Особенности термической обработки легированных сталей

 

Термическая обработка легированных сталей по сравнению с обработкой углеродистых имеет ряд технологических особенностей. Эти особен­ности заключаются в различии температур и ско­рости нагрева, длительности выдержки при этих температурах и способе охлаждения.

Критические температуры у одних легированных стилей выше, у других - ниже, чем у углеродистой стали. Все легирующие эле­менты можно разбить на две группы: элементы, повышающие критические точки Ас₁ и Асз, а следовательно, и температуры нагрева при термиче­ской обработке (отжиге, нормализации и закал­ке), и элементы, понижающие критические точки. К первой группе относят Сu, V, W, Si, Ti и дру­гие элементы. В связи с этим отжиг, нормализа­цию и закалку сталей, содержащих перечислен­ные элементы, производят при более высоких температурах, чем отжиг, нормализация и закалка углеродистых сталей. Ко второй группе отно­сят Mn, Ni и другие элементы.

Для легированных сталей требуется несколь­ко большее время выдержки, так как они обладают худшей теплопроводностью. Длитель­ная выдержка необходима также для получения лучших механических свойств, поскольку она обеспечивает полное растворение легированных карбидов в аустените.

Скорость охлаждения при термиче­ской обработке устанавливают в соответствии с устойчивостью переохлажденного аустенита и значением критической скорости закалки. Прак­тически многие легированные стали закаливают­ся на мартенсит в масле, т. е. при меньшей ско­рости охлаждения, чем углеродистая сталь. У вы­соколегированных сталей, если они к тому же содержат большие количество углерода, способ­ность к самозакаливанию выражена очень силь­но, у низколегированных и малоуглеродистых сталей - слабее. Это объясняется большой стойкостью аустенитных зерен к превращению их при температуре Ac₁ в зерна перлита.

Легированная сталь обладает большей прокаливаемостью, чем углеродистая. Чем вы­ше степень легированности сталей, тем более глубокой прокаливаемостью они обладают. Из легированных инструментальных сталей особый интерес представляют быстрорежущие стали, ши­роко используемые для изготовления режущего инструмента.

Вольфрам в быстрорежущей стали - основ­ной легирующий элемент. Благодаря его высоко­му содержанию закаленная сталь не теряет ре­жущей способности при высоких температурах. Вольфрам придает быстрорежущей стали красно-стойкость.

Ванадий является сильным карбидообразующим элементом и создает прочные карбиды, ко­торые затрудняют рост зерна при нагреве под за­калку и уменьшают склонность стали к перегре­ву. Под влиянием ванадия увеличивается красностойкость быстрорежущей стали и повышается эффект вторичной твердости при отпуске, заклю­чающийся в том, что если отпуск такой стали повторить несколько раз, то можно обеспечить полное или почти полное превращение остаточного аустенита в мартенсит. Это несколько увеличивает твердость по сравнению с закаленным состоянием.

Углерод в быстрорежущей стали очень важен как элемент, придающий стали способность закаливаться на высокую твердость. Хром в количестве около 4 % настолько сильно понижает критическую скорость закалки, что сталь становится «самозакаливающейся», т. е. закаливается на воздухе. При содержании хрома выше нормы резко увеличивается количество остаточного аустенита в структуре закаленной стали, что приводит к снижению стойкости инструмента. В быстрорежущей стали содержатся марганец и кремний (не более 0,4 % каждого), сера и фосфор (не свыше 0,06% в сумме).

Изделия из быстрорежущей стали до температуры закалки необходимо нагревать ступенчато: вначале медленно до 800 - 850°С, а затем более быстро до установленной температуры закалки (1230 - 1300°С). Такой способ нагрева позволяет избежать тепловых напряжений за счет уменьшения разности между температурами поверхности изделия и сердцевины металла. В качестве охлаждающей среды используют минеральное масло. Структура закаленной быстрорежущей стали представляет собой сочетание мартенсита, остаточного аустенита и сложных карбидов.

После закалки изделия из быстрорежущей стали обязательно подвергают отпуску. Отпуск таких сталей имеет свои особенности. Как правило, изделия подвергают многократному отпуску (два-три раза) при температуре 560°С для стали Р9 и 580°С для стали Р18 с выдержкой 1 ч. Если после закалки применяют обработку холодом при температуре - 80°С, то выполняют только один отпуск. Объясняется это тем, что при указанной отрицательной температуре в быстрорежущих сталях заканчивается бездиффузионное мартенситное превращение - основная часть остаточного аустенита превращается в мартенсит. Таким образом, после термической обработки структура быстрорежущей стали представляет собой отпущенный мартенсит и карбиды.

 

4.7. Классификация стали

 

Стали классифицируют по химическому составу, назна­чению, качеству, степени раскисления и струк­туре.

4.7.1 Классификация по химическому составу

 

По химическому составу стали подразделяют на уг­леродистые и легированные.

 

 

Сталь, свойства ко­торой в основном зависят от содержания углеро­да, называют углеродистой. Углеродистые стали по содержанию в них углерода подразде­ляют на низкоуглеродистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (0,25 - 0,6 % С) и высокоуглеродистые (более 0,6 % С).

Легированной называют сталь, в состав которой входят специально введенные элементы для придания ей требуемых свойств. По количе­ству введенных легирующих элементов легиро­ванную сталь делят на три группы: низколегированную (с суммарным содержанием легирующих элементов до 2,5 %), среднелегированную (от 2,5 до 10 %) и высоколегированную (свыше 10 %). В зависимости от введенных элементов различают стали, например, хромистые, марган­цовистые, хромоникелевые и т. п.

Углеродистые конструкционные стали подразделяются на стали обыкновенного качества и качественные.

Стали обыкновенного качества изготавливают следующих марок Ст0,Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6 - буквы «Ст» означают сталь, цифры – условный номер марки (с увеличением номера возрастает в стали содержание углерода), например, Ст0 содержание С - 0,23 %; Ст1 – 0,06 -0,12 %; Ст6 – 0,28 - 0,49.

Из сталей обыкновенного качества изготавливают горячекатаный рядовой прокат:балки, швеллеры,уголки, прутки, ьрубы,поковки и т.п.

Качественные углеродистые стали выплавляют с соблюдением более строгих условий в отношения качества шихты и ведения плавки и разливки. В них меньше содержание вредных примесей серы и фосфора, а также меньше количество неметаллических включений, регламентированные макро – и микроструктурой.

Качественные углеродистые стали маркируют цифрами 08, 10, 15, 20, …, 85 и подразделяются на: 1) низкоуглеродистые; 2) среднеуглеродистые; 3) углеродистые.

Низкоуглеродистые стали - содержание углерода < 0,25 % обладают невысокой прочностью и высокой пластичночтью.

Среднеуглеродистые стали (0,3 – 0,5 % С) 30, 35, 40, 45, 50, 55 применяют для изготовления небольших деталей или более крупных, но не требующих сквозной прокаливаемости.

Стали с высоким содержанием углерода (0,6 – 0,85 % С) 60, 65, 70, 80 и 85 обладают повышенной прочностью, износостойкостью и упругими свойствами; применяют их после закалки и отпуска, работающих в условиях трения при наличии высоких статических вибрационных нагрузок. Из этих сталей изготавлтвают пружины и рессоры, шпиндели, замковые шайбы, прокатные валки и т.д.

Положительной особенностью углеродистых сталей является достаточно высокий комплекс механических свойств, который достигается термической обработкой. Углеродистые стали обла­дают также хорошими технологическими свойствами (обрабаты­ваемостью резанием, свариваемостью, штампуемостью). Эти ста­ли не являются дефицитными, они дешевы.

Основным недостатком углеродистых сталей является малая прокаливаемость, вследствие чего высокий комплекс свойств пос­ле упрочняющей термообработки может быть достигнут только в деталях малых сечений.

Недостатком многих углеродистых сталей является склон­ность к росту аустенитного зерна (сильная чувствительность к перегреву или термической обработке).

Кроме того, необходимость использования при закалке рез­ких охладителей может приводить к повышенному браку. Поэто­му в машиностроении углеродистые стали обычно используются для изготовления простых деталей небольшого сечения.

4 .7.2. Легированные конструкционные стали

Маркировка легированных конструкционных сталей. Легиро­ванные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами. Двухзначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент: А - азот, Б -- ниобий, В- вольфрам, Г- марганец, Д - медь, Е - се­лен, К - кобальт, Н- никель, М - молибден, П- фосфор, Р- бор, С - кремний, Т - титан, Ф - ванадий, X - хром, Ц - цирконий, Ч - редкоземельный, Ю - алюминий.

Цифры после букв указывают примерное содержание соответ­ствующего легирующего элемента в целых процентах; отсутствие цифры указывает, что среднее содержание легирующего элемента не превышает 1,0 - 1,5 %. Основная масса легированных конструк­ционных сталей выплавляется качественными (< 0,035 % Р и < 0,035 % S).

Высококачественные стали содержат меньше вредных приме­сей (< 0,025 % S и 0,025 % Р) и обозначаются буквой «А», поме­щенной в конце марки. Особовысококачественная сталь обозна­чается буквой «Ш», располагаемой в конце марки (например, 30ХГСА-Ш). Если буква «А» расположена в середине марки (на­пример, 16Г2АФ), то сталь легирована азотом 0,015 - 0,025 %, а если в начале марки (например, А40) - сталь автоматная (хо­рошо обрабатываемая резанием), содержащая 0,4 % С. Индекс «АС» в начале марки указывает, что сталь автоматная легированная свинцом (АС35Г2).

Расшифруем некоторые марки стали. Например, сталь 12Х2Н4А содержит, % (в среднем): 0,12 - С, 2 - Сг, 4 - Ni и от­носится к высококачественным, на что указывает в конце марки буква «А». Сталь 18ХГТ содержит 0,18 % С, а отсутствие цифр после букв, обозначающих легирующие элементы, говорит о том, что хрома и марганца содержится около 0,8 - 1,2 %, а титан, как указано ранее, присутствует в небольшом количестве - 0,03 - 0,09 %. Следует подчеркнуть, что некоторые элементы - V, Ti, Nb, Zr, В, N и др. - нередко присутствуют в стали в сотых долях процента (бор в тысячных долях процента), оказывая при этом существенное влияние на свойства стали. Потому они рассматриваются, как легирующие элементы (микролегирование),что находит отражение в марке стали. Например, сталь 10Г2Б содержит 0,02 - 0,05 % Nb, сталь 14Г2АФ содержит, %: 0,015 - 0,025 Nи 0,07 - 0,12 V, сталь - 20ХГР содержит 0,001 - 0,005 % В.

Для эффективного использования легированных сталей инже­нер должен понимать их положительные стороны и недостатки по сравнению с углеродистыми сталями.

1. Положительные особенности легированных сталей обнару­живаются в термически обработанном состоянии. Поэтому из легированных сталей изготовляются детали, обязательно подвер­гаемые теомической обоаботке (закалка + отпуск).

2. Большинство легирующих элементов увеличивают устойчивость аустенита. Поэтому нагруженные детали крупного сече­ния следует изготовлять из легированной конструкционной ста­ли.

3. В связи с тормозящим действием легирующих элементов ня распад аустенита возможно применение при за­калке «мягких» охладителей (масла).

Закалка в масле в значительной степени снижает брак по за­калочным трещинам и короблению.

4. Увеличивается экс­плуатационная надежность деталей машин.

5. Особенно благоприятное воздействие оказывает никель, резко снижающий порог хладноломкости.

Однако легированные стали имеют и специфические недо­статки.

1. Многие легированные стали подвержены обратимой от­пускной хрупкости.

2. В высоколегированных сталях после закалки имеется по­вышенное количество остаточного аустенита, что снижает твер­дость, сопротивление усталости.

3. Легированные стали больше углеродистых сталей склонны к дендтритной ликвации. Поэтому при кристаллизации дендриты обедняются легирующими элементами, междендритный материал обогащается ими. После ковки, прокатки таких сталей образуется характерная строчечная структура (рис. 4.22, а) и увеличивается неоднородность свойств стали вдоль и попе­рек направления деформирования. Сталь с такой структурой обладает также плохой обрабатываемостью резанием.

 

Рис. 4.22. Структура малоуглеродистой стали: а -c трочечная после прокатки; б - после отжига

 

4. Весьма опасным пороком легированных сталей являются флокены (особенно в сталях, легированных никелем). Флокены представляют собой светлые пятна в изломе (рис. 4.23, а).В по­перечном сечении флокены обнаруживаются в виде мелких тре­щин с различной ориентацией (рис. 51, б). Причиной возникно­вения флокенов является выделение водорода, растворенного в стали.

 

Рис. 4.23. Флокены в стали: а - излом; б - макрошлиф

Цементуемые легированные стали. Цементуемые стали — это низкоуглеродистые (до 0,25 % С), низко- (до 2,5 %) и среднелегированные (2,5 -10 % суммарное со­держание легирующих элементов) стали. Эти стали, например, 15ХА, 18ХГ и др. предназначены для деталей ма­шин и приборов, работающих в условиях трения и испытывающих ударные и переменные нагруз­ки. Работоспособность таких деталей зависит от свойств сердцевины и поверхностного слоя ме­талла. Цементуемые стали насыщают с поверх­ности углеродом (цементуют) и подвергают тер­мической обработке (закалке и отпуску). Такая обработка обеспечивает высокую по­верхностную твердость и сохраня­ет требуемую вязкость и заданную прочность сердцевины металла

 

4.7.3 Классификация по назначению

 

Стали по на­значению делят на конструкционные, инструмен­тальные и стали специального назначения с осо­быми свойствами.

Конструкционные стали представ­ляют наиболее обширную группу, применяемые в машиностроении и строительстве, предназначен­ные для изготовления деталей машин, приборов и элементов строительных конструкций. Из кон­струкционных сталей можно выделить цементуемые, улучшаемые, автоматные, высокопроч­ные и рессорно-пружинные стали.

Конструкционные стали используются для изготовления дета­лей машин, строительных конструкций и др. Основные требования, предъявляемые к конструкционным сталям, - сочетание высокой прочности и достаточной вязкости, хорошие технологи­ческие свойства, экономичность и недефицитность.

Свойства конструкционных сталей сильно изменяются в результате термической и других видов обработки. Вследствие этого оптимальный выбор марки стали и вида упрочняющей обработки детали является сложной задачей. Низкое качество машин из-за отказа деталей в работе во многом происходит по причине неправильного решения этой задачи.

Наибольшую прочность имеют стали, обладающие мелкозернистой основой в виде твердого раствора, упоочненного мелкодисперсными включениями упрочняющей фазы.

Инструментальные стали подразде­ляют на стали для изготовления режущего, из­мерительного инструмента и штампов холодного и горячего деформирования.

Стали специального назначе­ния - это нержавеющие (коррозионностойкие), жаростойкие, жаропрочные, износостойкие и др.

Строительные низколегированные стали, содержащие не более 0,22 % С и сравнительно небольшое количество недефицитных легирующих элементов:до 1,8 % Мn, до 1,2 % Si, до 0,8 % Сг, а также до 0,8 % Ni, до 0,5 % Сu, до 0,15 % V, до 0,03 % Ti, до 0,15 % N и других порознь или совместно.

К этим сталям относятся стали 09Г2, 09Г2С и др. Применяют стали в виде листов, сортового фасонного проката в строительстве и машиностроении для сварных конструкции в основном без дополнительной термической обработки.

Низколегированные низкоуглеродистые стали хорошо свариваются. Это значит, что они не образуют при сварке холодных игорячих трещин и свойства сварного соединения и участков прилегающих к нему (зоны термического влияния), близки к свойствам основного металла.

Автоматные стали с повышенным содержани­ем серы и фосфора имеют хорошую обрабаты­ваемость. Обрабатываемость резанием улучшают также введением в стали технологических доба­вок селена, свинца, теллура.

Автоматные стали маркируют буквой А и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Применяют следующие марки автоматной стали: А12, А20, АЗО, А40Г. Из стали А12 изготовляют неответст­венные детали, из сталей других марок - более ответственные детали, работающие при значительных напряжениях и повышенных давлениях. Сортамент автоматной стали предусматривает изготовление сортового проката в виде прутков круглого, квадратного и шестигранного сечений. Эти стали не применяют для изготовления свар­ных конструкций.

Стали листовые (котельные) для котлов и сосудов, работающих под давлением, применяют для изготовления паровых котлов, судовых топок, камер горения газовых турбин и других деталей. Они должны работать при переменных давлениях и температуре до 450°С. Кроме того, котельная сталь должна хоро­шо свариваться. Для получения таких свойств в углеродистую сталь вводят технологическую до­бавку (титан) и дополнительно раскисляют ее алюминием. Выпускают следующие марки угле­родистой котельной стали 12К,, 15К, 16К, 18К, 20К, 22К с содержанием в них углерода от 0,08 до 0,28 %. Эти стали поставляют в виде листов с толщиной до 200 мм и поковок в состоянии пос­ле нормализации и отпуска.

Рессорно-пружинные стали общего назначения. Предназначены для изготовления пружин, упругих элементов и рессор различного назначения.

Износостойкие стали работают на износ в условиях абразив­ного трения и высоких давлений и ударов (например, для траков некоторых гусеничных машин, щек дробилок, черпаков земле­черпательных машин, крестовин железнодорожных и трамвай­ных путей и т. д.), применяют высокомарганцевую литую аустенитную сталь 110Г13Л, содержащую 0,9 -1,3 % Сu; 11,5 -14,5 % Мn.

Структура этой стали после литья состоит из аустенита и из­быточных карбидов (Fe, Mn)₃C, выделяющихся но границам зерен, что снижает прочность и вязкость стали. В связи с этим.литые изделия закаливают с нагревом до 1100 °С и охлаждением в воде. При таком нагреве растворяются карбиды, и сталь после закалки приобретает более устойчивую аустенитную структуру.

Улучшаемые легированные стали. Это среднеуглеродистые (0,25 - 0,6 %С) и низколегированные стали. Для обеспечения необходимых свойств (прочности, пластичности, вязкости) эти стали тер­мически улучшают, подвергая закал­ке и высокому отпуску (500 - 600°С).

Специальные конструкционные стали - это высоколегирован­ные (свыше 10 %) стали, обладающие особыми свойствами - коррозионной стойкостью, жаро­стойкостью, жаропрочностью, износостойкостью и др.

Коррозионностойкой (или нержавеющей) называют сталь, обла­дающую высокой химической стойкостью в агрессивных средах. Коррозионностойкие стали по­лучают легированием низко- и среднеуглеродистых сталей хромом, никелем, титаном, алюми­нием, марганцем. Наибольшее распространение получили хромистые и хромо-никелевые стали.

Хромистые стали более дешевые, одна­ко хромоникелевые обладают большей корро­зионной стойкостью. Содержание хрома в нержа­веющей стали должно быть не менее 12%. При меньшем количестве хрома сталь не способна сопротивляться коррозии.

Наибольшая коррозионная стойкость сталей достигается после соответствующей термической и механической обработки.

Хромоникелевые нержавеющие ста­ли аустенитного класса имеют большую коррозионную стойкость, чем хро­мистые стали, их широко применяют в химической, нефтяной и пищевой про­мышленности, в автомобилестроении, транспортном машиностроении в стро­ительстве.

Для экономии дорогостоящего ни­келя его частично заменяют марган­цем. Например, сталь 10Х14Г14НЗ ре­комендуется как заменитель стали 12Х18Н9. Сталь аустенитно-мартенситного класса 09Х15Н8Ю применяют для тяжелонагруженных деталей. Сталь аустенитно-ферритного класса 08Х21 Н6М2Т применяют для изготов­ления деталей и сварных конструкций, работающих в средах повышенной аг­рессивности - уксуснокислых, серно­кислых, фосфорнокислых.

Жаростойкие стали. При высоких температу­рах металлы и сплавы вступают во взаимодейст­вие с окружающей газовой средой, что вызывает газовую коррозию (окисление) и разрушение ма­териала. Для изготовления конструкций и деталей, работающих в условиях повышенной темпе­ратуры (400 - 900°С) и окисления в газовой сре­де, применяют специальные жаростойкие стали. Под жаростойкостью (или окалиностойкостью) принято понимать способность материа­ла противостоять коррозионному разрушению под действием воздуха или других газовых сред при высоких температурах.

К жаростойким относят стали, содержащие алюминий, хром, кремний. Такие стали не образуют окалины при высоких температурах. Например, хромистая сталь, со­держащая 30 % Cr, устойчива до 1200°С. Стойкость таких материалов при высоких темпе­ратурах объясняется образованием на их поверх­ности плотных защитных пленок, состоящих в ос­новном из оксидов легирующих элементов (хро­ма, алюминия, кремния). Область применения жаростойких сталей — изготовление различных деталей нагревательных устройств и энергетиче­ских установок.

Жаропрочные стали. Некоторые детали ма­шин (двигателей внутреннего сгорания, паровых и газовых турбин, металлургического оборудова­ния и т. п.) длительное время работают при больших нагрузках и высоких температурах (500 - 1000°С). Для изготовления таких деталей применяют специальные жаропрочные стали.Под жаропрочностью принято понимать способность материала выдерживать механические нагрузки без существенных деформаций при высоких температурах. К числу жаропрочных относят стали, содержащие хром, кремний, мо­либден, никель и др. Они сохраняют свои проч­ностные свойства при нагреве до 650°С и более Из таких сталей изготовляют греющие элементы теплообменной аппаратуры, детали котлов, впу­скные и выпускные клапаны автомобильных и тракторных двигателей. В зависи­мости от назначения различают клапанные, котлотурбинные, газотурбинные стали, а также сплавы с высокой жаропрочностью.

Износостойкие стали. Для изготовления деталей машин, работающих в условиях трения, при­меняют специальные износостойкие стали - ша­рикоподшипниковые, графитизированные и высокомарганцовистые.

Шарикоподшипниковые стали (ШХ6, ШХ9, ШХ15) применяют для изготовле­ния шариков и роликов подшипников. По хими­ческому составу и структуре эти стали относятся к классу инструментальных ста­лей. Они содержат около 1 % С и 0,6 -1,5 % Cr. Для деталей размером до 10 мм применяют сталь ШХ6 (1,05 - 1,15% С и 0,4 - 0,7 % Cr), a для деталей размером более 18 мм - сталь ШХ15 (0,95 -1,05 % С и 1,3 - 1,65 % Cr).

Подшипники качения являются ответственными деталями многих машин (станков, автомобилей, тракторов, вагоном электродвигателей и др.), определяющих их точность и производительность.

Графитизированную сталь (высо­коуглеродистую, содержащую 1,5 -2 % С и до 2 % Cr) используют для.изготовления поршневых колец, поршней, коленчатых валов и других фа­сонных отливок, работающих в условиях трения. Графитизированная сталь содержит в структуре ферритоцементитную смесь и графит. Графитизированная сталь после закалки сочетает свойства закаленной стали и серого чугуна. Графит в такой стали играет роль смазки.

Высокомарганцовистую сталь Г13Л, содержащую 1,2 % С и 13 % Мn, применяют для изготовления железнодорожных крестовин, звень­ев гусениц и т. п. Эта сталь обладает максимальной износостойкостью.

Стали и сплавы с особыми физическими свойствами.

Магнитные стали и сплавы. Ферромагнетизмом (способностью в значительной степени сгу­щать магнитные силовые линии) обладают же­лезо, кобальт и никель. Эта способность харак­теризуется магнитной проницаемостью. У ферро­магнитных материалов относительная магнитная проницаемость достигает десятков и сотен тысяч единиц, для других материалов она близка к еди­нице.

Магнитные стали и сплавы в зависимости от коэрцитивной силы и магнитной проницаемости делят на магнитно-твердые и магнитно-мягкие.

Магнитно-твердые стали и сплавы применяют для изготовления постоянных магнитов; имеют большую коэрцитивную силу. Это высокоуглеро­дистые (У10 – У12) и легированные стали (Х5К5), специальные спла­вы и стали (ЮНДК24).

Магнитно-мягкие стали и сплавы. Магнитно-мягкие стали и сплавы имеют малую коэрцитив­ную силу и большую магнитную проницаемость. К ним относят электротехническое железо и сталь, железоникелевые сплавы (пермаллои).

 

 

Электротехническое железо (мар­ки Э, ЭА, ЭАА) содержит менее 0,04% С, имеет высокую магнитную проницаемость и применяется для сердечников, полюсных наконечников электромагни­тов и др.

Железоиикелевые сплавы (пермаллои) содержат 45 – 80 % Ni, их дополнительно ле­гируют Сг, Si, Мо. Магнитная проницаемость этих сплавов очень высокая. Применяют пермаллой в ап­паратуре, работающей в слабых электромагнит­ных полях (телефон, радио).

Ферриты - магнитно-мягкие материалы, получаемые спеканием смеси порошков ферро­магнитной окиси железа Fe₂O₃ и окислов двух­валентных металлов (ZnO, NiO, MgO и др.). В отличие от других магнитно-мягких материалов у ферритов очень высокое удельное электросоп­ротивление, что определяет их применение в уст­ройствах, работающих в области высоких и сверх­высоких частот.

Сплавы с высоким электрическим сопротивле­нием. Их применяют для изготовления электро­нагревателей и элементов сопротивлений (рези­сторов) и реостатов. Сплавы для электронагре­вателей обладают высокой жаростойкостью, вы­соким электрическим сопротивлением, удовлетворительной пластичностью в холодном состоянии.

Указанным требованиям отвечают железо-хромоалюминиевые сплавы, например марок Х13Ю4 (≤ 0,15 % С; 12 -15 % Сг; 3,5 - 5,5 % А1), ОХ23Ю5 (≤0,05 % С; 21,5 - 23,5 % Сг; 4,6 - 5,3 % А1), и никелевые сплавы, напри­мер марок XI5H60 - ферронихром, содержащий 25 % Fe, Х20Н80 - нихром. Стойкость нагрева­телей из железохромоалюминиевых сплавов вы­ше, чем у нихромов. Сплавы выпускают в виде проволоки и ленты, применяют для бытовых при­боров (сплавы Х13Ю4, XI5H60, X20H80), а так­же для промышленных и лабораторных печей (ОХ23Ю5).

Сплавы с заданным коэффициентом теплово­го расширения. Они содержат большое количество никеля. Сплав 36Н, называемый инваром 0,05 % С и 35 -37 % Ni), почти не расширяет­ся при температурах от -60 до + 100°С. Его применяют для изготовления деталей приборов, требующих постоянных размеров в интервале климатических изменений температур (детали геодезических приборов и др.).

Сплав 29НК, называемый коваром: 0,03 % С; 28,5 - 29,5 % Ni; 17 -18 % Со), име­ет низкий коэффициент теплового расширения в интервале температур от -70 до + 420°С. Его применяют для изготовления деталей, впаивае­мых в стекло при создании вакуумно-плотных спаев.

Сплавы с заданными упругими свойствами. К таким сплавам относят сплав 40КХНМ (0,07 - 0,12 % С; 15 – 17 % Ni; 19 – 21 % Сг; 6,4 - 7,4 % Мо, 39 – 41 % Со). Это высокопрочный с высокими упругими свойствами, немагнитный, коррозионностойкий в агрессивных средах сплав. Применяют его для изготовления заводных пружин ча­совых механизмов, витых цилиндрических пру­жин, работающих при температурах до 400°С.

Инструментальные стали предназначены для изготовления следующих основных групп инстру­мента: режущего, измерительного и штампов. По условиям работы инструмента к таким сталям предъявляют следующие требования: стали для режущего инструмента (резцы, сверла, метчики, фрезы и др.) должны обладать высокой твер­достью, износостойкостью и теплостойкостью; стали для измерительного инструмента должны быть твердыми, износостойкими и длительное время сохранять размеры и форму инструмента; стали для штампов (холодного и горячего де­формирования) должны иметь высокие механи­ческие свойства (твердость, износостойкость, вязкость), сохраняющиеся при повышенных тем­пературах; кроме того, стали для штампов горя­чего деформирования должны обладать устойчивостью против образования поверхностных тре­щин при многократном нагреве и охлаждении.

Углеродистые инструментальные стали выпускают следующих марок: У7, У8, УвГ, У9, У 10, У11, У12 и У13. Цифры указы­вают на содержание углерода в десятых долях процента. Буква Г после цифры означает, что сталь имеет повышенное содержание марганца. Марка инструментальной углеродистой стали высокого качества имеет букву А, например У12А, инструментальная углеродистая сталь высокого качества, содержащая 1,2 % С.

Недостатком углеродистых инструментальных сталей является их низкая теплостойкость — спо­собность сохранять большую твердость при высо­ких температурах нагрева. При нагреве выше 200°С инструмент из углеродистых сталей теря­ет твердость.

Легированные инструментальные стали содердат легирующие элементы, увеличивающие теп­лостойкость (вольфрам, молибден, кобальт, хром), закаливаемость (марганец), вязкость (ни­кель), износостойкость (вольфрам).

В сравнении с углеродистыми легированные инструментальные стали имеют следующие пре­имущества: хорошую прокаливаемость; большую пластичность в отожженном состоянии, значи­тельную прочность в закаленном состоянии, более высокие режущие свойства.

Низколегированные инструмен­тальные стали содержат до 2,5 % легирую­щих элементов, имеют высокую твердость (HRC 62 - 69), значительную износостойкость, но малую теплостойкость (200 - 260°С). В отли­чие от углеродистых сталей их используют для изготовления инструмента более сложной формы.

Сталь ХВГ легированную хромом, вольфрамом и марганцем используют для производства крупных и длинных протяжек, длинных метчиков, длинных разверток и т. п.

Сталь ХВСГ - применяют для изготовления круглых плашек, разверток, крупных протяжек и другого режущего инструмента.

Высоколегированные инструментальные стали содержат вольфрам, xpoму и ванадий в большом количестве (до 18 % основного легирующего элемента); имеют высокую теплостойкость (600 - 640°С). Их используют для изготовления высокопроизводительного режущего инструмента, предназначенного для обработки высокопрочных сталей и других труднообрабаты­ваемых материалов. Наиболее распространены Р18, Р9, Р10К5Ф5 и другие бы­строрежущие стали.

Для изготовления измерительных ин­струментов применяют X, ХВГ и другие ста­ли.

Штампы холодного деформирова­ния небольших размеров (сечением 25 - 30 мм), простой формы, работающие в легких, ус­ловиях, изготовляют из углеродистых сталей У10, У11, У12. Штампы сечением 75 - 100 мм более сложной формы и для более тяжелых условий работы изготовляют из сталей повышенной прокаливаемости X, ХВГ.

Для инструмента, подвергающегося в работе большим ударным нагрузкам (пневматические зубила, режущие ножи для ножниц холодной резки металла), применяют стали с меньшим содержанием углерода, повы­шенной вязкости 4ХС, 6ХС, 4ХВ2С и др.

Молотовые штампы горячего деформирования изготовляют из сталей 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВ. Эти стали содержат одина­ковое количество (0,5 - 0,6 %) углерода и леги­рованы хромом.

Быстрорежущие стали. Быстрорежущие стали предназначены для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания. Быстрорежущая сталь должна обладать высокой горячей твердостью (твер­достью в горячем состоянии) и красностойкостью (насколько эта твердость сохраняется во времени), обратимой и необратимой твердостью.

Эти свойства необходимы, так как в процессе работы тепло, в основном (на 80 %), концентрируется в инструменте, нагревая его. Очевидно, чем больший нагрев (по температуре и продолжительности) без размягчения может выдержать материал, тем при большей скорости резания он может работать.

На рис. 1.48 приведены кривые, показывающие твердость трех различных сплавов при разных температурах. Твердость углероди­стой стали после нагрева до 200 °С начинает быстро падать. Следовательно, для этой стали недопустим режим резания, при котором, инструмент нагревался бы выше 200 °С. У быстрорежущей стали высокая твердость сохраняется при нагреве до 500 - 600 °С. Таким образом, инструмент из быстрорежущей стали более производителен, чем инструмент из углеродистой стали. Более производительным является инструмент из твердого сплава, так как нагрев до 800 °С мало влияет на его твердость.

Следует отметить, что твердость в холодном состоянии не определяет режущей способности стали. Как видно из рис. 4.24, твердость углеродистой стали при нормаль­ной температуре даже выше, чем быстрорежущей, но ее режущие свойства намного ниже. Высокая твердость инструментальной стали необходима во всех случаях, но для быстрорежущего инструмента требуется высокая твердость не только в холодном состоянии, но и при повышенных температурах, но крайней мере, до 600⁰С.

Рис. 4.24. Твердость инструментальных материалов в нагретом состояния: 1 - твердый сплав; 2 - быстрорежущая сталь; 3 - углеродистая сталь

Рис. 4.25. Прочность и красностойкость инструментальных материалов:

1 - быстрорежущая сталь; 2 - твердый сплав; 3 – минералокерамика

 

Красностойкость – интенсивность снижения горячей твердости, т.е. сколь долго такая твердость сохраняется. Кроме «горячих» свойств от материала для режущего инструмента требуются и высокие механические свойстсва, т.е. сопротивление хрупкому разрушению

Быстрорежущая сталь Р18 появилась на рубеже Х1Х – ХХ веков, ее состав (средний) 0,8 % С; 18 % W, 4 % Cr; 1 % V. В связи с дефицитом вольфрама она былв вытесрена сталью марки Р6М5 (0,9 % С; 6 % W: 5 % Mo; 4 % Cr; 2% V) и, наконец. Безвольфрамрвысм РОМ5Ф1, РОМ2Ф3. Сталь РОМ5Ф1 тзготавливается обычным мталлургическим способом, сталь РОМ2Ф3 – метадом порошковой металлургии.

Для сравнения приведены структуры двух типов быстрорежущей стали, рис. 4.26.

 

 

Рис. 4.26. Структуры кованой и отожженной быстрорежущей стали, изготовленной no обычной технологии (а) и методом порошковой металлургии (б)

 

Сталь с дисперсностью рис. 4.26, б обладает лучшими технологическими и механическими свойствами.

Рабочая температура резания инструмента из твердых сплавов может быть увеличена до 800 – 1000⁰С, тогла как для инструмента из быстрорежущей стали разогрев режущей кромки выше 650⁰С не допустим. Марки таких сплавов подразделяются на вольфамовые однокарбидные (ВК), двух карбидные (вольфрамо-титановые ВТК), титановольфрамовые (ТК) и др. Особенности технологии получения этих видов быстрорежущей стали будет рассмотрено в разделе порошковая металлургия.

Кислотостойкие стали и сплавы. Для производства синтетических неметаллических материалов (пластмассы, стеклопластики, стекловолокно и т. д.), удобрений, а также других химических продуктов аппаратура, установки и ма­шины работают в агрессивных кислотных средах, чаще в серной, со­ляной, азотной или фосфорной кислотах и их смесях разной концен­трации и при разных температурах.

Рассмотренные в предыдущем параграфе нержавеющие стали ока­зываются недостаточно стойкими в перечисленных средах и других средах высокой агрессивности.

Для эксплуатации в этих средах следует применять более легированные стали и сплавы, называемые кислотостойкими.

Увеличение стойкости в кислотах (общая коррозия) дает присадка в аустенитные стали молибдена и особенно молибдена с медью при одновременном увеличении содержания никеля (стали типа Сг –Ni - Мо и Сг – Ni –Мо – Сu.

При необходимости иметь и высокую кислотостойкость (на уровне стали 06ХН28МДТ), и высокие механические свойства рекомендуется к применению сплав Сг –Ni – Мо – Сu – Ti - А1.

Более высокую коррозионную стойкость имеют никелевые сплавы, так называемый хастеллой типа 80 % Ni + 20 % Мо с до­полнительным легированием.

Наиболее высокой стойкостью в кислотах обладают тугоплавкие металлы (молибден, ниобий, тан­тал).

Сравнительные данные о кор­розионной стойкости перечислен­ных сплавов и тугоплавких метал­лов приведены на рис. 4.27.

Рис. 4.27. Склонность к коррозии различ­ных металлов в кипящей серной кислоте

 

Криогенные стали и сплавы. Под криогенными сталями и сплавами подразумевают металлические материалы для машин и оборудования, предназначенное для полу­чения, перевозки и хранения сжиженных газов и, следовательно, эксплуатируемых до температур кипения: кислорода (-183 °С), азота (-196°С), неона (- 247 °С), водорода (- 253 °С) и гелия(- 269°С), а также сжиженных углеводородов (метила, бутана и др.), темпера­туры кипения которых лежат в интервале – 80 ÷ - 180 °С.

Стали и сплавы, предназначаемые для работы при низких темпе­ратурах, делят на металлические материалы для рабоы при низких климатических температурах (до - 60 °С), так назкваемые стали северного исполнения, и эксплуатируемые при температурах от ком­натной до температуры ниже - 80 °С почти вплоть дэ абсолютного нуля (4,2 К - температура кипения жидкого гелия) - так называе­мые криогенные стали и сплавы, которые чаще всего являются одно­временно и нержавеющими.

Как и для других конструкционных материалов, основное требо­вание к криогенным материалам - механическая прочность. Однако специфичностью условий работы является широкий интервал тем­ператур от комнатной до жидкого гелия, в котором существенно ме­няются свойства.

В общем можно отметить, что при понижении температуры npoчность повышается, а пластичность и вязкость снижаются. Отсюда прочность должна гарантироваться при комнатной температуре (по­скольку при низкой температуре она будет заведомо выше), а пластичность и вязкость при низшей температуре эксплуатации.

Отсюда сталь 0Н6 (6 % Ni) можно применять до – 100⁰С при динамических условиях нагружения и до - 180 °С (практически до - 196 °С, т. е. до «кислородных» температур) при отсутствии динамических нагрузок, а сталь 0Н9 (9 % Ni) соответственно до -130 и - 196 °С. «Водородная» (-253 °С) и «гелиевая» (- 269 °С) темпера­туры, по-видимому, для стали с 9 % Ni (и безусловно для стали с 5 % Ni) слишком низкие.

Аморфные сплавы (металлические стекла). Металлические стекла, или аморфнфе сплавы, получают путем охлаждения расплава со скоростью, превышающей скорость кристаллизации (10⁶ – 10^{8 0}С / с. В этом случае зарождение и рост кристаллической фазы становятся невозможными и металл после затвердевания имеет аморфное строение. Высокие скорости охлаждения могут быть достигнуты различными методами, однако наиболее часто используется закалка из расплава на поверхности быстро вращающегося диска (рис. 4.28). Этот метод позволяв получить ленту, проволоку, гранулы, порошки.

Рис. 4.28. Схема получения аморфных сплавов с помощью быстрого охлаждения из расплава: а - разливка на диск; б — разливка между двумя дисками; 1 – индуктор; 2 - расплав; 3- тигель; 4 – диск; 5 - лента аморфного материала

Получение аморфной структуры в принципе возможно дли всех металлов. Наиболее легко аморфное состояние достигаем в сплавах Al, Pb, Sn, Сu и др. Для получения металлического стекол на базе Ni, Co, Fe, Mn, Сг к ним добавляют неметаллы или полуметаллические элементы С, Р, Si, В, As, S и др. (аморфообразующие элементы). Аморфные сплавы чаще отвечают формуя М₈₀Х₂₀, где М — один или несколько переходных элементов, а X - один или несколько неметаллов или других аморфообри зующих элементов (Fe₈₀P₁₃C, Ni₈₃P,₈, Ni₈₀S₂₀).

Аморфное состояние металлов метастабильно. При нагреве, когда подвижность атомов возрастает, протекает процесс кристаллизации, что постепенно приводит металл (сплав) через ряд метастабильных в стабильное кристаллическое состояние. Механические, магнитные, электрические и другие структурно-чувствительные свойства аморфных сплавов значительно отличаются от свойств кристаллических сплавов. Характерной особенностью аморфных сплавов являются высокий предел упругости и предел текучести при почти полном отсутствии деформационного упрочнения.

Аморфные сплавы нередко хрупки при растяжении, но сравнительно пластичны при изгибе и сжатии. Могут подвергаться холодной прокатке.

Аморфные сплавы на основе железа и содержащие не менее 3 - 5 % Сг обладают высокой коррозионной стойкостью. Хорошую коррозионную стойкость имеют и аморфные сплавы на основе никеля. Аморфные сплавы Fe, Co, Ni с добавками 15 -25 % аморфообразующих элементов В, С, Si, P используют как магнитно-мягкие материалы.

Магнитно - мягкие аморфные сплавы применяют в электротех­нической и электронной промышленности (магнитопроводы транс­форматоров, сердечников, усилителей, дроссельных фильтров и т. д.). Сплавы с высоким содержанием кобальта идут для изготовления магнитных экранов и магнитных головок, где важно иметь материал с высоким сопротивлением износу.

Область применения металлических стекол пока еще огра­ничена тем, что быстрым охлаждением (закалкой) из жидкого состояния их удается получить только в виде тонких лент (до 6О мкм) шириной до 200 мм и более или проволоки диаметром 0,5 - 20 мкм. Однако имеются широкие перспективы развития материалов этой группы.

 

4.7.4. Классификация по качеству

 

Стали по каче­ству классифицируют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные. Под качеством пони­мается совокупность свойств стали, определяе­мых металлургическим процессом ее производ­ства. Однородность химического состава, строение и свойства стали зависят от содержания вред­ных примесей и газов (кислорода, водорода, азо­та). Основными показателями для разделения сталей по качеству являются нормы содержания вредных примесей (серы, фосфора). Стали обыкновенного качества содержат до 0,06 % S и 0,07 % Р, качественные - до 0,035 % S и 0,035 % Р, высококачественные - не более 0,025 % S и 0,025 % Р, а осо­бо высококачественные - не более 0,015 % S и 0,025 % Р.

 

4.7.5. Классификация по степени раскисления

 

Ста­ли по степени раскисления классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. Раскислением называют процесс удаления кислоро­да из жидкой стали. Нераскисленная сталь об­ладает недостаточной пластичностью и подвер­жена хрупкому разрушению при горячей обра­ботке давлением.

В зависимости от условий и степени раскисления различают стали:

1) споскойные «СП» (Ст 1 сп и т.д.);

2) полуспокойные «ПС» (Ст1пс и т.д.);

3) кипящие «КП» (Ст 1 кп и т.д.).

Спокойные стали хорошо раскислены марганцем, алюминием и кремнием в печи и ков­ше. Они затвердевают в изложнице спокойно, без газовыделения, с образованием в верхней части слитков усадочной раковины. Дендритная ликвация в крупных слитках такой стали при их прокатке или ковке приводит к появлению полосчатой структуры. Это вызывает анизотропию механических свойств. Пластические свойства стали в поперечном (по отношению к направле­нию прокатки или ковки) значительно ниже, чем в продольном.

Зональная ликвация приводит к тому, что в верхней части слитка содержание серы, фосфо­ра и углерода увеличивается, а в нижней -уменьшается. Это приводит к ухудшению свойств изделия из такого слитка, вплоть до отбраковки.

Кипящие стали раскисляют только марганцем. Они раскислены недостаточно. Перед разливкой в них содержится повышенное коли­чество кислорода, который при затвердевании слитка частично реагирует с углеродом и выде­ляется в виде пузырей окиси углерода СО, соз­давая ложное впечатление «кипения» стали. Движение металла при кипении способствует развитию в слитках такой стали зональной лик­вации. По сравнению со спокойной сталью такие слитки не имеют усадочной раковины. Кипящая сталь практически не содержит неметаллических включений продуктов раскисления. Кипящие ста­ли относительно дешевы. Их выплавляют низкоуглеродистыми и с очень малым содержанием кремния (Si <= 0,07%), но с повышенным количе­ством газообразных примесей. При прокатке слитков такой стали газовые пузыри, заполнен­ные окисью углерода, завариваются. Листы из такой стали, предназначенные для изготовления деталей кузовов автомашин вытяжкой, имеют хорошую штампуемость при выполнении формоизменяющих операций холодной листовой штам­повки.

Полуспокойные стали по степениихраскисления занимают промежуточное положе­ние между спокойными и кипящими сталями. Частично их раскисляют в печи и ковше, а частич­но - в изложнице за счет содержащегося в ме­талле углерода. Ликвация в слитках полуспокойной стали меньше, чем в кипящей, и приближает­ся к ликвации в слитках спокойной стали.

4.7.6. Классификация по структуре

 

Стали по струк­туре классифицируют в состояниях после отжи­га и нормализации. В отожжен­ном (равновесном) состоянии на доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный феррит; эвтектоидные, структура которых состоит из перлита; заэвтектоидные, в структуре которых имеются вторичные карбиды, выделяющиеся из аустенита; ледебуритные, в структуре которых cодержатся первичные {эвтектические) карбиды; аустенитные; ферритные.

По структуре после нормализа­ции стали подразделяют на следующие основ­ные классы: перлитный, мартенситный, аустенитный, ферритный. Мартенсит представляет собой сильно перенасыщенное углеродом α -железо с искаженной кристаллической решеткой.

4.7.6.1.Классификация по равновесной структуре

 

1. Доэвтектоидные стали, имеющие в структуре избыточный феррит.

2. Эвтектоидные стали, имеющие перлитную структуру.

3. заэвтектоидные стали, имеющие в структуре избыточные (вторичные) карбиды.

4. Ледебуритные стали, им е ющие в структуре первичные карбиды, выделившиеся из жидкой стали. В литом виде избыточные карбиды совместно с аустенитой образуют эвтектику – ледебурит, который при ковке или прокатки разбивается на обособленные карбиды и аустенит, затрудняют ковку, но не делают ее невозможной.

5. Ферритного и аустенитио классов

В соответствии с диаграммой Fe – С, доэвтектоидные углеродистые стали содериш менее 0,8 % углерода, эвтектоидные около 0,8 %, заэвтектоидные 0,8 - 2,0 % и ледебуритные более 2,0 %.

Большинство легирующих элементов сдвигает точку S и Е (на диаграмме состав ния Fe - С) в сторону меньшего содержания углерода, поэтому граница между доэвтектоидными и заэвтектоидными сталями, заэвтектоидными и ледебуритными – в легированных сталях лежит при меньшем содержании углерода, чем в углеродистых. Так, при 5 % Сг сталь с 0,6 % С является заэвтектоидной, а с 1,5 % С - ледебуритной. Влияние различных элементов на положение точек S и Е показано на рис. 4.28.

 

Рис. 4.29. Влияние легирующих эле­ментов на положение точек S и Е

 

Классификация по структуре после охлаждения на воздухе

Выделяют три основных класса сталей: 1) перлитный; 2) мартенситный; 3) аустенитный. Характеризуются относительно малым содержанием легирующих элементов, мартенситового – более значительным и, наконец, аустенитного – высоким содержанием легирующих элементов.

 

Литература

 

1. Технология металлов. / Под ред. Кнорозова Б.В. М., Металлургия, 1978 г., 904 с

2.. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия.- М., Металлургия, 1985 г., 480 с

3.. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия.- М., Академкнига, 2005 г., 768 с

4. Скобников К.М., Глазков Г.А,, Петраш Л.В и др.. Технология металлов и других конструкционных материалов. Ленинград, Машиностроение, 1972 г, 520 с

5. Сологуб М.А., Рожнецький, Некоз О.І. Горпенюк М.А., Прейс Г.О. Технологія конструкційних матеріалів. КиЇв, Вища школа, 2002, 374 с

 

Глава 5.Предприятия черной металлургии Украины.

На 2001 г на Украине имелось 20 горно-рудных, 17 металлургических (производителей чугуна и стали), 3 ферросплавных (биржевых), 7 трубных, 10 метизных, 16 коксохимических, 17 огнеупорных, 35 предприятий вторичной черной и цветной металлургии. Научное – производственное обеспечение осуществляли 0 научно- исследовательских и проектных институтов.

 

 

Предприятия черной металлургии включает четыре передела:

1. Горнорудный (извлечение сырья из земли и обогащение полезных ископаемых);

2. Металлургический;

3. Прокатный;

4. Коксохимический.

 

5.1. Предприятия горно-рудного сырья и обогащения.

 

Предпрития горно-рудного сырья и обогащения в Украине включают месторождения железных и марганцевых руд, известняка и попутных материалов, а также обогатительные комбинаты этого профиля.

 

5.1.1.Железо горно- рудные предприятия

ОАО «Центральный горно-обогатительный комбинат» (г. Кривой Рог, Днепропетровсая область). Введен в эксплуатацию в 1961 году. Производит около 15 % железорудных окатышей и 9 % железорудного концентрата от общего объема в Украине.

Единственный в Украине комбинат, одновременно использующий открытый и подземный способы добычи железистых кварцитов.

Мощности «Центрального ГОКа» рассчитаны на ежегодную добычу 15 млн. тонн сырой магнетитовой руды, производство 6,4 млн. тонн железорудного концентрата, 4,5 млн. тонн офлюсованных железорудных окатышей, а также 1 млн. кубометров щебня.

Рис. 5.1. Панорама «Центрального ГОКа»

В своем составе имеет: три карьера и одну шахту, два цеха железнодорожного транспорта, дробильно-обогатительный комплекс, фабрику окомковывания, вспомогательные производства

Продукция: железорудный концентрат (содержание железа на уровне 66,3 - 68 %), офлюсованные окатыши (содержание железа 59,9 %) и нефлюсованные окатыши (содержание железа 63,5 %).

 

 

ОАО «Северный горно-обогатительный комбинат» (г.Кривой Рог, Днепропетровская область).Основан в 1963 г.

Крупнейшее горнодобывающее предприятие в Европе с законченным циклом подготовки доменного сырья - железорудного концентрата и окатышей. Производит до 45 % железорудных окатышей и около 20 % железорудного концентрата в Украине. Добыча руды в карьерах ведется открытым способом. Производственные мощности по железной руде - 25 млн. тонн, концентрата - 11 млн. тонн, окатышей - 9,6 млн. тонн.

 

 

Рис. 5. 2 Панорама Северного ГОК

Сырьевая база: Первомайское и Анновское месторождения железистых кварцитов. Общая проектная мощность карьеров 48,5 млн. тонн сырой руды в год. Промышленные запасы руды в проектном контуре Первомайского карьера составляют 712 млн. тонн, Анновского - 500 млн. тонн.

Среднее содержание в них железа в рудах Первомайского месторождения общего - 35,6 %, магнетитового - 31,86 %.

Среднее содержание железа в рудах Анновского меаторождения в кварцитах - 31,6 %, железа магнетитового - 7,7 %.

Основное производство - добыча и обогащение магнетитовых руд, концентрата, окатышей, другого железорудного сырья.

 

ОАО «Горно-обогатительный комбинат «Сухая банка» (г. Кривой Рог, Днепропетровская область). Основано в 1985 году. Предприятие производит свыше 3,0 млн. тонн аглоруды в год со средним содержанием железа 58 % на базе залежей богатых железных руд в основном мартитового, реже - гематитового состава. Кроме богатых железных руд в полях шахт имеются значительные запасы магнетитовых кварцитов, обеспеченность которыми достигает нескольких сот лет.

Рис. 5.3 Карьер ГОК «Сухая балка»

Предприятие состоит из добычных шахт “Юбилейная” (производственная мощность – 2,25 млн. тонн аглоруды в год) и им. Фрунзе (1,05 млн. тонн аглоруды в год); цехов - энергомеханического; автотранспортный и других.

Продукция: железная руда.

 

ОАО “Южный горно-обогатительный комбинат” (г. Кривой Рог, Днепропетровская область). Основан в 1955 году.

Годовая проектная мощность предприятия - 9 млн. тонн железорудного концентрата и 5 млн. тонн агломерата (20 % добычи руды в Украине).

 

 

 

Рис. 5.4. Панорама «ЮГОК»

Предприятие имеет шесть фабрик: две дробильные, две обогатительные – мощностью 17,1 млн. тонн, две агломерационные – 5, 25 млн. тонн.

Сырьевой базой предприятия является Скелеватское магнетитовое месторождение железистых кварцитов. Попутно добываются окисленные (мартитовые) кварциты. Эти кварциты служат сырьевой базой Криворожского горно-обогатительного комбината окисленных руд. Добытые окисленные кварциты складируются в обособленные отвалы.

Продукция: железорудный концентрат, доменный агломерат, строительные материалы.

ОАО «Криворожский железорудный комбинат» (г Кривой Рог, Днепропетровская область) - является предприятием по добыче руд подземным способом, обеспечивающим годовую добычу более 6 млн. тонн железорудного сырья (40 % рынка аглоруды).

 

 

Рис. 5.5. Шахта Криворожского железорудного комбината

 

 

Рис. 5.6. Отгрузка железной руды на шахте «Кривбасжелезоруд»

В структуру предприятия входит четыре шахты: “Родина” (сдана в эксплуатацию в 1972 г.), “Октябрьская” (1958 г.), “Гвардейская” (1964 г.), имени Ленина (1963 г.), которые осуществляют добычу железной руды с подземных горизонтов, расположенных на глубинах 1190 - 1315 м, и дальнейшую ее переработку на дробильно-сортировочных фабриках.

 

 

Рис. 5.7. Шахта Родина

 

Рис. 5.8.. Шахта «Зоря»

 

 

Рис. 5.9. Шахта «Гвардейская»

 

 

 

Рис. 5.10. Шахта имени Ленина

Сырьевая база комбината (запасы богатых железных руд до глубины 1500 м) составляет более 250 млн. тонн со средним качеством в массиве 58,6 % железа.

Продукция: железная руда

 

ЗАО «Запорожский железорудный комбинат» (Запорожская область, г. Днепрорудное) выпустило первую продукцию в 1967 году. Комбинат специализируется на разработке Южно-Белозерского и Переверзевского железорудных месторождений и производстве товарной железной руды. Разведанные запасы руды составляют порядка 300 млн. тонн. Производимая на предприятии руда имеет наиболее высокий в Украине уровень содержания железа (58 – 66 %). Поизводительность предприятия - 3,3 - 3,5 млн. тонн в год.

Рис. 5.11. Железная руда

 

Рис. 5.12.Белозерский (Запорожский) железорудный комбинат

На ЗЖРК добывается агломерационная, мартеновская, доменная руда. В общем объеме продукции 85 % составляет агломерационная руда, которая содержит 62 % железа и значительно превосходит по качеству руду Криворожского бассейна, других месторождений европейской части СНГ.

 

ОАО «Ингулецкий горно- обогатительный комбинат» (г.Кривой Рог, Днепропетровская область). Введен в эксплуатацию в 1965 году. Крупнейшее предприятие отрасли по производству железорудного концентрата: его доля на украинском рынке этой продукции оценивается в 77 %.

 

Рис. 5.13. Ингулецкий ГОК

Основу производственного процесса предприятия составляет добыча железистых кварцитов открытым способом, их обогащение, укладка и хранение отходов обогащения в шлаконакопителях. Запасы силикато-магнетитовых руд и окисленных кварцитов позволяют обозримо рассматривать срок существования комбината до 2050 года.

В состав комбината входят 36 цехов и подразделений, в том числе и карьер производственной мощностью по горной массе свыше 70 млн. тонн в год. Производительность дробильной фабрики по переработке руды составляет 36 млн. тонн в год.

Продукция: железорудный концентрат, товарный щебень.

 

ОАО «Полтавский горно-обогатительный комбинат» (г. Комсомольск, Полтавская область). Основан в 1970 году. Предприятие по производству железорудного концентрата (третье место в Украине), железорудных окатышей (второе). Проектные мощности: добыча сырой руды – 24,0 млн. тонн; производство концентрата – 7,75 млн. тонн; окатышей - 7,5 млн. тонн; щебня – 2, 0 млн. м ³.

Рис. 5.14. Карьер Полтавскоо ГОК

 

 

5.1.2. Марганцевые горно-рудные предприятия

Вторым по важности среди чёрных металлов является марганец – незаменимый в чёрной металлургии компонент при выплавке чугуна и стали. По стратегическим запасам марганцевых руд Украина занимает второе место в мире и является одним из лидеров по производству марганцевой продукции. Запасы марганцевой руды в Украине суммарно по Орджоникидзевскому и Марганецкому горно-обогатительным комбинатам составляют треть всех мировых запасов.

 

ОАО «Орджоникидзевский горно-обогатительны комбинат» (г. Орджоникидзе, Днепропетровская область)

Крупнейший в Украине производитель марганцевой руды (70 % производста Украины). Осуществляет разработку марганцевых руд только открытым способом. Предполагают, что запасов руд отведенного участка хватит на срок более 30 лет.

(ЖЕЛАТЕЛЬНО ИМЕТЬ ФОТОГРАФИЮ)

ГОК состоит из семи действующих карьеров, двух обогатительных и одной обогатительно-агломерацилнной фабрики.

Основная продукция: марганцевый концентрат различных сортов с содержанием чистого марганца от 26 % до 43 %.. Попутные продукты - керамзитовая глина и шламы.

 

«Украинский Марганецкий ГОК» (Днепропетровская область) –единственное на Украине и в странах СНГ предприятие по добыче марганцевых руд подземным (80 %) и открытым способами. В состав комбината входит пять шахт, два карьера (Грушевский и Басаеский), обонатительная фабрика, исследовательский промышленный комплекс химического обогащения.

 

 

Рис.5.15. Разрез «Украинского Марганецкого ГОКа»

 

Рис. 5.16. Вид участка обогатительной фабрики

 

На предприятии организовано производство марганцевой руды и концентрата, керамзитового гравия и бентонита, сернокислого марганца в растворе и кристаллах

Интенсивное развитие началось в 30-е годы. Широкое внедрение новых технологий и наращивание производственных мощностей - в 50-е годы.

 

 

5.1.3. Предприятия производства известняка и попутных материалов

 

ОАО “Комсомольское рудоуправление” (г. Комсомольск, Донецкая область) является крупнейшим в Украине производителем известняка для металлургических предприятий (флюсовый, конвертерный) и сахарной промышленности, известнякового камня. На долю его производства приходится около 40 % флюсовых известняков в Украине

(ЖЕЛАТЕЛЬНО НАЙТИ ФОТОГРАФИЮ)

ОАО «Балаклавское рудоуправление им. А.М.Горького» специализируется на производстве металлургического известняка и щебеночного материала.

Рис. 5.17. Известковый карьер

 

Продукция: гипс, известь строительная, камень бутовый, мел, щебень.

 

ОАО “Докучаевский флюсо-доломитный комбинат” (г. Докучаевск, Волновахский район, Донецкая область). Организован в 1912 году. Осуществляет добычу и производство известняков и доломитов для металлургической промышленности и, в частности, производит порошки для конвертерных огнеупоров.

(ЖЕЛАТЕЛЬНО НАЙТИ ФОТОГРАФИЮ)

Переработка полезного ископаемого очуществляется на трех дробильно-обогатительных фабриках и циклично-поточной технологической линии (ЦПТЛ) на карьере “Центральный” и цехом обжига доломита.

Продукция: известняки флюсовые, доломит обожженный, материалы строительные нерудные, щебень и гравий из природного камня и песочногравийных материалов, ожелезненный доломитовый флюс, доломит сырой металлургический.

 

ОАО «Новотроицкое рудоуправление» (пгт. Новотроицкое, Волновахский район, Донецкая область). Основано в 1933 году.

 

Рис. 5.18. Доломитово - известковый карьер

 

Специализируется на добыче и переработке металлургических известняков и доломитов для металлургической, огнеупорной, стекольной и сахарной промышленности, щебеночного материала для дорожного строительства.

 

5.2. Металлургическое производство

 

Предприятия металлургического цикла включает производства чугуна, стали, проката, ферросплавов.

 

«Криворожский металлургический комбинат» (г. Кривой Рог, Днепропетровская область)

На сегодняшний день в состав шахтоуправления входят следующие подразделения:шахта им. Артема; шахта “Проходческая”; горный цех (карьер “Южный”); дробильно-сортировочная фабрика.
Основными видами продукции являются:
– агломерационная руда с содержанием железа не ниже 53,5 %;
– некондиционная фракция рудной массы (доменный кусок) с содержанием железа не ниже 34 %.
Запасы железорудного месторождения оцениваются в объеме 132 млн т.
Объемы производства железной руды составляют до 1670 тыс. т. в год, в том числе: подземная добыча по шахте им. Артема (на горизонте 975–1005 м) составляют 1473,0 тыс. т., из них: аглоруда 1300,8 тыс. т; кусок доменный 172,2 тыс. т; – добыча руды открытым способом в карьере “Южный” (на горизонте 65–70 м) составляют 196,162 тыс. т, из них: аглоруда 176,682 тыс. т; кусок доменный 19,48 тыс. т. Объем производства шахты “Проходческая” (на горизонте 10