ZACZNIJMY OD DEFINICJI STALI:

Stal – stop żelaza z węglem plastycznie obrobiony i obrabialny cieplnie o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,11% co odpowiada granicznej rozpuszczalności węgla w żelazie (dla stali stopowych zawartość węgla może być dużo wyższa). Węgiel w stali najczęściej występuje w postaci perlitu płytkowego.

Stal obok żelaza i węgla zawiera zwykle również inne składniki. Do pożądanych składników stopowych 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.

RODZAJE STALI:

W zależności od przyjętych kryteriów możemy wyróżnić następujące rodzaje stali:

Ze względu na zastosowanie:

1.Konstrukcyjną, narzędziową, specjalną.

Ze względu na skład chemiczny:

2.Węglową i stopową.

Rodzaj stali (kryterium - zastosowanie)

Rodzaj stali (kryterium - rodzaj i udział składników stopowych)

Węglowa

Stopowa

  1  Niskowęglowa

  2  Średniowęglowa

  3  Wysokowęglowa

  1  Niskostopowa

  2  Wysokostopowa

Rodzaj stali (kryterium - struktura wewnętrzna i zawartość węgla)

Podeutektoidalna

Eutektoidalna

Nadeutektoidalna

C < 0,8%

0,8% C

C > 0,8%

Ferryt ↓

Struktura ziarnistego perlitu (ferryt i cementyt)

Twardość ↑

Perlit ↑

Ciągliwość ↓

Ziarna ferrytu oddzielone obszarami perlitu

Ziarna cementytu oddzielone obszarami perlitu

Stale konstrukcyjne niestopowe

Stal zwykłej jakości

Stal wyższej jakości

Stal narzędziowa

St0  - C ≤ 0,22%

1  Do utwardzania powierzchniowego Zastosowanie: cięgna, złącza.

1. Płytkohartujące

St3 - C ≤ 0,23%

St4 - C ≤ 0,24%

St5 - C ≤ 0,35%

  2 Głębokohartujące

St6 - C ≤ 0,45%

2  Do normalizowania i ulepszania cieplnego Zastosowanie: elementy sprężynujące i proste narzędzia, złącza, blachy płaskie

Zastosowanie: narzędzia pomiarowe, gwintowniki, przebijaki, przecinaki.

St7 - C ≤ 0,55%

Zastosowanie:

St0 – St4 konstrukcje spawane,

St5-St7 – proste elementy maszyn i proste narzędzia o podwyższonej wytrzymałości i odporności na ścieranie

Stale konstrukcyjne stopowe

  Zastosowanie: do budowy części maszyn i pojazdów oraz wszelkiego rodzaju konstrukcji.

Stal konstrukcyjna –stal używana do budowy konstrukcji stalowych,części urządzeń i maszyn o typowym przeznaczeniu. Gdy konstrukcja lub element urządzenia pracuje w trudnych lub ekstremalnych warunkach atmosferycznych, wytężeniowych lub cieplnych, stosuje się stale specjalne.

Stal konstrukcyjna dostarczana jest w szerokiej gamie wyrobów hutniczych.

Stale konstrukcyjne dzieli się na:

stal konstrukcyjna ogólnego przeznaczenia stal konstrukcyjna wyższej jakości stal konstrukcyjna niskostopowa stal do nawęglania stal do azotowania stal do ulepszania cieplnego stal sprężynowa stal automatowa stal na łożyska toczne stal transformatorowa

Stal narzędziowa – stal do produkcji narzędzi, elementów przyrządów pomiarowych oraz odpowiedzialnych uchwytów. Stale narzędziowe charakteryzują się wysoką twardością, odpornością na ścieranie, niewielką odkształcalnością i niewrażliwością na przegrzanie. Cechy te osiąga się przez wysoką zawartość węgla i odpowiednią obróbkę cieplną przy narzędziach mało odpowiedzialnych oraz użycie odpowiednich dodatków stopowych połączone z odpowiednią obróbką cieplną w przypadku odpowiedzialnych narzędzi.

Stale narzędziowe dzieli się na:

stale narzędziowe węglowe
  • stale narzędziowe stopowe
    •   stale do pracy na zimno
    •   stale do pracy na gorąco
    •   stale szybkotnące.

Współcześnie stale narzędziowe, szczególnie te wysokiej jakości, wypierane są przez stellit i węgliki spiekane.

Stal specjalna – stalprzeznaczona do specjalnych zastosowań. Stale specjalne zawierają dużą ilość dodatków stopowych, wymagają bardzo skomplikowanej obróbki cieplnej oraz wysokiego reżimu obróbki i montażu. Ze względu na wysoką cenę nie są stosowane powszechnie.

Do stali specjalnych należą:

stal nierdzewna stal kwasoodporna stal żarowytrzymała stal żaroodporna stal magnetyczna stal odporna na zużycie

Stal węglowa(niestopowa) - obejmuje te gatunki stali, w których zawartość określonych pierwiastków jest mniejsza od pewnych wartości granicznych. Graniczne wartości pierwiastków wyrażane w procentach są następujące: bor < 0.0009%, cyrkon, tytani inne (oprócz C, P, S, N) < 0.05%, niob <0.06%, molibden <0.08%, bizmut, selen, tellur i wanad <0.1%, aluminium, chrom, kobalt, nikiel i wolfram <0.3%, ołów i miedź <0.4%, krzem <0.5% oraz mangan <1.65%.

Występowanie odmiennych struktur stali, spowodowane różną zawartością węgla, silnie wpływa na ich własności mechaniczne dlatego też stal węglowa stosowana jest powszechnie przy wytwarzaniu konstrukcji oraz części urządzeń mechanicznych, wszędzie tam, gdzie jej charakterystyki są wystarczające do zastosowań.

Podział stali węglowej

  • stale węglowe zwykłej jakości – stosowane bez dodatkowej obróbki
  • stale węglowe podwyższonej jakości – często poddawane dodatkowej obróbce cieplnej  lub chemicznej.

W zależności od zawartości węgla dzielimy je na:

  • stale niskowęglowe - o zawartości węgla do około 0,3%
  • stale średniowęglowe - o zawartości od 0,3 do 0,6%
  • stale wysokowęglowe - o zawartości powyżej 0,6%

W zależności od zawartości zanieczyszczeń P i S dzielimy je na:

  • stale zwykłej jakości - P + S = 0,10%
  • stale wyższej jakości - P + S = 0,07%
  • stale najwyższej jakości - P + S = 0,03%

W zależności od stopnia odtlenienia stale dzielimy na:

  • stale uspokojone - najczęściej wyższej i najwyższej jakości; odmianą tej stali jest stal uspokojona nie starzejąca się
  • stale półuspokojone
  • stale nieuspokojone

W zależności od zastosowania stale dzielimy na:

  • stale konstrukcyjne
  • stale narzędziowe
  • stale o szczególnych właściwościach fizycznych i chemicznych

Stal stopowa – stal, w której oprócz węgla występują inne dodatki stopowe o zawartości od kilku do nawet kilkudziesięciu procent, zmieniające w znaczny sposób charakterystyki stali. Dodatki stopowe dodaje się by:

  • podnieść hartowność stali
  • uzyskać większą wytrzymałość stali
  • zmienić pewne właściwości fizyczne i chemiczne stali

Stale stopowe, zwykle bardzo drogie, używane są w zastosowaniach specjalnych, tam gdzie jest to uzasadnione ekonomicznie.

Stal wyższej jakości dzieli się na :

1. stale do utwardzania powierzchniowego,2. stale do normalizowania i ulepszania cieplnego .

Ad 1Stosowane są na drobne elementy, utwardzone poprzez nawęglanie są twarde i odporne na ścieranie. Rdzeń wyrobów jest zawsze przegrzany i nie zahartowany . Bywa , że stosuje się je także na elementy o dużej ciągliwość (cięgna , złącza), (ozn. 10,15,20)

Ad 2Do normalizowania i ulepszania cieplnego (stale 25-65 oznaczane co 5). Posiadają małą hartowność, są zawsze stosowane w stanie normalizowanym , czasem utwardzane przez hartowanie powierzchniowe.

Stal konstrukcyjna wyższej jakości

Stal konstrukcyjna wyższej jakości – stal charakteryzująca się wąskimi granicami zawartości węgla i manganu oraz niewielką zawartością zanieczyszczeń, głównie krzemu (poniżej 0,7%) i fosforu. Zwykle dostarczane są jako stale uspokojone i nadają się do obróbki cieplnej.

Stale o podwyższonej jakości produkuje się w trzech kategoriach:

  • A – podlegająca obróbce skrawaniem na całej powierzchni
  • B – podlegająca obróbce skrawaniem na niektórych powierzchniach
  • C – nie podlegająca obróbce skrawaniem.

Według Polskiej Normy PN-XX/H-84019 stale wyższej jakości oznacza się liczbą całkowitą, która koduje średnią zawartość węgla (procent zawartości z mnożnikiem 100). Po tym symbolu może nastąpić litera G – oznaczająca podwyższoną zawartość manganu wpływającego na podwyższenie własności wytrzymałościowych stali.

Przykładowymi stalami wyższej jakości są:

  • 08 – zawierająca od 0,05 do 0,11% węgla
  • 15 - zawierająca od 0,15 do 0,19% węgla i od 0,25 do 0,5% manganu
  • 15G - zawierająca od 0,15 do 0,19% węgla i od 0,7 do 1,0% manganu
  • 60 - zawierająca od 0,57 do 0,65% węgla i od 0,5 do 0,8% manganu
  • 60G - zawierająca od 0,57 do 0,65% węgla i od 0,8 do 1,0% manganu

Rodzaje produkcji

- jednostkowa: produkcja, w której jednorazowo wykonuje się jedną lub kilka części wyrobów. Wyroby te nie powtarzają się, albo powtarzają się w nieokreślonym czasie. Obrabiarki stosowane w tej produkcji są uniwersalne, oprzyrządowanie ogólnego przeznaczenia, na jednej obrabiarce wykonuje się kilka operacji. Obrabiarki ustawiane są grupowo (tokarki, szlifierki). Części wykonywane są poprzez trasowanie. Jest tu duży udział robót ręcznych. Zatrudnia się osoby o wysokich kwalifikacjach.

 - seryjna: wytwarza się wtedy wyroby jednakowe pod względem kształtu i wyroby w określonych odstępach czasu w jednej serii. Produkcja ta dzieli się:- małoseryjną: dla maszyn średniej wielkości – od 5 do 10 sztuk- średnioseryjna: dla maszyn średniej wielkości – od 25 do 100 sztuk- wielkoseryjna: dla maszyn średniej wielkości – powyżej 100 sztuk Obciążenie poszczególnych stanowisk pracy okresowo się powtarza. Park obrabiarek składa się z obrabiarek ogólnego przeznaczenia i specjalnych. Są one ustawiane grupowo lub też nie. Stosuje się narzędzia i przyrządy specjalne. Obróbkę ręczną ogranicza się do minimum. Pracowników wykwalifikowanych ogranicza się do minimum. Jest tutaj bardziej szczegółowe opracowanie dokumentów.

- masowa: produkcja w dużych ilościach, bez przerwy. Konstrukcja przyrządów nie zmienia się, każda operacja wykonywana jest na osobnym stanowisku, jedna operacja na jednej obrabiarce. Szerokie zastosowanie przyrządów specjalnych. Stanowiska pracy ustawiane są w linie obróbkowe i montażowe. Całkowite wyeliminowanie prac ręcznych na rzecz automatyzacji i mechanizacji. Wysoki stopień wykorzystania obrabiarek. Zatrudniani pracownicy o niskich kwalifikacjach. Bardzo szczegółowo opracowane dokumenty. Charakterystyczny dla produkcji masowej jest takt obróbki, czyli czas dzielący wykonanie dwóch kolejnych elementów (wynosi on dla produkcji masowej od 1 do 15 min).

PIECE:

Piec martenowski – dokładnie piec Siemensa-Martina znany również pod nazwą marten. W gwarze śląskiej zwany martin.

Jest to hutniczy wannowy piec płomieniowy z odzyskiwaniem ciepła spalin. Opalany jest gazem czadnicowym otrzymywanym najczęściej przez zagazowanie w czadnicy węgla kamiennego. Odzyskiwanie ciepła (nagrzewanie powietrza i gazu) polega na okresowej zmianie kierunku wlotu do pieca martenowskiego powietrza i gazu oraz uchodzenia spalin, uzyskiwanej przez odpowiednie ustawienie zaworów rozrządczych.

Używany do wytapiania stali z surówki odlewniczej i złomu stalowego. Otrzymywana w piecu martenowskim stal jest lepsza od otrzymywanej w konwertorach, gdyż zawiera mniej fosforu i siarki.

KONSTRUKCJA:

Na rysunku przedstawiono stały piec martenowski o pojemności 185 ton (dwukomorowy), opalany mieszanka gazu koksowego i wielkopiecowego.

Górna część pieca ujęta jest w mocny stalowy szkielet złożony z słupów połączonych ze sobą trzonem pieca i nad sklepieniem za pomocna ściągów. Konstrukcja podtrzymująca trzon pieca składa się z belek podłużnych ułożonych na słupach żelazo-betonowych oraz belek poprzecznych. Na belkach poprzecznych ułożone są blachy stalowe pod boczne skosy trzonu i głowicę układa się podpory.

Każda para komór żużlowych ujęta jest w pancerz blaszany. W celu wzmocnienia pancerza ustawia się słupy stalowe, które powiązane są ze sobą góry i u dołu ramami poziomymi.

Proces martenowski trwa od 5 do 8 godzin (znacznie dłużej od procesu konwertorowego); istnieje więc możliwość śledzenia przebie­gu tego procesu i jego regulowania. W tym celu pobierane są próbki stali i badany jest ich skład chemiczny. Pojemność pieców martenowskich dochodzi do 500 ton. Otrzymywana w piecach martenowskich stal jest lepsza od otrzymywanej w konwertorach, ponieważ zawiera mniej fosforu i siarki. Otrzymywanie stali w piecach martenowskich jest najbardziej powszechną metodą (ponad 90% produ­kowanej w Polsce stali).

ZASADY DZIAŁANIA:

Ze wszystkich pieców metalurgicznych piec martenowski ma najbardziej skomplikowaną budowę. Jako urządzenie cieplne składa się on z kilku oddzielnych części mających określone przeznaczenie i pracujących w różnych warunkach cieplnych. Najważniejszymi z tych części są: część robocza pieca ( z przestrzenia roboczą) i regeneratory.

Przestrzeń robocza pieca ograniczona jest trzonem, przednią ścianą wraz z oknami wsadowymi, tylną ścianą z otworem spustowym, sklepieniem i głowicami. Tutaj odbywa się zasadnicza praca pieca, nagrzanie i roztopienie wsadu.

Regeneratory służą do wykorzystania ciepła odchodzącym spalin do podgrzewania powietrza i gazu. Dzieki temu osiaga się potrzebną do wytapiania stali wysoką temperaturę płomienia w przestrzeni roboczej pieca. Aby wytopić stal trzeba nagrzać ją do temp. Ok. 1600 stopni Celcjusz. W celu uzyskania tak wysokiej temperatury należy uprzednio podgrzać gaz i powietrze gdyż w stanie zimnym nie wytworzą one potrzebnej temperatury. Dlatego  w piecu martenowskim nagrzewa się w regeneratorach gaz i powietrze potrzebne do spalania. Spaliny opuszczające przestrzeń roboczą pieca mają temp ok. 1700 stopni Celcjusza. W regeneratorach spaliny oddaja swoje ciepło kratownicy ułożonej z cegły ogniotrwałej i ochładzają się. Gdy przez regeneratory przepuścimy gaz i powietrze w odwrotnym kierunku, wówczas stykają się one z gorącą kratownicą i nagrzewają się do wysokiej temperatury. Im temperatura powietrza i gazu przechodzących do przestrzeni roboczej pieca jest wyższa tym lepiej pracuje piec. Odebranie ciepła spalinom i zwrócenie go do Miejsca spalania nazywa się odzyskiwaniem ciepła czyli regeneracją.

Głowice pieca, przewody pionowe i komory żużlowe łączące przestrzeń roboczą pieca z regeneratorami są ogniwami wiążącymi i spełniają zadania pomocnicze.

Przewody pomocnicze i głowice doprowadzają gaz i powietrze z regeneratorów do przestrzeni roboczej pieca oraz odprowadzają z niej spaliny. Oprócz tego głowice służą do mieszania gazu z powietrzem i nadawania płomieniowi właściwego kierunku.

Komory żużlowe służą do osadzania pyłu z przechodzących przez nie spalin, zapobiegając w ten sposób kratownic z regeneratorów.

Piece martenowskie buduje się jako stałe lub przechylne. W odróżnieniu od pieców stałych, część robocza pieca przechylnego zawierająca przestrzeń roboczą może być przechylna w strone hali odlewniczej w celu spuszczenia metalu lub w strone hali pieców w celu spuszczania żużla. Najbardziej rozpowszechnione są piece stałe, w których wytapia się przeważającą część stali. Piece przechylne stosuje się zwykle w tych przypadkach gdzie trzeba przerabiać surówkę z większa zawartością fosforu i przy spuszczaniu z pieca dużych ilości żużla lub gdy trzeba wypuszczać z pieca niecałą ilość metalu na raz lecz porcjami.

Piece przechylne daja wiele udogodnień w czasie ich eksploatacji, mają jednak bardziej skomplikowana konstrukcję i wymagają wiekszych nakładów inwestycyjnych w porównaniu z piecami stałymi co ogranicza ich zakres stosowania.

Piec przechylny składa się z 3 oddzielnych części:

Części roboczej, głowic, komór żużlowych oraz  regeneratorowych i różni się od pieca stałego tym, że jego część robocza jest ruchoma i może się przechylać dookoła osi poziomej.

Przestrzeń robocza pieca spoczywa na dwóch staliwnych biegunach.

Wydajność pieców zależy od wielu czynników: ich konstrukcji, jakości paliwa i biegu cieplnego pieca, od rodzaju materiałów wsadowych, gatunku wytapianej stali i innych.

ODMIANY PROCESU MARTENOWSKIEGO:

  W zależności od rodzaju materiałów ogniotrwałych, użytych do wykonania trzonu pieca martenowskiego, rozróżniamy dwie odmiany procesu:  proces zasadowy i kwaśny.

Zarówno zasadowe jak i kwaśne piece martenowskie mają jednakową konstrukcję.

Najczęściej stosowanym procesem wytapiania stali w piecu martenowskim jest proces zasadowy. Proces ten odbywa się na trzonie zasadowym wykonanym z zasadowych materiałów ogniotrwałych, którym głównym składnikiem jest magnezyt lub dolomit. Zasadowy proces martenowski pozwala na usuniecie ze wsadu do dopuszczalnych granic szkodliwych domieszek fosforu i siarki. W związku z tym proces ten można prowadzić przy dowolnym wsadzie.

Znacznie rzadziej stosowanym procesem wytapiania stali w piecu martenowskim jest proces kwasny. Proces ten odbywa się na trzonie kwaśnym wykonanym z kwaśnych materiałów ogniotrwałych, których głównym składnikiem jest krzemionka. Przyczyna małego rozpowszechnienia pieców kwaśnych jest to, że w kwaśnym procesie martenowskim niemożliwe jest usunięcie ze wsadu fosforu i siarki. Aby wiec otrzymać stal wysokiej jakości trzeba stosować materiały wsadowe o małej zawartości tych szkodliwych domieszek.

Do zalet procesu kwasnego należy zaliczyć możliwość dobrego odtlenienia stali oraz dużą czystość pod względem zawartości wtrąceń niemetalicznych. Z tych powodów proces kwasny ma zastosowanie do produkcji stali wysokojakościowych, stopowych,  dobrze odtlenionych.

Gdzie kupić stal?

 W EKO-BUD-zie  (stal budowlana i konstrukcyjna)

Mirpol Spółka z.o.o

Bistar. PW.

PRODUKCJA: 

„Dantech” Firma Produkcyjno-Handlowa

Firma Handlowa „Zajkowska”