Контрольная работа по "Металлургия"

ВВЕДЕНИЕ

В промышленных странах прокатному производству — получению из стали  или других металлов путем прокатки различных изделий и полуфабрикатов, а также дополнительной обработке  их с целью повышения качества — подвергается 80% выплавляемой стали, как низкоуглеродной, так и легированной. Прокат металлов осуществляется на специальном  оборудовании, различающемся по назначению, технологическим процессам и  числу валков.

Основной продукцией листового  проката являются катаные листы  пяти видов: холоднокатаные, горячекатаные  листы, листы оцинкованные и профнастил, ПВЛ и рифленый лист, а также  нержавеющий лист.

К такому виду проката как  лист нержавеющий относится тонколистовая  и толстолистовая коррозионностойкая, жаростойкая и жаропрочная сталь. Тонколистовая сталь изготавливается  толщиной 1,5—3,9 мм (теплым способом) и 0,7—3,9 мм (холодным), а толстолистовая толщиной 4-50 мм теплым способом и 4-5 мм холодным.

Разливка нержавеющих  сталей имеет ряд существенных отличий, связанных с физико-химическими  свойствами металла, и во многом определяет качество проката, выход годного  и другие технико-экономические  показатели.

1. ПРИМЕНЕНИЕ ОПИСЫВАЕМОГО ТОВАРА В СФЕРЕ ПРОИЗВОДСТВА ИЛИ ПОТРЕБЛЕНИЯ 

Прокат из стали тонколистовой  коррозионностойкой, жаростойкой, жаропрочной  - это один из самых востребованных материалов, применяемых в автомобилестроении, строительстве и металлургической промышленности. Уровень цен на прокат определяется качеством металлического сплава. А качество в конечном итоге зависит от используемых методов обработки. Прокат используют в химическом производстве при работе с растворами серной, уксусной, фосфорной, азотной кислоты.

Таблица 1: Применение проката из стали коррозионностойкой, жаростойкой, жаропрочной;

2. КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ  ПРИЗНАКИ ТОВАРА

Тонколистовой коррозионно-стойкий, жаростойкий и жаропрочный прокат классифицируют:

 а) по состоянию  материала и качеству поверхности  на:

• холоднокатаный нагартованный - H 1,
• холоднокатаный полунагартованный - ПН1,
• холоднокатаный термически обработанный (мягкий), травленый или после светлого отжига - М2а, М3а, М4а,
• холоднокатаный термически обработанный (мягкий) - М4в,
• горячекатаный термически обработанный (мягкий), травленый или после светлого отжига - М2б, М3б, М4б,
• горячекатаный, термически обработанный (мягкий) - М4г;

 б) по точности  прокатки на:

• повышенной точности - AT (холоднокатаный), А (горячекатаный),
• нормальной точности - БТ (холоднокатаный), Б (горячекатаный);

 в) по виду  кромок на:

• необрезной - НО,
• обрезной - О;

 г) по неплоскостности проката с временным сопротивлением разрыву 690 Н/мм2 (70 кгс/мм2) и менее:

• нормальный - ПН,
• улучшенный - ПУ,
• высокий - ПВ,
• особовысокий - ПО.

2.1.Кодирование в соответствии с «Товарной номенклатурой внешнеэкономической деятельности»

РАЗДЕЛ XV. Недрагоценные  металлы и изделия из них;

Группа 72  Черные металлы;

Позиция 7219  Прокат плоский из коррозионностойкой стали, шириной 600 мм или более;

Позиция 7220  Прокат плоский из коррозионностойкой стали, шириной менее 600 мм.

2.2. Кодирование  в соответствии с «Общегосударственным  классификатором Республики Беларусь»

СЕКЦИЯ D - обрабатывающая промышленность.

ПОДСЕКЦИЯ DJ - металлургическое производство и производство готовых металлических изделий.

Раздел 27 – МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Класс 271 Производство чугуна, стали и ферросплавов

Подкласс 27100  Производство чугуна, стали и ферросплавов

3.ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА ОПИСЫВАЕМОГО ТОВАРА

В качестве примера возьмем  наиболее распространенный и доступный  тонколистовой коррозионно-стойкий, жаростойкий и жаропрочный прокат на основе сплава 12Х18Н10Т. Он имеет следующий химический состав: железо (в основном), углерод (менее 0,12%), хром (17-19%), марганец (менее 2%), никель (от 9 до 11%), сера (менее 0,02%), кремний (не более 0,8%), а также титан (примерно 0,8%).

Таблица 2: Химический состав в % материала 12Х18Н10Т

Сталь данной марки находит  широкое применение в самых различных  областях. Так, из нее изготавливают  конструкции, работающие с агрессивными средами (азотной кислотой и другими  окислителями). Такую сталь применяют  при производстве теплообменного, емкостного и другого оборудования.

Таблица 3:Механические свойства при Т=20oС материала 12Х18Н10Т

Кроме того, сплав 12Х18Н10Т  применяют в криогенной технике  при очень низкой температуре - -269 градусах. Но сталь выдерживает и  сверхвысокие температуры дуговых печей.

Таблица 4: Физические свойства материала 12Х18Н10Т

Рассматриваемая нами сталь  стойко выдерживает влияние коррозии при температуре до 900 градусов. Сталь 12Х18Н10Т хорошо поддается горячей  обработке. Однако при деформации литого металла следует проявлять осторожность, во избежание проявления различных дефектов. Сталь 12Х18Н10Т хорошо сваривается как ручной, так и автоматической сваркой.

При ручной сварке используются электроды двух типов: ЦЛ-11 и ЦЛ-9. В качестве материала для стержня  используются Св-07Х25Н1 и Св-07Х19Н10Б. 

Таблица 5: Технологические свойства материала 12Х18Н10Т

4. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА  И ЕЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

Прокатка металла –  один из основных способов металлургического  производства. Суть технологии состоит  в том, что металлическая отливка  постепенно раскатывается между  двумя разнонаправленными валиками, в конце концов, образуя требуемый  прокатный профиль: простой или  профилированный лист, балки и  швеллеры, уголки и рельсы и так далее.

Форма прокатных валиков  определяет вид проката, а от степени  пластичности заготовки зависит, будет  прокат холодным или горячим. Разновидности  проката зависят от конфигурации поперечного сечения и сортамента, то есть видов таких конфигураций. Прокат осуществляется в рамках четырех групп сортамента: лист, сорт, труба и спецпрофиль. Лист способом горячей прокатки бывает тонкий (4 мм) и толстый (более 4 мм). Листы холодного проката выпускаются тонкими или сверхтонкими, благодаря особой точности процесса раскатки.

Так называемый сорт может  быть простым (круглый, квадратный или  прямоугольный в сечении), фасонным (балка, уголок и другие формы в  сечении) и спецназначения (это форма  рельса). В свою очередь, трубы делают сварными либо бесшовными, профильными  либо переменного сечения. Спецпрокат выпускают в виде шаров и бандажей, изогнутых профилей и колес.

Нержавеющий прокат делают из сплава, который называют легированным, поскольку в него добавляют никель и хром, железо и вольфрам, а также некоторые другие компоненты. На примере стали 12Х18Н10Т рассмотрим особенности влияния легирующих элементов на структуру. После стандартной термической обработки, состоящей из закалки с 1050  С с охлаждением в воде, сталь имеет структуру - раствора. Сталь 12Х18Н10Т не претерпевает каких-либо превращений при нагреве под горячую пластическую деформацию и при охлаждении до -196* С. При длительных выдержках в интервале 450 - 650 С  наблюдается выделение карбидов хрома типа Cr23C6, что вызывает появление склонности стали к межкристаллитной коррозии с минимальным инкубационным периодом при 600 0С  и равным 810 часов (испытание в кипящей 65%-ной азотной кислоте, три цикла по 48 часов).

Хром, содержание которого в стали составляет 17-19%, представляет собой основной элемент, обеспечивающий способность металла к пассивации и обеспечивающий ее высокую коррозионную стойкость.

Легирование никелем расширяет g - область и при достаточном его количестве (8-12 %) приводит к образованию стали с аустенитной структурой, т.е. переводит сталь в аустенитный класс, что имеет принципиально важное значение, так как позволяет сочетать высокую технологичность стали с уникальным комплексом эксплуатацинных характеристик. Такие стали обладают повышенной, по сравнению с ферритными сталями, коррозионной стойкостью в большом количестве агрессивных сред, в том числе серной и ряде других кислот. Они хорошо прокатываются в горячем и холодном состояниях, свариваются без охрупчивания околошовных зон. Влияние никеля на коррозионную стойкость в стали этого класса проявляется в том, что он, обладая повышенным сопротивлением действию кислот, сообщает это свойство стали.

 В присутствии 0,1% углерода сталь имеет при >900С полностью аустенитную структуру, что связано с сильным аустенитообразующим воздействием углерода. Соотношение концентраций хрома и никеля оказывает специфическое воздействие на стабильность аустенита при охлаждении температуры обработки на твердый раствор (1050-1100С).

Кроме влияния основных элементов, необходимо учитывать также присутствие  в стали кремния, титана и алюминия, способствующих образованию феррита.

Введением титана устраняется склонность к межкристаллитной коррозии, т.к. он сильный карбидообразующий элемент. Он в процессе кристаллизации связывает углерод в тугоплавкий карбид TiC, поэтому исключается возможность образования карбидов хрома и уменьшение его концентрации в аустените.

 Содержание кремния  не превышает 0,8 %. Кремний, дегазируя металл, повышает плотность слитка. Кремний повышает прочность стали, особенно повышается предел текучести. Но наблюдается некоторое снижение пластичности, что затрудняет холодную прокатку стали.

Введение марганца вызывает замедление скорости роста зерна при нагреве, что приводит к получению мелкозернистой стали.

Сера обладает неограниченной растворимостью в жидком железе и ограниченной растворимостью в твёрдом железе. При кристаллизации стали по границам зёрен выделяются застывающие в последнюю очередь сульфиды железа. Железо и сульфиды железа образуют низкоплавкую эвтектику (Тпл = 988 °С), которая в присутствии кислорода плавится при ещё более низких температурах. Межзеренные прослойки фазы, богатой серой, при нагревании металла перед прокаткой или ковкой размягчаются и сталь теряет свои свойства, происходит разрушение металла (красноломкость). Содержание серы в стали 12Х18Н10Т должно быть не более 0,02 %.

Фосфор оказывает отрицательное влияние на механические свойства стали. При кристаллизации возникает сильная первичная ликвация. Расположенные в межзёренном пространстве хрупкие прослойки, богатые фосфором, снижают пластические свойства металла, особенно при низких температурах (хладноломкость). Допустимое содержание фосфора в стали 12Х18Н10Т не более 0,035 %. В данном случае это критично, т.к. сталь 12Х18Н10Т используется в криогенной технике.

 Любая сталь в жидком  и твердом виде содержит определенное  количество водорода, азота и  кислорода, являющихся вредными  примесями. 

 Содержание кислорода зависит от содержания углерода. Во время кристаллизации в изложницах продолжается и даже усиливается взаимодействие углерода с кислородом. Это вызывает образование СО, металл получается неплотным, с газовой пористостью, непригодный для использования. Качественный слиток можно получить при понижении содержания растворенного в стали кислорода до 0,02-0,03 % для получения спокойной стали.

 В металлическую ванну  водород вносится шихтовыми материалами,  поступает из печной атмосферы,  причем решающее воздействие  оказывает влажность ферросплавов, раскислителей, шлакообразующих  и окислителей. Во время кристаллизации  растворимость водорода уменьшается,  он выделяется в маточный раствор,  вызывая сильную зональную ликвацию  в слитке. Выделение водорода  происходит в пустоты металла  и дефектные места решетки,  он молекуляризуется. При прокатке  слитков около микрообъемов возникает  объемное напряженное состояние  из-за высокого давления водорода, что вызывает резкое понижение  пластичности стали водородную  хрупкость. Возможно образование  внутренних разрывов флокенов. Содержание водорода не должно быть больше 0,0004 %.

 При кристаллизации, в  отсутствии элементов, образующих  нитриды при высоких температурах (в данной стали присутствует Ti), после образования γ-Fe начинается  выделения азота из раствора  в виде включений (нитридов  железа). Это выделение может продолжаться  значительное время, вызывая охрупчивание  металла (старение). Особенно вредно  ухудшение свойств металла, в  котором много азота, при эксплуатации  в условиях низких температур.

Сплавы металлов готовят  по-разному: методом литья, порошковым спеканием, деформацией. Кроме того, варка стали производится такими способами:

• -самый экономный кислородно-конверторный;

• -прямое восстановление – электросталь;

• -мартеновская плавка;

• -электроплавка.

Оптимальной термической  обработкой для этих сталей является закалка с 1050 С-1080 С в H2O, после закалки механические свойства характеризуются максимальной вязкостью и пластичностью, невысокими прочностью и твёрдостью.

Нержавеющий металлопрокат  просто незаменим для работы в  агрессивных или влажных средах. В последние годы наблюдается  широкое распространение художественного  металлопроката, который делают по специальным заказам для жилищного  строительства, осуществляемого в индивидуальном порядке.

Процесс изготовления проката очень сложен и требует настройки оборудования, достаточной квалификации производителя, могут прибавляться затраты на удаление различных недостатков или дефектов, выявленных в продукции. Например, при недостаточно умелой регулировке станков во время получения профилированного листа по краю полосы появляется дефект в форме волнообразного выступа.

5. НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ , НОРМИРУЕМЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА В СООТВЕТСТВИИ С ТРЕБОВАНИЯМИ НОРМАТИВНОТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ.

СТАЛИ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫЕ И СПЛАВЫ КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ, ЖАРОСТОЙКИЕ  И ЖАРОПРОЧНЫЕ.

ГОСТ 5632-72. Настоящий стандарт распространяется на деформируемые стали и сплавы на железоникелевой и никелевых основах, предназначенные для работы в коррозионно-активных средах и при высоких температурах. К высоколегированным сталям условно отнесены сплавы, массовая доля железа в которых более 45 %, а суммарная массовая доля легирующих элементов не менее 10 %, считая по верхнему пределу, при массовой доле одного из элементов не менее 8 % по нижнему пределу. К сплавам на железоникелевой основе отнесены сплавы, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в железоникелевой основе (сумма никеля и железа более 65 % при приблизительном отношении никеля к железу 1:1,5). К сплавам на никелевой основе отнесены сплавы, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в никелевой основе (содержания никеля не менее 50 %).

СТАЛЬ ТОЛСТОЛИСТОВАЯ КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ, ЖАРОСТОЙКАЯ И ЖАРОПРОЧНАЯ.

ГОСТ 7350. Толстолистовая, горячекатаная и холоднокатаная коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная сталь, изготовляемая в листах. Горячекатаную толстолистовую сталь изготовляют толщиной от 4 до 50 мм, холоднокатаную от 4 до 5 мм. Толстолистовую сталь изготовляют следующих марок: 20Х13, 09Х16Н4Б, 12Х13, 14Х17Н2, 08Х13, 12Х17, 08Х17Т, 15Х25Т, 07Х16Н6, 09Х17Н7Ю, 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т, 08Х21Н6М2Т, 20Х23Н13, 08Х18Г8Н2Т, 15Х18Н12С4ТЮ, 10Х14Г14Н4Т, l2X17Г9АН4, 08Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М2Т, 10X17H13М3Т, 08Х17Н15М3Т, 12Х18Н9, 17Х18Н9, 12Х18Н9Т, 04Х18Н10, 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 08Х18Н12Т, 12Х18Н12Т, 08Х18Н12Б, 03Х21Н21М4ГБ, 03Х22Н6М2, 03Х23Н6, 20Х23Н18, 12Х25Н16Г7АР, 06ХН28МДТ, 03ХН28МДТ, 15Х5М.

СТАЛЬ ТОНКОЛИСТОВАЯ  КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ, ЖАРОСТОЙКАЯ И  ЖАРОПРОЧНАЯ.

ГОСТ 5582. Тонколистовая, горячекатаная и холоднокатаная коррозионностойкая, жаростойкая и жаропрочная сталь, изготовляемая в листах. Горячекатаную тонколистовую сталь изготовляют толщиной от 1,5 до 3,9 мм, холоднокатаную от 0,7 до 3,9 мм. Тонколистовую сталь изготовляют следующих марок: 11Х11Н2В2МФ, 16Х11Н2В2МФ, 20Х13, 30Х13, 40Х13, 09Х16Н4Б, 12Х13, 14Х17Н2, 08Х13, 12Х17, 08Х17Т, 08Х18Тч, 08Х18Т1, 15Х25Т, 15Х28, 20Х13Н4Г9, 09Х15Н8Ю, 07Х16Н6, 08Х17Н5М3, 20Х20Н14С2, 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т, 08Х21Н6М2Т, 20Х23Н13, 15Х18Н12С4ТЮ, 10Х11Н20Т2Р, 10Х13Г18Д, 10Х14Г14Н4Т, 10Х14АГ15, 12Х17Г9АН4, 03Х17Н14М3, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т, 08Х17Н15М3Т, 12Х18Н9, 17Х18Н9, 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 12Х18Н10Е, 03Х18Н11, 03Х18Н12-ВИ, 08Х18Н12Т, 08Х18Н12Б, 03Х21Н21М4ГБ, 20Х23Н18, 20Х25Н20С2, 12Х25Н16Г7АР, 06ХН28МТ, 06ХН28МДТ.

СТАЛЬ ЛИСТОВАЯ ГОРЯЧЕКАТАНАЯ  ДВУХСЛОЙНАЯ КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ.

ГОСТ 10885. Горячекатаные двухслойные коррозионностойкие листы с основным слоем из углеродистой или низколегированной стали и плакирующим слоем из коррозионно-стойких сталей и сплавов, никеля и монель-металла.

Химический состав сталей - по ГОСТ 5632-72. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение - по ГОСТ 7566-81 с дополнениями. Согласно ГОСТа, стали марки 12Х21Н5Т не допускаются отклонения по содержанию титана. С согласия потребителя листы могут изготовляться с предельными отклонениями по титану в соответствии с ГОСТ 5632-72.

Для стали марки 12Х18Н10Т, прокатываемой  на непрерывных и полунепрерывных  станах, содержание титана должно быть [5×(С - 0,02) - 0,7] %, а отношение хрома  к никелю не должно превышать 1,8.

6. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА  ТОВАРА. ТРЕБОВАНИЯ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ  ДОКУМЕНТОВ НА ПРАВИЛА ПРИЕМКИ.  ХРАНЕНИЯ, ИСПЫТАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ТОВАРА

Прокат принимают партиями. Партия должна состоять из металла  одной плавки, одного состояния материала, одной толщины, а для термически обработанного проката - одного режима термической обработки. По согласованию изготовителя с потребителем допускается поставка партии, состоящих из нескольких плавок одной марки.

Для проверки качества проката  от партии отбирают выборку:

а) для контроля поверхности, срезов, неплоскостности и размеров - все листы партии;

б) для химического анализа - по ГОСТ 7565-81;

в) для определения содержания газов - три и альфа-фазы - два образца  от плавки;

г) для испытаний на растяжение при нормальной и повышенной температурах, на охрупчивание, на изгиб, перегиб, на вытяжку сферической лунки, определение  шероховатости поверхности, испытаний  на склонность к межкристаллитной коррозии, ударную вязкость - по два листа  от партии.

При получении неудовлетворительных результатов испытаний хотя бы по одному из показателей повторные  испытания проводят на отобранной выборке  по ГОСТ 7566-81.

Допускается указывать химический состав стали и содержания альфа-фазы в документе о качестве по данным документа о качестве на заготовку.

Макроструктура контролируется визуально на кромках листов.

5 Отбор проб для определения химического состава - по ГОСТ 7565-81, химический анализ - по ГОСТ 12344-88, ГОСТ 12345-88, ГОСТ 12346-78, ГОСТ 12347-77, ГОСТ 12348-78, ГОСТ 12349-83, ГОСТ 12350-78, ГОСТ 12351-81, ГОСТ 12352-81, ГОСТ 12353-78, ГОСТ 12354-81, ГОСТ 12355-78, ГОСТ 12356-81, ГОСТ 12357-84, ГОСТ 12358-82, ГОСТ 12359-81, ГОСТ 12360-82, ГОСТ 12361-82,. ГОСТ 12362-79, ГОСТ 12363-79, ГОСТ 12364-84, ГОСТ 12365-84 или другими методами, обеспечивающими требуемую точность определения.

Толщину проката измеряют микрометром по ГОСТ 6507-90, линейные размеры листов измеряют рулеткой по ГОСТ 7502-89, линейкой металлической по ГОСТ 427-75 или другими измерительными инструментами, обеспечивающими точность, установленную настоящим стандартом.

Отклонения формы измеряют в соответствии с ГОСТ 26877-86 металлической  линейкой по ГОСТ 427-75 или другими  измерительными инструментами, обеспечивающими  точность, установленную настоящим  стандартом.

Качество поверхности  проверяют визуально без применения увеличительных приборов.

При разногласиях в оценке глубину залегания дефектов определяют на поперечных микрошлифах с помощью  окуляр микрометра на микроскопе типа МИМ-7, МИМ-8, «Неофот» н других соответствующей  точности, изготовляемых по нормативно-технической  документации.

Отбор и подготовку проб для определения содержания газов, газовый анализ - по ГОСТ 17745-90. Содержание газов определяет завод, производящий выплавку стали.

Для испытаний на растяжение при нормальной и повышенной температурах, на охрупчивание, изгиб, перегиб, на вытяжку  сферической лунки, определение шероховатости поверхности, испытаний на склонность к межкристаллитной коррозии, ударную вязкость отбирают по одной пробе от каждого контрольного листа.

Отбор и подготовку проб для испытаний механических и  технологических свойств производят поперек направления волокна  по ГОСТ 7564-73.

Испытание на растяжение при  температуре  °C листов толщиной 3,0 мм и более проводят по ГОСТ 1497-84, а листов толщиной до 3,0 мм - по ГОСТ 11701-84 на образцах с начальной расчетной длиной l0 = 5,65√F0. Допускается испытание листов толщиной до 3,0 мм проводить на образцах с расчетной длиной 5,65 √F0 и шириной b0 20 мм.

Испытания проката из стали  марки 03Х21Н21М4ГБ проводят по ГОСТ 11701-84 на образцах с начальной рабочей  длиной l0 = 25√F0.

Испытания проката из стали  марки 15Х18Н12С4ТЮ толщиной 3,0 мм и более  проводят по ГОСТ 1497-84 на образцах с  начальной расчетной длиной l0 = 11,3√F0. Листы толщиной менее 3,0 мм испытывают по ГОСТ 11701-84 на образцах с начальной  расчетной длиной l0 = 11,3√F0 и шириной b0 20 мм.