- •Горохов е.В., бакаев с.Н., алёхин а.М.
- •Тема 1. Введение. Структура курса
- •1.1. Цель и задачи изучения дисциплины. Структура курса.
- •1.2. Исторический очерк развития металлических конструкций в Украине
- •1.3. Преимущества и недостатки стальных конструкций, отрасли их применения
- •1.4. Основные требования, предъявляемые к стальным конструкциям
- •1.5. История развития науки о металлах.
- •1.6. Классификация металлов и сплавов.
- •Тема2. Производство черных и цветных металлов. Обработка металла давлением. Сортамент.
- •2.1. Основные понятия в металлургии.
- •2.2. Основные способы получения металлов из руд.
- •2.3. Топливо и огнеупорные материалы металлургического производства.
- •2.4. Производство чугуна.
- •2.4.1. Материалы для выплавки чугуна.
- •2.4.2. Подготовка исходных материалов к плавке.
- •2.4.3. Доменный процесс.
- •2.5. Производство стали.
- •2.5.1. Кислородно-конвертерный способ.
- •2.5.2. Выплавка стали в мартеновских печах.
- •2.5.3. Выплавка стали в электрических печах.
- •2.5.4. Разливка стали.
- •2.6. Производство цветных металлов.
- •2.6.1. Производство алюминия.
- •2.6.2. Производство меди.
- •2.6.3. Производство титана.
- •2.7. Общие сведения.
- •2.8. Прокатное производство.
- •2.9. Волочение.
- •2.10. Прессование.
- •2.11. Свободная ковка.
- •2.12. Горячая объемная штамповка.
- •2.13. Холодная объемная штамповка.
- •2.14. Листовая штамповка.
- •2.15. Сортамент изделий из алюминиевых сплавов.
- •Тема 3. Термическая и химико-термическая обработка стали
- •3.1. Превращения при нагреве стали.
- •3.2. Превращения в стали при охлаждении.
- •Характеристика структурных составляющих закаленной стали
- •3.3. Основные виды термической обработки стали.
- •3.4. Химико-термическая обработка сталей.
- •Тема 4. Углеродистые и легированные стали. Классификация, свойства, применение
- •4.1. Классификация сталей.
- •1. По структуре:
- •2. По способу производства:
- •3. По химическому составу.
- •4. По качеству.
- •5. По степени раскисления.
- •6. По назначению:
- •4.2. Конструкционные стали.
- •4.2.1. Углеродистые стали обыкновенного качества.
- •4.2.2. Углеродистые и легированные качественные стали.
- •4.2.3. Стали высококачественные и особо высококачественные.
- •4.2.4. Цементуемые углеродистые и легированные стали.
- •4.2.5. Улучшаемые углеродистые и легированные стали.
- •4.2.6. Высокопрочные легированные стали.
- •4.2.7. Рессорно-пружинные стали.
- •4.2.8. Шарикоподшипниковые стали.
- •4.2.9. Износостойкие стали.
- •4.3. Инструментальные стали.
- •4.4. Легированные стали специального назначения.
- •4.5. Стали, применяемые для конструкций зданий и сооружений.
- •Марки стали, заменяемые сталями по гост 27772-88
- •4.6. Определение марки стали экспресс-методом.
- •Определение химического состава стали экспресс-методом
- •Тема 5. Реальное строение металлов
- •5.1. Основные сведения о кристаллическом строении металлических тел.
- •5.2. Типы кристаллической решетки.
- •5.3. Особенности строения кристаллических тел.
- •5.4. Общая характеристика первичной кристализации.
- •5.5. Изменение кристаллической решетки при нагревании и остывании.
- •5.6.Изменения структуры в результате проката.
- •5.8. Дефекты кристаллического строения.
- •5.9. Изучение макро- и микроструктуры металлов и сплавов.
- •Тема 6. Черные и цветные металлы и сплавы, их свойства
- •6.1. Основные понятия о металлических сплавах.
- •6.2. Диаграмма состояния двойных сплавов.
- •6.2.1. Основная информация о диаграмме состояния.
- •6.2.2. Порядок построения диаграммы состояния.
- •6.3. Железоуглеродистые сплавы.
- •6.3.1. Компоненты и основные структурные составляющие железоуглеродистых сплавов.
- •6.3.2. Характеристика основных точек и линий диаграммы.
- •6.3.3. Структура сталей.
- •6.3.4. Чугуны. Структура чугунов.
- •6.4. Влияние углерода и легирующих элементов на свойства стали.
- •6.5. Цветные металлы и их сплавы.
- •6.6. Алюминий и его свойства.
- •6.7. Сплавы на основе алюминия.
- •6.8. Области применения алюминиевых сплавов.
- •6.9. Маркировка алюминиевых сплавов.
- •6.10. Свойства металлов и сплавов.
- •6.11. Методы испытания механических свойств.
- •Тема 7. Общие сведения о коррозии металлов и способы защиты от нее
- •Тема 8. Работа стали и алюминиевых сплавов в конструкциях
- •8 Участок текучести Самоупрочнение.1. Работа стали на растяжение
- •8.2. Работа стали на сжатие
- •8 (Предел текучести) Количество измерений(частота).3. Нормативные и расчетные сопротивления
- •8.4. Работа стали в сложном напряженном состоянии
- •8.5. Старение металла
- •8.6. Влияние температуры
- •8.7. Ударная вязкость
- •8.8. Работа стали при повторных и переменных нагрузках. Наклеп. Усталость стали.
- •Список литературы
- •Содержание
- •Тема 1. Введение. Структура курса 3
- •Тема 2. Производство черных и цветных металлов. Обработка металла давлением. Сортамент. 25
- •Тема 3. Термическая и химико-термическая обработка стали 65
- •Тема 4. Углеродистые и легированные стали. Классификация, свойства, применение 77
- •Тема 5. Реальное строение металлов 93
- •Тема 6. Черные и цветные металлы и сплавы, их свойства 106
- •Тема 7. Общие сведения о коррозии металлов и способы защиты от нее 144
- •Тема 8. Работа стали и алюминиевых сплавов в конструкциях 152
- •«Металлические конструкции»
- •«Материалы для металлических строительных конструкций»
2.5.3. Выплавка стали в электрических печах.
Это самый совершенный способ получения стали. Более высокая температура (t2000 0C) позволяет расплавлять тугоплавкие элементы (вольфрам, молибден, ванадий) и применять известняковые шлаки, содержащие до 60% СаО, которые позволяют удалить из металла почти весь фосфор и серу. В электрических печах (рис. 2.4) можно получать сталь наивысшего качества. Основной вид сырья – 80...90% металлолома легированных сталей, чугун, флюсы, раскислители.
Для выплавки стали чаще всего используют дуговые печи (рис. 2.4, а), в которых шихта расплавляется теплом электрической дуги 3, возникающей между электродами 4 и загруженной в печь металлической шихтой 1. Плавильное пространство печи ограничено подом 6, сводом 5 и боковыми стенками. Индукционные плавильные печи (рис. 2.4, б) работают на токе высокой частоты до 2000 Гц, который быстро нагревает металл до температуры плавления. Вместимость печей составляет 3...300т.
10
Рис. 2.4. Схема электрических печей для плавления стали
а – дуговой; б – индукционной
1 – металлическая шихта; 2 – сектор для наклона печи; 3– электрическая дуга; 4 – электроды; 5 – свод; 6 – подина; 7 – водоохлаждаемый индуктор; 8 – тигель из огнеупорных материалов; 9 – металл; 10 – вихревые токи
2.5.4. Разливка стали.
Последней операцией сталеплавильного процесса является разливка стали.
Выплавляемую в сталеплавильных агрегатах сталь выпускают в сталеразливочные ковши, которые мостовым краном переносят к месту разливки стали. Часть выплавленной стали (2…3%) используют для получения стальных фасонных отливок (стальное литье); а основное ее количество из ковша разливают в изложницы или кристаллизаторы машины для непрерывного литья заготовок. Слитки стали затем отправляют в прокатные или кузнечные цехи для обработки давлением и получения из них балок, рельсов, труб, листа, различной формы сортовых заготовок и др.
Процесс наполнения жидким металлом форм, в которых металл кристаллизуется, образуя слитки или отливки, называют разливкой металла. Процесс, при котором металл, затвердевая, образует фасонные отливки (детали), называют стальным литьем.
Для разливки стали используют следующее оборудование: 1) желоб, по которому сталь из конвертера или плавильного агрегата (электро- или мартеновских печей) попадает в ковш; 2) сталеразливочный ковш; 3) промежуточный ковш или промежуточное разливочное устройство; 4) изложницы; 5) поддоны; 6) установки непрерывной разливки стали УНРС (машины непрерывного литья заготовок МНЛЗ). Если сталь разливают в изложницы, то процесс разливки может осуществляться либо сверху (рис. 2.5, а), либо снизу (сифоном) (рис. 2.5, б).
Сталеразливочный ковш выполняет несколько функций: 1) служит емкостью для транспортировки металла от сталеплавильного агрегата или от сталевоза до места разливки; 2) является устройством, при помощи которого сталь распределяется по изложницам или кристаллизаторам установки непрерывной разливки; 3) является агрегатом, в котором осуществляют ряд металлургических процессов (раскисление, легирование, обработку вакуумом, продувку инертным газом, обработку жидкими синтетическими шлаками или твердыми шлаковыми смесями и т.п.); 4) служит емкостью, в которой металл выдерживают при заданной температуре в процессе разливки плавки.
Кожух ковша сварной, форма ковша – усеченный конус со сферическим днищем. Футеровка ковша должна обеспечивать возможно более длительную его кампанию (от ремонта до ремонта).
Промышленность выпускает стандартные ковши вместимостью от 50 до 480т.
Изложницы (рис. 2.5) – чугунные формы для изготовления слитков. В некоторых случаях (например для отливки крупных кузнечных слитков) изложницы отливают из низкоуглеродистой качественной стали, предварительно подвергнутой вакуумированию. Конструкция изложницы должна быть удобна в эксплуатации и иметь возможно более высокую стойкость. Для удобства извлечения слитка из изложницы (или снятия изложницы со слитка) стенки изложниц всегда выполняют с некоторой (1…4 %) конусностью. Бывают изложницы, расширяющиеся кверху и книзу, они могут быть с дном (глуходонные) и без дна (сквозные).
Изложницы выполняют с квадратным, прямоугольным, круглым и многогранным поперечными сечениями.
Слитки с квадратным сечением переделывают на сортовой прокат: двутавровые балки, швеллеры, уголки. Слитки прямоугольного сечения – на листы. Слитки круглого сечения используются для изготовления труб, колес. Слитки с многогранным сечением применяют для изготовления поковок.
Спокойные и кипящие углеродистые стали разливают в слитки массой до 25 тонн, легированные и высококачественные стали – в слитки массой 0,5…7 тонн, а некоторые сорта высоколегированных сталей – в слитки до нескольких килограммов.
В изложницы сверху сталь разливают непосредственно из ковша 1 (рис. 2.5, а). При этом исключается расход металла на литники, упрощается подготовка оборудования к разливке. К недостаткам следует отнести менее качественную поверхность слитков из-за наличия пленок оксидов от брызг металла, затвердевающих на стенках изложницы. Применяется для разливки углеродистых сталей.
а) б) 1 5 6 1
2 3 4 5 6 7
Рис. 2.5. Разливка стали в изложницы
а – сверху; б – снизу (сифоном)
1 – сталеразливочный ковш, 2 – жидкая сталь, 3 – центровой литник, 4 – огнеупорная трубка, 5 – изложница, 6 – поддон, 7 – соединительные каналы
При сифонной разливке (рис. 2.5, б) одновременно заполняются несколько изложниц (4…60). Изложницы устанавливаются на поддоне 6, в центре которого располагается центровой литник 3, футерованный огнеупорными трубками 4, соединенный каналами 7 с изложницами. Жидкая сталь 2 из ковша 1 поступает в центровой литник и снизу плавно, без разбрызгивания, наполняет изложницу 5. Поверхность слитка получается чистой, можно разливать большую массу металла одновременно в несколько изложниц. Используют для легированных и высококачественных сталей.
В настоящее время используют также установки непрерывной разливки стали (УНРС), где получают слиток непрерывной длины. По принципиальной схеме УНРС различают шести типов: с вертикальным кристаллизатором (три типа), с криволинейным кристаллизатором (два типа), горизонтального типа. Наиболее распространенные УНРС вертикального типа (рис. 2.6) работают по следующей схеме: жидкую сталь из ковша 1 через промежуточное разливочное устройство 2 непрерывно подают в водоохлаждаемую изложницу без дна – кристаллизатор 3, из нижней части которого вытягивается затвердевающий слиток 5. Предварительно до начала разливки в кристаллизатор вводят искусственное подвижное дно (так называемую затравку) – стальную штангу со сменной головкой, имеющей паз в виде ласточкиного хвоста.
Ж
Рис. 2.6.
Схема установки непрерывной разливки
стали вертикального типа
1 – промежуточный
ковш;
2 – кристаллизатор; 3 – вторичное
охлаждение; 4 – тянущие валки;
5
– газорезка