Технология производства потребительские свойства проката из конструкционной стали высокой обрабатываемости резанием

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

      УО «Белорусский государственный экономический университет»

                                                                                           Кафедра технологии

                                                                                         важнейших отраслей

      промышленности

                                        ИНДИВИДУАЛЬНАЯ РАБОТА

на тему: " Технология производства

потребительские свойства проката из конструкционной стали высокой обрабатываемости резанием"

Исполнил студент                                                                 

1 курс. ФМК,  гр. ДМР-1                           Карп В.П.                                       

Руководитель доцент                             Мочальник И.А.                          

МИНСК 2013

Содержание

Введение

Все прокатные изделия  в зависимости от их формы можно  разделить на четыре основные группы: а) сортовую сталь; б) листовую сталь; в) трубы; г) специальные виды проката.

        Прокат из конструкционной стали высокой обрабатываемости резанием относится к высокотехническим работам.

В связи со все возрастающими  требованиями различных отраслей народного хозяйства, предъявляемыми к точности проката, систематически проводится работа по сокращению поля допусков главным образом за счет уменьшения плюсовых допусков.

В нашей стране почти  все изделия, которые можно произвести прокаткой, стандартизованы соответствующими службами.

В стандартах приведены  размеры, площадь поперечного сечения и масса 1 м длины профиля, а также допускаемые отклонения от номинальных размеров. В стандартах на профили (балки, швеллеры, уголки и т. д.), применяемые для изготовления различных конструкций, кроме размеров площади поперечного сечения и массы одного погонного метра, приведены также справочные величины: момент сопротивления, момент инерции, радиус инерции и др.

Во всех стандартах приведены  также допускаемые отклонения по длине и по ширине проката, длина поставляемых полос. Кроме ГОСТов на сортамент, имеются также ГОСТы на технические условия, включающие требования в отношении химического состава

1. Применение проката  из конструкционной стали

в сфере производства и потребления

В сфере производства в основном прокат из конструкционной  стали применяется для изготовления заготовок – полос, отделке каркасов ангаров, корпусов и других видов изделий.

Широкомасштабное использование  проката объясняется нуждами  в этих изделиях промышленности и населения. Прокат применяется в автотракторостроении, строительстве, вагоностроении, для изготовления стальных конструкций.  Также очень важное место играет прокат в производстве, например рельсовый прокат, данное изделие на заводах служит основным компонентом для перемещения вагонеток с грузами, что позволяет удешевить стоимость изготавливаемого изделия, а также интенсифицировать производство - увеличить скорость производства изделия, путем увеличения скорости его транспортирования из одного цеха в другой.

Но в основном прокат применяется для изготовления заготовок  – блюмов, слябов. Из них изготавливают  при последующей обработке готовую  продукцию: рельсы, балки, швеллеры, сортовые профили, листы.

В потребительской сфере  прокат применяется только в виде готовых изделий – например железнодорожных рельсов, проволоки, стальных листов.

В потребительской сфере  прокат из конструкционной стали высокой обрабатываемости резанием применяется только в виде готовых изделий – например в листах для отделки при строительстве или как некоторые детали несложных конструкций, имеющих определенное значение.

Для потребителя, равно  как и для производственной сферы, очень важно чтобы продукция  была качественной и имела очень  малую погрешность от стандартных размеров, все эти качественные показатели учитываются при производстве и бракованные изделия снимают с дальнейших обработок, возвращая его назад в производственную цепочку.

2. Классификационные  признаки  проката из конструкционной стали

Прокат классифицируют по размерам и форме сечения:

• блюмы – слитки массой до 25 тонн квадратного профиля;
• слябы – заготовки прямоугольной формы;

По сырьевому  материалу:

• стальной.

По профилю:

• сортовой прокат;
• листовой прокат;
• трубы;
• периодический прокат;
• специальный прокат.

Сортовой прокат классифицируют по:

• сложности профиля: простой и фасонный.

Листовой прокат классифицируют по:

• ширине проката: толстолистовой, тонколистовой, фольга.

Разновидностью  специальных видов проката являются гнутые профили, позволяющие упростить технологию производства деталей у потребителей. Гнутые профили получают из листа или ленты толщиной от 0,2 до 20 мм. Они особенно широко применяются в строительстве (в элементах строительных конструкций, оконных переплетах и др.).

Стальные трубы разделяют на бесшовные и сварные.

Доля стальных труб в  общем выпуске проката с каждым годом увеличивается. В последнее время особенно быстро растет производство сварных труб.

Рис. 2.1. Профили сортовой стали:

1 — квадратный; 2 —  круглый; 3 — полосовой; 4 — шестигранный; 5 — угловой; 6 — тавровый; 7 — балочный; 8 — швеллерный; 9 — рельсовый; 10— шпунтрвый; 11 — зетовый; 12 — кольцо автообода; 13 — автообод.

    Прокат из конструкционной стали классифицируются в международном классификаторе следующим образом.

Классификация по ТНВЭД:

Раздел XV. Недрагоценные металлы и изделия из них.

Группа 72. Черные металлы.

Позиция 72.08. Прокат из конструкционной  стали и прочие изделия на ее основе.

Код 72.08. Прокат из конструкционной стали и прочие изделия на ее основе.

Классификация по ОКП РБ.

Секция D. Продукция перерабатывающей промышленности.

Подсекция DJ. Основные металлы и готовые металлические изделия.

Раздел 27. Основные металлы.

Группа 27.1. Основные черные металлы: железо, сталь, чугун и ферросплавы.

Класс 27.10. Основные черные металлы: железо, сталь, чугун и ферросплавы.

Категория 27.10.4. Плоский  прокат и конструкционной стали.

Подкатегория 27.10.40. Плоский  прокат из конструкционной стали.

Подвид 27.10.40.330. Прокат из конструкционной стали высокой  обрабатываемостью резанием.

3. Потребительские свойства  проката из конструкционной стали

Потребительски свойства проката заключаются в основных свойствах изделий из него и качества исходного материала.

Прокат должен иметь  малую погрешность, как в исходном виде, так и в изделиях. Данные нормы регулируются стандартами и нормативно-техническими документами.

Основное потребительское  свойство – последующая стадия применения проката, то есть на какого потребителя  ориентируются производители. Прокат применяется в машиностроении, автотракторостроении, вагоностроении и т.д..

Также к потребительским  свойствам можно отнести свойства сталей на основе которого изготавливают  прокат, так как от него зависят  и другие потребительские свойства, то есть коррозионная стойкость, ударная вязкость, степень нагрузки которой приводит к деформации изделия.

Коррозионная  стойкость – способность металла препятствовать появлению коррозии на поверхности в течение определенного времени и определенных условиях хранения и эксплуатации.

Ударная вязкость – способность металла проникновению в него другого более твердого предмета на определенную глубину.

Прочность - способность металла сопротивляться разрушающему воздействию внешних сил.

Выносливость – способность металла сопротивляться действию переменных по величине и направлению многократных нагрузок.

Антифрикционные свойства – способность противостоять истиранию при повышенных нагрузках, в частности и температурных.

Твердость – способность материала противостоять внешнему воздействию на поверхность согласно ее повреждения.

Хладостойкость – способность материала не изменять свою структуру при воздействии на него пониженной температурой.

Трещиностойкость –  способность вещества устойчиво  реагировать на внешнее воздействие  без  повреждения его поверхности.

4. Технология производства  проката из конструкционной стали и ее технико-экономическая оценка

На современных металлургических заводах технологический процесс прокатки состоит из прокатки слитка в полупродукт и полупродукта в готовый прокат. В последние двадцать лет начали широко внедрять способ непрерывного литья, осуществляемый с помощью машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Слитки, выходящие из МНЛЗ, разрезают  на мерные длины (6—12 м) и направляют на станы для дальнейшей прокатки или на склад. Преимущество процесса непрерывного литья заключается в сокращении цикла металлургического производства, так как в сталеплавильном производстве исключается разливка металла в изложницы, а в прокатном производстве отпадает необходимость в использовании обжимных и заготовочных станов. Кроме этого повышается качество заготовок за счет высокой степени их однородности, увеличивается выход годного, снижаются капитальные затраты и создаются условия для комплексной автоматизации процесса.

Основными технологическими операциям  прокатного производства являются: подготовка исходного металла, нагрев, прокатка и отделка проката.

Подготовка исходных металлов (слитков  и заготовок) к прокатке заключается  в удалении различных поверхностных дефектов (трещины, плены, закаты, царапины и др.), что увеличивает выход готового проката. Эта операция особенно важна при прокатке качественной углеродистой и легированной стали.

Нагрев слитков и заготовок  перед прокаткой должен обеспечить их высокую пластичность, высокое качество готового проката и получение требуемой структуры металла. Поэтому необходимо строгое соблюдение установленных режимов нагрева металла перед прокаткой, индивидуальных для каждой марки или группы марок стали, правильный выбор температуры начала и конца прокатки, а также режима обжатий.

При прокатке контролируют начальную  и конечную, температуры, заданный режим  обжатия, проверяют настройку валков наблюдением за размерами и формой проката, а также измеряют энергосиловые параметры.

Для контроля за состоянием поверхности  проката регулярно отбирают пробы. Основной контроль поверхности проводят перед зачисткой проката.

После прокатки контроль продолжают во время отделочных операций (резки  на мерные длины, правки, удаления поверхностных дефектов и т.д.). Готовый прокат подвергают конечному техническому контролю.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       

Как уже отмечалось, исходным материалом при прокатке являются слитки или  заготовки большей частью квадратного (блюмы) или прямоугольного (слябы) сечения. Размер этого сечения принимают значительно больше окончательно готового профиля и поэтому, как правило, последний почти никогда не удается получить сразу в один проход между валками. Поэтому прокатку проводят в несколько проходов. В каждом проходе площадь сечения прокатываемого металла уменьшается, при этом форма и размеры ее постепенно  приближаются  к требуемому профилю.

Прокатку листов и полос проводят в так называемых гладких валках. В этом случае уменьшение толщин прокатываемого металла в каждом проходе достигается соответствующим сближением валков.

Прокатку сортового и фасонного  металла, например, квадрата, круга, рельса или швеллера, осуществляют в калиброванных или ручьевых валках, т.е. в валках, на рабочей поверхности которых сделаны углубления, называемые ручьями, соответственно требуемой форме прокатываемого изделия. Просвет, образованный между двумя этими углублениями, сделанными на обоих валках, совместно с зазором между валками называется калибром.  Калибровкой профиля называется система последовательно расположенных калибров, обеспечивающая получение готового профиля заданных размеров. Определение размеров этих калибров для различных профилей и является основной задачей калибровки прокатных валков.

Прокат изготавливают  из стали марок Ст0, Ст3кп, Ст3пс, Ст3пс, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5сп, Ст5пс, Ст6пс, Ст6сп.

При обеспечении механических свойств, установленных для проката из стали Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, допускается снижение нижнего предела массовой доли марганца в стали до 0,25%, а отклонение от нижнего предела массовой доли углерода не является браковочным признаком.

Слитки, выходящие из МНЛЗ, разрезают на мерные длины (6—12 м) и направляют на станы для дальнейшей прокатки или на склад. Преимущество процесса непрерывного литья заключается в сокращении цикла металлургического производства, так как в сталеплавильном производстве исключается разливка металла в изложницы, а в прокатном производстве отпадает необходимость в использовании обжимных и заготовочных станов. Кроме этого повышается качество заготовок за счет высокой степени их однородности, увеличивается выход годного, снижаются капитальные затраты и создаются условия для комплексной автоматизации процесса.

Основными технологическими операциям  прокатного производства являются: подготовка исходного металла, нагрев, прокатка и отделка проката.

Подготовка исходных металлов (слитков  и заготовок) к прокатке заключается в удалении различных поверхностных дефектов (трещины, плены, закаты, царапины и др.), что увеличивает выход готового проката. Эта операция особенно важна при прокатке качественной конструкционной стали.

Нагрев слитков и заготовок перед прокаткой должен обеспечить их высокую пластичность, высокое качество готового проката и получение требуемой структуры металла. Поэтому необходимо строгое соблюдение установленных режимов нагрева металла перед прокаткой, индивидуальных для каждой марки или группы марок стали, правильный выбор температуры начала и конца прокатки, а также режима обжатий.

При прокатке контролируют начальную  и конечную, температуры, заданный режим  обжатия, проверяют настройку валков наблюдением за размерами и формой проката, а также измеряют энергосиловые параметры.

Для контроля за состоянием поверхности  проката регулярно отбирают пробы. Основной контроль поверхности проводят перед зачисткой проката.

После прокатки контроль продолжают во время отделочных операций (резки на мерные длины, правки, удаления поверхностных дефектов и т.д.). Готовый прокат подвергают конечному техническому контролю.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       

Толстые листы, у которых  допуски по толщине значительно  больше, чем разница толщин посередине и по кромкам, прокатывают на валках с цилиндрической поверхностью.

При прокатке среднелистовой стали  на трехвалковых станах в целях устранения неравномерности деформации по ширине, а также для получения листов с минимальными допусками и компенсации износа средний валок изготавливают выпуклым. Однако верхний и нижний валки работают по нескольку месяцев, а средний меняют примерно, каждую неделю.

Допуски по толщине горячекатаных и холоднокатаных тонких листов, как правило, очень жесткие. Так как температура середины бочки валка больше, чем на краях, то увеличение диаметра в средней части также больше. Вследствие этого, а также для центровки полосы прокатку тонких листов в горячем состоянии, несмотря на сплющивание и прогиб, осуществляют в валках с вогнутой бочкой. При этом величину вогнутости валка в холодном состоянии выбирают в зависимости от размеров прокатываемых листов, темпа прокатки и других факторов, она обычно составляет 0,1—0,6 мм.

Для получения равномерной толщины  у холоднокатаных листов их прокатку проводят на выпуклых валках, так как разогрев валков в этом случае незначителен и увеличение бочки валка несоизмеримо с упругими деформациями валковой системы. Поэтому значительные упругие деформации при холодной прокатке могут быть компенсированы созданием необходимой выпуклости валков (0,05 до 0,2 мм) при их шлифовке или посредством специальных устройств для регулирования профиля валков в процессе прокатки.

На листовых станах прокатывают  толстолистовую сталь (мостовую, резервуарную, судостроительную, броневую, котельную и топочную) и тонколистовую (конструкционную, кровельное железо, жесть белую и черную, электротехническую, трансформаторную и динамную).

Производство толстолистовой стали. Толстолистовую сталь прокатывают из слябов толщиной 65—300 мм, шириной 600— 1600 мм, длиной 1000—2000 мм и массой до 2,2 т.

Процесс прокатки толстых листов состоит  из двух стадий:

1. раскатки сляба в поперечном направлении до получения необходимой ширины. Для этого сляб после одного или двух проходов поворачивают в горизонтальной плоскости на 90° и прокатывают поперек его длины;

2) прокатки по длине  сляба после достижения им  необходимой ширины и поворота  прокатываемой полосы на 90°.

Для получения необходимой  ширины сляб, кроме того, прокатывают обычно с подачей под углом к оси валков (прокатка на угол). Обжатие за каждый проход определяют исходя из условий захвата, прочности валков и мощности двигателя стана.

Толстолистовую сталь прокатывают на одноклетевых станах трио, двухклетевых и полунепрерывных.

Производство тонколистовой стали. Тонколистовую сталь обычно получают путем горячей и холодной прокатки.

Горячая прокатка осуществляется на полунепрерывных и непрерывных станах. На этих станах из слябов прокатывают листы шириной 600—2200 мм и более, толщиной 1,25—12 мм.

Для окончательной отделки  горячекатаной листовой стали непрерывные станы .имеют нормализационную печь, травильную установку, сушильную машину, дрессировочные станы, правильные машины и ножницы. Готовый прокат поставляют в виде листов или рулонов.

Холодная прокатка тонких листов осуществляется в листах (карточках) и рулонах. Первый способ сохранился только на старых металлургических заводах. Рулонный способ получил широкое применение.

После горячей прокатки рулоны листовой стали поступают  в травильное отделение. Травильный агрегат состоит из разматывателя рулонов, ножниц для обрезки переднего конца, машины для сварки или сшивки рулонов, кислотных и промывных ванн, устройства для сушки листов горячим воздухом, ножниц для вырезки места сшивки и сматывателя рулонов.

После травления и  соответствующей подготовки рулоны поступают на станы холодной прокатки. Прокатка ведется со смазкой и с охлаждением валков. В процессе холодной прокатки происходит наклеп металла, затрудняющий дальнейшее обжатие и утонение листов. Для снятия наклепа применяют промежуточные отжиги листов обычно в колпаковых печах с защитной атмосферой или нормализационных печах.

После отжига листы направляют для дальнейшей прокатки или на дрессировку (холодная прокатка с обжатием 0,5—1,5% за один проход).

Для холодной прокатки листовой стали применяют различные станы  в зависимости от объема производства, назначения листов и других условий. На старых заводах с небольшим объемом производства применяют главным образом листовые станы кварто, а иногда листовые станы трио. На современных металлургических заводах широко применяют реверсивные станы кварто, непрерывные трех-, четырех- и пятиклетевые станы. На этих станах листы прокатывают в рулонах.

Непрерывные трех- и четырехклетевые  станы, а также реверсивные станы кварто применяют для прокатки всех листов, кроме жести. Жесть в рулонах массой до 12 т при толщине исходного листа около 2 мм прокатывают на непрерывных пятиклетевых станах; скорость прокатки достигает 30 м/сек,

Расход металла для  производства листовой стали зависит  от назначения и толщины листа. Он составляет 1,24—1,6 т стали в слитках на 1 т листов.

Жесть в зависимости  от назначения и для предохранения от коррозии подвергают лужению, шинкованию, лакировке и т. п. Лужение жести в прокатных цехах производят двумя способами: погружением в расплавленное олово (горячее лужение) и электролитическим путем. Электролитическое лужение обеспечивает более равномерное покрытие металла с меньшим расходом олова.

Весьма перспективными являются защитно-декоративные покрытия жести и листов пластмассой. Технология нанесения пластмассового покрытия на стальную ленту состоит в подготовке металла (обычно путем электрохимического травления) для лучшего сцепления с покрываемым материалом; нанесения промежуточного, так называемого адгезионного, слоя (обычно активных клеев) для улучшения прочности сцепления стали с пластмассой; нанесения пластмассовых покрытий, в качестве которых обычно используется полихлорвинил. Стальная лента или жесть с пластмассовым покрытием обладает высокой стойкостью против атмосферных воздействий низких (до—50° С) и высоких (до +80° С) температур, хорошей влагостойкостью и отсутствием явлений отслаивания пленки при вырубке отверстий, гибке, отбортовке и других операциях при получении заготовок или готовых изделий.

Прокат конструкционной  стали высокой обрабатываемостью  резанием производят в обычном режиме, как стальной прокат. Основная задача при проведение проката заключается в выборе исходного материала. Все технологические процессы, связанные с прокаткой не изменены и проходят в обычном режиме по определенной схеме согласно плана проката. Таким образом, технологические процессы при прокатке конструкционной стал можно отобразить следующим образом, приведенным в блок-схеме.

Блок-схема технологического процесса

1. плавление;
2. выпуск
3. – резка;
4. – нагрев;
5. – прокатка;

4. – механическая обработка.

5. Стандарты на прокат из конструкционной стали , нормируемые показатели качества в соответствии с требованиями стандартов

ГОСТ 1414-75 «Прокат из конструкционной стали высокой обрабатываемости резанием.»

ГОСТ 2590-88  “Круглый стальной прокат. Технические требования.”

ГОСТ 2591-88 “Квадратный  стальной прокат. Технические требования.”

ГОСТ 14955-77 “Полосовой стальной прокат. Технические требования.”

ГОСТ 8560-78 «Шестигранный стальной прокат. Технические требования.”

ГОСТ 12346 – 78 «Стали легированные и высоколегированные. Методы определения кремния».

ГОСТ 8559-75 “Угловой равнополочный стальной прокат. Технические требования.”

ГОСТ 4543-71 “Обточенный прокат. Технические требования.”

ГОСТ 1051-73 “Калиброванный прокат. Технические требования”

ГОСТ 14955-77 “Прокат со специальной отделкой поверхности. Технические требования.”

ГОСТ 7566-94 “Прокат из высоколегированной стали. Технические требования.”

ГОСТ 12344 “ Цилиндр 1(3) – 250. Технические условия ”

ГОСТ  3118-77 “Кислота соляная. Технические требования.”

ГОСТ 4461-77 “Кислота азотная. Технические требования.”

ГОСТ 3760-79 “Аммиак водный. Технические требования.”

ГОСТ 11293-89 “Желатин. Технические требования.”

Основные параметры  по ГОСТ 5520-79 «Прокат листвой из углеродистой, низколегированной и легированной стали для котлов и сосудов, работающих под давлением. Технические условия.»

1. Прокат изготавливают из стали марок А11, А12, А20, А30, А35«Углеродистая сернистая сталь. Общие технические условия.»
2. Химический состав стали должен соответствовать ГОСТ 380-88 «Конструкционная сталь. Общие технические условия». При обеспечении механических свойств, установленных для проката из конструкционной стали, допускается снижение нижнего предела массовой доли марганца в стали до 0,25%, а отклонение от нижнего предела массовой доли углерода не является браковочным признаком.
3. По требованию потребителя массовая доля серы в стали всех марок,  должна быть не более 0,040%, фосфора не более 0,030%.