История развития сталеплавильного производства

Сталью называют деформируемый (ковкий) сплав железа с уг­леродом и другими примесями. Получение железа в чистом виде представляет собой трудоемкий и дорогостоящий про­цесс. Механические свойства, в частности прочность, чис­того железа ниже свойств сплавов железа. В чистом виде железо — материал дорогой, его используют для специальных целей. Обычно в технике и в быту используют сталь. Значе­ние черных металлов вообще и стали в частности в народном хозяйстве огромно. Без использования стали не могли бы развиваться ни горная промышленность, ни транспорт, ни машиностроение, ни сельское хозяйство. За последние 60— 100 лет во много раз увеличилось производство цветных ме­таллов, особенно алюминия, однако доля черных металлов в мировом производстве продолжает оставаться преобладающей и почти неизменной — около 95 % от общего производства металлов. В течение многих лет уровень экономической мощи того или иного государства определялся в первую очередь количеством выплавленной стали. При этом основную массу составляли так называемые рядовые марки стали; доля ка­чественных и высококачественных марок была невелика.

Настоящий период развития металлургии характеризуется коренным изменением как масштабов производства качествен­ной и высококачественной стали и доли ее в общем произ­водстве, так и методов ее получения. Это связано с рядом обстоятельств: 1) для производства стали требуются: добы­ча и обогащение железной руды, добыча угля и получение из него кокса, добыча добавочных материалов, сооружение ме­таллургических заводов, что связано с огромными и все возрастающими (в связи с истощением запасов богатых руд и дефицитом коксующихся углей) затратами материальных, энергетических и трудовых ресурсов; 2) развитие техники позволяет непрерывно повышать эффективность металлурги­ческого производства, т.е. из того же количества руды и

191

угля получать все большее количество металлоизделий; 3) непрерывное и осуществляемое все возрастающими темпами перевооружение промышленности связано с выводом из строя устаревшего оборудования и соответственно с получением большого количества металлолома; металлолом (а не желез­ная руда) все в большей мере становится основным сырьем для производства стали (это относится прежде всего к раз­витым в промышленном отношении странам — странам с боль­шой "металлоемкостью" народного хозяйства); 4) высокие требования к качеству стали привели к разработке новых технологий, что существенно изменило в последние годы по­ложение дел в сталеплавильной промышленности. Требования новых отраслей техники к качеству многих марок стали рез­ко возросли 20-30 лет тому назад и продолжают возрастать. Это привело к увеличению масштабов производства стали и сплавов, содержащих ничтожно малое количество газов, не­металлических включений и других нежелательных примесей, однородных по свойствам. Были разработаны новые способы обработки металла как в самом агрегате, так и вне его. Возможность получения стали с гарантированно низким со­держанием вредных примесей при минимальном развитии лик­вации обеспечивает возможность роста промышленного произ­водства без увеличения количества выплавляемой стали.

Все это вместе взятое явилось причиной новой ситуации в промышленности, при которой масштабы выплавки стали уже не характеризуют промышленную мощь. Главными становятся высокое качество, чистота и надежность металлопродукции. Неизбежное при этом усложнение технологии оправдывается достигаемым результатом. Поясним это следующим расчетом. При работе по традиционной технологии, существовавшей 20—30 лет тому назад, из каждых 100 млн т выплавленной и разлитой в слитки стали получают ~ 75 млн т проката, из которого в свою очередь получают ~ 60 млн т изделий. Из-за отсутствия уверенности в высоком качестве металла, отсутствии в нем вредных примесей, возможной их ликвации, отсутствии местных нарушений сплошности металла (пузырей, включений, трещин и т.д.) конструктор закладывает в кон­струкцию запас прочности (в зависимости от характера наг­рузки от 1,5 до 3,0). Если принять этот коэффициент рав­ным 2, то оказывается, что эффективно используется лишь 30 млн т из каждых 100 млн т выплавленной стали.

192

При использовании непрерывной разливки вместо тради­ционных способов выход проката повышается до 95-97%; замена сортового проката (и обработки на металлорежущих станках) прокатом сложных профилей и листовым прокатом с последующей сваркой и штамповкой позволяет довести массу изделий до 80-85%. Получение стали с гарантированно низ­ким содержанием вредных примесей исключает основную при­чину ликвации, газовых пузырей, трещин, расслоя и т.п. и позволяет приблизить коэффициент запаса к 1. В результате (учитывая все сказанное выше) оказывается, что из каждых 100 млн т эффективно используются не 30 млн т, а 60-70 млн т. В связи с этим вопросы качества получаемой ста­ли, чистой от нежелательных включений и газов, приобрета­ют первостепенную важность.

Вся история металлургии характеризуется непрерывным совершенствованием технологии. Условно процесс непрерыв­ного совершенствования методов и технологии производства стали можно разделить на ряд этапов.

Первый этап. Прямое получение железа из руды. Получе­ние железа непосредственно из руды - наиболее древний способ производства железа. В глубокой древности железо получали восстановлением его из руды в примитивных гор­нах. Поскольку в этом процессе использовался неподогретый воздух (сырое дутье), способ получил название сыродутно­го. Сущность сыродутного способа получения железа заклю­чается в следующем: в горн загружают древесный уголь и железную руду, уголь разжигают и начинают подавать дутье; по мере сгорания и оседания угля руда опускается, подвер­гаясь непрерывному контакту с восстановительными газами и раскаленным углем и постепенно при этом восстанавливаясь. Расчетная температура горения угля в холодном воздухе с нормальной влажностью ~1400°С. Учитывая неизбежные по­тери тепла, можно предполагать, что температура процесса составляла 1300-1350 °С. При таких температурах шдак об­разовывался в жидком виде. Поскольку шлак в основном со­стоял из оксидов железа, то значительная часть железа ру­ды переходила в шлак и терялась и только 2/3 восстанавли­валось до железа. В результате процесса получали раска­ленный ком (крицу) восстановленного железа (с прожилками шлака), который вытаскивали из горна и обрабатывали под молотами, уплотняя крицу и выдавливая из нее шлак. Состав

13-3810                                                                                                                         *™

металла зависел от состава пустой породы руды, а также от температуры процесса и продолжительности пребывания крицы в горне.

Существовало много разновидностей сыродутного процес­са, причем в некоторых установках получали за одну опера­цию, длившуюся 6—7 ч, до 200 кг железа. Недостатки сыро­дутного способа производства (малая производительность, большой расход топлива, значительные потери железа со шлаком, высокая трудоемкость процесса и низкое качество металла) определили повсеместное исчезновение этого спо­соба к концу XIX в. (в XX в. сыродутные горны еще можно было встретить в Африке).

Второй этап. Получение кричного (сварочного) железа из чугуна. По мере усовершенствования сыродутного процесса горны строили большей вместимости, более высокими, подачу дутья интенсифицировали, что приводило к повышению темпе­ратуры в горне и к более продолжительному пребыванию ших­товых материалов в зоне высоких температур. В результате в ряде случаев происходило заметное науглероживание желе­за; в этом случае продуктом процесса оказывалось не низ­коуглеродистое губчатое железо, а высокоуглеродистое, т.е. чугун. Поскольку чугун не обладает пластическими свойствами, то его считали нежелательным продуктом и вы­брасывали. Позже было замечено, что при загрузке в горн чугуна вместо железной руды (или при оставлении в горне высокоуглеродистой крицы и продолжении операции) также получается низкоуглеродистая железная крица. Такой дву-стадийный процесс (вначале получение чугуна, а потом по­лучение из чугуна низкоуглеродистого металла) оказался более производительным. Так возник более совершенный спо­соб получения железа — так называемый кричный процесс. Дата появления кричного процесса, так же как сыродутного, неизвестна, но уже в XII—XIII вв. кричный способ был распространен.

Сущность кричного способа переработки чугуна в железо и сталь заключается в расплавлении чугуна в горне на дре­весном угле и окислении углерода, кремния, марганца и других примесей кислородом дутья и действием шлаков, бо­гатых оксидами железа.

Выложенный огнеупорными материалами или водоохлаждае-мыми чугунными плитами горн наполняют древесным углем,

194

разжигают его и подают дутье. После того как уголь хорошо разгорелся, присаживают чугун и богатые оксидами железа шлаки (или окалину, или богатую железную руду). Чугун по­мещают обычно на уровне фурмы или несколько выше ее, он постепенно плавится и капельками стекает вниз. Одновре­менно с этим под действием кислорода дутья и оксидов же­леза шлака происходит окисление (выгорание) примесей чу­гуна. По мере окисления примесей чугуна (в частности, уг­лерода) повышается температура его плавления (температура плавления чугуна 1100—1200 °С, низкоуглеродистого железа ~1500 °С). Температура в горне достигает 1300-1400 °С, т.е. достаточна для расплавления чугуна, но недостаточна для поддержания в жидком виде образующегося низкоуглеро­дистого сплава. По мере окисления примесей металл стано­вится все более тугоплавким и все более вязким. В резуль­тате на дне горна получается зернистая тестообразная железистая масса, которую собирают в один ком, или крицу, извлекают из горна и подвергают обработке под молотом для удаления из металла шлака и образования возможно более плотного и однородного куска железа.

В связи с тем что горючие материалы, применяющиеся в кричном производстве, находятся в тесном соприкосновении с металлом, они должны быть чистыми от золы и вредных примесей (главным образом, серы). Таким требованиям лучше нсего удовлетворяет древесный уголь. Сера во время про­цесса удаляется в незначительной степени. Фосфор удается удалить на 50—60 %, чему способствуют умеренная темпера­тура процесса и высокое (иногда > 90 %) содержание окси­дов железа в шлаке. Готовая крица содержит, %: С 0,03-0,05; Si 0,01-0,02; Мп 0,08; Р 0,01-0,04; S 0,004—0,006. Кричный способ производства имеет целый ряд существенных недостатков: низкую производительность, вы­сокий угар железа (до 20%), большой расход топлива, зна­чительную трудоемкость процесса и др.

В большинстве промышленных стран кричный процесс как крайне непроизводительный и дорогой исчез в конце XIX— начале XX вв. Низкая производительность и высокая стои­мость кричного передела, а также массовое уничтожение ле­сов вокруг промышленных центров, вызванное необходимостью получения больших количеств древесного угля, — все это заставляло искать более производительный способ производ-

195

ства кричного железа, причем такой, при котором можно бы­ло заменить чистый древесный уголь другим топливом — бо­лее дешевым и менее дефицитным. Такой способ был предло­жен в 1784 г. Г.Кортом (Англия). Способ заключался в по­лучении стали окислительным плавлением чугуна на поду от­ражательной печи. Печь получила название пудлинговой. При этом способе можно сжигать в топке любое топливо, причем чистота его не играла такой роли, как при кричном переделе, так как непосредственного контакта топлива с металлом не было.

fTennepam / pa о* кричном topue _

uP*1 le* ""** пуйшнгодой neva)

Времл

Рис. 72. Процесс образования криц

Процесс называют пудлинговым { to puddle англ. — месить, перемешивать).

В пудлинговые печи загружали чугунные чушки и расплав­ляли их. Под воздействием кислорода, содержащегося в печ­ных газах, шлаке и материале футеровки печи, углерод чу­гуна окислялся. По мере уменьшения содержания углерода в металле возрастала температура его плавления, т.е. металл становился все более и более тугоплавким (температура плавления низкоуглеродистого железа равна примерно 1500 °С), а чугуна — около 1100 °С). Поскольку температу­ра в печи не превосходила 1400—1450 °С, обезуглероженный металл становился все более и более вязким. Сгущающийся сплав перемешивали, добиваясь однородности его состава, и затем "накатывали" из него куски— так называемые "крицы" массой 30—50 кг (рис. 72), которые вытаскивали из печи и проковывали. На обычных печах (садкой около 0,5 т) прово­дили 10—12 плавок в сутки; расход топлива при этом сос­тавлял 0,7—1,0 на 1 т металла; угар железа 12-15 %.

196

Получаемые крицы представляли собой комья сварившихся между собой зерен металла. Окончательная сварка зерен происходила при последующих нагревах и обработке металла давлением, поэтому продукты и кричного, и пудлингового процессов часто называют сварочным железом.

Усовершенствованные регенеративные пудлинговые печи со сдвоенным рабочим пространством позволяли получать в сут­ки ~ 15 т металла при расходе угля ~ 9 т. В начале XX в. стоимость пудлингового железа ненамного превышала стои­мость мартеновской стали (в 1908 г. в России стоимость пуда кричного железа 94 коп., пудлингового 80 коп., мар­теновского 75 коп.). Недостатками пудлингового процесса являются: высокий расход топлива, низкая производитель­ность, низкий выход годного, невозможность получения ли­той стали; этот процесс также не выдержал конкуренции с появившимися конвертерным, а затем мартеновским.

Третий этап. Возникновение способа получения жидкой (литой) стали. Наиболее древним из всех существующих спо­собов получения стали в жидком, расплавленном виде, т.е. так называемой литой стали, является тигельный процесс. Точная дата появления этого способа неизвестна. О булат­ной стали (от перс, "пулад"—сталь) упоминает еще Аристо­тель. Изготавливаемое из тигельной булатной стали оружие (очень дорогое) называлось в Индии "вуц", в Иране "хорасан", в Сирии • "дамасская сталь". Считают, что секрет технологии тигельной плавки утерян в средние века. Воз­рождение этого способа в Западной Европе произошло в кон­це первой половины XVIII в.

В России производство высококачественной стали тигель­ным процессом было развито на Златоустовском, Обуховском, Путиловском и других заводах. Знаменитый русский метал­лург П.П.Аносов, работавший на Златоустовском заводе в течение 30 лет (1817—1847 гг.), предложил методы тигель­ной выплавки и последующей обработки булатов (сталей, сочетающих высокую упругость с высокой твердостью).

Выплавка стали в тиглях производится следующим обра­зом: в тигли вместимостью обычно 25—35 кг загружают ме­таллическую шихту, по составу близкую к стали, которую необходимо получить. Закрытые крышками тигли помещают в горны или пламенные регенеративные печи (передача тепла металлу осуществляется через стенки тигля).

197

Тигельная сталь характеризуется очень высокими механи­ческими свойствами как вдоль, так и поперек направления прокатки или ковки. Отсутствие окислительной атмосферы и раскисляющее действие материала тигля, а также сравни­тельно невысокие температуры процесса, не позволяющие перегреть металл, дают возможность получать плотную сталь с ничтожным количеством неметаллических включений и низ­ким содержанием газов.

Однако тигельный процесс также имеет ряд существенных недостатков, к ним относятся низкая производительность труда, высокие требования к чистоте исходных материалов, малая стойкость тиглей (до трех плавок), высокий расход топлива и другие.

Четвертый этап. Возникновение относительно простых и дешевых способов массового производства литого металла. Простой и дешевый способ получения литой стали в больших количествах путем продувки жидкого чугуна воздухом был предложен в 1855 г. английским механиком Генри Бессеме­ром. Продувку чугуна проводили в специальном агрегате — конвертере с кислой футеровкой. Способ получил название конвертерного (бессемеровского).

В 1878-1879 гг. Томасом (Англия) был разработан ва­риант конвертерного процесса, при котором футеровку кон­вертера выполняли из доломита (материала, обладающего основными свойствами). Этот процесс получил название томасовского или основного конвертерного. В 1865 г. во Франции Эмиль и Пьер Мартены успешно осуществили выплавку стали из чугуна и железного лома в регенеративных пламен­ных печах. Получение в этих печах высокой температуры, достаточной для расплавления стали, стало возможным бла­годаря подаче в печь подогретых газа и воздуха.

Принцип использования тепла отходящих газов для подо­грева топлива и воздуха в так называемых регенераторах был разработан Сименсом, поэтому в ряде стран процесс на­зывают сименс-мартеновским. Во Франции и в России он по­лучил распространение под названием мартеновского.

Конвертерный и мартеновский способы явились базой, обеспечивающей бурный рост индустриальной мощи промышлен-но развитых стран. Менее чем da 100 лет мировое производ­ство стали возросло более чем в тысячу раз (с 330 тыс.т в 1868 г. до 346 млн. т в 1960 г.).

198

Пятый этап. Развитие электрометаллургии стали. Во вто­рой половине XIX в. появился ряд предложений по использо­ванию для плавки стали электрической энергии. В конце XIX—начале XX вв. были созданы и начали работать электро­печи различных конструкций. Особенно бурными темпами «лектросталеплавильное производство развивается в послед­ние десятилетия. Появились дуговые сталеплавильные печи нместимостью 200—350 т. Доведение удельной мощности трансформаторов до 700-800 кВ • А/т позволяет расплавлять такую массу металла за 1,5—2 ч. Развитие электрометаллур­гии стимулируется также возможностью переплава больших количеств такой дешевой шихты, как металлический лом. К настоящему времени уже большое число промышленно развитых стран выплавляют в электродуговых печах более 20—30 % всей стали. Высокопроизводительные дуговые электростале­плавильные печи часто устанавливают на смену старых, отслуживших свой срок мартеновских печей.

Шестой этап. Интенсификация сталеплавильного процесса кислородом. Замена воздуха, используемого в сталеплавиль­ных агрегатах для сжигания топлива или окисления примесей чугуна, чистым кислородом существенно изменяет тепловой баланс процессов (исключаются потери тепла вследствие на­грева балластного азота, поступающего вместе с кислородом ноздуха), а также облегчает решение проблемы повышения качества металла. Однако высокая стоимость кислорода дли­тельное время препятствовала осуществлению этой замены. Лишь в послевоенные годы появившиеся относительно дешевые способы получения кислорода позволили начать в широких масштабах разработку соответствующей технологии. Одной из первых стран, где были развернуты эти работы, был СССР. Исследования проводили во второй половине 40-х годов под общим руководством акад. И.П.Бардина.

Первые же опыты подтвердили теоретические расчеты, однако потребовалось несколько лет, прежде чем были отра­ботаны оптимальные приемы работы и конструкции агрегатов, фурм, горелок и т.п. К концу 50-х годов использование кислорода в сталеплавильном производстве стало обычной практикой, которая оказала существенное влияние на масштабы выплавки стали в мире. В результате только за 10 лет (с 1960 по 1970 г.) мировое производство стали возросло с 346 до 603 млн т. Основная масса стали, про-

199

изводимой в настоящее время в мире, выплавляется в агре­гатах, где роль окислителя выполняет технически чистый кислород.

Седьмой этап. Появление и распространение переплавных процессов. На процессы удаления из стали вредных примесей влияют такие факторы, как изменение давления, увеличение поверхностей контакта взаимодействующих фаз, ускорение процесса охлаждения металла, использование плазменной и электронно-лучевой технологии и др. В результате появи­лись и получили за последние годы значительное распрост­ранение такие способы переплава стали, как вакуумный ин­дукционный (ВИП), вакуумный дуговой (ВДП), электрошлако­вый (ЭШП), электроннолучевой, плазменный и др. Поскольку в этих процессах осуществляется переплав стали, предвари­тельно выплавленной в "обычном" агрегате (конвертерах, мартеновской печи, электродуговой печи), такие процессы называют переплавными. Эти способы сравнительно дорого­стоящие и малопроизводительные, но обеспечивают получение металла очень высокого качества с особыми свойствами.

Восьмой этап. Появление и развитие внепечной, вто­ричной или ковшевой металлургии. Многие технологические операции, проводимые для уменьшения содержания вредных примесей в металле и повышения его качества, можно пере­нести из плавильного агрегата в ковш (или иной агрегат, заменяющий ковш), специально оборудованный устройствами для соответствующей обработки жидкого металла. Производи­тельность плавильного агрегата при этом возрастает, одно­временно обеспечивается повышение качества стали. Для удаления из металла вредных примесей, усреднения состава и регулирования температуры металл в ковше подвергают ва-куумированию, продувают инертными газами, обрабатывают жидкими или порошкообразными смесями или специальной ли­гатурой, подвергают электромагнитному перемешиванию и т.п. Поскольку эти операции в некоторых случаях продолжи­тельны, а металл постепенно охлаждается, были созданы устройства для подогрева металла в процессе его обработ­ки, т.е. ковш превратился в самостоятельный иногда до­вольно сложный агрегат. Эти методы получили название ков­шевой (или вторичной) металлургии, внепечной обработки или внепечного рафинирования. Помимо повышения качества, внепечная обработка обеспечивает стабильность (от плавки

200

к плавке) свойств металла данной марки, что очень важно потребителям; в результате она за очень короткий срок (в течение 70-х годов XX в.) получила повсеместное распрост­ранение. В настоящее время сотни миллионов тонн выплавля­емой в мире стали подвергают той или иной внепечной обра­ботке. Мероприятия, проводимые для повышения степени чис­тоты стали (главным образом, в результате внепечной обра­ботки) и выхода годного (главным образом, в результате перехода на непрерывную разливку), вот уже в течение де­сяти последних лет обеспечивают развитие машиностроения без увеличения количества выплавляемой стали.

Девятый этап. Развитие методов непрерывной разливки. Создание работоспособных агрегатов непрерывной разливки стали позволило: а) существенно снизить расход жидкой стали для получения 1т проката; б) улучшить условия для повышения качества стали; в) обеспечить реальное начало нового этапа в металлургии: получение готового стального продукта или полупродукта непосредственно из жидкого ме­талла ("прямая прокатка"); г) повысить производительность труда металлургов. В настоящее время в промышленно разви­тых странах практически вся выплавляемая сталь разливает­ся на установках непрерывной разливки.

Приведенная выше схема исторического развития стале­плавильного производства условна. Появление тех или иных новых способов производства стали и методов, обеспечива­ющих повышение ее качества, происходит во времени и мно­гие способы (и старые, и новые) существуют одновременно.

Масштабы производства стали в мире меняются незначи­тельно (800—850 млн т в год), меняется лишь эффективность использования стали. Основными производителями стали являются: Япония, США, Китай, Россия, Германия, Украина, Южная Корея, Италия, Бразилия, Франция, Великобритания, Индия, Канада, Испания. На эти страны приходится > 75 % ныплавляемой стали в мире. При этом производство стали (в мире в целом) составляет: в конвертерах— около 60%, в дуговых электропечах— около 35%, остальное— в марте­новских и двухванных печах. Черная металлургия в России достигла расцвета во второй половине XVIII в., когда Рос­сия занимала первое место по производству черных метал­лов. Русское кровельное железо экспортировалось за грани­цу и считалось лучшим в мире. К первой половине XIX в.

201

относится деятельность П.П.Аносова. Помимо своих выда­ющихся открытий в области изучения свойств стали, П.П.Аносов был по существу первым металлургом, которому удалось получить булатную сталь и описать этот процесс в литературе.

В 1913 г., перед первой мировой войной, по количеству выплавляемой стали Россия стояла на пятом месте в мире. В это время в России выплавлялось ~ 4,3 млн т стали в год. После разрухи, вызванной интервенцией и гражданской вой­ной, на территории СССР выплавлялось < 200 тыс.т стали. В период восстановления народного хозяйства и за годы пя­тилеток в результате героического труда советского народа производство стали увеличилось более чем в четыре раза по сравнению в дореволюционным. Такое значительное увеличе­ние производства стало возможным в результате строи­тельства ряда новых крупных металлургических комбинатов: Магнитогорского, Кузнецкого, Нижнетагильского и др., а также коренной реконструкции старых заводов.

Во время Великой Отечественной, войны 1941—1945 гг. в результате оккупации врагом значительной территории стра­ны производство стали уменьшилось вдвое, объем производ­ства черных металлов в стране снизился до уровня 1933 г. Благодаря исключительному мужеству, самоотверженности, высокой организованности и сознательности советским ме­таллургам уже в марте 1942 г. удалось приостановить сни­жение выпуска черных металлов. За годы войны на Востоке страны было построено 10 доменных, 29 мартеновских и 16 электродуговых печей, сталеплавильщики Урала освоили выплавку высоколегированной, в том числе броневой, стали в 185-т мартеновских печах, мартеновцы Кузнецка и Магнит­ки впервые в мировой практике сумели удвоить вместимость действующих мартеновских печей. Начиная с весны 1942 г. производство стали в стране неуклонно возрастало и в 1945 г. было выплавлено уже более 12 млн т. Огромная ра­бота была проведена по восстановлению разрушенных врагом металлургических заводов, расположенных в центральных районах РСФСР и на Украине. В результате выплавка стали в стране превзошла довоенный уровень в полтора раза. К«кон­цу пятой пятилетки (в 1955 г.) в СССР было выплавлено уже более 45 млн т стали. Такой значительный рост производст­ва стали после войны был достигнут в основном не за счет

202

строительства новых заводов, а за счет увеличения произ водственных мощностей на действующих предприятиях, увели­чения вместимости печей и в первую очередь совершенство­вания технологии и организации.

В настоящее время черная металлургия России включает 37 комбинатов и заводов, производственная мощность кото­рых по стали составляет около 90 млн т стали в год.

Около 2/3 стали выплавляется на восьми крупных метал­лургических комбинатах: Магнитогорском (ММК), Новолипец­ком (НЛМК), Череповецком (ЧерМК), Кузнецком (КМК), Запад­но-Сибирском (ЗСМК), Челябинском (ЧелМК), Нижнетагильском (НТМК), Орско-Халиловском (ОХМК). Три из них (НЛМК, ЗСМК и ЧерМК), построенные сравнительно недавно, являются сов­ременными высокотехнологическими предприятиями, вполне конкурентоспособными на мировом рынке.

В настоящее время в черной металлургии России осу­ществляется комплекс работ, направленных на совершенство­вание производства и повышение его эффективности. Работы ведутся в соответствии с "Федеральной программой техни­ческого переоснащения и развития металлургии России. Реализация Программы позволит увеличить долю прогрес­сивных сталеплавильных процессов, долю непрерывной разливки, снизятся расходы металла на прокат, расходы энергоресурсов и т.д.

§ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛИ

Полученные тем или иным способом стали чрезвычайно разно­образны по своим свойствам и составу. Их классифицируют по способу производства, назначению, качеству, химичес­кому составу, характеру застывания в изложницах и строе­нию получающегося слитка.

Единой мировой системы классификации стали нет. Многие компании и фирмы пользуются своими системами классифика­ции стали.

В СССР была проведена большая работа по унификации обозначений различных марок стали и требований, предъяв­ляемых к их составу и качеству; классификация стали и требования к ее составу и качеству были обусловлены со­ответствующими государственными стандартами и технически­ми условиями.

203

По способу производства сталь может быть мартеновской, конвертерной, электросталью, электрошлакового переплава и полученной другими способами. Иногда требуется еще боль­шее уточнение, например "кислая мартеновская сталь" и т.п. Очень часто от способа производства зависят некото­рые особенности качества металла. Например, несмотря на одинаковый химический состав и одинаковую последующую термообработку, свойства основной и кислой мартеновской стали различны, и это учитывают и потребители этой стали, и сталеплавильщики.

По назначению можно выделить следующие основные группы сталей:

1. Конструкционная сталь, которую применяют при изго­товлении различных металлоконструкций (для строительства зданий, мостов, различных машин и т.п.). Конструкционные стали могут быть как простыми углеродистыми, так и леги­рованными (например, марганцовистая сталь, хромистая сталь). Легированная сталь несколько дороже углеродистой, но так как она обладает значительно лучшими механическими свойствами, то расход ее на изготовление тех или иных конструкций значительно ниже, чем углеродистой.

2. Топочная и котельная сталь — низкоуглеродистая сталь, применяемая для изготовления паровых котлов и то­пок. Эта сталь должна иметь хорошие пластические свойства в холодном состоянии, хорошо свариваться, не должна иметь склонности к старению.

3. Сталь для железнодорожного транспорта — рельсовая сталь, осевая сталь, сталь для бандажей железнодорожных колес. Это среднеуглеродистая сталь, к ней предъявляются высокие требования при механических испытаниях, например, на усталость, при проверке сплошности структуры металла.

4. Подшипниковая сталь служит материалом для изготов­ления шариковых и роликовых подшипников. К этой стали, содержащей около 1 % С и 1,5 % Сг, предъявляют очень вы­сокие требования по содержанию неметаллических включений.

5. Инструментальная сталь применяется для изготовления различных инструментов, резцов, валков прокатных станов, деталей кузнечного и штамповочного оборудования. Она со­держит обычно значительное количество углерода (иногда до 2 %), а также в ряде марок — значительное количество ле­гирующих элементов: хрома, вольфрама, молибдена и других.

Кроме указанных, имеется еще ряд групп сталей, назна­чение которых видно из самого их названия: рессорно-иружинные, электротехнические, трансформаторные, динам-ные, нержавеющие, орудийные, снарядные, броневые, трубные стали и другие.

По качеству стали обычно делят на следующие группы: сталь обыкновенного качества, качественную и высокока­чественную. Различия между этими группами заключаются в допускаемом содержании вредных примесей (в первую очередь серы и фосфора), а также в особых требованиях по содержа­нию неметаллических включений. Например, в сталях обыкно­венного качества содержание серы и фосфора не должно пре­вышать 0,040-0,060, в качественных сталях - не более 0,030-0,040, в высококачественных - не более 0,020-0,030% (в некоторых случаях содержание серы и фосфора допускается в очень низких пределах: 0,010 и даже 0,005 %).

По химическому составу различают стали: углеродистые (в том числе низко-, средне-, высокоуглеродистые), низко­легированные, легированные (в том числе хромистые, мар­ганцовистые, хромоникелевые и т.п.).

Установлены единые условные обозначения химического состава стали:

Элемент       ... С Mn Si  Cr Ni    Mo W V Al Ti

Обозначение           УГСХНМВФЮТ

В обозначении марок стали по стандарту цифры с левой стороны букв обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента (для инструментальных сталей — в де­сятых долях процента). Буквы справа от цифр, выражающих среднее процентное содержание углерода, обозначают нали­чие соответствующего элемента в стали. Цифры, стоящие после букв, указывают примерное содержание соответствую­щих элементов, если оно выше 1 %,

Буква А в конце обозначения марки указывает на то, что сталь является высококачественной. Например, марка I2X2H4A означает, что это высококачественная сталь, со­держащая около 0,12% С, 2% Сг и 4% Ni. Обозначение марки стали ЗОХГС свидетельствует о том, что в этой стали около 0,30% С и около 1% хрома, марганца и кремния.

 

204

205

Марки углеродистой стали обыкновенного качества обоз­начают следующим образом: СтО, Ст1, Ст2 и т.д. Обозначе­ниями качественных углеродистых сталей служат: 10, 20, 45 и т.д. Цифры соответствуют среднему содержанию углерода в сотых долях процента. Углеродистые инструментальные стали маркируют буквой У(У7,, У10, У12 и т.п.). Цифры после буквы У указывают на содержание углерода в десятых долях процента.

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

Так, например, в результате обильного газовыделения кипящая сталь при кристаллизации в изложнице кипит (отсю­да название стали). Наоборот, спокойная сталь кристалли­зуется без видимых эффектов, спокойно.

Каждый из перечисленных видов классификации стали ха­рактеризует свойства металла, его надежность в работе, стоимость, возможность получения в определенных количест­вах и другие параметры. Все это учитывают потребители ме­талла.