. Ovnforingen er normalt lavet af periklase-carbon ildfast materiale, og ovntaget er lavet af magnesit-chromit ildfast materiale. Ladningens sammensætning kan være anderledes. I de fleste tilfælde bruger elektriske ovne 100% metalskrot. Nogle gange består ladningen af ​​90 % jernskrot og 10 % jern, nogle gange er den domineret af støbejern med tilsætningsstoffer i en vis andel jernmalm og jernskrot. Kalksten eller kalk som flusmiddel tilsættes også til ladningen . De kemiske processer ved stålfremstilling i elektriske ovne er de samme som i åbne ovne.

Egenskaber af stål

Fysiske egenskaber

  • massefylde ρ ≈ 7,86 g/cm3 ( eller 7800 kg/m3 ) ;
  • lineær termisk udvidelseskoefficient α = (11…13) 10 −6 K −1 ;
  • varmeledningskoefficient k = 58 W/(m K);
  • Youngs modul E = 210 GPa;
  • forskydningsmodul G = 80 GPa;
  • Poissons forhold ν = 0,28…0,30;
  • elektrisk resistivitet (20 ° C, 0,37-0,42% kulstof) \u003d 1,71 10 -7 Ohm m.

Egenskabers afhængighed af sammensætning og struktur

Egenskaberne af stål afhænger af deres sammensætning og struktur, som er dannet af tilstedeværelsen og procentdelen af ​​følgende komponenter:

  • Kulstof  er et grundstof, med en stigning i indholdet af hvilket i stål, dets hårdhed og styrke øges , mens duktiliteten falder .
  • Silicium og mangan (inden for 0,5 ... 0,7 %) har ikke en væsentlig effekt på stålets egenskaber. Disse elementer indføres i de fleste kulstof- og lavlegerede stålkvaliteter under deoxidationsoperationen (først ferromangan, derefter ferrosilicium, som billige deoxiderende ferrolegeringer).
  • Svovl er en skadelig urenhed, der danner den kemiske forbindelse FeS (jernsulfid) med jern. Jernsulfid i stål danner et eutektikum med jern med et smeltepunkt på 1258 K, hvilket forårsager skørhed af materialet under trykbehandling med opvarmning. Det specificerede eutektikum smelter under varmebehandling, som et resultat af hvilket bindingen mellem kornene går tabt med dannelsen af ​​revner. Derudover reducerer svovl stålets duktilitet og styrke, slidstyrke og korrosionsbestandighed.
  • Fosfor er også en skadelig urenhed, da det giver stålet kold skørhed ( skørhed ved lave temperaturer) [13] . Dette skyldes det faktum, at fosfor forårsager en stærk intrakrystallinsk segregation. Der findes dog en gruppe stål med et højt indhold af fosfor, de såkaldte "automatiske stål", metalprodukter, hvorfra man let kan bearbejde ved skæring (f.eks. bolte, møtrikker osv. på halvautomatiske drejebænke) .
  • Ferrit  er jern med et kropscentreret krystalgitter. Legeringer baseret på det har en blød og duktil mikrostruktur.
  • Cementit  - jerncarbid, en kemisk forbindelse med formlen Fe 3 C, tværtimod giver stål hårdhed. Når fri cementit optræder i strukturen af ​​hypereutectoid stål (ved C mere end 0,8%), forsvinder et klart forhold mellem kulstofindholdet og komplekset af mekaniske egenskaber: hårdhed, slagstyrke og styrke.
  • Perlite  er en eutektoid (fint spredt mekanisk) blanding af to faser - ferrit og cementit, indeholder 1/8 cementit (mere præcist, ifølge "håndtaget"-reglen, hvis vi negligerer kulstofopløseligheden i ferrit ved stuetemperatur - 0,8 / 6,67) og har derfor øget styrke og hårdhed sammenlignet med ferrit. Derfor er hypoeutektoide stål meget mere duktile end hypereutektoide.

Stål indeholder op til 2,14 % kulstof. Grundlaget for videnskaben om stål som en legering af jern med kulstof er tilstandsdiagrammet for jern-carbon-legeringer  - en grafisk repræsentation af fasetilstanden af ​​jern-carbon-legeringer afhængigt af deres kemiske sammensætning og temperatur. Legering bruges til at forbedre stålets mekaniske og andre egenskaber. Hovedformålet med legering af langt de fleste stål er at øge styrken på grund af opløsningen af ​​legeringselementer i ferrit og austenit, dannelse af karbider og øget hærdbarhed. Derudover kan legeringselementer øge korrosionsbestandigheden, varmebestandigheden, varmebestandigheden osv. Grundstoffer som chrom, mangan, molybdæn, wolfram, vanadium, titanium danner carbider, mens nikkel, silicium, kobber, aluminium ikke danner carbider. Derudover reducerer legeringselementer den kritiske kølehastighed under hærdning, hvilket skal tages i betragtning ved tildeling af hærdningstilstande (varmetemperatur og kølemedium). Med en betydelig mængde legeringselementer kan strukturen ændre sig væsentligt, hvilket fører til dannelsen af ​​nye strukturelle klasser sammenlignet med kulstofstål.

Stålbearbejdning

Typer af varmebehandling

Stål i den oprindelige tilstand er ret plastisk, det kan behandles ved deformation (tryk): smedning, valsning, stempling. Et karakteristisk træk ved stål er dets evne til væsentligt at ændre dets mekaniske egenskaber efter varmebehandling, hvis essens er at ændre stålstrukturen under opvarmning, fastholdelse og afkøling i henhold til et særligt regime. Der er følgende typer varmebehandling:

  • udglødning;
  • normalisering;
  • hærdning;
  • ferie.

Jo rigere stålet er på kulstof, jo hårdere er det efter hærdning. Stål med et kulstofindhold på op til 0,3 % (kommercielt jern) er praktisk talt ikke hærdet.

Kemisk-termisk behandling af stål

Kemisk-termisk behandling af stål fører udover ændringer i stålets struktur også til en ændring i overfladelagets kemiske sammensætning ved at tilføre forskellige kemikalier til en vis dybde af overfladelaget. Disse procedurer kræver brug af kontrollerede varme- og kølesystemer i specielle miljøer. Blandt de mest almindelige mål relateret til brugen af ​​disse teknologier er at øge overfladens hårdhed med høj kerneviskositet, reducere friktionskræfter, forbedre slidstyrken, forbedre udmattelsesbestandigheden og forbedre korrosionsbestandigheden. Disse metoder omfatter:

  • Karburering (C) øger overfladehårdheden af ​​blødt stål på grund af en stigning i kulstofkoncentrationen i overfladelagene.
  • Nitrering (N), ligesom karburering, øger stålets overfladehårdhed og slidstyrke.
  • Cyanering og nitrocarburisering (N + C) er en proces med samtidig mætning af overfladen af ​​stål med kulstof og nitrogen. Ved cyanidering anvendes saltsmelter, der har en NaCN-gruppe i deres sammensætning, og ved nitrocarburisering anvendes en blanding af ammoniak med gasser, der indeholder kulstof (CO, CH 4 osv.). Efter cyanidering og nitrocarburisering udføres hærdning og lav temperering.
  • Sulfatering (S) - mætning af overfladen med svovl forbedrer indkøringen af ​​deles gnidningsflader, friktionskoefficienten falder.

Varianter af nogle ståltyper

Stålkvaliteter varmebehandling Hårdhed (kerne-overflade)
35 normalisering 163-192HB
40 forbedring 192-228HB
45 normalisering 179-207HB
45 forbedring 235-262HB
55 hærdning og høj temperering 212-248HB
60 hærdning og høj temperering 217-255HB
70 hærdning og høj temperering 229-269 HB
80 hærdning og høj temperering 269-302HB
U9 udglødning 192HB
U9 hærdning 50-58HRC
U10 udglødning 197HB
U10 hærdning 62-63HRC
40X forbedring 235-262HB
40X forbedring + høj strømhærdning frekvenser 45-50 HRC; 269-302HB
40HN forbedring 235-262HB
40HN forbedring + hærdestrømme vys. frekvenser 48-53HRC; 269-302HB
35XM forbedring 235-262HB
35XM forbedring + hærdestrømme vys. frekvenser 48-53HRC; 269-302HB
35L normalisering 163-207HB
40L normalisering 147HB
40GL forbedring 235-262HB
45L forbedring 207-235HB
65G

HB-Brinell hårdhed , HRC-Rockwell hårdhed .

Stålproduktion

Stålproduktion i verden

Verdens førende inden for stålproduktion er Kina, hvis andel i 2017 var 49%.

I alt blev der smeltet 1.620 millioner tons stål i verden i 2015, i 2017 beløb verdensproduktionen sig til 1.691,2 millioner tons [14] .

De ti førende lande inden for stålsmeltning er [14] :

Land Smeltning i 2017, millioner tons
Kina 831,7
Japan 104,7
Indien 101,4
USA 81,6
Rusland 71,3
Sydkorea 71,1
Tyskland 43,6
Kalkun 37,5
Brasilien 34,4
Italien 24,0

Stålproduktionen efter kontinent og region fordeler sig som følger (tusind tons):

Regioner i verden 2011 2017
Asien 954 190 1 162 500
Den Europæiske Union (27) 177 431 168 700
Nordamerika 118 927 116.000
CIS (6) 112 434 102 100
Sydamerika 48 357 43.700
Andet Europa 37 181
Nær øst 20 325
Afrika 13 966
Oceanien 7 248
Total i verden 1 490 060 1 691 200

2008

I 2008 producerede verden 1 milliard 329,7 millioner tons stål, hvilket er 1,2 % mindre end i 2007. Dette var den første reduktion i den årlige produktion i 11 år.

2009

Ifølge resultaterne af de første seks måneder af 2009 faldt stålproduktionen i 66 lande i verden, hvis andel i den globale stålindustri er mindst 98%, med 21,3% sammenlignet med samme periode året før - fra 698,2 million tons til 549,3 millioner tons (World Steel Association statistik).

Kina øgede stålproduktionen i forhold til samme periode i 2008 med 1,2% - op til 266,6 millioner tons, i Indien steg stålproduktionen med 1,3% - op til 27,6 millioner tons.

I USA faldt stålproduktionen med 51,5%, i Japan - med 40,7%, i Sydkorea - med 17,3%, i Tyskland - med 43,5%, i Italien - med 42,8%, i Frankrig - med 41,5%, i Storbritannien - med 41,8%, i Brasilien - med 39,5%, i Rusland - med 30,2%, i Ukraine - med 38,8%.

I juni 2009 udgjorde stålproduktionen i verden 99,8 millioner tons, hvilket er 4,1 % mere end i maj 2009.

Rangering af verdens førende stålproducenter

Stålproduktion af de største producenter i verden i forskellige år (i millioner tons):

Bedømmelse
i 2019 		Fabrikant Land Produktion
i 2006 [15] 		Produktion
i 2007 [15] 		Produktion
i 2019 [16]
en ArcelorMittal Luxembourg 117,98 116,40 97,31
3 Nippon stål Japan 33,70 34,50 51,68
12 JFE Stål Japan 31,83 33,80 27.35
5 POSCO Sydkorea 31.20 32,78 43,12
2 China Baowu Group ( Shanghai Baosteel ) Kina 22.53 28,58 95,47
9 Tata Steel Indien 23,95 26,52 30.15
6 Shagang Group ( Jiangsu Shagang ) Kina 14,63 22,89 41,10
fire HBIS Group ( Tangshang ) Kina 19.06 22,75 46,56
21 NLMK Rusland - - 15,61
26 U.S. Steel USA 21.25 20.54 15.37
- China Baowu Group ( Wuhan ) Kina 13,76 20.19 -
fjorten Nucor USA 20.31 20.04 23.09
- ArcelorMittal (Riva) Italien 18.19 17,91 -
tredive Gerdau Gruppen Brasilien 15,57 17,90 13.13
35 ThyssenKrupp Tyskland 16,80 17.02 12.25
37 Severstal Rusland 17,60 16,75 11,85
28 Evraz Rusland 16.10 16.30 13,81
7 Ansteel Group ( Anshan ) Kina 15.00 16.17 39,20
- China Baowu Group ( Maanshan ) Kina 10,91 14.16 -
atten Sejle Indien 13.50 13,87 16.18
32 MMK Rusland 12.45 13.30 12.46
24 Techint Argentina 12,83 13.20 14.44
ti Shougang Kina 10.55 12,85 29,34
23 China Steel Corp Taiwan 12.48 12,67 15.23
elleve Shandong Steel ( Jinan ) Kina 11.24 12.12 27,58
otte Jianlong gruppe Kina - - 31.19
13 Valin Group Kina - - 24.31

Store stålproducenter i Rusland

Russiske virksomheders sted på verdensranglisten (i millioner tons):
Rangering
i 2019 [16] 		Fabrikant Produktion
i 2006 [15]		 Produktion
i 2007 [15]		 Produktion
i 2010 [17] 		Produktion
i 2019 [16]
37 Severstal 17,60 16,75 14,70 11,85
28 Evraz 16.10 16.30 16.29 13,81
32 MMK 12.45 13.30 11.40 12.46
21 NLMK 9.13 9.06 11.50 15,61
70 Metalloinvest 6,28 6,43 6.10 4,87
86 Mechel 5,95 6.09 6.07 3,60
100 TMK 2.15 2.19 2,60 3.12

Internationalt stålmarked

Fra 2019 [18] blev markedet for primært stål (ekskl. produkter fremstillet af det) anslået til 380 milliarder dollars.

De største eksportører var (2019) - Kina (39,8 milliarder USD), Japan (26,7 milliarder USD), Tyskland (25,4 milliarder USD), Sydkorea (23,5 milliarder USD) og Rusland (19,8 milliarder USD); importører er Tyskland ($26,3 milliarder), USA ($23,9 milliarder), Kina ($21,9 milliarder), Italien ($18,4 milliarder) og Sydkorea ($14,7 milliarder).

Kvalitets- og overensstemmelsescertifikater for stålprodukter

Langt de fleste stålprodukter er underlagt obligatorisk certificering. For nemheds skyld vil dette afsnit henvise til "valsede produkter" senere i dette afsnit, men de samme krav gælder for smedegods, støbegods, hardware (f.eks. tråd, tape) osv.

Kvalitetscertifikatet er udstedt af producenten og bekræfter produkternes overensstemmelse med de nuværende standarder (GOST'er, TU'er og andre).

Vigtigste normaliserede egenskaber:

  • sortiment, det vil sige geometrien af ​​valsede produkter (dimensioner, længde, tilladt krumning osv.);
  • kemisk sammensætning af stål;
  • tekniske forhold (mekaniske egenskaber, overfladefinish, for visse typer - stålkonstruktion og nogle andre parametre).

For nogle typer valsede produkter er hver egenskab standardiseret af en separat GOST; nogle GOST'er kombinerer to og endda alle tre egenskaber.

Eksempler:

1. Varmvalset vinkel 50x50x5 mm, længde 12,0 m, kvalitet st3sp-5, er standardiseret af tre GOST'er:

  • GOST 8509-93 - til størrelse (50x50x5mm), stanglængde 12,0 m, tilladt krumning osv.
  • GOST 380-2005 for kemisk sammensætning (st3sp)
  • GOST 535-2005 for mekaniske egenskaber

2. Varmvalset cirkel 25 mm fra klasse st20 er kun standardiseret af to GOST'er:

  • GOST 2590-2006 - til en diameter på 25 mm og tilladt krumning
  • GOST 1050-88 (ny udgave 1050-2013) for kemisk sammensætning, og for mekaniske egenskaber, overfladekvalitet mv.

3. Fittings AIII 28 mm fra mærke 25G2S - alle parametre er reguleret i overensstemmelse med GOST 5781-82.

Overensstemmelsescertifikater bekræfter (for det meste), at en eller anden type valsede produkter produceret af virksomheden opfylder de krav, der ikke er direkte relateret til valsede produkter som sådan: sanitære og hygiejniske, konstruktion, særlige krav til valsede produkter til nukleare behov, luftfart, skibsbygning og nogle andre specialindustrier. Sådanne certifikater udstedes af særligt autoriserede organisationer, afhængigt af formålet med lejen.

Se også

Noter

  1. ↑ Stål på Wiktionary .
  2. ↑ "Materialvidenskab" Arzamasov B. N. . Hentet 20. maj 2009. Arkiveret fra originalen 18. juni 2009.
  3. ↑ Akanuma, H. Betydningen af ​​sammensætningen af ​​udgravede jernfragmenter taget fra Stratum III på stedet for Kaman-Kalehöyük, Tyrkiet  //  Anatolian Archaeological Studies : journal. - 2005. - Bd. 14 . - S. 147-158 .
  4. ↑ Jerntøjsstykke udgravet fra Tyrkiet viste sig at være det ældste stål , Hinduen  (26. marts 2009). Arkiveret fra originalen den 29. marts 2009. Hentet 27. marts 2009.
  5. ↑ The Riddle of the Damask Pattern Arkiveret 1. november 2017 på Wayback Machine .
  6. ↑ Bulat og Damaskus stål - mysterier og historie Arkiveret 16. oktober 2017 på Wayback Machine .
  7. ↑ Tankrustning . Hentet 16. oktober 2017. Arkiveret fra originalen 16. oktober 2017.
  8. ↑ GOST 380-71, GOST 1050-75
  9. ↑ GOST 4543-71, GOST 5632-72, GOST 14959-79 . Hentet 20. juni 2015. Arkiveret fra originalen 23. september 2015.
  10. ↑ Afsnit 3.7. Termisk ledningsevne // Ny opslagsbog af en kemiker og teknolog. - Sankt Petersborg. : MMVI, NPO "Professional", 2006. - T. 12.
  11. ↑ FORKLARINGER TIL DEN UNIFIED RÅVARENOMENKLATUR FOR UDENLANDSKE ØKONOMISKE AKTIVITETER I DEN EURASISKE ØKONOMISKE UNION (TN VD EAEU).
  12. ↑ I Rusland blev den største åben ildovn stoppet . RBC. Hentet 23. marts 2018. Arkiveret fra originalen 23. marts 2018.
  13. ↑ Vasiliev A. V., Ermakov S. B. Årsager til destruktion af højstyrkestål ved lave temperaturer  // Nauch. magasin NRU ITMO; serie "Køle og klimaanlæg". - 2008. - Nr. 2 . Arkiveret fra originalen den 12. september 2015.
  14. ↑ 1 2 Verdens stålproduktion steg med 5,3 procent i 2017 . Hentet 25. juli 2018. Arkiveret fra originalen 25. juli 2018.
  15. ↑ 1 2 3 4 Verdens bedste stålproducenter i 2007 // Metal Bulletin Weekly. - 17. marts 2008. - Nr. 9038 . - S. 7 .
  16. ↑ 1 2 3 Topstålproducenter i 2019  . verdens stålforening. Hentet 5. oktober 2020. Arkiveret fra originalen 23. november 2020.
  17. ↑ Metal Bulletin . www.metalbulletin.com . Hentet 22. november 2020. Arkiveret fra originalen 27. november 2020.
  18. ↑ Ifølge oec.world . Hentet 27. marts 2021. Arkiveret fra originalen 13. juni 2021.

Litteratur

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Tematiske steder
Ordbøger og encyklopædier