Сертификация товаров

Большое значение для практики имеет свойство y-Fe растворять до 2,14% углерода при температуре 1147°С с образованием твердого раствора и с внедрением атомов углерода в кристаллическую решетку. При повышении и понижении температуры растворимость углерода в y-Fe уменьшается. Твердый раствор углерода в y-Fe называется аустенитом, почти в 100 раз меньше углерода, может раствориться в a-Fe, причем твердые растворы углерода и других элементов в a-Fe называют ферритом.

Кроме твердых растворов в железе в железоуглеродистых сплавах может быть химическое соединение железа с углеродом -- карбид железа Fe3C. Это соединение, называемое цементитом, со держит 6,67 % углерода, имеет сложное кристаллическое строение с плотно упакованной ромбической кристаллической решеткой. В сплавах цементит является метастабильной фазой. Его темпера тура плавления равна примерно 1500°С.

Феррит отличается мягкостью и пластичностью; его прочность сравнительно невысока -- предел прочности при растяжении 250 МПа, относительное удлинение 50%, твердость НВ составляет 800 МПа. Аустенит также имеет высокую пластичность, низкий предел прочности при растяжении. Твердость аустенита НВ 1700 -- 2200 МПа. Цементит обладает низкой пластичностью, высокой твердостью НВ, равной 10 000 МПа, и хрупкостью.

При охлаждении жидких сплавов сначала происходит кристаллизация, а затем после отвердения -- фазовые структурные превращения вследствие полиморфизма железа и изменения растворимости углерода в аустените и феррите. По содержанию углерода железоуглеродистые сплавы подразделяют на стали, содержащие до 2,14% углерода, и чугуны с содержанием углерода более 2,14 %. Принятая граница между сталями и чугунами соответствует наибольшей растворимости углерода в аустените.

Цементит является метастабильной фазой, претерпевающей изменения при легировании и термической обработке сплавов. Различают первичный цементит, выделяющийся при кристаллизации из жидкого расплава, вторичный и третичный цементиты, выделяющиеся при распаде, аустенита и феррита. Твердость цементита в четыре раза больше аустенита и в 9 --10 раз -- феррита.

Графит -- стабильная фаза, выделяющаяся при медленном охлаждении сплава и наличии графитизирующих элементов Si, Ni, Cu, Al и других включений, служащих графитными зародышами. Графит имеет слоистое строение, малую прочность и электропроводность, мягок и хрупок.

Стали после отвердения не содержат легкоплавкой эвтектики -- ледебурита, -- характерной для чугуна при содержании углерода 4,3 %. При высоком нагреве стали имеют структуру чистого аустенита. В зависимости от процентного содержания углерода железоуглеродистые сплавы имеют следующие наименования:

техническое железо (С < 0,02 %);

доэвтектоидные стали (С = 0,02...0,8 %);

эвтектоидные стали (С = 0,8 %);

заэвтектоидные стали (С = 0,8... 2,14 %);

доэвтектические чугуны (С = 2,14...4,3 %);

эвтектика -- ледебурит (С = 4,3 %);

заэвтектические чугуны (С = 4,3...6,67 %).

Сплавы железа с углеродом после окончания кристаллизации имеют различную структуру, но одинаковый фазовый состав; при температурах ниже 727 °С они состоят из феррита и цементита.

После охлаждения сталь состоит из цементита и феррита, и от их соотношения зависят многие свойства стали. При содержании углерода в стали более 2 % твердость ее возрастает, а временное сопротивление уменьшается, что объясняется выделением по границам бывшего зерна вторичного цементита. Кремний и марганец присутствуют в стали в количествах соответственно 0,35 -- 0,4 и 0,5 -- 0,8 %. Кремний повышает предел текучести и снижает способность стали к холодной деформации. Марганец повышает прочность, не снижая пластичности, но уменьшает красноломкость, т.е. хрупкость при высоких температурах, вызванную серой. Сера образует с железом химическое соединение FeS. Кроме того, она снижает ударную вязкость и предел выносливости, ухудшает свариваемость и коррозионную стойкость. Поэтому содержание серы в стали ограничивается до 0,06 %. Марганец образует с серой тугоплавкое соединение MnS, практически исключающее красноломкость.

Фосфор является вредной примесью в стали. Растворяясь в феррите, он сильно искажает кристаллическую решетку, повышает предел текучести и порог хладноломкости; уменьшает деформативность. Содержание его в стали ограничивается до 0,08 %.

Азот и кислород повышают порог хладноломкости, уменьшают ударную вязкость и предел выносливости стали.

Особенно вреден растворенный в стали водород. Он не только охрупчивает ее, но и приводит к образованию в катаных заготовках и поковках тонких трещин -- флокенов. Их удаляют специальной термической обработкой или вакуумированием стали в жидком состоянии.

Влияние химических элементов на качество сырья

Материалом для стальной проволоки является катанка. Для изготовления используют стали, выплавленные в мартеновских и электропечах и конверторах.

- катанка должна иметь постоянный хим. состав и однородную структуру по всей длине.

- поперечное сечение должно быть точным по форме и размерам.

1.Влияние отдельных элементов на качество.

Углерод - придает стали повышенную прочность и определенный уровень пластичности, повышает упругость, износостойкость и выносливость при переменных нагрузках.

Марганец и кремний - раскисляют сталь при выплавке. Они повышают плотность и однородность металла, упрочняют его, делают более упругим, повышают сопротивление истиранию. Марганец нейтрализует вредное действие серы в стали, образуя с ней соединения. Если кремний находится в виде скоплений окислов, то уменьшает пластичность стали.

Сера и фосфор - вредные примеси. Они склонны к ликвации - способны скапливаться в отдельных частях. Повышенное содержание серы вызывает в стали красноломкость (хрупкость при высоких температурах). Содержание серы и фосфора ограничивается в стали до 0,03 % каждого и в сумме до 0,05 %.

Хром - попадает в углеродистую сталь, как правило, из шихты при выплавке в печах. При патентировании хром оказывает вредное действие, поэтому его содержание ограничивается до 0,1-0,15%.

Никель - при небольших содержаниях его в углеродистой стали не оказывает вредного действия, не задерживает процесс патентирования.Неметаллические включения - относятся к деффектам. Они ухудшают механические свойства.Азот - вызывает деформационное старение, т.е. повышает твердость, хрупкость с течением времени.

Процесс производства катанки

Прокатку катанки производят в основном из обжатой заготовки сечением от 45?45 до 180?180 мм, длиной 12м. Размеры применяемой заготовки определяется типом стана и конструкцией его вспомогательных механизмов. После осмотра и зачистки заготовки подают краном на загрузочные решетки прокатного стана, с которых по одной на приемный рольганг нагревательной методической печи. Форма и размеры заготовок должны удовлетворять нормам, установленным в соответствующих стандартах. К поверхности заготовки предъявляются высокие требования: на ней не должно быть плен, рванин, закатов, продольных и поперечных трещин, на торцах - следов усадочной рыхлости. Если они есть, их удаляют, обрезая концы; если дефекты настольно значительны, что их удаление связано с нарушением требований к размерам и форме заготовок, их бракуют.

Нагрев заготовки перед прокаткой производят в методических печах различного типа. К числу факторов определяющих процесс нагрева, относятся температура нагрева, неравномерность нагрева по сечению и по длине, скорость и точность нагрева. Для стали каждой марки существует определенный интервал температур, в пределах которого может производиться прокатка. Если температура превышает предел, то может произойти пережог или перегрев металла; если температура ниже предела, то процесс затрудняется, так как увеличивается сопротивление деформации. При выборе температуры нагрева заготовки следует избегать возможности пережога и обезуглероживания металла.

Загрузку и продвижение заготовок в печи осуществляют толкателем; выдача нагретых до 1180-1200⁰С заготовок по калибрам первой черновой клети осуществляется распределительным устройством барабанного типа. После распределителя заготовок установлены ножницы, которыми при необходимости обрезают передний конец заготовки или заготовки режут в скрап при аварии на стане.

Режим прокатки различных сталей устанавливают исходы из пластичности металла в данных условиях обработки с учетам сопротивления деформированию. Пластичность, т. е способность стали деформироваться без разрушения, определяется химическим составом стали и условиями, в которых производиться деформация, т.е. температурой и скоростью деформации, схемой напряженного состояния и др. Для оценки пластичности стали применяют различные методы: растяжение, осадку, кручение и другие.

На валках первых двух клетей черновой группы выполнены ручьи первых ящичных калибра, обеспечивающих хорошее удаление окалины. На валках остальных клетей черновой группы выполнены калибры системы овал - квадрат, ромб - квадрат. На валках промежуточной и чистовой группы клетей нарезаны ручьи калибров системы овал - квадрат. В валки последней чистовой рабочей клети задается овальный раскат, который после обжатия получает форму круга диаметром от 5,5-10мм. Готовый прокат со скоростью 12-30 м/с по водоожлаждаемым трубам поступает на моталки. За каждой чистовой группой клетей установлено по две моталки. Бунты катанки пластинчатым транспортером передаются к сбрасывающему устройству и навешиваются на крюки крюкового конвейера. После охлаждения бунты катанки снимают бунтосъемной машиной с крюкового конвейера, перевязываются в двух местах и поступают на пакетировочную машину.

Методы контроля готовой катанки

Методы контроля готовой продукции определяются требованиями, которые предъявляются к данному конкретному сорту катанки.

Перед отправкой катанки потребителю она подвергается испытаниям, которые определяют ее физико-химические и физико-механические свойства. Эти свойства зависят, прежде всего, от химического состава металла. Производят химический анализ стали, определяют ее составляющие, особенно содержание вредных элементов стали: серы, фосфора, газов и др.

Наряду с химическим составом металла важное значение имеет равномерность свойств его по сечению и по длине. Для определения этой характеристики применяют методы макро- и микроанализа структуры металла. Полученные при этом данные позволяют не только судить о равномерности строения металла, но и производить оценку соответствия структурных составляющих и величины зерна требования к готовой продукции.

Кроме того, в зависимости от требований технических условий и стандартов приводятся различного рода специальные испытания или, как их называют, технологические пробы, которые применяют в процессе конечного контроля.

Дефекты и другие недостатки сырья (катанки)

При производстве катанки дефекты возникают в результате нарушения технологии нагрева, прокатки и охлаждения.

Нагрев и пережог

При перегреве и пережог по существу происходит один и тот же процесс, но он различно протекает в зависимости от характера печной атмосферы. Поэтому зачастую бывает трудно установить границу между перегревом и пережогом.

Обезуглероживание

Одним из дефектов, снижающих прочность и усталость свойства готовых изделий, является обезуглероженный слой на их поверхности.

Допускаемая стандартами максимальная глубина общего обезуглероживания в зависимости от марки стали находиться в пределах 2-3 % от диаметра катанки. Обеспечить указанный предел не всегда удается, так как обезуглероженный слой располагается по сечению катанки неравномерно. Глубина обезуглероженного слоя на некоторых участках может превысить допустимые пределы и привести к брагу.

Контроль глубины обезуглероживания обычно производят металлографическим либо рентгеноструктурным способом. Последний был впервые применен на Белорецком металлургическом комбинате.

Дефекты профиля

Дефекты профиля катанки заключаются в том, что либо поперечное сечение не представляет собой правильного круга, либо на поверхности имеются уступы, заусенцы, закаты, царапины и риски, следы от выработки калибров.

Овальность.

Причинами овальности катанки является увеличенный либо уменьшенный разъем валков чистового калибра, колебания температуры металла, а также различное количество металла, поступающего из чистового овала.

Овальность профиля наблюдается и в продукции непрерывных проволочных станов. Причина этого дефекта заключается в переменных величинах напряжения между клетями и прежде всего между последними клетями чистовой группы. Так, уменьшение натяжения приводит к увеличению давления на валки и колебаниям "пружины" клетей, а также к увеличению уширения в калибре. Увеличение напряжения оказывает обратное действие.

Двусторонние заусенцы.

Этот дефект связан с поступлением в чистовой калибр излишнего количества металла из калибра чистового овала или с тем, что прокатку производят при пониженной температуре.

Двусторонние заусенцы на заднем и переднем концах катанки с непрерывных станов получаются при резком уменьшении натяжения. Устранить этот дефект можно только переходом на непрерывную прокатку.

Смещение валков в осевом направлении приводит к образованию на обоих боках профиля так называемых уступов.

Брак по скручиванию или свертыванию происходит при непараллельности валков, неправильной задаче раската овального сечения в чистовой калибр, а также при слишком широко установленных пропусках. Обычно этот дефект сопровождается образованием одностороннего заусенца.

Дефекты от настройки валковой арматуры возникает в основном при сдвиге вводных проводок в сторону от центрального положения, из-за чего овал в чистовом калибре прокатывается несимметрично относительно вертикальной оси калибра. Возникновение заусенца и степень выполнения противоположного бока профиля определяется величиной сдвига пропусков и количеством металла, поступающего из предчистового овального калибра.

Уступ на одном боку при кажущейся правильности другого бока образуется в том случае, когда верхний валок сдвинут по оси по отношению к нижнему и пропусковая коробка установлена несимметрично и смещена в сторону сдвига верхнего валка.

Волосовины - вытянувшиеся по направлению прокатки, не заварившиеся пузыри, также снижают механические свойства металла. Усадочные раковины и рыхлость - эти дефекты ослабляют сечение проволоки, приводят их к обрывам, понижают механические свойства.

Закаты чаще всего встречаются при прокатке по системе квадрат-овал. Обычно появление закатов на верхней и нижней поверхности катанки служит признаком переполнения овального или квадратного калибра, связанного либо с ошибочным выбором их размеров, либо с неправильной установкой валков. Устраняют закаты, тщательно настраивая валки, не допуская переполнения калибров во всех клетях.

Складки, риски, царапины. Довольно распространенным дефектом, особенно при прокатке катанки из малопластичных сталей по системе овал-квадрат, является образование складок (сборок, морщин). Этот дефект получается при прокатке квадрата в овальном калибре и тупого овала в квадратном калибре. Одним из наиболее рациональных способов устранения этого дефекта является отказ от применения системы калибровки валков овал- квадрат. Поэтому основные меры борьбы с этим дефектом при прокатке катанки сводятся к замене плоских овалов более полными, улучшению настройки валков и установки валковой арматуры, запрещению работы на выработанных калибрах, применению твердых, хорошо закаленных валков.

Пути повышения качества стали

Непрерывное развитие техники представляет все более высокие требования к качеству стали. Многочисленные способы получения металлов высокого качества могут быть условно разделены на три группы:

* Обработка жидкого металла вне сталеплавильного агрегата.

*Выплавка стали в вакууме.

* Специальные способы электроплавки металлов.

Обработка жидкого металла вне сталеплавильного агрегата. При внепечной обработке металл, выплавленный в обычном сталеплавильном агрегате (мартеновской печи, конвертере или электропечи), подвергается внешнему воздействию в сталеразливочном ковше. Основной целью внепечной обработки жидкой стали в ковше является снижение содержания растворенных в металле газов, неметаллических включений и серы. В настоящее время нет такого способа обработки жидкой стали в ковше, который позволил бы одновременно значительно снизить в металле содержание неметаллических включений, серы и газов. Поэтому в зависимости от поставленной задачи применяется тот или иной способ внепечной обработки металлов. Обработка металлов в ковше синтетическим шлаком приводит к снижению в стали серы, неметаллических включений и кислорода. Сущность метода заключается в том, что металл выпускают из печи в ковш, частично заполненный жидким шлаком (4 - 5 % от массы металла), который предварительно выплавляют в специальном агрегате. Жидкий шлак и металл интенсивно перемешиваются. Сера, кислород и неметаллические включения переходят из металла в шлак. При обработке металла синтетическим шлаком важную роль играет его состав и физико-химические свойства. Повышение качества стали, обработанной синтетическим шлаком, компенсируют затраты, связанные с выплавкой такого шлака. Продувка металла в ковше порошкообразными материалами является одним из современных способов повышения качества стали и производительности сталеплавильных агрегатов. Жидкий металл в потоке инертного газа (аргона) через фурму вводят измельченные десульфураторы и раскислители. В результате такой обработки можно получить металл с содержанием серы и кислорода менее 0,005 % каждого. Обработка жидкой стали аргоном в ковше является наиболее простым способом повышения качества металла. Аргон вдувают в жидкую сталь через пористые и огнеупорные пробки, которые устанавливают в днище ковша. Аргон не растворяется в жидкой стали, поэтому при продувке металла аргоном в объеме жидкой стали образуется большое количество пузырей, которые интенсивно перемешивают металл и выносят на его поверхность неметаллические включения. Кроме того, водород и азот, растворенные в стали, переходят в пузыри аргона и вместе с ним покидают жидкий металл, т. е. происходит дегазация стали. Для улучшения дегазации стали вакуумную обработку металлов в ковше совмещают с продувкой его аргоном и электромагнитным перемешиванием. Струйное вакуумирование металла применяется в основном при отливке крупных слитков этот способ является более совершенным, т. к. устраняется вторичное окисление при разливке вакуумированного металла из ковша в изложницы. При отливке слитков в вакууме струя металла, переливаемого из ковша, а изложницу, установленную в вакуумной камере, разрывается выделяющимися газами на множество мелких капель металла. Поверхность металла резко возрастает, что приводит глубокой дегазации стали. Кроме того, сталь также дегазируется в изложницы. Последнее время для получения стали с очень низким содержанием углерода обработку металла в вакууме совмещают с продувкой его кислорода или смесью аргона и кислорода. Производство стали в вакуумных печах. Применение вакуума при выплавки стали позволяет получать металл практически любого химического состава с низким содержанием газов, неметаллических включений, примесей цветных металлов.

Метрологическое обеспечение технологического процесса

Виды дефектов, причины возникновения, способы их устранения и исправления

Размещено на Allbest.ru