Книги по строительству и ремонту

Кровельные работы

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

§ 2. Черные металлы

Чугун (ГОСТ 4832—58) содержит углерода от 2 до 4,3%, в специальных чугунах (ферросплавах) количество углерода может достигать 5% и более.

Чугун выплавляют в доменных печах из железных руд. Железные руды представляют собой природную смесь окислов железа и минеральной части, называемой пустой породой (кремнезема, глинозема). В процессе плавки руды железо восстанавливается из окислов, освобождается от вредных примесей и отделяется от пустой породы.

Чугуны, получаемые при доменной плавке, в зависимости от состава и назначения делятся на серые, белые и ковкие.

Серый, или литейный, чугун получают в результате медленного остывания жидкого чугуна при значительном содержании в руде углерода и кремния. Этот вид чугуна имеет от 1,7 до 4,2% углерода и до 4,25% кремния. Серый чугун хорошо заполняет формы и легко обрабатывается режущими инструментами. После переплавки чугуна в печи он пригоден для разливки в заранее приготовленные, формы.

В сером чугуне углерод находится в свободном состоянии в виде чешуек графита. Такое строение чугуна придает ему в местах излома серый цвет.

Белый, или передельный, чугун содержит до 4,5% углерода. В зависимости от способа .получения в чугун вводят следующие добавки; кремний, марганец, фосфор, серу. Этот вид чугуна получается при быстром остывании жидкого чугуна. Углерод находится в белом чугуне в связанном состоянии в виде цементита. В местах излома чугун имеет белый цвет. Белый чугун тверд и хрупок; его используют главным образом как сырье для производства стали.

Ковкий чугун содержит от 2 до 2,2% углерода. Его получают из белого чугуна. Отливки закладывают в стальные ящики с чистым песком и томят в печах, т. е. подвергают длительному нагреванию, а после этого медленно охлаждают.

Сталь (ГОСТ 5157—53) содержит углерода до 2%. Сталь обладает высокими механическими показателями и технологическими свойствами.

Сталь получают из чугуна различными способами. Независимо от способа сущность процесса сталеварения заключается в окислении нежелательных примесей, содержащихся в чугуне, и уменьшении содержания в нем углерода, кремния, марганца, фосфора, серы.

Бессемеровский конвертерный метод получения стали из чугуна осуществляется в конвертере.

В конвертере через толщину чугуна продувают сжатый атмосферный воздух при давлении до 2,5 кгс/см2, в результате чего углерод выжигается и чугун превращается в сталь. Выделяющееся при этом тепло повышает температуру металла до 1600° С. В последнее время на многих металлургических заводах через чугун в конвертерах продувают воздух, обогащенный кислородом, или чистый кислород. Это повышает качество выплавляемой стали.

Мартеновский процесс получения стали из чугуна заключается в следующем. Твердый или расплавленный чугун с добавкой скрапа1 или руды плавят на поду мартеновской печи. Требуемая температура при этом создается за счет горения подогретой смеси газообразного топлива и воздуха.

Назначение мартеновского процесса состоит в том, чтобы удалить (выжечь) из расплавленного металла те элементы, которые не должны быть в готовой стали и которые попадают в расплавленный металл из шихты или из газовой среды, а также в том, чтобы снизить до требуемой нормы содержание тех элементов, которые являются' необходимой составной частью стали. В случае надобности процесс завершается введением в сталь легирующих элементов.

Мартеновская сталь по качеству выше конвертерной, однако конвертерный способ более производительный.

Электроплавильный способ получения стали является наиболее совершенным по сравнению с описанными выше методами. По сущности протекающих процессов электроплавильный способ не отличается от мартеновского. Но электроплавка позволяет получить высококачественные стали и упростить технологический процесс выплавки. Широкое применение этого способа пока еще ограничивается высокой стоимостью электроэнергии.

По химическому составу стали подразделяются на углеродистые и легированные; оба эти вида сталей применяются в строительстве. К углеродистым сталям относятся: машиностроительная (конструкционная) с содержанием марганца до 1,1% при содержании углерода до 0,75%, инструментальная с пониженным содержанием марганца (до 0,4%) при содержании углерода выше 0,6%. Легированные стали бывают низколегированные с содержанием легирующих элементов не более 2,5%, среднелегированные с общим содержанием легирующих элементов от 2,5 до 5,5%, высоколегированные с общим содержанием легирующих элементов более 5,5%.

В зависимости от назначения сталь имеет четыре класса: строительная — используется в виде проката без термической обработки для конструкций мостов, зданий, вагонов и т. д.; машиностроительная — применяется для изготовления деталей машин; инструментальная— для изготовления различного металлорежущего и другого инструмента; специального назначения— нержавеющая кислотоупорная, жаропрочная, окалиностойкая и др.