- •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. Производство стали.
По химическому составу сталь отличается от чугуна меньшим содержанием углерода, серы, фосфора, с заданным содержанием кремния, марганца и др.
Процесс передела чугуна в сталь сводится к проведению окислительной плавки для удаления избытков элементов, а при получении легированных сталей – для их добавления.
В настоящее время используются следующие материалы для выплавки стали:
– передельный чугун, скрап (металлолом) и ферросплавы;
– флюсы (известняк CaCO3 и др.) и окислительные добавки (железная руда);
– топливо (коксовый или колошниковый газ, мазут, природный газ).
Для получения стали в электропечах используется электроэнергия.
При получении стали используют кислые и основные металлургические процессы.
Способы получения стали.
Сегодня основные способы получения стали это: мартеновский, конвертерный и в электрических печах. Последний используется для получения машиностроительной стали, но не строительной.
Кислородно-конверторный процесс к середине 1970-х годов практически полностью вытеснил бессемеровский и томасовский способы производства стали из чугуна.
2.5.1. Кислородно-конвертерный способ.
Это один из видов передела жидкого чугуна в сталь продувкой технологически чистым кислородом без затрат топлива. При продувке кислородом развивается температура до 1800ºС, что способствует быстрому образованию основного шлака и удалению из него серы и фосфора, а также окислению углерода, марганца и кремния еще на первом этапе передела.
Наиболее распространен способ продувки чугуна кислородом сверху в глуходонных конвертерах.
Конвертер – это емкость грушевидной формы (рис. 2.2), которая вмещает до 100...300т стали. Кожух сваривают из листовой стали и футеруют изнутри огнеупорными материалами. При помощи цапф его можно поворачивать. Время плавки 25...50 минут. Угар металла составляет около 10%. Для переработки фосфористых чугунов в сталь применяют конвертер с основной футеровкой из доломита.
Рис. 2.2. Схема вращающегося конвертера:
а – положение конвертера для загрузки твердой шихты; б – положение конвертера для заливки чугуна; в – положение конвертера для слива стали и шлака;
1 – поворачивающаяся труба для отходящих газов; 2 – кислородная фурма
Процесс делится на три периода:
1) окисление железа, кремния и марганца:
2Fe + O2 = 2FeO + Q
Si + O2 = SiO2 + Q
2Mn + O2 = 2MnO + Q
2) окисление углерода:
C + FeO = CO + Fe – Q
3) окисление фосфора и серы и выделение их в шлак:
2P + 5FeO + 4CaO = (CaO)4 P2O5 + 5Fe
известь тетрафосфат кальция (шлак)
FeS + CaO = CaS + FeO
Третий период заканчивается, когда содержание фосфора уменьшится до 0,05...0,08%;
При кислородно-конвертерном способе плавки раскисление происходит не полностью, в стали много газов – сталь кипящая.
При введении в расплав ферромарганца, ферросилиция и алюминия получают хорошо раскисленную сталь – спокойную.
FeO + Mn = MnO + Fe +Q
2FeO + Si = SiO2 + 2Fe + Q
3FeO + 2Al = Al2O3 + 3Fe + Q
При небольшом количестве ферромарганца, ферросилиция и алюминия получают не полностью раскисленную сталь – полуспокойную.
После раскисления сталь выливают через сливное отверстие конвертера в ковш и отправляют на разливку.