Получение чугуна. Технология получения чугуна и стали, особенности термической обработки стали

Технология получения чугуна и стали, особенности термической обработки стали.

Лекция №14

РАЗДЕЛ № 10. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Тема № 15. Металлические материалы и изделия. Основы получения чугуна и стали: сортамент проката; цветные металлы и сплавы.

Учебные вопросы:

1. Технология получения чугуна и стали, особенности термической обработки стали.

2. Сортамент стального проката.

3. Коррозия железа и других металлов.

4. Цветные металлы и сплавы.

Литература: [1] с. 655…682.

Металлы занимают одно из главных мест среди основных строительных материалов. Область их применения в строительстве весьма широка. Это – арматура для железобетона, разнообразные металлические конструкции, трубы и пр.

Металлами - простые вещества, которые при обычных условиях твёрдые (кроме ртути) и отличаются характерным металлическим блеском.

Основные свойства металлов: непрозрачность, ковкость (способность сплющиваться), тягучесть, электропроводность, теплопроводность, высокая прочность и плотность, технологичность (обрабатываемость), свариваемостью и др. В то же время металлам присущи недостатки, в том числе подверженность коррозии, деформируемость при высоких температурах, значительная плотность, высокая стоимость.

Различают черные и цветные металлы. Черные металлы представляют собой в основном сплавы железа с углеродом, в которых в небольшом количестве содержатся кремний, марганец, фосфор, сера и другие химические элементы. В зависимости от содержания углерода они подразделяются на стали и чугуны. Цветные металлы, к которым относятся медь, алюминий, магний, цинк и др., применяются как в чистом виде, так и в виде сплавов.

Для выплавки железа из руды разработан доменный процесс с получением в нём чугуна, поступающего потом на выработку стали. Домна – высокая шахтная печь высотой до 30 м, шириной более 6м (рис. 1).

В нижней части домны сгорает кокс: С + О₂ = СО₂. Углекислый газ, поднимаясь, соприкасается с раскалённым коксом и переходит в оксид углерода: СО₂ + С = 2СО. Еще выше в шахте оксид углерода взаимодействует с раскалённой рудой: СО + Fe₂O₃ = 2FeO + CO₂ и далее: FeO + CO = Fe + CO₂. Чугун стекает в нижнюю часть домны. Из домны чугун выпускают через специальное отверстие – летку. Первые капли чугуна образуются при температуре 1250 ^оС и стекают между кусками кокса в горне. Температура чугуна в домне равна 1480…1520 ^оС. Содержание углерода в чугуне составляет 4…4,5 %. Образованный доменный шлак выпускается наружу из другого отверстия домны. При этом 99…99,8 % железа переходит в чугун, остальное в шлак. Кроме углерода в состав чугуна входят: кремний, марганец, сера, фосфор и пр.

По назначению чугун делят на: литейный и предельный.

Литейный чугун переплавляют для производства чугунных изделий.

Из передельного чугуна получают сталь.

По полученным свойствам чугун делят на: белый и серый.

Белый чугун (передельный) содержит весь углерод в химически связанном состоянии в виде карбида железа, именуемого цементитом Fe₃С. При нормальной температуре его структура слагается из двух фаз: феррита и цементита. Белый чугун имеет высокую твёрдость и большую хрупкость, в основном его применяют для производства стали ковкого чугуна. Белым этот чугун называется потому, что в изломе он имеет матово-белый цвет.

Серые чугуны содержат углерод в свободном состоянии в виде графита (100%); они называются серыми потому, что в изломе имеют серый цвет. Содержание С – до 3,8%. По структуре металлической основы их разделяют на ферритовый, феритно-перлитный и перлитный. Обычный серый чугун получают медленным охлаждением жидкого расплава или аустенита высокоуглеродистых сплавов.

По форме графитовых включений серые чугуны разделяют на: обычный серый с пластинчатым графитом; вермикулярный серый; высокопрочный; ковкий.