Теория и технология производства стали 1. Учебник для вузов. М. Мир, ООО Издательство act

• Название: Учебник для вузов. М. Мир, ООО Издательство act
• Анкор: Теория и технология производства стали 1.doc
• Дата: 22.04.2017
• Размер: 7.23 Mb.
• Имя файла: Теория и технология производства стали 1.doc
• Тип: Учебник; #5208
• страница: 5 из 88

2.9. СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО РОССИИ В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ
До 1991 г. металлургическое производ­ство Российской Федерации являлось составной частью единого производственного комплекса Союза ССР. После выделения из состава СССР от­дельных союзных республик сырьевое обеспечение металлургического про­изводства России нарушилось. Так, например, богатые марганцевые руды и заводы, производящие марганецсо-держащие сплавы, остались на Укра­ине и в Грузии. Производство титана осталось на Украине, месторождения хромистых руд — в Казахстане и т. д. За прошедшие годы многие связанные с этим проблемы решены.

Кроме того, серьезные проблемы, которые пришлось также оперативно решать, — это проблемы, связанные с обновлением устаревшего оборудова­ния'и прекращением деятельности не­эффективных производств. В период 1990—1997гг. на металлургических за­водах России выведено из эксплуата­ции и демонтировано 66 мартеновских печей, 1 конвертер, 3 дуговые стале­плавильные печи (общей производ­ственной мощностью около 27 млн. т стали в год).

В настоящее время черная метал­лургия России включает 37 комбина­тов и заводов, производственная мощ­ность которых по стали составляет бо­лее 90 млн. т стали в год. Кроме того, в России расположены 13 трубных, 14 метизных (изготавливающих метал­лоизделия), 5 коксохимических, 14 ог­неупорных заводов, 11 железорудных предприятий, 20 предприятий по до­быче нерудных материалов (известня­ка, доломита, песка и т. п.), 12 заво­дов по производству и ремонту метал­лургического оборудования, более 70 предприятий по сбору и перера­ботке металлолома. Более 2/3 стали выплавляется на девяти крупных ме­таллургических комбинатах: Магнито­горском (ММК), Новолипецком (НЛМК), череповецком ОАО «Север­сталь», Кузнецком (КМК), Западно-Сибирском (ЗСМК), Челябинском («Мечел»), Нижнетагильском (НТМК), Орско-Халиловском («Носта»), Ос-кольском электрометаллургическом (ОЭМК); те из них, которые построе­ны сравнительно недавно, являются современными высокотехнологичес­кими предприятиями, вполне конку­рентоспособными на мировом рынке.

Отечественная металлургия настоящего времени удовлетворяет все за­явки на свою продукцию от отече­ственных потребителей. Многие виды металлургической продукции уже се­годня конкурентоспособны на миро­вом рынке. Значительная часть произ­водимой на российских заводах метал­лопродукции экспортируется. В отдельные годы металлургия обеспе­чивала более 1/5 всех поступлений иностранной валюты в российскую казну.

Удельное производство стали в России в 2000 г. составило около 400 кг/чел, в год, что соответствует среднему уровню производства стали на душу населения в промышленно развитых странах.

Особое внимание в ближайшие годы в нашей стране, и в металлурги­ческой отрасли в частности, будет уде­лено проблемам ресурсосбережения и охраны окружающей среды, а также обеспечению качества продукции.

По экспертным оценкам, изложен­ным на состоявшейся в 1994 г. в Моск­ве международной конференции «Чер­ная металлургия России и СНГ в XXI в.», в настоящее время российская промышленность работает с высоким удельным выходом различных отходов на 1 т стального проката. Уже в бли­жайшие годы нашим производствен­никам предстоит существенно снизить образование отходов, размер которых на 1 т стального проката в настоящее время составляет: вскрышных и горных пород 1500-2500 кг, различных шлаков 500-1000 кг, шламов 80-120 кг, пыли 80-120 кг, окалины 30-40 кг, сточных вод 250-300 м³, горючих газов 2000-2500 м³.

Переход экономики на рыночные! отношения предполагает ужесточение требований к гарантированному со­блюдению стандартов качества метал­лопродукции. В металлургическую практику вводятся международные и европейские стандарты «Управление качеством продукции». На основе требований этих стандартов форми­руются новые отношения между по­требителем и изготовителем метал­лопродукции по гарантированному обеспечению качества на протяжении всей технологической цепочки от про­ектирования, оборудования, сырья и технологии до отгрузки готовой продукции.

Повсеместное распространение получает сертификация качества металлопродукции как гарантированная система обеспечения качества по всему технологическому циклу на металлур- гическом предприятии.

В настоящее время сталеплавильное производство и в целом вся черная ме­таллургия России находятся в периоде подъема: постоянный рост объемов производства продукции и степени за­грузки мощностей; высокий уровень экспорта российской металлопродук­ции (прежде всего проката из каче­ственной стали); рост «внутреннего» потребления сталепродукции (прежде всего стальных труб и листа). Заметно возрастает доля стали, произведенной по более совершенным технологиям. На рис. 2.1 показано, как выросла доля стали, разлитой на современных УНРС, и соответственно как уменьши­лись и продолжают уменьшаться рас­ходные коэффициенты на производ­ство проката. Если 10 лет назад более половины стали в России выплавля­лось в мартеновских печах, то в пос-лед-ние годы — менее 1/4. Можно с полной уверенностью утверждать, что молодым специалистам в области металлургического производства, всту­пающим в XXI в., обеспечено необъят­ное поле деятельности в одной из наи­более приоритетных и престижных от­раслей народного хозяйства.

Рис. 2.1. Изменения в сталеплавильном производстве России в последние годы:

А — Россия; Б— промышленно развитые страны; /—доля стали, разлитой на УНРС; 2—расходный коэффициент стали (кг) на производство 1 т проката



3. КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛИ. СТАНДАРТЫ
Единой мировой системы классифи­кации стали нет. В технической лите­ратуре полученные тем или иным спо­собом стали обычно классифицируют по следующим признакам: по назна­чению, качеству, составу (см. далее рис. 3.1), характеру производства (ме­тоду выплавки) и т. п. В ряде стран (а также в ряде крупных фирм) имеются свои системы классификации, соот­ветственно и маркировка стали одного и того же состава в разных странах своя, что, естественно, создает затруд­нения при использовании зарубежных источников.
3.1. СТАНДАРТЫ РОССИИ
3.1.1. Маркировка сталей в России.Обозначение государственного стан­дарта — ГОСТ Р. Организация, зани­мающаяся стандартизацией, — Гос­стандарт России.

Сталь углеродистая обыкновенного качества (ГОСТ 380-88) - обозначе­ние марок включает буквы Ст (сокра­щенное от «сталь»), затем следуют цифры от 0 до 6 (условный номер мар­ки в зависимости от химического со­става стали, причем с увеличением но­мера содержание углерода в стали воз­растает, но прямого количественного соответствия цифровых значений но­мера и содержания углерода нет); в конце указаны буквы, характеризую­щие способ раскисления, а именно: кп — кипящая, пс — полуспокойная, сп — спокойная.

Примеры: стали марок СтЗпс, Стбсп.

Стали качественные (углеродистые и легированные) — обозначение марок включает цифры и буквы, указываю­щие на примерный химический состав стали. Первые цифры в обозначении конструкционных сталей — среднее содержание углерода в сотых долях процента, в инструментальных ста­лях — в десятых долях процента.

Легирующие элементы обознача­ются следующими буквами русского алфавита:

Азот	- A*	Медь	-Д
Алюминий	-Ю	Молибден	-м
Бор	-Р	Никель	-н
Ванадий	-Ф	Ниобий	--Б
Вольфрам	-В	Титан	-Т
Кобальт	-К	Фосфор	-Р
Кремний	-С	Хром	-X
Марганец	-Г	Цирконий	-Ц

*Не в конце марки.

Цифры, стоящие после букв, ука­зывают примерное содержание данно­го легирующего элемента в процентах. При содержании элемента около или менее 1 % цифры отсутствуют.

Буква «А» в конце обозначения марки означает «высококачественная сталь» в первую очередь в связи с бо­лее низким допустимым содержанием серы и фосфора.

Примеры: сталь марки 45 — сталь углеродистая качественная конструк­ционная со средним содержанием уг­лерода 0,45 %.

Сталь марки 20ХНЗА — сталь высо­кокачественная легированная конст­рукционная со средним содержанием, %: углерода 0,20, хрома около 1, нике­ля 3, серы не более 0,025, фосфора не более 0,025.

Сталь марки 4Х2В2МФС — сталь инструментальная легированная со средним содержанием, %: углерода 0,4, хрома 2, вольфрама 2, молибде­на около 1, ванадия до 1, кремния до 1.

Для сталей отдельных узкоспециа­лизированных групп, таких, как под­шипниковые, для железнодорожного транспорта, быстрорежущие, а также для ряда высоколегированных и опыт­ных сталей, используются обозначе­ния, не соответствующие изложенным выше правилам, например марки ШХ15, М76В, Р6М5, ЭИ179, ЭП398 и т. д.

Принятые в технике способы клас­сификации производимой стали осно­ваны на следующих признаках.

1. По назначению обычно выделяют следующие основные группы сталей: топочная и котельная; для железнодо­рожного транспорта (рельсовая, сталь для бандажей железнодорожных колес и т. п.); конструкционная (металло-

конструкции для строительства зда­ний, мостов; изготовление различных машин и т. п.); подшипниковая; инст­рументальная (для инструментов, рез­цов, валков прокатных станов, деталей кузнечно-штамповочного оборудова­ния и т. п.); рессорно-пружинная; трансформаторная; орудийная; труб­ная и др.

2. По качеству различают группы стали: обыкновенного качества, каче­ственную и высококачественную. Раз­личия между сталями этих групп зак­лючаются в допустимом содержании вредных примесей (в первую очередь серы и фосфора), а также в особых тре­бованиях по содержанию неметалли­ческих включений, газов и примесей цветных металлов. Академик РАН Н. Т. Гудцов предложил следующую классификацию примесей, содержа­щихся в стали:

1) постоянные или обыкновенные примеси (Mn, Si, S, Р), содержащиеся в тех или иных количе­ствах в любой стали (содержание этих примесей регламентируется стандар­тами);

2) скрытые примеси (О, Н, N), присутствующие в стали в очень ма­лых количествах (методы определения их содержания сложны, поэтому со­держание этих элементов в обычных технических условиях не указывается);

3) случайные примеси, т. е. примеси, попавшие в сталь из шихтовых мате­риалов или случайно;

4) легирующие элементы, специально вводимые в сталь в определенных количествах для изменения ее строения и свойств.
Примеси первых трех групп содер­жатся в любой стали. Их содержание оценивают обычно в процентах (по массе).
Для общего представления о чисто­те стали удобно также пользоваться атомными или миллионными долями содержания примеси (в технической литературе часто используют обозна­чение латинскими буквами ррт¹). Так, в стали обыкновенного качества на 1 млн атомов железа приходится 1500— 2000 атомов примесей. Современными методами обработки жидкого металла и рафинирующими переплавами уда­ется снизить количество примесей до 500—1000 атомов на 1 млн атомов же­леза.

3. По составу различают стали угле­родистые, хромистые, хромникелевые, марганцовистые и т. п.

4. По характеру застывания стали в изложницах различают стали спокой­ные, кипящие и полуспокойные. По­ведение металла при кристаллизации в изложницах зависит от степени его раскисленности: чем полнее раскисле­на сталь, тем спокойнее кристаллизу­ется слиток.

5. По способу производства сталь классифицируют:

1) по типу агрегата (конвертерная, мартеновская, элект­росталь, сталь электрошлакового пе­реплава и т. д.);

2) по технологии (ос­новная и кислая мартеновская, основ­ная и кислая электросталь, обрабо­танная вакуумом, синтетическими шлаками, продувкой инертными газа­ми и т. п.).
На рис. 3.1 показана принятая у нас в стране классификация сталей и сплавов по их химическому составу.

Для каждой группы марок сталей имеется ГОСТ с установленным сро­ком действия. Несоблюдение стандар­тов преследуется по закону. В зависи­мости от группы сталей содержание текста ГОСТа изменяется, однако об­щее построение остается примерно одинаковым.

¹ От лат. partpermillion— часть на мил­лион.
В качестве примера рассмотрим содержа­ние ГОСТ 1050—74 «Сталь углеродистая, ка­чественная конструкционная». ГОСТ вклю­чает следующие разделы:

Раздел 1. Классификация. В этом разделе устанавливаются различные виды стали: 1.1) по видам обработки: а) горячекатаная и кованая; б) калиброванная; в) круглая, со специальной отделкой поверхности (сереб­рянка); 1.2) по требованиям к испытанию механических свойств (пять категорий); 1.3) по состоянию материала: а) без терми­ческой обработки; б) термически обработан­ная; в) нагартованная; 1.4) в зависимости от назначения: а) для горячей обработки давле­нием; б) для холодной механической обра­ботки (обточки, строжки, фрезерования и т.д.); в)для холодного волочения. Назначе­ние стали (подгруппа) указывается в заказе.

Раздел 2. Марки. В данном разделе указы­вается химический состав всех марок стали, входящих в группу (всего в данной группе около 30 марок).

Раздел 3. Сортамент. В этом разделе пе­речислены ГОСТы, которым должна соответ­ствовать изготовленная из данной стали ме­таллопродукция (горячекатаная круглая и квадратная, кованая круглая и квадратная, шестигранная, полосовая



Рис. 3.1. Классификация сталей и сплавов по их химическому составу

калиброванная круглая, квадратная и т. п.).

Раздел 4. Технические требования. Раздел включает: 4.1) указание на то, что данная сталь может изготовляться в конвертерах, в мартеновских и в электродуговых печах по выбору изготовителя (если это не оговорено в заказе); 4.2) указание на то, что сталь может быть изготовлена как термически обработан­ной, так и без термической обработки; 4.3) таблица с нормами твердости горячека­таной и кованой стали; 4.4) таблицы с норма­ми твердости калиброванной стали и стали-серебрянки; 4.5, 4.6, 4.7 и 4.8) требования, предъявляемые к поверхности различных профилей и видов прокатанной и кованой стали; 4.9) требование проводить испытания на осадку в горячем состоянии для стали, предназначенной для высадки, осадки и штамповки; 4.10) требования к испытанию механических свойств; 4.11, 4.12, 4.13, 4.14, 4.15, 4.16) таблицы и указания требуемых свойств при испытаниях на растяжение, ударную вязкость, излом, глубину обезугле-роженного слоя; 4.17) указание о праве потребителя требовать изготовления стали с по­ниженным содержанием серы, фосфора, хро­ма, никеля, меди, с нормированным содер­жанием бора и др.

Раздел 5. Правила приемки. Изложены правила, включающие требования постав­лять сталь определенными партиями (из од­ной плавки, одного размера, одного режима термической обработки), правила проверки качества (число образцов от плавки, от партии, от каждого прутка и т. п.).

Раздел 6. Методы испытаний. Раздел со­держит указания о том, какими ГОСТами ру­ководствоваться при проведении химическо­го анализа, при проведении испытаний меха­нических свойств, на твердость, на осадку, порядок изготовления образцов для испыта­ний и т. п.

Раздел 7. Маркировка и упаковка. Раздел содержит изложение порядка упаковки, мар­кировки и оформления документации.

В процессе производства стали принимают участие работники разных специальностей: сталеплавильщики (выплавка и разливка стали), тепло­техники (подогрев под прокатку или ковку), специалисты по обработке ме­талла давлением, термической обра­ботке, испытаниям качества, контро­лю и др. Все они должны знать и уметь пользоваться производственными стандартами (ГОСТ Р, ОСТ, ТУ)¹.

Это необходимо не только для обеспече­ния выпуска продукции с требуемым качеством и товарным видом, но и по­тому, что от знания этих нормативных документов зависит
¹ ОСТ — отраслевой стандарт, ТУ — тех­нические условия.

правильное уста­новление цены металлопродукции, а следовательно, и прибыли предприя­тия, его престижа и т. д.

Мировая практика показывает, что перспективный путь развития метал­лургии связан прежде всего с повыше­нием качества металлопродукции. Это всегда связано с затратами, иногда значительными. Правильное опреде­ление цен на металлопродукцию дол­жно стимулировать непрерывное по­вышение ее качества.