Metalurgia staliwa i stali

Dr inż. Robert Skoblik

Wydział Mechaniczny

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

Literatura

1.

Chodkowski S.: „Metalurgia metali nieżelaznych” WGH Katowice 1962

2.

Chudzikiewicz R., Briks W.: Podstawy metalurgii i odlewnictwa.

Warszawa: PWN 1977.

3.

Encyclopedie des Sciences Industrielles Quillet – MecaniqueLibrairie

Aristide Quillet Paris 1974Encyklopedia techniki „Metalurgia” Wyd.

Śląsk Katowice1985

4.

Kosowski A.: „Zarys odlewnictwa”Wyd. AGH Kraków 1997

5.

Muszyński Z.: „Zarys technologii metali” PWN, Warszawa 1978

6.

Praca zbiorowa. „Podstawowe techniki wytwarzania w przemyśle

maszynowym” WNT Warszawa 1973

7.

Szweycer M., Nadolska D.: Metalurgia i odlewnictwo. Poznań: Wyd.

Politechniki Poznańskiej 2002

9.

Tabor A., Rączka J.S., Kowalski J.S., Kraus E.: „Metalurgia”. Wyd. Pol.

Krak. Kraków 1999

10.

„Świat Wiedzy”

11.

INTERNET

Metalurgia staliwa i stali

• Stal obok żelaza i węgla zawiera zwykle również inne

składniki. Do pożądanych - składniki stopowe - zalicza się

głównie metale (chrom, nikiel, mangan, wolfram, miedź,

molibden, tytan). Pierwiastki takie jak tlen, azot, siarka oraz

wtrącenia niemetaliczne, głównie tlenków siarki, fosforu,

zwane są zanieczyszczeniami.

• Stal otrzymuje się z surówki przeróbczej poprzez usuwanie

zanieczyszczeń i nadmiaru takich pierwiastków jak węgiel,

krzem, mangan w procesie świeżenia.

• Wytapianie

stali

przeprowadza

się

w

piecach

martenowskich - stary proces, konwertorach i piecach

elektrycznych.

• W nowoczesnych instalacjach hutniczych dominują piece

konwertorowe, łukowe, próżniowe, pozwalające na

uzyskanie najwyższej jakości stali.

Konwertor Bessemera

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

Konwertor Thomasa

[3
]

Proces bessemerowski

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

Proces bessemerowski

• Przechylenie konwertora i zalanie surówki
• Ustawienie konwertora i włączenie dmuchu
• Iskrowy,
• Płomienny,
• Dymny,
• Po zakończeniu wytopu w celu uzyskania

pożądanej zawartości C, Mn, Si oraz odtlenienia
stali dodajemy surówkę zwierciadlistą,
żelazomangan, żelazokrzem, czasem aluminium

• Przechyla się konwertor,zbiera żużel i wylewa stal

Produkty procesu

bessemerowskiego

Stal bessemerowska –zawartość siarki i tlenu
większa
niż w stali martenowskiej, posiada lepszą
zgrzewalność
i skrawalność. Przeznaczona do wyrobu drutu,
gwoździ,
cienkich blach, rur zgrzewanych, stali prętowej
do wyrobu śrub
i na zbrojenia do żelazobetonu.

Żużel bessemerowski – stosowany jako kwaśny
topnik w procesie wielkopiecowym do rud
zawierających zasadową skałę płonną

Proces tomasowski

•Proces zasadowy – wymurowanie pieca
zasadowe

•Wsad:
•Surówka tomasowska o zawartości do 0,8
% Si, 1,8 – 2,2% P (główne paliwo) i do 1,5%
Mn (zwiększa rzadkopłynność żużla,

•Rozżarzone wapno – które reaguje z
fosforem w następujący sposób

•2P + 5FeO + 3CaO = Ca

3

(PO

4

)

2

+ 5Fe +Q

Proces tomasowski

•Proces tomasowski przebiega podobnie jak i bessemerowski,
z tym, że gdy zawartość węgla spadnie poniżej 0,4% zachodzi
dopiero reakcja odfosforowania.

•Po zakończeniu wytopu w celu uzyskania
pożądanej zawartości C, Mn, Si dodajemy
surówkę zwierciadlistą, żelazomangan, oraz do
odtlenienia stali żelazokrzem i aluminium

Produkty procesu

tomasowskiego

• Stal tomasowska zawierająca więcej azotu,

tlenu i wtrąceń żużlowych od stali
martenowskiej i bessemerowskiej, ale jest
tańsza. Używana do wyrobu drutu,rur bez
szwu, taśm itp., stali prętowej.

• Żużel zasadowy – zawierający około 50%

CaO i 20 – 50% P

2

O

5

– po zmieleniu stosowany

jako nawóz sztuczny zwany tomasyną

Proces konwertorowy tlenowy

[3]

Zasadowy proces

tlenowy

 

                                 

.

[10
]

Zasadowy proces tlenowy

• Produkcja stali w zasadowym

procesie tlenowym. Surowcami

są tu surówka żelazna z

wielkiego pieca oraz złom

stalowy. Dodatek złomu

zapobiega przegrzaniu metalu.

Zasadowy proces tlenowy

[10
]

Zasadowy proces tlenowy

[10]

Zasadowy proces tlenowy

[10]

Zalewanie konwertora

[11

Konwertor Tropenasa

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

Proces martenowski

[3
]

Proces martenowski

[10]

Proces martenowski

[3]

Proces martenowski

kwaśny

W
y
ł
o
ż
e
n
i
e

p
i
e
c
a

k
w
a
ś
n
e

Wymurowanie pieca kwaśne.

Wsad musi zawierać niewielkie ilości siarki i fosforu.

Stal wykazuje większą jednorodność chemiczną,
lepsze odtlenienie i mniejszą zawartość wtrąceń
niemetalicznych, a dzięki temu lepszą udarność i
plastyczność od stali zasadowej.

Stal droga, stosowana m. in. w przemyśle
zbrojeniowym, na wały pędne itp..

Proces martenowski

zasadowy

• Wymurowanie pieca do linii nieco powyżej linii

żużla zasadowe.

• Odmiany procesu zasadowego w zależności od

rodzaju wsadu:

• Proces rudny – wsad ponad 75% ciekłej surówki i

mniej niż 25% złomu stalowego – stosowany

rzadko

• Proces złomowo – rudny – wsad- 25 – 50% ciekłej

surówki. Dodawana jest ruda w ilości do 20%

• Proces złomowy – wsad – 30 –45% stałej surówki,

55 – 70% złomu, 5% rudy.

• Proces bezsurówkowy – wsad wyłącznie złom.

Proces martenowski

zasadowy

Przebieg procesu:
• 1. Naprawa pospustowa (ok.. 30 – 40 min).
• 2. Ładowanie wsadu stałego przy użyciu wsadzarek (2-

4 godz.) – najpierw kamień wapienny, następnie rudę i
zgorzelinę i wreszcie złom. Ciekła surówkę wlewa się
po częściowym stopieniu złomu

• 3. Okres topienia i wypalania domieszek. Odsiarczanie ,

odfosforowanie, częściowe odtlenianie stali

• 4. Ściąganie żużla
• 5. Spust stali
• Całkowity czas wytopu 8 – 10 godzin

Proces martenowski

zasadowy

• Proces martenowski zasadowy umożliwia

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

Piece elektryczne

• Piece elektryczne łukowe

zasadowe i kwaśne

• Piece elektryczne indukcyjne –

najczęściej stosowane piece
indukcyjne bezrdzeniowe

Piece elektryczne łukowe

[3]

Piece elektryczne łukowe

[10]

Piece

elektryczne

łukowe

[3]

Piece elektryczne łukowe

• Proces kwaśny – stosowany głównie do

wytopu staliwa. Wykazuje gorsze własności
niż stal zasadowa.

• Wsad musi zawierać małe ilości siarki i

fosforu.

• W procesie kwaśnym łatwiej uzyskać wysokie

przegrzanie stali, co zwiększa rzadkopłynność
i polepsza wypełnianie form odlewniczych

Piece elektryczne łukowe

• Proces zasadowy:

• Istnieje możliwość otrzymywania zarówno stali

węglowych o większych zawartościach węgla, jak i
stali stopowych zawierających nawet mniej niż 50%
żelaza.

• Wsad podobny jak i w piecu martenowskim
• Proces składa się z dwóch okresów:
• - utleniającego, w czasie którego następuje

odfosforzenie kąpieli,

• - redukującego, zwanego także okresem rafinacji

stali

Piece elektryczne łukowe

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

Piece elektryczne

indukcyjne

• Schemat pieca indukcyjnego bezrdzeniowego: 1 – metal, 2 –

ogniotrwała wyprawa, 3 – spirala przez którą przepływa prąd i
chłodząca ją woda, 4 – obudowa azbestowa,5 – tygiel, 6 – oś
obrotu pieca [4]

Rodzaje stali

[4]

Rozlewanie stali

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

Rozlewanie stali

[10]

Rozlewanie stali

CIĄGŁE

ODLEWANIE
STALI w Hucie
im. T.
Sendzimira
S.A

.

http://www.bipro
stal.com.pl/sekto

r2.php

 

     

                    
          

Krzepnięcie wlewka

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

Struktura wlewka ze stali

uspokojonej

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

Rodzaje staliw

• . Staliwo występuje w postaci lanej (czyli odlana w

formy odlewnicze), nie poddana obróbce plastycznej.

• W odmianach użytkowych zawartość węgla nie przekracza

1%, suma typowych domieszek również nie przekracza

1%.

• Własności mechaniczne staliwa są nieco niższe niż

własności stali o takim samym składzie po obróbce

plastycznej. Wynika to z charakterystycznych dla

odlewów: gruboziarnistości i pustek międzykrystalicznych.

• Staliwo ma natomiast znacznie lepsze własności

mechaniczne od żeliwa, w szczególności - jest plastycznie

obrabialne, a odmiany o zawartości węgla poniżej 0,25%

są również dobrze spawalne.

Rodzaje staliw

• Ze względu na skład chemiczny rozróżnia się staliwa:
• węglowe - zawierające tylko składniki zwykłe i zanieczyszczenia z

przerobu hutniczego
- niskowęglowe o zawartości węgla do 0,2 %,
- średniowęglowe o zawartości węgla 0,2 – 0,45%,
- wysokowęglowe o zawartości węgla powyżej 0,45%

• stopowe - zawierające dodatkowo wprowadzone celowo domieszki

stopowe

• Ze względu na własności fizyczne i związane z nimi możliwości

praktycznego zastosowania, wyróżnia się staliwa:

• węglowe

- zwykłej jakości
- wyższej jakości
- najwyższej jakości

Rodzaje staliw

• stopowe

- manganowe
- manganowo-krzemowe
- chromowe
- chromowo-molibdenowe
- chromowo-manganowo-krzemowe
- żaroodporne
- odporne na korozję (nierdzewne i

kwasoodporne)
- konstrukcyjne do pracy w podwyższonych

temperaturach