Тема №4: Углеродистые стали и чугуны.

4.1. Общая характеристика и получение сталей и чугунов.

Стали и чугуны являются железо-углеродистными сплавами сложного состава. Помимо железа и углерода в сталях и чугунах всегда присутствуют примеси: марганец, сера, фосфор, и газы: кислород, азот и водород. Эти примеси называют постоянными. Помимо постоянных примесей в сталях и чугунах могут присутствовать в небольшом количестве случайные примеси, такие как хром, медь, никель, медь и др. Стали отличаются от чугунов более низким содержанием углерода и всех постоянных примесей. Содержание углерода в сталях не превышает 2,14% по массе. Примерное содержание всех других примесей низкоуглеродистых сталей и белых чугунов показана в следующей таблице.

	C	Si	Mn	P	S
Сталь низко углеродистая	0,2-0,3	0,2-0,3	0,4-0,6	0,05	0,05
Предельный чугун	3-5%	0,76-1,26	До 1,75	0,15-0,3	0,07

Согласно рассмотренной выше диаграммы состояния, все стали завершают кристаллизацию на линии эвтектического превращения образованием ледебурита, т.е. механической смеси аустенита с цементитом, которые являются очень твёрдой и хрупкой. Поэтому стали отличаются от чугунов большей пластичности при нагреве. Поэтому они легче обрабатываются давлением и резанием. Чугуны получают в доменных печах из железной руды. Железная руда содержит железо обычно в виде окислов. Доменный процесс состоит в восстановлении этих окислов руды твёрдым углеродом, топлива и печным газом. Продуктом доменной плавки восстановленный из окислов железа насыщенная углеродом и всеми постоянными примесями – это и есть чугун. Сталь получают в сталеплавильных печах из чугуна (передельного чугуна). Сущность процесса передела чугуна в сталь является снижение содержания углерода и постоянных примесей, путём их частичного окисления и перевода в шлак или газ.

В процессе выплавки стали окисляются кислородом не только примеси, но и само железо. В результате расплав оказывается насыщенным окислами железа. Эти окислы способствуют окислению примесей, однако, присутствие их в готовой стали железа существенно ухудшает механические свойства сталей. Для удаления из сталей нежелательного кислорода, на заключительном этапе их выплавки проводят операцию раскисления. В жидкий расплав вводят марганец, кремний и алюминий, которые более активны к кислороду чем к железу. В результате эти элементы отбирают кислород у железа, а сами в виде окислов всплывают в шлак.

По степени раскисления стали подразделяются на кипящие, спокойные и полуспокойные. Спокойные стали полностью раскислены марганцем, кремнием и алюминием. Кипящие стали раскислены не полностью. Поэтому процесс их раскисления продолжается в ковше. При этом окислы железа взаимодействуют с углеродом, присутствующим в жидком расплаве. В результате железо восстанавливается и образуются пузырьки газа CO, которые при бурном выделении создают эффект кипения. Полуспокойные стали занимают промежуточное положение между спокойной и кипящей.