Помощь студентам в учебе
Разработка технологии марки стали 08Х17Н13М2Т
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 8
1 ОСОБЕННОСТИ ГРУППЫ МАРКИ СТАЛИ 08Х17Н13М2Т 10
2 ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПЛАВКИ МАРКИ СТАЛИ 08Х17Н13М2Т 12
2.1 Назначение и химический состав марки стали 08Х17Н13М2Т 12
2.2 Метод выплавки 12
2.3 Подготовка печи к завалке 12
2.4 Подготовка шихтовых материалов и завалка шихты 13
2.5 Период плавления 14
2.6 Выпуск плавки 15
2.7 Внепечная обработка стали 15
2.7.1 Выплавка в агрегате АКР 16
2.7.2 Ковш-печь 19
2.8 Порядок введения раскислителей и легирующих 19
2.9 Выбор метода разливки 20
2.9.1 Разливка стали на МНЛЗ. Подготовка оборудования к разливке 20
2.9.2 Проверка и подготовка кристаллизатора 20
2.9.3 Проверка состояния затравки 20
2.9.4 Разливка металла 21
3 РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ВЫПЛАВКИ СТАЛИ
08Х17Н13М2Т 24
3.1 Расчет шихты 24
3.2 Период плавления 26
3.3 Раскисление шлака 32
3.4 Окислительный период 34
3.5 Восстановительный период 38
3.6 Десульфурация стали 43
3.7 Доведение стали до заданного химического состава 44
4 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 46
4.1 Межкристаллитная коррозия 46
4.2 Особенности межкристаллитной коррозии 47
4.3 Способы предохранения от МКК 49
4.4 Ножевая и точечная коррозия 50
5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 52
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 59
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 60
ВВЕДЕНИЕ 8
1 ОСОБЕННОСТИ ГРУППЫ МАРКИ СТАЛИ 08Х17Н13М2Т 10
2 ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПЛАВКИ МАРКИ СТАЛИ 08Х17Н13М2Т 12
2.1 Назначение и химический состав марки стали 08Х17Н13М2Т 12
2.2 Метод выплавки 12
2.3 Подготовка печи к завалке 12
2.4 Подготовка шихтовых материалов и завалка шихты 13
2.5 Период плавления 14
2.6 Выпуск плавки 15
2.7 Внепечная обработка стали 15
2.7.1 Выплавка в агрегате АКР 16
2.7.2 Ковш-печь 19
2.8 Порядок введения раскислителей и легирующих 19
2.9 Выбор метода разливки 20
2.9.1 Разливка стали на МНЛЗ. Подготовка оборудования к разливке 20
2.9.2 Проверка и подготовка кристаллизатора 20
2.9.3 Проверка состояния затравки 20
2.9.4 Разливка металла 21
3 РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ВЫПЛАВКИ СТАЛИ
08Х17Н13М2Т 24
3.1 Расчет шихты 24
3.2 Период плавления 26
3.3 Раскисление шлака 32
3.4 Окислительный период 34
3.5 Восстановительный период 38
3.6 Десульфурация стали 43
3.7 Доведение стали до заданного химического состава 44
4 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 46
4.1 Межкристаллитная коррозия 46
4.2 Особенности межкристаллитной коррозии 47
4.3 Способы предохранения от МКК 49
4.4 Ножевая и точечная коррозия 50
5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 52
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 59
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 60
Коррозионностойкими (нержавеющими) называются стали, обладающие высокой устойчивостью против коррозии в атмосферных условиях и некоторых газовых средах, речной и морской воде, растворах солей, щелочей и некоторых кислотах при комнатной и повышенных температурах. [9]
Коррозионная стойкость сталей объясняется образованием на поверхности металла очень тонких пленок сложных окислов, которые плотно прилегают к поверхности металла и препятствуют проникновению агрессивных веществ в глубину металла. Такие пленки называют пассивными, а процесс их образования - пассивацией. Коррозионностойкие стали способны к самопассивации. Нарушение пленки пассивации на них легко восстанавливается.
Высокая коррозионная стойкость нержавеющих сталей определяется их свойством легко пассивироваться даже в обычных атмосферных условиях за счет кислорода воздуха. Это свойство зависит от содержания хрома — основного легирующего элемента нержавеющих сталей. Хром при добавке его в сталь образует твердые растворы с железом и увеличивает ее коррозионную стойкость, начиная с 11,7 % содержания хрома. Изменение потенциала наступает при 12...13% Сг. Чем выше содержание хрома, тем выше коррозионная стойкость сплава в атмосферных условиях и в ряде коррозионных сред. [7]
Другие легирующие элементы, вводимые в сталь, могут улучшать или ухудшать антикоррозионные свойства железохромистого сплава. Коррозионная стойкость нержавеющих сталей также сильно зависит от содержания углерода. Как правило, с увеличением его содержания коррозионная стойкость нержавеющих сталей значительно снижается, так как углерод, связывающий хром в частицы карбидов и т. и., удаляет его из твердого раствора. Поэтому для сохранения требуемой стойкости против коррозии в сталь нужно ввести больше хрома. Так, при 0,15...0,20 % углерода нужно ввести в железо не менее 13... 14 % хрома. Для придания высокой коррозионной стойкости в ряде случаев нержавеющие стали дополнительно легируют молибденом, медью, титаном, ниобием и другими элементами.
Хромистые стали устойчивы только по отношению к кислотам-окислителям, например к азотной кислоте, так как их устойчивость вызвана пассивирующим действием хрома. После термической обработки хромистая сталь хорошо служит в атмосферных условиях и в пресной воде. В морской воде ее стойкость невелика вследствие развития местной коррозии.
Значительно улучшает антикоррозионные свойства нержавеющей стали никель. Железоникелевые аустенитные стали имеют повышенную коррозионную стойкость только в разбавленных растворах серной кислоты и кипящих щелочах.
Хромоникелевые стали имеют весьма высокие антикоррозионные свойства во многих агрессивных средах. После закалки на аустенит эти стали однородны по структуре, что обеспечивает стойкость также против электрохимической коррозии. Однако в условиях повышенных температур, которые возникают при изготовлении детали или изделия, в этих сталях происходит распад аустенита свыделением по границам зерен богатых хромом карбидов и обеднением границ зерен хромом.
С повышением температуры (от 500 до 800°С), содержания углерода и увеличением длительности выдержки при нагреве распад аустенита увеличивается, что резко ухудшает стойкость стали против межкристаллитной коррозии. С увеличением времени выдержки опасная температурная зона смещается в область более низких температур. В связи с этим хромоникелевые стали обязательно используют в изделиях, работающих при невысоких температурах, не допускают их нагрева до опасного температурного интервала или делают повторную закалку на аустенит, снижают содержание углерода в стали и в присадочных материалах при сварке.
Стали этого типа также весьма чувствительны к сере, которая при повышенном содержании образует сульфид никеля, который располагается по границам зерен и резко снижает стойкость к межкристаллитной коррозии. Поэтому в сталях этого класса содержится менее 0,020 % серы.
Марганец, который вводится в нержавеющие стали взамен никеля (полностью или частично) для обеспечения аустенитной структуры, придает стали несколько меньшую стойкость против коррозии, чем никель. Нержавеющие стали, легированные азотом, имеют удовлетворительную стойкость в коррозионных средах. Особые требования предъявляются к сталям, работающим длительное время при высоких температурах. Они в первую очередь должны иметь повышенную жаростойкость (окалиностойкость) и жаропрочность.
Высокая стойкость против газовой коррозии при высоких температурах (жаростойкость) достигается легированием стали такими элементами, как хром, алюминий и кремний.
Эти элементы имеют химическое сродство к кислороду выше, чем железо, поэтому они будут диффундировать из внутренних слоев металла к поверхности навстречу кислороду и концентрация их в пленке окислов будет увеличиваться.
Наилучшие результаты по жаростойкости получены при легировании стали 12...30 % хрома, 5...7 % алюминия и 1...3 % кремния. Если одновременно нужно получить и высокие жаропрочные свойства, то сталь легируют также никелем, молибденом, вольфрамом, титаном, ниобием, ванадием, кобальтом. Помимо температуры, на процесс газовой коррозии влияет состав среды. Главную определяющую роль играет окислительный потенциал среды, содержание кислорода в ней. Водяные пары ускоряют, а окись углерода замедляет процесс окисления.
На сплавы, содержащие никель, разрушающее влияние оказывает сернистый газ SO2. Скорость газового потока до определенного предела ускоряет коррозионный процесс. Весьма вредными являются периодические колебания температуры, приводящие к растрескиванию окисной пленки. [9]
Таким образом, общей особенностью нержавеющих сталей является повышенная стойкость против различных коррозионных сред. Многообразие этих сред и условий службы изделий привело к созданию широкого сортамента нержавеющих сталей.
Коррозионная стойкость сталей объясняется образованием на поверхности металла очень тонких пленок сложных окислов, которые плотно прилегают к поверхности металла и препятствуют проникновению агрессивных веществ в глубину металла. Такие пленки называют пассивными, а процесс их образования - пассивацией. Коррозионностойкие стали способны к самопассивации. Нарушение пленки пассивации на них легко восстанавливается.
Высокая коррозионная стойкость нержавеющих сталей определяется их свойством легко пассивироваться даже в обычных атмосферных условиях за счет кислорода воздуха. Это свойство зависит от содержания хрома — основного легирующего элемента нержавеющих сталей. Хром при добавке его в сталь образует твердые растворы с железом и увеличивает ее коррозионную стойкость, начиная с 11,7 % содержания хрома. Изменение потенциала наступает при 12...13% Сг. Чем выше содержание хрома, тем выше коррозионная стойкость сплава в атмосферных условиях и в ряде коррозионных сред. [7]
Другие легирующие элементы, вводимые в сталь, могут улучшать или ухудшать антикоррозионные свойства железохромистого сплава. Коррозионная стойкость нержавеющих сталей также сильно зависит от содержания углерода. Как правило, с увеличением его содержания коррозионная стойкость нержавеющих сталей значительно снижается, так как углерод, связывающий хром в частицы карбидов и т. и., удаляет его из твердого раствора. Поэтому для сохранения требуемой стойкости против коррозии в сталь нужно ввести больше хрома. Так, при 0,15...0,20 % углерода нужно ввести в железо не менее 13... 14 % хрома. Для придания высокой коррозионной стойкости в ряде случаев нержавеющие стали дополнительно легируют молибденом, медью, титаном, ниобием и другими элементами.
Хромистые стали устойчивы только по отношению к кислотам-окислителям, например к азотной кислоте, так как их устойчивость вызвана пассивирующим действием хрома. После термической обработки хромистая сталь хорошо служит в атмосферных условиях и в пресной воде. В морской воде ее стойкость невелика вследствие развития местной коррозии.
Значительно улучшает антикоррозионные свойства нержавеющей стали никель. Железоникелевые аустенитные стали имеют повышенную коррозионную стойкость только в разбавленных растворах серной кислоты и кипящих щелочах.
Хромоникелевые стали имеют весьма высокие антикоррозионные свойства во многих агрессивных средах. После закалки на аустенит эти стали однородны по структуре, что обеспечивает стойкость также против электрохимической коррозии. Однако в условиях повышенных температур, которые возникают при изготовлении детали или изделия, в этих сталях происходит распад аустенита свыделением по границам зерен богатых хромом карбидов и обеднением границ зерен хромом.
С повышением температуры (от 500 до 800°С), содержания углерода и увеличением длительности выдержки при нагреве распад аустенита увеличивается, что резко ухудшает стойкость стали против межкристаллитной коррозии. С увеличением времени выдержки опасная температурная зона смещается в область более низких температур. В связи с этим хромоникелевые стали обязательно используют в изделиях, работающих при невысоких температурах, не допускают их нагрева до опасного температурного интервала или делают повторную закалку на аустенит, снижают содержание углерода в стали и в присадочных материалах при сварке.
Стали этого типа также весьма чувствительны к сере, которая при повышенном содержании образует сульфид никеля, который располагается по границам зерен и резко снижает стойкость к межкристаллитной коррозии. Поэтому в сталях этого класса содержится менее 0,020 % серы.
Марганец, который вводится в нержавеющие стали взамен никеля (полностью или частично) для обеспечения аустенитной структуры, придает стали несколько меньшую стойкость против коррозии, чем никель. Нержавеющие стали, легированные азотом, имеют удовлетворительную стойкость в коррозионных средах. Особые требования предъявляются к сталям, работающим длительное время при высоких температурах. Они в первую очередь должны иметь повышенную жаростойкость (окалиностойкость) и жаропрочность.
Высокая стойкость против газовой коррозии при высоких температурах (жаростойкость) достигается легированием стали такими элементами, как хром, алюминий и кремний.
Эти элементы имеют химическое сродство к кислороду выше, чем железо, поэтому они будут диффундировать из внутренних слоев металла к поверхности навстречу кислороду и концентрация их в пленке окислов будет увеличиваться.
Наилучшие результаты по жаростойкости получены при легировании стали 12...30 % хрома, 5...7 % алюминия и 1...3 % кремния. Если одновременно нужно получить и высокие жаропрочные свойства, то сталь легируют также никелем, молибденом, вольфрамом, титаном, ниобием, ванадием, кобальтом. Помимо температуры, на процесс газовой коррозии влияет состав среды. Главную определяющую роль играет окислительный потенциал среды, содержание кислорода в ней. Водяные пары ускоряют, а окись углерода замедляет процесс окисления.
На сплавы, содержащие никель, разрушающее влияние оказывает сернистый газ SO2. Скорость газового потока до определенного предела ускоряет коррозионный процесс. Весьма вредными являются периодические колебания температуры, приводящие к растрескиванию окисной пленки. [9]
Таким образом, общей особенностью нержавеющих сталей является повышенная стойкость против различных коррозионных сред. Многообразие этих сред и условий службы изделий привело к созданию широкого сортамента нержавеющих сталей.
В ходе дипломного проекта была рассмотрена особенность группы марки стали 08Х17Н13М2Т. Сталь 08Х17Н13М2Т относится к обыкновенным коррозийностойким сталям. Эта сталь является одним из самых распространенных видов стали, применяемых в машиностроении и металлургической промышленности. При сварке такой стали нет ограничений, поэтому нет необходимости производить дополнительные подготовительные и завершающие работы. Из стали этой марки могут быть изготовлены всевозможные стальные конструкции, которые используются в агрессивных средах. Молибден (Мо) делает сталь более защищенной от питтинговой коррозии в хлористой среде, морской воде и парах уксусной кислоты. Технические свойства этой стали при высоких температурах гораздо лучше, чем у аналогичных сталей, не содержащих молибден. Из этого вида стали изготавливают наиболее ответственную аппаратуру в производстве синтетической уксусной кислоты, синтетического каучука и изопрена.
Сталь 08Х17Н13М2Т сохраняет устойчивое пассивное состояние в концентрированных растворах едкого натра (50 %) при температуре до 100 °C. Сталь 08Х17Н13М2Т является одним из основных материалов для изготовления аппаратуры по производству этаноламинов.
В результате работы была разработана оптимальная технология выплавки стали. Выплавка стали 08Х17Н13М2Т производится переплавом легированных отходов с кислородом по схеме: ДСП —> АКР —> Ковш-печь —> МНЛЗ. А так же рассчитан материальный баланс.
Так как марка стали коррозионостойкая, она подвержена межкристаллитной коррозией. Эта коррозия очень опасный вид разрушения, потому что определить ее визуально не всегда представляется возможным. При этом металл теряет свою прочность и пластичность. Поэтому для борьбы с межкристаллитной коррозией в сталь марки 08Х17Н13М2Т добавляют титан. Титан связывает избыточный углерод и препятствуют тем самым образованию карбидов хрома и проявлению межкристаллитной коррозии. Для полного связывания углерода содержание титана в сталях должно превышать содержание углерода в 5-7 раз.
Кроме того, в дипломном проекте рассмотрены вопросы на наличие вредных факторов при производстве данной марки стали в разделе безопасности жизнедеятельности.
Сталь 08Х17Н13М2Т сохраняет устойчивое пассивное состояние в концентрированных растворах едкого натра (50 %) при температуре до 100 °C. Сталь 08Х17Н13М2Т является одним из основных материалов для изготовления аппаратуры по производству этаноламинов.
В результате работы была разработана оптимальная технология выплавки стали. Выплавка стали 08Х17Н13М2Т производится переплавом легированных отходов с кислородом по схеме: ДСП —> АКР —> Ковш-печь —> МНЛЗ. А так же рассчитан материальный баланс.
Так как марка стали коррозионостойкая, она подвержена межкристаллитной коррозией. Эта коррозия очень опасный вид разрушения, потому что определить ее визуально не всегда представляется возможным. При этом металл теряет свою прочность и пластичность. Поэтому для борьбы с межкристаллитной коррозией в сталь марки 08Х17Н13М2Т добавляют титан. Титан связывает избыточный углерод и препятствуют тем самым образованию карбидов хрома и проявлению межкристаллитной коррозии. Для полного связывания углерода содержание титана в сталях должно превышать содержание углерода в 5-7 раз.
Кроме того, в дипломном проекте рассмотрены вопросы на наличие вредных факторов при производстве данной марки стали в разделе безопасности жизнедеятельности.
