Metalurgia staliwa i stali Dr inż. Robert Skoblik Wydział Mechaniczny Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

Literatura Chodkowski S.: „Metalurgia metali nieżelaznych” WGH Katowice 1962 Chudzikiewicz R., Briks W.: Podstawy metalurgii i odlewnictwa. Warszawa: PWN 1977. Encyclopedie des Sciences Industrielles Quillet – MecaniqueLibrairie Aristide Quillet Paris 1974Encyklopedia techniki „Metalurgia” Wyd. Śląsk Katowice1985 Kosowski A.: „Zarys odlewnictwa”Wyd. AGH Kraków 1997 Muszyński Z.: „Zarys technologii metali” PWN, Warszawa 1978 Praca zbiorowa. „Podstawowe techniki wytwarzania w przemyśle maszynowym” WNT Warszawa 1973 Szweycer M., Nadolska D.: Metalurgia i odlewnictwo. Poznań: Wyd. Politechniki Poznańskiej 2002 Tabor A., Rączka J.S., Kowalski J.S., Kraus E.: „Metalurgia”. Wyd. Pol. Krak. Kraków 1999 „Świat Wiedzy” INTERNET

Metalurgia staliwa i stali Stal obok żelaza i węgla zawiera zwykle również inne składniki. Do pożądanych - składniki stopowe - zalicza się głównie metale (chrom, nikiel, mangan, wolfram, miedź, molibden, tytan). Pierwiastki takie jak tlen, azot, siarka oraz wtrącenia niemetaliczne, głównie tlenków siarki, fosforu, zwane są zanieczyszczeniami. Stal otrzymuje się z surówki przeróbczej poprzez usuwanie zanieczyszczeń i nadmiaru takich pierwiastków jak węgiel, krzem, mangan w procesie świeżenia. Wytapianie stali przeprowadza się w piecach martenowskich - stary proces, konwertorach i piecach elektrycznych. W nowoczesnych instalacjach hutniczych dominują piece konwertorowe, łukowe, próżniowe, pozwalające na uzyskanie najwyższej jakości stali.

Konwertor Bessemera Konwertor Bessemera: 1 – wyłożenie pieca, 2 – dennica, 3 – skrzynka dmuchowa, 4 – czopy, 5 – stojaki, 6 – pierścień oporowy, 7, 8 – doprowadzenie dmuchu, 9 – koło zębate, 10 – zębatka, 11 – napęd hydrauliczny [4]

Konwertor Thomasa [3]

Proces bessemerowski Proces kwaśny – wyłożenie konwertora kwaśne. Wsad: Surówka bessemerowska w stanie płynnym zawierająca 1,25 – 1,75% Si (główne paliwo), 1,0 – 1,5%0 Mn (zabezpieczające przed nadmiernym utlenianiem żelaza), Minimalne zawartości siarki i fosforu (max. 0,05% S i max. 0,04 % P.

Proces bessemerowski Przechylenie konwertora i zalanie surówki Ustawienie konwertora i włączenie dmuchu Iskrowy, Płomienny, Dymny, Po zakończeniu wytopu w celu uzyskania pożądanej zawartości C, Mn, Si oraz odtlenienia stali dodajemy surówkę zwierciadlistą, żelazomangan, żelazokrzem, czasem aluminium Przechyla się konwertor,zbiera żużel i wylewa stal

Produkty procesu bessemerowskiego Stal bessemerowska –zawartość siarki i tlenu większa niż w stali martenowskiej, posiada lepszą zgrzewalność i skrawalność. Przeznaczona do wyrobu drutu, gwoździ, cienkich blach, rur zgrzewanych, stali prętowej do wyrobu śrub i na zbrojenia do żelazobetonu. Żużel bessemerowski – stosowany jako kwaśny topnik w procesie wielkopiecowym do rud zawierających zasadową skałę płonną

Proces tomasowski Proces zasadowy – wymurowanie pieca zasadowe Wsad: Surówka tomasowska o zawartości do 0,8 % Si, 1,8 – 2,2% P (główne paliwo) i do 1,5% Mn (zwiększa rzadkopłynność żużla, Rozżarzone wapno – które reaguje z fosforem w następujący sposób 2P + 5FeO + 3CaO = Ca3(PO4)2 + 5Fe +Q

Proces tomasowski Proces tomasowski przebiega podobnie jak i bessemerowski, z tym, że gdy zawartość węgla spadnie poniżej 0,4% zachodzi dopiero reakcja odfosforowania. Po zakończeniu wytopu w celu uzyskania pożądanej zawartości C, Mn, Si dodajemy surówkę zwierciadlistą, żelazomangan, oraz do odtlenienia stali żelazokrzem i aluminium

Produkty procesu tomasowskiego Stal tomasowska zawierająca więcej azotu, tlenu i wtrąceń żużlowych od stali martenowskiej i bessemerowskiej, ale jest tańsza. Używana do wyrobu drutu,rur bez szwu, taśm itp., stali prętowej. Żużel zasadowy – zawierający około 50% CaO i 20 – 50% P2O5 – po zmieleniu stosowany jako nawóz sztuczny zwany tomasyną

Proces konwertorowy tlenowy [3]

Zasadowy proces tlenowy                                   . [10]

Zasadowy proces tlenowy Produkcja stali w zasadowym procesie tlenowym. Surowcami są tu surówka żelazna z wielkiego pieca oraz złom stalowy. Dodatek złomu zapobiega przegrzaniu metalu.

Zasadowy proces tlenowy [10]

Zasadowy proces tlenowy [10]

Zasadowy proces tlenowy [10]

Zalewanie konwertora [11

Konwertor Tropenasa Konwertor z bocznym dmuchem stosowany w odlewniach do wytopu staliwa. Wsad – ciekłe żeliwo. Proces kwaśny podobny do procesu bessemerowskiego

Proces martenowski [3]

Proces martenowski [10]

Proces martenowski [3]

Proces martenowski kwaśny Wymurowanie pieca kwaśne. Wsad musi zawierać niewielkie ilości siarki i fosforu. Stal wykazuje większą jednorodność chemiczną, lepsze odtlenienie i mniejszą zawartość wtrąceń niemetalicznych, a dzięki temu lepszą udarność i plastyczność od stali zasadowej. Stal droga, stosowana m. in. w przemyśle zbrojeniowym, na wały pędne itp.. Wyłożenie pieca kwaśne

Proces martenowski zasadowy Wymurowanie pieca do linii nieco powyżej linii żużla zasadowe. Odmiany procesu zasadowego w zależności od rodzaju wsadu: Proces rudny – wsad ponad 75% ciekłej surówki i mniej niż 25% złomu stalowego – stosowany rzadko Proces złomowo – rudny – wsad- 25 – 50% ciekłej surówki. Dodawana jest ruda w ilości do 20% Proces złomowy – wsad – 30 –45% stałej surówki, 55 – 70% złomu, 5% rudy. Proces bezsurówkowy – wsad wyłącznie złom.

Proces martenowski zasadowy Przebieg procesu: 1. Naprawa pospustowa (ok.. 30 – 40 min). 2. Ładowanie wsadu stałego przy użyciu wsadzarek (2-4 godz.) – najpierw kamień wapienny, następnie rudę i zgorzelinę i wreszcie złom. Ciekła surówkę wlewa się po częściowym stopieniu złomu 3. Okres topienia i wypalania domieszek. Odsiarczanie , odfosforowanie, częściowe odtlenianie stali 4. Ściąganie żużla 5. Spust stali Całkowity czas wytopu 8 – 10 godzin

Proces martenowski zasadowy Proces martenowski zasadowy umożliwia otrzymanie bardzo taniej stali w dużych ilościach, zarówno węglowych stosowanych do produkcji wyrobów masowych, jak i stali wysokojakościowych stopowych do wyrobu odpowiedzialnych części maszyn i konstrukcji

Piece elektryczne Piece elektryczne łukowe zasadowe i kwaśne Piece elektryczne indukcyjne – najczęściej stosowane piece indukcyjne bezrdzeniowe

Piece elektryczne łukowe [3]

Piece elektryczne łukowe [10]

Piece elektryczne łukowe [3]

Piece elektryczne łukowe Proces kwaśny – stosowany głównie do wytopu staliwa. Wykazuje gorsze własności niż stal zasadowa. Wsad musi zawierać małe ilości siarki i fosforu. W procesie kwaśnym łatwiej uzyskać wysokie przegrzanie stali, co zwiększa rzadkopłynność i polepsza wypełnianie form odlewniczych

Piece elektryczne łukowe Proces zasadowy: Istnieje możliwość otrzymywania zarówno stali węglowych o większych zawartościach węgla, jak i stali stopowych zawierających nawet mniej niż 50% żelaza. Wsad podobny jak i w piecu martenowskim Proces składa się z dwóch okresów: - utleniającego, w czasie którego następuje odfosforzenie kąpieli, - redukującego, zwanego także okresem rafinacji stali

Piece elektryczne łukowe Przebieg procesu wytapiania stali w piecu łukowym; 1. Naprawa pieca po spuście, 2. Ładowanie wsadu, 3. Roztapianie wsadu, 4. Świeżenie wsadu 5. Odtlenianie, 6. Wprowadzenie dodatków stopowych. 7. Spust. 8. Przygotowanie pieca do następnego wytopu

Piece elektryczne indukcyjne Schemat pieca indukcyjnego bezrdzeniowego: 1 – metal, 2 – ogniotrwała wyprawa, 3 – spirala przez którą przepływa prąd i chłodząca ją woda, 4 – obudowa azbestowa,5 – tygiel, 6 – oś obrotu pieca [4]

Rodzaje stali [4]

Rozlewanie stali Odlewanie stali: a) metoda tradycyjna, b) metoda odlewnia ciągłego [2]

Rozlewanie stali [10]

Rozlewanie stali CIĄGŁE ODLEWANIE STALI w Hucie im. T. Sendzimira S.A. http://www.biprostal.com.pl/sektor2.php                                    

Krzepnięcie wlewka Krzepnięcie wlewków; a) zestali uspokojonej, b) zestali półuspokojonej, c) ze stali nieuspokojonej

Struktura wlewka ze stali uspokojonej Struktura wlewka stali uspokojonej: 1- górna powierzchnia wlewka (głowa), 2 jama skurczowa, 3 ,4– Rzadzizna osiowa i porowatość, 5 – strefa kryształów różnokierunkowych, 6 – strefa kryształów zamrożonych, 7,8,9 – strefa kryształów słupkowych, 10- struktura drobnodendrytyczna [9]

Rodzaje staliw . Staliwo występuje w postaci lanej (czyli odlana w formy odlewnicze), nie poddana obróbce plastycznej. W odmianach użytkowych zawartość węgla nie przekracza 1%, suma typowych domieszek również nie przekracza 1%. Własności mechaniczne staliwa są nieco niższe niż własności stali o takim samym składzie po obróbce plastycznej. Wynika to z charakterystycznych dla odlewów: gruboziarnistości i pustek międzykrystalicznych. Staliwo ma natomiast znacznie lepsze własności mechaniczne od żeliwa, w szczególności - jest plastycznie obrabialne, a odmiany o zawartości węgla poniżej 0,25% są również dobrze spawalne.

Rodzaje staliw Ze względu na skład chemiczny rozróżnia się staliwa: węglowe - zawierające tylko składniki zwykłe i zanieczyszczenia z przerobu hutniczego - niskowęglowe o zawartości węgla do 0,2 %, - średniowęglowe o zawartości węgla 0,2 – 0,45%, - wysokowęglowe o zawartości węgla powyżej 0,45% stopowe - zawierające dodatkowo wprowadzone celowo domieszki stopowe Ze względu na własności fizyczne i związane z nimi możliwości praktycznego zastosowania, wyróżnia się staliwa: węglowe - zwykłej jakości - wyższej jakości - najwyższej jakości

Rodzaje staliw stopowe - manganowe - manganowo-krzemowe - chromowe - chromowo-molibdenowe - chromowo-manganowo-krzemowe - żaroodporne - odporne na korozję (nierdzewne i kwasoodporne) - konstrukcyjne do pracy w podwyższonych temperaturach