Stål

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 25 januari 2022; kontroller kräver 7 redigeringar .
Stål
Faser av järn-kol-legeringar
  1. Ferrit ( fast lösning av interstitiell C i α - järn med kroppscentrerat kubiskt gitter)
  2. Austenit ( fast lösning av interstitiell C i γ - järn med ett ansiktscentrerat kubiskt gitter)
  3. Cementit (järnkarbid; Fe 3 C metastabil fas med hög kolhalt)
  4. Grafitstabil fas med hög kolhalt
Strukturer av järn-kol-legeringar
  1. Ledeburite ( en eutektisk blandning av cementit- och austenitkristaller, som förvandlas till perlit vid kylning)
  2. Martensit (en mycket övermättad fast lösning av kol i α- järn med ett kroppscentrerat tetragonalt gitter)
  3. Perlit ( en eutektoid blandning som består av tunna, alternerande lameller av ferrit och cementit)
  4. Sorbitol (dispergerad perlit)
  5. Troostit (högt spridd perlit)
  6. Bainit (föråldrad: nålformad troostit) är en ultrafin blandning av martensitkristaller med låg kolhalt och järnkarbider
Bli
  1. Konstruktionsstål (upp till 0,8 % C )
  2. Högt kolstål (upp till ~2% C ): verktyg , form , fjäder , hög hastighet
  3. Rostfritt stål ( kromlegerat )
  4. Värmebeständigt stål
  5. värmebeständigt stål
  6. höghållfast stål
gjutjärn
  1. Vitt gjutjärn (sprött, innehåller ledeburit och innehåller inte grafit)
  2. Grått gjutjärn ( grafit i form av plattor)
  3. Segjärn (flinggrafit)
  4. Duktilt järn (grafit i form av sfäroider)
  5. Halvgjutjärn (innehåller både grafit och ledeburit)

Stål (från tyska  Stahl ) [1]  - en legering av järn med kol (och andra grundämnen), som innehåller minst 45 % järn och i vilken kolhalten ligger i intervallet från 0,02 till 2,14 % , och halten är från 0 , 6 % till 2,14 % motsvarar högkolhaltigt stål . Om kolhalten i legeringen överstiger 2,14%, kallas en sådan legering gjutjärn . Moderna pulverstål som ZDP-189 kan innehålla från 2,9 % till 3,0 % kol, vilket dock inte gör dem till gjutjärn. Kol ger legeringar styrka och hårdhet , vilket minskar duktilitet och seghet .

Stål med mycket höga elastiska egenskaper används ofta i maskin- och instrumenttillverkning. Inom maskinteknik används de för tillverkning av fjädrar , stötdämpare , kraftfjädrar för olika ändamål, i instrumentering - för många elastiska element: membran, fjädrar, reläplattor , bälgar , bristningar , upphängningar.

Fjädrar, maskiners fjädrar och elastiska element i enheter kännetecknas av en mängd olika former, storlekar, olika driftsförhållanden. Det speciella med deras arbete är att under stora statiska, cykliska eller stötbelastningar är kvarvarande deformation inte tillåten i dem. I detta avseende måste alla fjäderlegeringar, förutom de mekaniska egenskaperna som är karakteristiska för alla strukturella material (hållfasthet, duktilitet, seghet, uthållighet), ha en hög motståndskraft mot små plastiska deformationer. Under förhållanden med kortvarig statisk belastning kännetecknas motståndet mot små plastiska deformationer av den elastiska gränsen, och under långvarig statisk eller cyklisk belastning, av relaxationsmotstånd [2] .

Stålets historia

De tidigaste kända exemplaren upptäcktes under utgrävningar i Anatolien (Turkiet). De är cirka 3800 år gamla och går tillbaka till 1800 f.Kr. [3] [4] Indiskt stål hade ett högt anseende i antiken. Medeltida bulat , allmänt känd i Centralasien och Östeuropa , kommer från indiskt stål [5] . Stål lärde sig att tillverkas i slutet av antikens era och i Västeuropa. Enligt vissa indikatorer (elasticitet) var det av stål som den spanska kopian gjordes . Stål gjorde det möjligt att fokusera från hålögonblicket till klippögonblicket och gå vidare till sabeln (genom bredsvärdet ). Under medeltiden användes stål flitigt för tillverkning av eggade vapen ( romanskt svärd , Ulfbertsvärd ). Damaskus stål var känt i Mellanöstern , från vilket shamshir smiddes . I det medeltida Japan tillverkades den berömda katana , wakizashi och tanto av tamahagane stål . Det finns en version att japanska svärd från XI-XIII århundraden skapades av legerat stål med en blandning av molybden [6] . I Europa gjorde stål det möjligt att förlänga svärd, som senare utvecklades till ett svärd (på 1400-talet ) och en gripare .

Tekniken för gjutstål uppfanns av den engelske ingenjören Gentsman , men den trängde igenom kontinentala Europa först i början av 1800-talet (tack vare Krupp ). Gevärsartilleri från 1854 var tillverkat av stål ( Armstrong Gun ). På 1900-talet började stål användas för att tillverka stridsvagnsrustning [ 7] . I armén av Kaiser Tyskland under första världskriget dök stålhjälmar ( stalhelm ) upp.

Klassificering av stål

Det finns många sätt att klassificera stål, till exempel efter ändamål, efter kemisk sammansättning, efter kvalitet, efter struktur.

Efter syfte delas stål in i många kategorier, såsom konstruktionsstål, korrosionsbeständiga (rostfria) stål, verktygsstål, värmebeständiga stål, kryogena stål.

Enligt den kemiska sammansättningen delas stål in i kol [8] och legerade [9] ; inklusive genom kolhalt - till lågkolhalt (upp till 0,25% C), mediumkol (0,3-0,55% C) och högkolhalt (0,6-2,14% C); legerade stål enligt innehållet av legeringselement delas in i låglegerade - upp till 4% av legeringselement, medellegerade - upp till 11% av legeringselement och höglegerade - över 11% av legeringselement.

Stål, beroende på produktionsmetoden, innehåller olika mängder icke-metalliska inneslutningar . Innehållet av föroreningar ligger till grund för klassificeringen av stål efter kvalitet: vanlig kvalitet, hög kvalitet, hög kvalitet och extra hög kvalitet.

Enligt strukturen delas stål in i austenitisk , ferritisk , martensitisk , bainitisk och perlitisk . Om strukturen domineras av två eller flera faser, är stålet uppdelat i tvåfas och flerfas.

Stålets egenskaper

Kromnickel volframstål 15,5 W/(m K)
Kromstål 22,4 W/(m K)
molybdenstål 41,9 W/(m K)
Kolstål (grad 30) 50,2 W/(m K)
Kolstål (grad 15) 54,4 W/(m K)
Duralumin stål 56,3 W/(m K)
stål St3 (klass 20) 1/°C
rostfritt stål 1/°C
konstruktionsstål 373—412 MPa
kisel-krom-mangan stål 1,52 GPa
tekniskt stål (kol) 314—785 MPa
rälsstål 690—785 MPa


Framställningsmetod

Kärnan i processen att bearbeta gjutjärn till stål är att minska innehållet av kol och skadliga föroreningar till önskad koncentration - fosfor och svavel, som gör stål sprött och sprött. Beroende på metoden för koloxidation finns det olika sätt att bearbeta gjutjärn till stål: omvandlare , öppen härd och elektrotermisk . Högkvalitativt stål erhålls också som ett resultat av återvinning, bearbetning och omsmältning av stålskrot.

Stålproduktionsteknik

Tackjärn i smält eller fast form och järnhaltiga produkter erhållna genom direkt reduktion (järnsvamp) utgör tillsammans med metallavfall och skrot utgångsmaterial för stålframställning. Vissa slaggbildande tillsatser som kalk , flusspat , desoxideringsmedel (t.ex. ferromangan , ferrokisel , aluminium ) och olika legeringsämnen tillsätts till dessa material .

Stålproduktionsprocesser är uppdelade i två huvudmetoder, nämligen: omvandlarprocessen, där smält tackjärn i omvandlaren raffineras från föroreningar genom att rensa den med syre, och härdprocessen, för vilken öppen spis eller elektriska ugnar används.

Omvandlarprocesser kräver ingen extern värmekälla. De används när laddningen huvudsakligen består av smält tackjärn. De exoterma oxidationsreaktionerna av några av grundämnena som finns i gjutjärn (som kol, fosfor, kisel och mangan) ger tillräckligt med värme för att hålla smältan i flytande tillstånd och även tillåta att det tillsatta skrotet smälts om. Dessa processer inkluderar de där rent syre blåses in i den smälta metallen (Linz-Donawitz-processerna: LD eller LDAS, OBM, OLP, Kaldo och andra), och sådana processer, nu föråldrade, som använder luft, ibland berikad med syre (Thomas och Bessemer processer).

Bottenprocesser kräver en extern värmekälla. De används när utgångsmaterialet är en fast laddning (till exempel avfall eller skrot, järnsvamp och hårt tackjärn). De två huvudprocesserna i denna kategori är den öppna härdprocessen, där uppvärmning sker genom förbränning av olja eller gas , och ståltillverkningsprocesser i ljusbågs- eller induktionsugnar, där uppvärmning sker med elektricitet.

För tillverkning av vissa typer av stål kan två olika processer användas i följd (duplexprocess). Till exempel kan smältningsprocessen starta i en ugn med öppen spis och sluta i en elektrisk ugn; eller stål som smälts i en elektrisk ugn kan dräneras till en speciell omvandlare där avkolningen fullbordas genom att syre och argon blåses in i ett vätskebad (en process som till exempel används för att tillverka rostfritt stål).

Många nya processer har dykt upp för framställning av stål med speciella sammansättningar eller speciella egenskaper. Dessa processer inkluderar vakuumbågomsmältning, elektronstrålesmältning och elektroslaggomsmältning. I alla dessa processer erhålls stål från en omsmält elektrod, som när den smälts börjar droppa ner i formen. Formen kan göras i ett stycke, eller dess botten kan vara löstagbar så att det härdade gjutgodset kan tas bort underifrån.

Det flytande stålet som erhålls genom ovanstående processer, med eller utan ytterligare raffinering, hälls i en skänk. I detta skede kan legeringselement eller deoxidationsmedel tillsättas till den. Processen kan också genomföras i vakuum, vilket minskar halten av gasformiga föroreningar i stålet. Stålen som erhålls genom dessa processer klassificeras efter sitt innehåll av legeringsämnen i "olegerade stål" och "legerade stål" (korrosionsbeständiga stål eller andra typer). De är ytterligare uppdelade efter sina individuella egenskaper, såsom friskärande stål, kiselelektriskt stål, höghastighetsstål eller kiselmanganstål [11] .

Syre-omvandlare metod för att erhålla stål

I BOF-processer erhålls stål genom att oxidera överskott av kol och andra järnföroreningar med syre, som blåses genom smält järn under tryck i speciella omvandlarugnar. Omvandlaren är en päronformad stålugn fodrad med eldfast tegel inuti. Omvandlaren kan rotera runt sin egen axel. Dess fodermaterial är antingen dinas (som huvudsakligen består av SiO 2 , som har sura egenskaper), eller dolomitmassa (en blandning av CaO och MgO), som erhålls från dolomit MgCO 3 CaCO 3 . Denna massa har grundläggande egenskaper. Beroende på ugnsfodrets material är omvandlarmetoden uppdelad i två typer: Bessemer och Thomas.

Bessemers metod

Bessemermetoden bearbetar gjutjärn som innehåller lite fosfor och svavel och är rikt på kisel (minst 2%). När syre blåses oxideras kisel först med frigöring av en betydande mängd värme. Som ett resultat stiger den initiala temperaturen för gjutjärn snabbt från cirka 1300 ° C till 1500-1600 ° C. Utbränningen av 1 % Si orsakar en temperaturökning på 200 ° C. Vid cirka 1500 °C börjar en intensiv kolutbränning. Tillsammans med det oxideras järn också intensivt, särskilt mot slutet av kisel- och kolutbränning:

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

Den resulterande järnmonoxiden FeO löser sig väl i smält gjutjärn och går delvis över i stål och reagerar delvis med SiO 2 och i form av järnsilikat FeSiO 3 går över till slagg:

  • FeO + SiO2 = FeSiO3

Fosfor går fullständigt från gjutjärn till stål, så P 2 O 5 med ett överskott av SiO 2 kan inte reagera med basiska oxider, eftersom SiO 2 reagerar kraftigare med de senare. Därför kan fosforgjutjärn inte bearbetas till stål på detta sätt.

Alla processer i omvandlaren fortskrider snabbt - inom 10-20 minuter, eftersom syre från luften som blåses genom gjutjärnet reagerar med motsvarande ämnen omedelbart genom hela metallvolymen. Vid blåsning med syreberikad luft påskyndas processerna. Kolmonoxid CO, som bildas vid kolutbränning, stiger i form av gasbubblor, brinner över smältans yta med bildandet av en ljus låga ovanför omvandlarens hals, som minskar när kolet brinner ut och sedan helt försvinner , vilket är ett tecken på slutet på processen. Det resulterande stålet innehåller betydande mängder löst järnmonoxid FeO, vilket kraftigt minskar stålets kvalitet. Därför, före gjutning, måste stål deoxideras med olika deoxidationsmedel - ferrokisel, 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 som basisk oxid reagerar med SiO 2 och bildar mangansilikat MnSiO 3 , som övergår i slagg. Aluminiumoxid, som ett ämne som är olösligt under dessa förhållanden, flyter också till toppen och går över i slagg. Trots sin enkelhet och höga produktivitet är Bessemer-metoden nu inte särskilt vanlig, eftersom den har ett antal betydande nackdelar. Så gjutjärn för Bessemer-metoden bör vara med den lägsta halten av fosfor och svavel, vilket är långt ifrån alltid möjligt. Med denna metod uppstår en mycket stor utbränning av metallen, och utbytet av stål är bara 90% av massan av gjutjärn, och en hel del deoxidationsmedel förbrukas också. En allvarlig nackdel är omöjligheten att reglera stålets kemiska sammansättning.

Bessemerstål innehåller vanligtvis mindre än 0,2 % kol och används som tekniskt järn för tillverkning av tråd, bultar, takjärn m.m.

Denna process är för närvarande utfasad.

Thomas sätt

Thomasmetoden bearbetar gjutjärn med hög fosforhalt (mer än 2%). Den största skillnaden mellan denna metod och Bessemer-metoden är att konverterfodret är tillverkat av magnesium- och kalciumoxider. Dessutom tillsätts upp till 15 % CaO till gjutjärn. Som ett resultat innehåller slaggbildande ämnen ett betydande överskott av oxider med grundläggande egenskaper.

Under dessa förhållanden interagerar fosforsyraanhydrid P 2 O 5 , som uppstår under förbränning av fosfor, med ett överskott av CaO för att bilda kalciumfosfat, över i slagg:

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

Förbränningsreaktionen av fosfor är en av de viktigaste värmekällorna i denna metod. När 1 % fosfor förbränns stiger omvandlarens temperatur med 150 °C. Svavel frigörs i slaggen i form av kalciumsulfid CaS, olösligt i smält stål, som bildas som ett resultat av interaktionen av lösligt FeS med CaO enligt reaktionen

  • FeS + CaO = FeO + CaS

Alla de senare processerna sker på samma sätt som i Bessemermetoden. Nackdelarna med Thomas-metoden är desamma som med Bessemer-metoden. Thomasstål är också lågkolhaltigt och används som tekniskt järn för tillverkning av tråd, takjärn m.m.

I Sovjetunionen användes Thomas-metoden för att bearbeta fosforgjutjärn från Kerchs brun järnmalm . Den resulterande slaggen innehåller upp till 20 % P2O5 . Det mals och används som fosfatgödsel på sura jordar.

Metoden är föråldrad och är nu nästan ur produktion.

Öppen härdugn

Öppen härdmetoden skiljer sig från omvandlarmetoden genom att förbränningen av överskott av kol i gjutjärn sker inte bara på bekostnad av luftsyre, utan även syre från järnoxider, som tillsätts i form av järnmalm och rostigt järnskrot .

Ugnen med öppen spis består av ett smältbad täckt med ett tak av eldfast tegel och speciella regeneratorkammare för förvärmning av luft och brännbar gas. Regeneratorerna är fyllda med eldfasta tegelstenar. När de två första regeneratorerna värms upp av ugnsgaserna blåser brännbar gas och luft in i ugnen genom de varma tredje och fjärde regeneratorerna. Efter en tid, när de två första regeneratorerna värms upp, riktas gasflödet i motsatt riktning, och så vidare.

Smältbaden i kraftfulla ugnar med öppen spis är upp till 16 m långa, upp till 6 m breda och över 1 m höga. Kapaciteten hos sådana bad når 500 ton stål. Järnskrot och järnmalm laddas i smältbadet. Kalksten läggs också till laddningen som ett flussmedel. Ugnstemperaturen hålls vid 1600-1700 °C och däröver. Utbränningen av kol- och järnföroreningar under den första smältperioden sker främst på grund av ett överskott av syre i den brännbara blandningen med samma reaktioner som i omvandlaren, och när ett slaggskikt bildas över det smälta järnet, på grund av järnoxider:

  • 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 av växelverkan mellan basiska och sura oxider bildas silikater och fosfater som går över i slagg. Svavel passerar också in i slaggen i form av kalciumsulfid:

  • MnO + SiO2 = MnSiO3
  • 3 CaO + P 2 O 5 \u003d Ca 3 (PO 4 ) 2
  • FeS + CaO = FeO + CaS

Ugnar med öppen spis, som konverterare, fungerar med jämna mellanrum. Efter gjutning av stålet laddas ugnen igen med laddning etc. Processen att bearbeta gjutjärn till stål i ugnar med öppen härd sker relativt långsamt inom 6-7 timmar. Till skillnad från en omvandlare kan man i ugnar med öppen spis enkelt kontrollera stålets kemiska sammansättning genom att tillsätta järnskrot och malm till gjutjärn i en eller annan proportion. Före slutet av smältningen stoppas uppvärmningen av ugnen, slaggen dräneras och sedan tillsätts deoxidationsmedel. I ugnar med öppen spis kan även legerat stål erhållas. För att göra detta, i slutet av smältan, tillsätts motsvarande metaller eller legeringar till stålet.

Under 2009 har fungerande ugnar med öppen spis bara överlevt i Ryssland, Ukraina och Indien. 2018 stängdes den sista stora ugnen med öppen spis i Ryssland [12] . Efter det bevarades denna metod för stålproduktion endast i Ukraina.

Elektrotermisk metod

Den elektrotermiska metoden har ett antal fördelar jämfört med den öppna härden och speciellt omvandlarmetoden. Denna metod gör det möjligt att erhålla stål av mycket hög kvalitet och exakt kontrollera dess kemiska sammansättning. Tillgången av luft till den elektriska ugnen är obetydlig, därför bildas järnmonoxid FeO mycket mindre, vilket förorenar stålet och minskar dess egenskaper. Temperaturen i den elektriska ugnen är inte lägre än 1650 °C. Detta gör det möjligt att smälta stål på basiska slagg (som är svårsmälta), där fosfor och svavel avlägsnas mer fullständigt. Dessutom, på grund av den mycket höga temperaturen i elektriska ugnar, är det möjligt att legera stål med eldfasta metaller - molybden och volfram. Men i elektriska ugnar förbrukas mycket el - upp till 800 kWh per 1 ton stål. Därför används denna metod endast för att erhålla högkvalitativt specialstål.

Elektriska ugnar finns i olika kapaciteter - från 0,5 till 180 ton. Ugnsfodret är vanligtvis tillverkat av eldfast material periklas-kol, och ugnstaket är gjort av eldfast material av magnesit-kromit. Laddningens sammansättning kan vara annorlunda. I de flesta fall använder elektriska ugnar 100% metallskrot. Ibland består laddningen av 90 % järnskrot och 10 % järn, ibland domineras den av gjutjärn med tillsatser i en viss andel järnmalm och järnskrot. Kalksten eller kalk som flussmedel tillsätts också till laddningen . De kemiska processerna vid ståltillverkning i elektriska ugnar är desamma som i ugnar med öppen härd.

Stålets egenskaper

Fysiska egenskaper

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

Egenskapernas beroende av sammansättning och struktur

Stålens egenskaper beror på deras sammansättning och struktur, som bildas av närvaron och procentandelen av följande komponenter:

  • Kol  är ett grundämne, med en ökning av innehållet i stål, dess hårdhet och styrka ökar , medan duktiliteten minskar .
  • Kisel och mangan (inom 0,5 ... 0,7%) har ingen signifikant effekt på stålets egenskaper. Dessa element införs i de flesta kol- och låglegerade stålkvaliteter under deoxidationsoperationen (först ferromangan, sedan ferrokisel, som billiga deoxiderande ferrolegeringar).
  • Svavel är en skadlig förorening som bildar den kemiska föreningen FeS (järnsulfid) med järn. Järnsulfid i stål bildar ett eutektikum med järn med en smältpunkt på 1258 K, vilket orsakar sprödhet i materialet vid tryckbehandling med upphettning. Den angivna eutektiken smälter under värmebehandlingen, vilket resulterar i att bindningen mellan kornen går förlorad med bildning av sprickor. Dessutom minskar svavel stålets duktilitet och hållfasthet, slitstyrka och korrosionsbeständighet.
  • Fosfor är också en skadlig förorening, eftersom det ger stålet kall sprödhet ( sprödhet vid låga temperaturer) [13] . Detta beror på det faktum att fosfor orsakar en stark intrakristallin segregation. Det finns dock en grupp stål med hög halt av fosfor, de så kallade "automatiska stålen", metallprodukter från vilka man lätt bearbetar genom skärning (till exempel bultar, muttrar etc. på halvautomatiska revolversvarvar) .
  • Ferrit  är järn med ett kroppscentrerat kristallgitter. Legeringar baserade på den har en mjuk och seg mikrostruktur.
  • Cementit  - järnkarbid, en kemisk förening med formeln Fe 3 C, tvärtom, ger stålhårdhet. När fri cementit uppträder i strukturen av hypereutektoid stål (vid C mer än 0,8%) försvinner ett tydligt samband mellan kolinnehållet och komplexet av mekaniska egenskaper: hårdhet, slaghållfasthet och styrka.
  • Perlit  är en eutektoid (finfördelad mekanisk) blandning av två faser - ferrit och cementit, innehåller 1/8 cementit (mer exakt, enligt "hävstångs"-regeln, om vi försummar lösligheten av kol i ferrit vid rumstemperatur - 0,8 / 6,67) och har därför ökad styrka och hårdhet jämfört med ferrit. Därför är hypoeutektoida stål mycket mer sega än hypereutektoida.

Stål innehåller upp till 2,14 % kol. Grunden för vetenskapen om stål som en legering av järn med kol är tillståndsdiagrammet för järn-kol-legeringar  - en grafisk representation av fastillståndet för järn-kol-legeringar beroende på deras kemiska sammansättning och temperatur. Legering används för att förbättra de mekaniska och andra egenskaperna hos stål. Huvudmålet med att legera det stora flertalet stål är att öka hållfastheten på grund av upplösningen av legeringselement i ferrit och austenit, bildning av karbider och ökad härdbarhet. Dessutom kan legeringselement öka korrosionsbeständigheten, värmebeständigheten, värmebeständigheten etc. Grundämnen som krom, mangan, molybden, volfram, vanadin, titan bildar karbider, medan nickel, kisel, koppar, aluminium inte bildar karbider. Dessutom reducerar legeringselement den kritiska kylhastigheten under härdning, vilket måste beaktas vid tilldelning av härdningslägen (värmetemperatur och kylmedium). Med en betydande mängd legeringselement kan strukturen förändras avsevärt, vilket leder till bildandet av nya strukturklasser jämfört med kolstål.

Stålbearbetning

Typer av värmebehandling

Stål i det ursprungliga tillståndet är ganska plastiskt, det kan bearbetas genom deformation (tryck): smide, rullning, stämpling. Ett karakteristiskt drag hos stål är dess förmåga att avsevärt ändra sina mekaniska egenskaper efter värmebehandling, vars essens är att ändra stålstrukturen under uppvärmning, hållning och kylning, enligt en speciell regim. Det finns följande typer av värmebehandling:

  • glödgning;
  • normalisering;
  • härdning;
  • semester.

Ju rikare stålet är på kol, desto hårdare är det efter härdning. Stål med en kolhalt på upp till 0,3 % (kommersiellt järn) är praktiskt taget inte härdat.

Kemisk-termisk behandling av stål

Kemisk-termisk behandling av stål leder, förutom förändringar i stålets struktur, även till en förändring av ytskiktets kemiska sammansättning genom att olika kemikalier tillsätts till ett visst djup av ytskiktet. Dessa procedurer kräver användning av kontrollerade värme- och kylsystem i speciella miljöer. Bland de vanligaste målen relaterade till användningen av dessa teknologier är att öka ythårdheten med hög kärnviskositet, minska friktionskrafterna, förbättra slitstyrkan, förbättra utmattningsbeständigheten och förbättra korrosionsbeständigheten. Dessa metoder inkluderar:

  • Kolning (C) ökar ythårdheten hos mjukt stål på grund av en ökning av kolkoncentrationen i ytskikten.
  • Nitrering (N), liksom uppkolning, ökar stålets ythårdhet och slitstyrka.
  • Cyanering och nitrokarburering (N + C) är en process för samtidig mättnad av stålytan med kol och kväve. Vid cyanidering används saltsmältor som har en NaCN-grupp i sin sammansättning och vid nitrokarburering används en blandning av ammoniak med gaser som innehåller kol (CO, CH 4 etc.). Efter cyanidering och nitrokarburering utförs härdning och låghärdning.
  • Sulfation (S) - mättnad av ytan med svavel förbättrar inkörningen av delarnas gnidningsytor, friktionskoefficienten minskar.

Varianter av vissa stål

Stålkvaliteter värmebehandling Hårdhet (kärna-yta)
35 normalisering 163-192HB
40 förbättring 192-228HB
45 normalisering 179-207HB
45 förbättring 235-262HB
55 härdning och hög härdning 212-248HB
60 härdning och hög härdning 217-255HB
70 härdning och hög härdning 229-269HB
80 härdning och hög härdning 269-302HB
U9 glödgning 192HB
U9 härdning 50-58HRC
U10 glödgning 197HB
U10 härdning 62-63HRC
40X förbättring 235-262HB
40X förbättring + hög strömhärdning frekvenser 45-50 HRC; 269-302HB
40HN förbättring 235-262HB
40HN förbättring + härdningsströmmar vys. frekvenser 48-53HRC; 269-302HB
35XM förbättring 235-262HB
35XM förbättring + härdningsströmmar vys. frekvenser 48-53HRC; 269-302HB
35L normalisering 163-207HB
40L normalisering 147HB
40GL förbättring 235-262HB
45L förbättring 207-235HB
65G

HB - Brinell hårdhet , HRC - Rockwell hårdhet .

Stålproduktion

Stålproduktion i världen

Världsledande inom stålproduktion är Kina, vars andel 2017 var 49 %.

Totalt smältes 1 620 miljoner ton stål i världen 2015, 2017 uppgick volymen av världsproduktionen till 1 691,2 miljoner ton [14] .

De tio ledande länderna inom stålsmältning är [14] :

Land Smältning 2017, miljoner ton
Kina 831,7
Japan 104,7
Indien 101,4
USA 81,6
Ryssland 71,3
Sydkorea 71.1
Tyskland 43,6
Kalkon 37,5
Brasilien 34.4
Italien 24,0

Stålproduktionen per kontinent och region fördelas enligt följande (tusen ton):

Regioner i världen 2011 2017
Asien 954 190 1 162 500
Europeiska unionen (27) 177 431 168 700
Nordamerika 118 927 116 000
CIS (6) 112 434 102 100
Sydamerika 48 357 43 700
Övrigt Europa 37 181
Nära öst 20 325
Afrika 13 966
Oceanien 7 248
Totalt i världen 1 490 060 1 691 200

2008

2008 producerade världen 1 miljard 329,7 miljoner ton stål, vilket är 1,2 % mindre än 2007. Detta var den första minskningen av årsproduktionen på 11 år.

2009

Enligt resultaten från de första sex månaderna av 2009 minskade stålproduktionen i 66 länder i världen, vars andel av den globala stålindustrin är minst 98 %, med 21,3 % jämfört med samma period föregående år - från 698,2 miljoner ton till 549,3 miljoner ton (World Steel Association statistik).

Kina ökade stålproduktionen jämfört med samma period 2008 med 1,2% - upp till 266,6 miljoner ton, i Indien ökade stålproduktionen med 1,3% - upp till 27,6 miljoner ton.

I USA minskade 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 Frankrike - med 41,5%, i Storbritannien - med 41,8%, i Brasilien - med 39,5%, i Ryssland - med 30,2%, i Ukraina - med 38,8%.

I juni 2009 uppgick stålproduktionen i världen till 99,8 miljoner ton, vilket är 4,1 % mer än i maj 2009.

Ranking av världens ledande stålproducenter

Stålproduktion av de största tillverkarna i världen under olika år (i miljoner ton):

Betyg
2019 		Tillverkare Land Produktion
2006 [15] 		Produktion
2007 [15] 		Produktion
2019 [16]
ett ArcelorMittal Luxemburg 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
fyra HBIS Group ( Tangshang ) Kina 19.06 22.75 46,56
21 NLMK Ryssland - - 15,61
26 U.S. Steel USA 21.25 20.54 15.37
- China Baowu Group ( Wuhan ) Kina 13,76 20.19 -
fjorton Nucor USA 20.31 20.04 23.09
- ArcelorMittal (Riva) Italien 18.19 17,91 -
trettio Gerdau Group Brasilien 15.57 17,90 13.13
35 ThyssenKrupp Tyskland 16,80 17.02 12.25
37 Severstal Ryssland 17.60 16,75 11,85
28 Evraz Ryssland 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 -
arton Segla Indien 13.50 13,87 16.18
32 MMK Ryssland 12.45 13.30 12.46
24 Techint Argentina 12,83 13.20 14.44
tio Shougang Kina 10.55 12,85 29.34
23 China Steel Corp Taiwan 12.48 12,67 15.23
elva Shandong Steel ( Jinan ) Kina 11.24 12.12 27,58
åtta Jianlong Group Kina - - 31.19
13 Valin Group Kina - - 24.31

Stora stålproducenter i Ryssland

Plats för ryska företag i världsrankingen (i miljoner ton):
Ranking
2019 [16] 		Tillverkare Produktion
2006 [15]		 Produktion
2007 [15]		 Produktion
2010 [17] 		Produktion
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

Internationell stålmarknad

Från och med 2019 [18] uppskattades marknaden för primärstål (exklusive produkter tillverkade av det) till 380 miljarder dollar.

De största exportörerna var (2019) - Kina (39,8 miljarder USD), Japan (26,7 miljarder USD), Tyskland (25,4 miljarder USD), Sydkorea (23,5 miljarder USD) och Ryssland (19,8 miljarder USD); importörer är Tyskland (26,3 miljarder USD), USA (23,9 miljarder USD), Kina (21,9 miljarder USD), Italien (18,4 miljarder USD) och Sydkorea (14,7 miljarder USD).

Intyg om kvalitet och överensstämmelse för stålprodukter

De allra flesta stålprodukter är föremål för obligatorisk certifiering. För enkelhetens skull kommer detta avsnitt att hänvisa till "valsade produkter" längre fram i detta avsnitt, men samma krav gäller för smide, gjutgods, hårdvara (till exempel tråd, tejp) etc.

Kvalitetscertifikatet utfärdas av tillverkaren och intygar att produkterna överensstämmer med gällande standarder (GOST, TU och andra).

Huvudsakliga normaliserade egenskaper:

  • sortiment, det vill säga geometrin hos valsade produkter (dimensioner, längd, tillåten krökning, etc.);
  • kemisk sammansättning av stål;
  • tekniska förhållanden (mekaniska egenskaper, ytfinish, för vissa typer - stålkonstruktion och några andra parametrar).

För vissa typer av rullade produkter är varje egenskap standardiserad av en separat GOST; vissa GOST kombinerar två och till och med alla tre egenskaper.

Exempel:

1. Varmvalsad vinkel 50x50x5 mm, längd 12,0 m, klass st3sp-5, är standardiserad av tre GOST:

  • GOST 8509-93 - för storlek (50x50x5mm), stånglängd 12,0 m, tillåten krökning, etc.
  • GOST 380-2005 för kemisk sammansättning (st3sp)
  • GOST 535-2005 för mekaniska egenskaper

2. Varmvalsad cirkel 25 mm från klass st20 standardiseras endast av två GOST:

  • GOST 2590-2006 - för en diameter på 25 mm och tillåten krökning
  • GOST 1050-88 (ny utgåva 1050-2013) för kemisk sammansättning, och för mekaniska egenskaper, ytkvalitet, etc.

3. Beslag AIII 28 mm från märket 25G2S - alla parametrar regleras i enlighet med GOST 5781-82.

Intyg om överensstämmelse intygar (oftast) att en eller annan typ av valsade produkter som produceras av företaget uppfyller de krav som inte är direkt relaterade till valsade produkter som sådana: sanitära och hygieniska, konstruktion, särskilda krav på valsade produkter för kärnkraftens behov, flyg, varvsindustrin och vissa andra specialindustrier. Sådana certifikat utfärdas av särskilt auktoriserade organisationer, beroende på syftet med uthyrningen.

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Stål på Wiktionary .
  2. ↑ "Materialvetenskap" Arzamasov B. N. . Hämtad 20 maj 2009. Arkiverad från originalet 18 juni 2009.
  3. ↑ Akanuma, H. Betydelsen av sammansättningen av utgrävda järnfragment tagna från skikt III på platsen för Kaman-Kalehöyük, Turkiet  //  Anatolian Archaeological Studies : journal. - 2005. - Vol. 14 . - S. 147-158 .
  4. ↑ Järngodsbit som grävdes fram från Turkiet visade sig vara det äldsta stålet , Hinduen  (26 mars 2009). Arkiverad från originalet den 29 mars 2009. Hämtad 27 mars 2009.
  5. ↑ The Riddle of the Damask Pattern Arkiverad 1 november 2017 på Wayback Machine .
  6. ↑ Bulat och Damaskus stål - mysterier och historia Arkiverad 16 oktober 2017 på Wayback Machine .
  7. ↑ Tankrustning . Hämtad 16 oktober 2017. Arkiverad från originalet 16 oktober 2017.
  8. ↑ GOST 380-71, GOST 1050-75
  9. ↑ GOST 4543-71, GOST 5632-72, GOST 14959-79 . Hämtad 20 juni 2015. Arkiverad från originalet 23 september 2015.
  10. ↑ Avsnitt 3.7. Värmeledningsförmåga // Ny referensbok av en kemist och teknolog. - St Petersburg. : MMVI, NPO "Professional", 2006. - T. 12.
  11. ↑ FÖRKLARINGAR TILL DEN EURASISKA EKONOMISKA UNIONEN (TN VD EAEU) DEN ENADE RÅVARANOMENKLATUREN FÖR UTLÄNDSK EKONOMISK VERKSAMHET.
  12. ↑ I Ryssland stoppades den största ugnen med öppen härd . RBC. Hämtad 23 mars 2018. Arkiverad från originalet 23 mars 2018.
  13. ↑ Vasiliev A. V., Ermakov S. B. Orsaker till destruktion av höghållfasta stål vid låga temperaturer  // Nauch. tidskrift NRU ITMO; serie "Kyl och luftkonditionering". - 2008. - Nr 2 . Arkiverad från originalet den 12 september 2015.
  14. ↑ 1 2 Världens stålproduktion ökade med 5,3 procent under 2017 . Hämtad 25 juli 2018. Arkiverad från originalet 25 juli 2018.
  15. ↑ 1 2 3 4 Wold top ståltillverkare 2007 // Metal Bulletin Weekly. - 17 mars 2008. - Nr 9038 . - S. 7 .
  16. ↑ 1 2 3 Bästa ståltillverkare 2019  . världsstålföreningen. Hämtad 5 oktober 2020. Arkiverad från originalet 23 november 2020.
  17. ↑ Metal Bulletin . www.metalbulletin.com . Hämtad 22 november 2020. Arkiverad från originalet 27 november 2020.
  18. ↑ Enligt oec.world . Hämtad 27 mars 2021. Arkiverad från originalet 13 juni 2021.

Litteratur

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Tematiska platser
Ordböcker och uppslagsverk