Разработка технологии производства сварочной проволоки из стали марки 07Х19Н10Б

MgO

TiO

У

Плавильный шлак

66,907

133,841

47,240

19,546

146,118

11,235

38,019

12,700

475,606

Оксиды из метал. ванны

-

-

17,172

19,377

146,680

-

-

-

183,228

Известь

0,588

39,780

0,081

0,362

0,904

41,714

Перешло в металл

-

-

-

0,120

-

-

-

-

20,120

Всего

67,495

173,621

64,412

18,885

292,797

11,596

38,923

12,700

680,429

Всего, %

9,919

25,516

9,466

2,775

43,031

1,704

5,720

1,866

100,000

Таблица 3.13

Баланс металла окислительного периода

Размеры в килограммах

Элемент	Ме периода плавления	Перешло в металл	Перешло в шлак	Потери с газами	Вносится с отходами Б48	Содержится в металле	Содержится в ме,%
С	33,888		-	31,042	0,150	2,996	0,063
О	-	0,588	-	-	0,000	0,588	0,012
Si	-	-	-	-	1,500	1,500	0,031
Mn	23,754	-	13,302	3,326	4,500	11,626	0,243
P	0,831	-	-	-	0,040	0,871	0,018
S	1,032	-	-	-	0,038	1,069	0,022
Cr	836,331	-	119,177	6,272	45,000	755,881	15,791
Ni	455,957	-	-	-	30,000	485,957	10,152
Ti	0,000	-	-	-	0,500	0,500	0,010
W	2,123	-	-	-	0,100	2,223	0,046
Mo	5,575	-	-	-	0,200	5,775	0,121
V	1,490	-	-	-	0,075	1,565	0,033
Cu	7,440	-	-	-	0,375	7,815	0,163
Al	-	-	-	-	0,075	0,075	0,002
Nb	26,250	-	-	-	3,750	30,000	0,627
Fe	3349,091	15,649	15,071	35,165	163,698	3478,201	72,665
Всего:	4743,762	16,236	147,550	75,805	250,000	4786,642	100,000

Таблица 3.14

Суммарный материальный баланс окислительного периода

Размеры в килограммах

Поступило:	Получено:
металла - 4743,762;	металла - 4786,642;
шлака - 485,605;	шлака - 680,429;
технического кислорода - 101,446, в том	пыли - 86,176, в том числе:
числе:	MnO - 4,293;
кислорода - 100,939;	Cr2O3 - 36,670;
Поступило	Получено
азота - 0,507.	FeO - 45,213.
Воздуха - 82,204, в том числе:	Газов - 141,510, в том числе:
кислорода - 18,704;	СО - 62,182;
азота - 62,618.	СО2 - 16,106;
Охладителей Б 48 - 250,000.	N2 - 63,125;
	Н2 - 0,098
Всего: 5698,423	Всего: 5694,757

Невязка: 5698,423 - 5694,757 = 3,666 (кг) или %.

3.5 Обработка стали в печи-ковше

Таблица 3.15

Количество и состав металла в сталеразливочном ковше после выпуска

Размеры в килограммах

Элемент	Металл окислительного периода	Осталось в ДСП	Содержится в металле	Содержится в металле, %
С	2,996	0,300	2,697	0,063
О	0,588	0,059	0,529	0,012
Si	1,500	0,150	1,350	0,031
Mn	11,626	1,163	10,464	0,243
P	0,871	0,087	0,784	0,018
S	1,069	0,107	0,962	0,022
Cr	755,881	75,588	680,293	15,791
Ni	485,957	48,596	437,361	10,152
Ti	0,500	0,050	0,450	0,010
W	2,223	0,222	2,001	0,046
Mo	5,775	0,578	5,198	0,121
V	1,565	0,157	1,409	0,033
Cu	7,815	0,782	7,034	0,163
Al	0,075	0,008	0,068	0,002
Nb	30,000	3,000	27,000	0,627
Fe	3478,201	347,820	3130,381	72,665
Всего:	4786,642	478,664	4307,978	100,000

Таблица 3.16

Количество и состав шлака в сталеразливочном ковше после выпуска

Размеры в килограммах

Источник поступления	SiO2	CaO	MnO	УFeO	Cr2O3	Al2O3	MgO	TiO	У
Шлак окислительного периода	67,495	173,621	64,412	18,885	292,797	11,596	38,923	12,700	680,429
Осталось в ДСП	6,749	17,362	6,441	1,888	29,280	1,160	3,892	1,270	68,043
Всего	60,745	156,259	57,971	16,996	263,517	10,437	35,031	11,430	612,386
Всего, %	9,919	25,516	9,466	2,775	43,031	1,704	5,720	1,866	100,000

Раскисление шлака и металла. На шлак присаживаем раскислительную смесь из расчета: 7 кг/т ферросилиция и порошок первичного алюминия с расходом 2 кг/т. Условно принимаем, что кремний расходуется на восстановление оксидов хрома и железа, а алюминий -- на восстановление оксидов марганца шлака. Считаем, что при введении дробленного ферросилиция 30 % кремния усваивается металлом, 10 % - угар, 60 % кремния расходуется на восстановление оксидов из шлака.

Расход ФС65 составит 7 х 4307,978 : 1000= 30,156 (кг), количество кремния, вносимое ФС65 30,156 х 0,65 = 19,601 (кг).

Тогда усвоится металлом 19,601 х 0,3 = 5,880 (кг), израсходуется на восстановление - 19,601 х 0,6 = 11,761 (кг) и угар кремния составит 1,960 кг.

Ферросилиций также вносит в металл:

C - 0,001 х 30,156 = 0,030 (кг);

Mn - 0,004 х 30,156 = 0,121 (кг);

P - 0,0005 х 30,156 = 0,015 (кг);

S - 0,0002 х 30,156 = 0,006 (кг);

Cr - 0,004 х 30,156 = 0,121 (кг);

Al - 0,025 х 30,156 = 0,754 (кг);

Fe - 0,3443 х 30,156 = 9,538 (кг).

Весь, вносимый ФС65 алюминий, перейдет в шлак: (кг).

Количество глинозема, уносимое газами, составит

(кг).

Восстановится железа (кг).

Израсходуется кремния (кг).

Образуется и перейдет в шлак оксида кремния (кг).

На восстановление оксидов хрома шлака пойдет кремния 247,957 кг.

Восстановится хрома из шлака (кг).

Образуется кремнезема SiO₂ (кг).

Расход алюминия (кг).

Считаем, что на восстановление марганца идет 50 % алюминия.

Будет восстановлено оксида марганца (кг).

Восстановится и перейдет в металл марганец (кг).

Восстановится и прейдет в металл железа (кг).

В результате раскисления алюминием образуется и перейдет в шлак

(кг).

На основании полученных данных определяем количество и состав шлака после раскисления и составляем баланс металла восстановительного периода.

Для получения шлака с хорошей раскислительной способностью добавляем 15 кг/т извести, то есть 15 х 4307,978 : 1000 = 46,620 (кг) и 10 кг/т плавикового шпата то есть 10 х 4307,978 : 1000 = 43,079 (кг).

Данное количество извести внесет кг: CaO - 56,865; SiO₂ - 0,840; MgO - 1,292; Al₂O₃ - 0,517; Fe₂O₃ - 0,129, в пересчете на FeO 0,125 кг.

Выделяется в атмосферу за счет потерь при прокаливании 4,976 кг.

Данное количество плавикового шпата внесет кг: CaO - 21,540; SiO₂ - 0,775; CaF₂ - 40,495; Al₂O₃ - 0,043; Fe₂O₃ - 0,323, в пересчете на FeO 0,291 кг.

Выделяется в атмосферу за счет потерь при прокаливании 1,723 кг.

Таблица 3.17

Баланс металла в ковше после раскисления шлака

Размеры в килограммах

Элемент	Металл окислительного периода	Внесено раскислителями	Восстановлено из шлака	Содержится в металле
С	2,697	0,030	-	2,757
О	0,529	-	-	0,529
Si	1,350	5,880	-	7,230
Mn	10,464	0,121	15,163	25,747
P	0,784	0,015	-	0,799
S	0,962	0,006	-	0,968
Cr	680,293	0,121	169,655	850,069
Ni	437,361	-	-	437,361
Ti	0,450	-	-	0,450
W	2,001	-	-	2,001
Mo	5,198	-	-	5,198
V	1,409	-	-	1,409
Cu	7,034	-	-	7,034
Al	-	-	-	-

Таблица 3.17

Баланс металла в ковше после раскисления шлака

Размеры в килограммах

Элемент	Металл окислительного периода	Внесено раскислителями	Восстановлено из шлака	Содержится в металле	Содержится в металле, %
Nb	27,000	-	-	27,000	0,596
Fe	3130,381	9,538	24,591	3164,510	69,810
Всего:	4307,978	15,711	209,409	4533,060	100,000

Таблица 3.18

Масса и состав шлака после раскисления

Размеры в килограммах

Источник поступления	SiO2	CaO	MnO	УFeO	Cr2O3	Al2O3	MgO	TiO	CaF2	У
Шлак в ковше	60,745	156,25	57,971	16,996	263,517	10,437	35,031	11,43	-	612,38
Оксиды раскислители	148,056	-	-	-	-	17,699	-	-	-	165,77
Известь	0,840	56,865	-	0,125	-	0,517	1,292	-	-	59,63
Плавиковый шпат	0,775	21,540	-	0,291	-	0,043	-	-	40,49	-
Восстановлено из шлака	-	-	15,163	12,693	247,957	-	-	-	-	275,81
Всего	210,417	234,66	42,808	4,719	15,560	28,695	36,323	11,43	40,49	580,02
Всего, %	33,418	37,687	7,206	0,794	2,619	3,130	6,114	1,924	8,467	100,00

Предварительное легирование. Для расчета количества вводимых легирующих необходимо примерно спрогнозировать массу металла в конце плавки.

Принимаем m_прогн = 4600 кг.

Для более точного расчета массы легирующих используем формулу [6,с.55]:

,

Марганец. Определяем расход ФМн90: (кг)

При этом 20 % кремния переходит в шлак, а 80 % кремния и 100 % прочих элементов усваивается металлом.

Выгорает Si (кг)

Это количество свяжет кислорода (кг)

При этом образуется и перейдет в шлак кг SiO₂

Ферромарганец вносит в металл:

С - (кг); Si - (кг);

Р - (кг); S - (кг);

Mn - (кг); Fe - (кг).

Хром. Определяем расход Х99: (кг)

Выгорает Si (кг)

Это количество свяжет кислорода (кг)

При этом образуется и перейдет в шлак: (кг)

Х99 вносит в металл, кг: С - 0,017; Si - 0,093; Р - 0,012; S - 0,001; Cr -57,378; Fe - 0,423.

Кремний. Определяем расход ФС65: ( кг)

или Si (кг)

При этом 20 % кремния и 100 % алюминия переходит в шлак, а 80 % прочих элементов усваивается металлом.

Выгорает (кг) кремния и (кг) алюминия

Si свяжет кислорода(кг)

Перейдет в шлак SiO₂ (кг), АI2O3 (кг)

ФС65 внесет в металл кг: Si - 5,170; Mn - 0,040; Р - 0,005; S - 0,002; Cr - 0,040; Fe - 3,160.

Ниобий. Определяем расход FeNb:

(кг)

или Si (кг).

Выгорает (кг) кремния и (кг) алюминия

Si свяжет кислорода(кг)

Перейдет в шлак SiO₂ (кг), АI2O3 (кг)

FeNb внесет в металл кг: C - 0,053; Si - 8,542; Nb - 34,701; Р - 0,043;

S - 0,043; Fe - 17,052.

Окончательное раскисление стали. Для окончательного раскисления металла используем алюминий, необходимо понизить количество кислорода до 0,005% (кг), т.е. связать (кг)

Для этого потребуется алюминия: (кг)

Во время раскисления металла, образуется и переходит в шлак Al₂O₃:

(кг).

С учетом остаточного содержания алюминия в металле 0,02 %

(кг)

Общий расход алюминия для раскисления металла принимаем равным:

(кг)

Необходимо использовать алюминия, (кг).

Расход магнезитохромитовой футеровки на ремонт для печи-ковша емкостью 5 т - 15 кг/т. Срок службы футеровки печи-ковша принимаем 45 плавок. Следовательно, расход футеровки на одну плавку составит:

(кг)

Тогда разрушающаяся магнезитохромитовая футеровка внесет в шлак, кг: CaO - 0,422; SiO₂ - 1,372; MgO - 13,933; Cr₂O₃ - 2,111; Al₂O₃ - 0,844; Fe₂O₃ - 2,428 в пересчете на FeO - 2,185.

Десульфурация стали шлаком.

Таблица 3.19

Количество и состав металла во время десульфурации

Размеры в килограммах

Элемент	Металл после раскисления шлака	Легирование и раскисление	Содержится в металле	Содержится в металле, %
С	2,757	0,373	3,130	0,066
О	0,529	- 0,299	0,230	0,005
Si	7,230	14,675	21,905	0,464
Mn	25,747	54,412	80,160	1,696
P	0,799	0,083	0,883	0,018
S	0,968	0,045	1,013	0,021
Cr	850,069	57,418	907,487	19,204
Ni	437,361	6,940	444,301	9,402
Ti	0,450	-	0,450	0,010

Таблица 3.19

Количество и состав металла во время десульфурации

Размеры в килограммах

Элемент	Металл после раскисления шлака	Легирование и раскисление	Содержится в металле	Содержится в металле, %
W	2,001	-	2,001	0,042
Mo	5,198	-	5,198	0,110
V	1,409	-	1,409	0,030
Cu	7,034	-	7,034	0,149
Al	-	0,920	0,920	0,019
Nb	27,000	34,701	61,701	1,306
Fe	3164,510	23,060	3187,569	67,456
Всего:	4533,060	192,329	4725,389	100,000

Таблица 3.20

Количество и состав шлака в ковше после раскисления шлака

Размеры в килограммах

Источник поступления	SiO2	CaO	MnO	УFeO	Cr2O3	Al2O3	MgO	TiO	CaF2	У
Шлак после раскисления	210,417	234,664	42,808	4,719	15,560	28,695	36,323	11,430	40,495	580,026
Продукты раскисления	0,516	-	-	-	-	0,635	-	-	-	1,151
Футеровка	1,372	0,422	0,000	2,185	2,111	0,844	13,933	-	-	20,868
Всего	212,305	235,086	42,808	6,904	17,671	30,218	50,256	11,430	40,495	602,045
Всего, %	33,456	36,843	6,948	1,120	2,868	3,104	8,156	1,855	8,286	100,000

Кратность шлака составит [6, с.41]:

%.

Коэффициент распределения серы равен [6, с.41]:

Количество удалившейся серы:

(кг).

Таблица 3.21

Химический состав металла после десульфурации

Размеры в килограммах

Элемент	Металл после раскисления шлака	Легирование и раскисление	Содержится в металле	Содержится в металле, %
С	3,130	-	3,130	0,066
О	0,230	-	0,230	0,005
Si	21,905	-	21,905	0,464
Mn	80,160	-	80,160	1,697
P	0,883	-	0,883	0,019
S	1,013	- 0,512	0,501	0,011
Cr	907,487	-	907,487	19,209
Ni	444,301	-	444,301	9,404
Ti	0,450	-	0,450	0,010
W	2,001	-	2,001	0,042
Mo	5,198	-	5,198	0,110
V	1,409	-	1,409	0,030
Cu	7,034	-	7,034	0,149
Al	0,920	-	0,920	0,019
Nb	61,701	-	61,701	1,306
Fe	3187,569	-	3187,569	67,470
Всего:	4725,389	- 0,512	4724,395	100,000

Таблица 3.22

Суммарный материальный баланс восстановительного периода

Размеры в килограммах

Израсходовано:	Получено
Металла - 4786,642	Металла - 5210,759
Шлака - 680,429	Шлака - 602,045
Футеровки ковша - 21,111	Газов - 5,019
Шлакообразующих - 99,536	Всего: 5817,823
Легирующих и раскислителей:
алюминия - 9,873;
FeNb - 53,387;
ФМн90 - 60,414;
Х99 - 57,958
ФС65 - 40,099.
Кислород на окисление Si и Al - 9,684
Всего: 5819,132

Невязка: 5819,132 - 5817,823 = 1,309 (кг) или %.

Таблица 3.23

Суммарный материальный баланс плавки

Размеры в килограммах

Израсходовано:	Получено:
Шихты - 5050,000	Металла - 4752,095
Охладители - 250,000	Шлака - 602,045
Легирующих и раскислителей - 221,730	Пыли - 214,260
Извести - 216,120	Газов - 204,247
Футеровка печи - 40,888	Восстановлено - 198,260
Футеровка ковша - 21,111	Всего: 5955,629
Кислорода - 159,958
Всего: 5959,807

Невязка: 5959,807 - 5955,629 = 4,178 (кг) или %.

Полученная невязка находится в допустимых пределах.

4. Специальная часть на тему. Влияние ниобия на свойства стали

Ниобий - ковкий серо-стального цвета металл, расположен в пятой группе таблицы Менделеева под порядковым номером 41, атомная масса 92,91.

Ниобий обладает значительной тягучестью, хорошо сваривается с другими металлами и куски его хорошо свариваются между собой. Чистый ниобий обладает высоким сопротивлением коррозии и разъедается лишь плавиковой кислотой и щелочами. При нагревании на воздухе или в кислороде ниобий превращается в пятиокись. От большинства металлов ниобий отличается тем, что не образует соединений с серой. Ниобий - сильно карбидообразующий элемент. Его сродство к углероду выше, чем у хрома, марганца и ванадия, он близок титану и танталу. Карбид ниобия менее растворим в аустените, чем карбиды хрома, марганца, ванадия и титана, но он растворяется более легко, чем карбид тантала. Скорость растворения в аустените низкая, и остающиеся нерастворенными частицы обуславливают присущую ниобиевым сталям мелкозернистость.

Ниобий технической чистоты применяют в ракетостроении, авиационной и космической технике, атомной энергетике, химическом машиностроении.

Феррониобий используют главным образом в черной металлургии для улучшения свойств стали широкого сортамента.

Важное значение имеют низколегированные стали, содержащие ниобий и молибден, для изготовления труб большого диаметра для газо- и нефтепроводов и в качестве конструкционного материала в автомобилестроении.

Низкоуглеродистые стали с 2..30 % Сг, содержащие ниобий являются важными техническими материалами. Среди них хорошо известны стали с 4..6 % и 8..10 % Сг модифицированные малыми количествами молибдена, эти стали применяют там, где требуется высокая прочность при высоких температурах и лучшая стойкость против окисления и коррозии, например для труб в нефтеперерабатывающей промышленности, для теплообменников, колосниковых балок, коллекторов и конструкционных отливок. Стали, содержащие 10..14 % Сг, часто применяют на силовых станциях и в химической промышленности, эти стали сохраняют достаточную закаливаемость при содержании углерода ниже 0,15 %. Из этих сталей обычно изготавливают лопатки паровых и гидравлических турбин, так как они обладают высокой демпфирующей способностью и стойкостью против коррозии. При менее 0,12 % С стали с 16..20 % Сг в основном ферритные и редко закаливаются с образованием мартенсита. Эти стали стойки против воздействия азотной кислоты, их используют для резервуаров, теплообменников, в химической промышленности. Ферритные хромистые стали, содержащие свыше 20 % Сг, обладают высокой жаростойкостью. Эти стали характеризуются сравнительно большой чувствительностью к надрезу при комнатной температуре, но хорошей вязкостью при высоких температурах. Ниобием легируют также жаропрочные, инструментальные и магнитные стали.

Аустенитные хромоникелевые стали, содеожащие ниобий наряду с высокими показателями предела прочности, пластичности и ударной вязкости как при обычных, так и при повышенных температурных режимах обладают значительной коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, что предопределило их широкое распространение в различных отраслях промышленности, в том числе при изготовлении агрегатов для нефтехимических и энергетических предприятий, при производстве ответственных деталей в авиационном, железнодорожном и автомобильном транспорте, в химическом машиностроении, при производстве медицинской аппаратуры, предметов народного потребления.

Диаграмма состояния сплавов Fe-Nb-C. Эггерс и Петтер изучали железный угол системы Fе-NЬ-С. Исследование влияния ниобия на железоуглеродистые сплавы производилось при температурах ниже 1050°C для содержаний ниобия в 0,2, 0,5, 1,0, 1,5, и 2,0 % и содержания углерода в пределах 0,01..2,4 %.

На рисунке 4.1 даны разрезы диаграммы состояния Fе-Nb-С.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4.1 Разрезы диаграммы состояния тройной системы Fе-Nb-С: 1 - при содержании ниобия 0,2 %; 2 - при содержании ниобия 0,5 %; 3 - при содержании ниобия 1,0 %; 4 - при содержании ниобия 1,5 %

С увеличением в сплаве содержания ниобия наблюдается уменьшение г-области и расширение области г+Nb₄С₃. При 0,2 % Nb г-область распространяется до 0,54 % С, при 0,5 % Nb - только до 0,2 % С, при 1,0 % Nb она становится очень узкой, а при 2 % Nb на бинарном разрезе диаграммы гомогенная г-область исчезает.

На проекции пространственной диаграммы рисунок 4,2 перемещение эвтектической точки представлено кривой г₁ г₂.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4. 2 Проекция некоторых областей состояния на основании объемной диаграммы тройной системы Fе-Nb-С

Поэтому при содержании в малоуглеродистой стали свыше 0,5 % Nb получить однородный мартенсит после закалки не представляется возможным. При нагреве под закалку фигуративные точки сталей, в зависимости от их состава, попадают в одну из трех гетерогенных областей диаграммы: г-фазы и карбида ниобия Nb₄С₃, г-фазы и ниобида железа Fе₃Nb₂ или даже в узкую область г + Nb₄С₃ + Fе₃Nb₂, ограниченную двумя параллельными линиями.

Эти данные, взятые из диаграммы Эггерса и Петтера, совпадают с данными Фогеля и Эрганга. С увеличением содержания в стали ниобия б-область расширяется (рисунок 4.1). Точка, характеризующая максимальное ее расширение при 700°С, определяет начало появления в стали перлита.

При 0,2 % Nb перлит в стали образуется при 0,07 % С; при 0,5 % Nb перлит образуется примерно при 0,1 % С; при 1,0 % Nb начало появления перлита сдвигается к 0,20 % С, а при 1,5 % Nb - к 0,25 % С (рисунок 4.1). При соответственно меньшем содержании углерода, перлит в стали не образуется, и структура состоит из твердого раствора и химических соединений Nb₄C₃ и Fе₃Nb₂ - в зависимости от того, в какой области находится состав взятого сплава [9,с.117-127].

4.1 Влияние ниобия на критические точки стали

Диаграмма тройной системы Fe-Nb-C, а также исследования о совместном влиянии ниобия и тантала на процессы превращения в углеродистой и хромоникелевой стали показывают, что влияние ниобия на положение критических точек зависит от состава стали. На рисунке 4.3 приводятся данные, характеризующие влияние ниобия на положение критических точек стали в зависимости от содержания в ней углерода.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4.3 Влияние ниобия на критические точки стали с различным содержанием углерода

В никелевой стали с 0,28--0,30 % С и около 4 % Ni влияние ниобия проявляется в значительно в меньшей степени.

Изменение положения критических точек при введении ниобия в хромистую и хромоникелевую сталь показано в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Влияние ниобия на положение критических точек стали

Состав, %	Повышение критических точек под влиянием добавки ниобия,оС
C	Cr	Ni	Nb	Ас1	Ас3	Аr3	Ar1
0,16 - 0,18	0,66	нет	0,45	5	50	25	15
0,16 - 0,18	0,80	0,8	0,48	27	95	40	65
0,16 - 0,18	0,16	1,8	0,48	10	40	32	35
0,16 - 0,18	0,00	2,8	0,43	20	25	50	10

Степень влияния ниобия на положение критических точек цементируемой стали зависит от содержания в ней хрома и никеля, особенно никеля.

Ниобий значительно повышает критические точки низколегированной стали, но положение точек высоколегированной стали изменяется мало. Следует обратить внимание на то, что, когда в результате нагревания сталь, содержащая ниобий, достигает точки Ас₃, в ней заканчивается превращение перлитной и ферритной составляющих в г-фазу, но сохраняются карбиды ниобия, диссоциация и переход их в твердый раствор совершаются при значительно более высоких температурах.

4.2 Влияние ниобия на величину зерна и прокаливаемость стали

Добавка ниобия к углеродистой стали 0,66 % С, а также и к легированной конструкционной измельчает зерно и уменьшает прокаливаемость. Прокаливаемость углеродистой стали с 1 % С при введении в нее незначительного количества ниобия заметно уменьшается. Явление это становится более заметным при закалке с несколько повышенной температурой 860 ⁰С, когда прокаливаемость углеродистой стали, вообще повышается. Однако, при дальнейшем повышении температуры нагрева прокаливаемость ниобиевой стали повышается, вследствие начинающегося превращения карбидов с образованием твердого раствора. При этом уничтожается полезное влияние труднорастворимых карбидов, задерживающих рост зерна, в результате чего ниобиевая сталь становится склонной к перегреву.

Для полного измельчения зерна в низкоуглеродистой стали достаточно 0,15 % Nb и в среднеуглеродистой стали - 0,2 % Nb. Наличие хрома и молибдена понижает требуемое количество ниобия, а повышение содержания углерода увеличивает количество ниобия, требуемое для эффективного измельчения зерна. Тот факт, что температуры укрупнения зерна ниобиевых сталей высокие, создает преимущество во время термической обработки, так как область температур закалки, в которой может быть сохранено мелкое зерно, этим расширяется. Мелкозернистость ниобиевых сталей имеет преимущество, так как обеспечивает хорошую пластичность и вязкость при высокой прочности.

4.3 Влияние ниобия на структуру и механические свойства углеродистых и низколегированных сталей

Ниобий сплавляется с железом во всех соотношениях, образует интерметаллическое соединение, обладающее ограниченной растворимостью в г - и б-железе, и связывая углерод, образует карбид ниобия. Способность ниобия улучшать свойства стали связана с его влиянием на микроструктуру сплавов Fe-C.

В очень низкоуглеродистой стали ниобий увеличивает твердость и прочность, входя в твердый раствор в феррите изменяя микроструктуру железа, так как образуется интерметаллическое соединение с ограниченной растворимостью в твердом состоянии.

Если имеется количество ниобия, достаточное для влияния на растворимость углерода в стали, то ее свойства при растяжении улучшаются. Ударная вязкость деформированной стали при введении ниобия возрастает, наибольшее возрастание наблюдается в высокоуглеродистых сталях. Улучшение ударной вязкости деформированной стали ограниченное. В литой стали присутствие ниобия вызывает образование сетки межкристаллитного карбида ниобия, которая снижает ударную вязкость. Важна непрерывность сетки, сетка разрушается горячей обработкой.

Влияние ниобия на отпускную хрупкость. Некоторые закаленные стали при медленном охлаждении от температур отпуска выше 600^оС (или при отпуске между 450..600^оС) становятся восприимчивыми к отпускной хрупкости, при этом резко снижается вязкость стали. Потеря вязкости увеличивается со снижением температуры, ниобий уменьшает отпускную хрупкость, если температура нагрева под закалку не настолько высока, чтобы растворить карбид ниобия, и тогда ниобий уменьшает перенасыщение аустенита углеродом. Однако ниобиевые стали обнаруживают отпускную хрупкость, когда карбид ниобия растворяется в аустените.

Свойства при высокой температуре. Ниобий увеличивает прочность низко- и высокоуглеродистых сталей при высоких температурах. Благоприятное влияние ниобия приписывают выделению ниобита железа и карбида ниобия из твердого раствора после термической обработки. Вефер и Петер исследовали свойства углеродистой стали, содержащей ниобий, при высоких температурах. Влияние углерода на временное сопротивление ползучести по DVM показано на рисунке 4.4, который суммирует результаты испытаний при 500^оС термически обработанных сталей.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4.4 Влияние углерода на кратковременное сопротивление ползучести при 500 ^оС сплава с 2 % Nb после термической обработки

С увеличением содержания углерода выше 0,2 % сопротивление ползучести быстро падает, это падение особенно значительно, когда возможно образование карбида железа и когда содержание ниобия менее чем в 8 раз превышает содержание углерода. Стали с небольшим содержанием ниобия обнаруживают такую же тенденцию с увеличением содержания углерода.

Свойства при низких температурах. По мере снижения температуры увеличивается предел прочности стали, но теряется ударная вязкость и иногда пластичность. Малые добавки ниобия снижают температуру, при которой происходит эта потеря вязкости.

При увеличении в малоуглеродистой стали содержания ниобия до 0,7 % ее ударная вязкость после нормализации повышается, что показано на рисунке 4.5.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4.5 Влияние ниобия на ударную вязкость стали с 0,2 % С: 1 - при температуре плюс 20^оС; 2 - при температуре минус 78^оС; 3 - при температуре минус 100^оС

Это повышение имеет место как при комнатной температуре, так и при минус 78^оС и минус 100^оС.

Сопротивление коррозии. Хотя малые добавки ниобия незначительно изменяют общую коррозионную стойкость стали, ниобиевые стали обладают некоторыми преимуществами по сравнению с обычными. Например, ниобиевые стали очень стойки по отношению к водороду при высоких температурах и давлениях, как показано на рисунке 4.6.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4.6 Влияние легирующих элементов на водородную стойкость с 0,1 % С при д = 3 кг/м² в течении 100 часов

Для оптимальной стойкости необходимо, чтобы сталь содержала количество ниобия, достаточное для связывания всего углерода, так как улучшение зависит от стойкости карбида ниобия против обезуглераживания.

Ниобий существенно увеличивает стойкость углеродистой стали против окисления, в таблице 4.2 приведено влияние ниобия на стойкость низкоуглеродистой стали против окисления.

Таблица 4.2

Влияние ниобия на стойкость низкоуглеродистой стали против окисления

Размеры в процентах

C	Mn	Si	Nb	Потеря в весе
0,09 0,06 0,07	0,30 0,41 0,41	0,20 0,28 0,41	- 0,94	10,0 4,4 2,8

Свариваемость. Применение дуговой сварки металлическими электродами к закаливаемым легированным сталям приводит к затруднениям из-за растрескивания стали под валиком. Образование трещин усиливается с увеличением закаливаемости стали и уменьшается путем добавления сильно карбидообразующих элементов, которые уменьшают закаливаемость. Добавление карбидообразующего элемента - титана или ниобия благоприятно для уменьшения склонности стали к растрескиванию шва при дуговой сварке. Эффективность ниобия и других элементов обуславливается их сильной карбидообразующей способностью и низкой растворимостью карбидов в аустените при температуре 900^оС.

Так как ниобий сильно измельчает зерно, он повышает предел текучести конструкционной стали приблизительно также, как ванадий, и увеличивает вязкость при комнатной и низких температурах в такой же степени, как алюминий. В количествах, требуемых для измельчения зерна (0.1..0,2 %), ниобий эквивалентен титану и придает большую стойкость против охрупчивания при дуговой сварке, чем ванадий [9,с.130-161].

4.4 Влияние ниобия на структуру и механические свойства низкоуглеродистых сталей с 2..30 % Сr

Хотя для многих целей характеристика закаливаемости сталей с 4..10 % Сr важна, их высокая закаливаемость вызывает затруднения во время обработки, так как требуется больше времени для отжига, и стали склонны к растрескиванию при сварке или газовой резке. Тенденция к закалке на воздухе может быть снижена уменьшением содержания углерода, но чаще это достигается добавками малых количеств ниобия, содержание ниобия должно быть в 7..10 раз выше содержания углерода. Твердость сталей содержащих ниобий, не повышается чрезмерно при охлаждении от 980^оС и значит, эти стали остаются мягкими при охлаждении с температур горячей обработки. Твердость будет несколько увеличиваться при охлаждении от более высоких температур, при которых частично растворяется карбид ниобия, но это не страшно, так как стали можно отжигать, охлаждая их на воздухе от 815^оС. Кроме того, ниобий улучшает стойкость против окисления и сопротивление ползучести и предупреждает появление хрупкости после длительной выдержки при температурах 400..600^оС.

Влияние ниобия на механические свойства деформированных сталей. Фрэнкс пришел к выводу, что в сталях с 3..6 % Cr количество ниобия в 6..10 раз большее, чем углерода, уменьшает воздушную закаливаемость, эти стали можно быстро нагревать при 900^оС или немного более высоких температурах и охлаждать на воздухе без большого увеличения твердости или увеличения вязкости. Механические свойства сталей с 3..6 % Cr приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3

Влияние ниобия на механические свойства сталей с 3..6 % Cr

Состав, %	Состояние металла	уb, кг/мм2	уs, кг/мм2	д, %	ш, %	Ударная вязкость	НВ
С	Cr	Nb
0,10	5,44	-	А Б В	127,2 65,0 -	105,1 52,0 -	5 26 -	12 74 -	22 94 -	375 153 340
0,10	5,62	1,04	A Б В	78,0 43,6 57,6	68,9 22,5 42,9	16 29 27	62 78 70	59 108 105	192 112 143

А - металл после прокатки; Б - металл после нагрева 4 часа при 750^оС и охлаждение на воздухе; В - нагрев 10 минут при 900 ⁰С, охлаждение на воздухе.

В сталях с 2..6 % Cr, содержащих ниобий, при долгой выдержке в области 400..750 ⁰С после термической обработки при 900 ⁰С почти не изменяется. Это указывает на высокую стабильность и отсутствие отпускной хрупкости. Стабилизация углерода в сталях с > 10 % Cr путем добавки ниобия препятствует воздушной закалке приблизительно в той же степени, как в низкохромистых сталях, данные приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4

Влияние ниобия на механические свойства деформированных сталей с 18 % Cr

Состав, %	Состояние металла	уb, кг/мм2	уs, кг/мм2	д, %	ш, %	НВ
С	Cr	Nb
0,07	18,29	-	А Б В	65,0 53,7 68,2	40,1 35,8 41,5	7 30 9	14 55 18	170 143 159
0,07	19,20	1,00	A Б В	50,6 48,9 50,6	36,5 30,3 31,6	22 31 29	41 65 63	149 137 118

Влияние ниобия на сопротивление ползучести. Основной эффект добавления в хромистые стали - устранение воздушной закаливаемости. Однако, кроме этого ниобий еще улучшает сопротивление ползучести.

Сопротивление ползучести сталей с 4..6 % Cr, содержащих ниобий, при 540..705^оС показано на рисунке 4.7.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4.7 Сопротивление ползучести сталей с 4..6 % Cr

При 540^оС стали с 4..6 % Cr, содержащие молибден и ниобий, имеют более высокое сопротивление ползучести, чем стали без этих элементов. Ползучесть ниобиевой стали в отожженном состоянии при 10,5 кг/см³ и 540^оС составляла 0,000028 мм на мм/час, а в горячекатаном и отпущенном состоянии 0,00000028 мм на мм/час, что указывает на большую зависимость сопротивления ползучести от структуры стали. Однако даже в отожженном состоянии сопротивление ползучести больше, чем у сталей без ниобия.

В структуре медленно охлажденной стали при введении ниобия уменьшается количество перлита и одновременно появляются карбиды ниобия. Они устойчивы до высоких температур нагрева и обычно, становясь центрами кристаллизации, ускоряют процесс превращения аустенита при охлаждении. Поэтому сталь с ниобием отличается меньшей закаливаемостью, что обычно связано с понижением прочности и повышением вязкости.

В таблице 4.5 приведены данные, характеризующие влияние ниобия на механические свойства хромистой стали, охлажденной на воздухе после нагрева до 900°С.

Таблица 4.5

Влияние ниобия на механические свойства хромистой стали

Состав, %	Механические свойства
C	Cr	Mo	Nb	уs, кг/мм2	уb кг/мм2	д, %	ш, %	HВ
0,08	5,03	нет	нет	114	138	6	20	351
0,08	6,06	нет	0,58	27	50	36	78	146
0,08	6,81	0,45	нет	100	121	4	16	340
0,08	6,04	0,51	0,56	29	53	31	70	149

Сопротивление коррозии. Когда в стали содержится количество ниобия, достаточное для связывания углерода, коррозионная стойкость в азотной кислоте стали с 12 % Cr после термической обработки при температурах 400..650^оС заметно улучшается. Если количество ниобия более чем в 10 раз превышает содержание углерода, а содержание углерода меньше 0,08 %, то то потери в весе от коррозии в азотной кислоте сталей с 18..25 % Cr после термической обработки при температурах выше 900^оС уменьшаются.

Сварка хромистых сталей, содержащих ниобий. Ниобий улучшает свариваемость хромоникелевых сталей. Такие стали сравнительно свободны от склонности к воздушной закалке и в них при охлаждении с высоких температур образуется лишь ограниченное количество хрупкого мартенсита, поэтому они менее восприимчивы к образованию трещин в зоне сварки. Подогрев обычно не нужен, хотя крупные изделия для уменьшения напряжений в сварном шве желательно подогревать. Вторичный нагрев требуется лишь тогда, когда необходимо снять напряжения и достигнуть максимальной стойкости против коррозии и пластичности. Невосприимчивость к воздушной закалке и растрескиванию очень важна, если условия сварки таковы, что отжиг после сварки невозможен.

Сварка хромоникелевых сталей, содержащих ниобий, не представляет особых затруднений. Удовлетворительная наплавка металла швов может быть выполнена всеми методами сварки, где не предупреждается выгорание углерода и потери ниобия.

Обычно удовлетворительные результаты получаются при сварке сталей электродами, имеющими такой же состав, как основной металл. Главное преимущество такого процесса - то, что коэффициент расширения тот же, что и у основного металла. Кроме того, нет затруднений из-за разницы в температурах термической обработки, что иногда бывает, когда применяются аустенитные электроды. Нет также большой опасности создания электролитических пар между швом и остальным металлом в условиях коррозии из-за разницы в составе основного металла и металла шва. Однако наплавленные швы из ферритного металла будут иметь механические свойства, аналогичные свойствам стали того же состава, и, таким образом, будут восприимчивыми к высокотемпературной хрупкости и будут обладать низкой вязкостью. Поэтому часто применяют электроды из аустенитной хромистой стали. Обычно выбирают электрод из стали 25..20, так как этим устраняется образование мартенситного наплавленного металла и обширных мартенситных зон сплавления. При сварке хромистых сталей, содержащих ниобий рекомендуется вводить ниобий в количестве, в 4..8 раз превышающем содержание углерода в сварочных электродах из хромистой стали. Ферритные хромистые стали, содержащие ниобий, менее восприимчивы к высокотемпературной хрупкости, чем чисто хромистые стали, их можно подвергать дуговой сварке без последующей термической обработки. Улучшение обуславливается тем, что карбид ниобия менее растворим, чем карбид хрома и переходит в раствор при более высоких температурах, препятствуя перенасыщению феррита углеродом. Отпуск при 750..900^оС вызывает выделение карбидов в форме, уменьшающей хрупкость, и улучшает стойкость против коррозии и наплавленный металл швов ферритных нержавеющих сталей должен быть отожжен в этом температурном интервале ля достижения оптимальной вязкости и стойкости против коррозии. [9,с.162-186].

4.5 Влияние ниобия на структуру и механические свойства аустенитных хромоникелевых сталей

Структура деформированной аустенитной хромоникелевой стали с 0,07 % С и 1,51 % Nb после быстрого охлаждения на воздухе с 1095^оС показана на рисунке 4.8.

Рисунок 4.8 Микроструктура стали с 0,06 % С, 18,65 % Cr, 11,94 % Ni и 1,51 % Nb

Структура состоит из мелких аустенитных зерен с маленькими частицами карбида ниобия, распределенными по зернам. Образование карбида ниобия, который сравнительно мало растворим в аустените, уменьшает аустенитообразующие влияние углерода, следовательно, при добавлении ниобия к стали образуются малые количества д-феррита. Поэтому принято увеличивать содержание марганца и никеля в этих сталях для получения структуры свободной от д-феррита.

После горячей прокатки в металле остается очень мало сравнительно крупных частиц. В литой аустенитной хромоникелевой стали карбид ниобия образует эвтектику, которую последующая ковка или прокатка раздробляет на мелкие отдельные частицы. Карбид ниобия начинает растворятся в аустените около 1000^оС, но заметного растворения не происходит, пока сталь не нагреется выше 1100^оС, крупные частицы часто остаются нерастворенными и до 1300^оС. Карбиды, растворенные при высоких температурах, выделяются при последующем охлаждении. Если в области 500..600^оС охлаждение медленное, выделяющиеся частицы состоят из карбида хрома. Таким образом, в стали этого типа могут появится карбиды двух типов: карбида ниобия, который сравнительно устойчив до 1300^оС, и карбида хрома, который иногда может образоваться при более низких температурах. Карбид хрома при высоких температурах неустойчив.

Свойства при высоких температурах. Несмотря на небольшую разницу в кратковременной прочности при высоких температурах сталей 18-8 и 18-8 Nb, сопротивление разрушению и ползучести легированной стали ниобием превосходят эти свойства нелегированной стали. Следует отметить, что в каждом отдельном случае результаты испытаний зависят от химического состава, практики производства, термической обработки и условий службы.

Свойства при низких температурах. Аустенитные нержавеющие стали широко применяют в производственных процессах, проводимых при низких температурах, так как при этих температурах они обладают весьма высокими свойствами. Все стали, в том числе и легированная ниобием, обладают при температурах ниже нуля повышенным пределом прочности при несколько пониженной пластичности. При определении разрывных и ударных свойств легированной ниобием стали при температурах до минус 80^оС установлено, что предел прочности при этих температурах возрастает, а ударная вязкость не снижается. При изучении влияния низких температур на ударную вязкость аустенитных сталей также получены данные для легированной ниобием стали, которые показывают, что при низких температурах прочность стали возрастает и что сталь обладает превосходной ударной вязкостью.

На рисунке 4.9 приведены данные по свойствам отожженной стали при низких температурах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4.9 Влияние температуры на механические свойства аустенитной стали легванной ниобием: 1 - испытание в жидкости; 2 - испытание на воздухе

Сопротивление коррозии. Основной целью введения ниобия в хромоникелевую аустенитную сталь является устранение склонности этой стали к меж-кристаллитной коррозии. Сущность ее заключается в обеднении границ зерен хромом в результате образования карбидов на основе хрома, возникновения при определенных условиях гальванических микроэлементов, электрохимическое взаимодействие которых на поверхности металла и границах зерен вызывает коррозионное разрушение стали с поверхности металла вглубь по границам зерен.

При замедленном охлаждении с температур закалки, а также после отпуска в интервале 500..750°С антикоррозионные свойства аустенитных хромоникелевых сталей резко снижаются. Склонность их к межкристаллитной коррозии существенно зависит от концентрации углерода в металле, в целях предотвращения восприимчивости стали с 18 % и 8 % Сг к межкристаллитной коррозии содержание углерода не должно превышать 0,02 %, а в хромоникелевой стали, содержащей 24 % Ni, межкристаллитная коррозия наблюдается при концентрации углерода, большей чем 0,003 %. Стали, имеющие после термической обработки крупное зерно, обладают более высокой склонностью к межкристаллитной коррозии, чем мелкозернистые.

Причины, вызывающие распространение межкристаллитной коррозии, по мнению большинства исследователей, сводятся к возникновению анодных участков, менее устойчивых в коррозионном отношении, чем основной металл, по границам зерен стали, либо вследствие обеднения границ зерен хромом из-за выделения карбидов хрома, либо за счет выделения коррозионно неустойчивых фаз, или в результате возникновения напряжений при выделении тех или иных фаз. В реальных условиях, как правило, действует несколько факторов, способствующих возникновению склонности металла к межкристаллитной коррозии.

Поскольку в процессе сварки металла в областях, граничащих со сварным швом, неизбежно имеются участки, которые нагреваются до температур, способствующих развитию межкристаллитной коррозии, этот порок особенно сильно влияет на работоспособность сварных соединений из хромоникелевой нержавеющей стали.

Для устранения склонности аустенитных хромоникелевых сталей к межкристаллитной коррозии необходимо создать условия, обеспечивающие связывание углерода и выделение его внутри зерен аустенита в виде карбидов, более прочных, чем карбид хрома. Первоначально для этих целей использовали введение в сталь таких карбидообразующих элементов, как вольфрам или молибден, но впоследствии оказалось, что наибольший эффект может быть достигнут при легировании хромоникелевой аустенитной стали ниобием, танталом или титаном [10,с.131-134]

Преимуществом ниобия по сравнению с титаном является его значительно меньшее сродство к кислороду, что особенно важно при изготовлении сварных конструкций из нержавеющей стали.

Кроме того, карбиды ниобия обладают значительно меньшей растворимостью в аустените при высоких температурах, чем карбиды титана рисунок 4.10.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4.10 Растворимость углерода (% от общего содержания углерода в сплаве) в хромоникелевых сталях после нагрева при разных температурах: 1 - 18-8 Ti; 2 - 18-8 Nb

Чрезвычайно низкая растворимость карбида ниобия в аустеиите и вызываемое этим его обезуглероживание резко снижают аустенитообразующее влияние находящегося в хромоникелевых сталях углерода в присутствии ниобия, поэтому для получения однофазной г-структуры, свободной от феррита, в ниобийсодержащих хромоникелевых сталях в ряде случаев приходится увеличивать концентрации таких аустенитообразующих элементов, как никель или марганец, по сравнению с аналогичными сталями без добавок ниобия.

Свариваемость. Стали, содержащие ниобий, можно сваривать так же, как и все другие нержавеющие стали.

При кислородно-ацетиленовой сварке наиболее удовлетворительно нейтральное пламя. Из-за избытка кислорода шов получается неудовлетворительным, науглероживающего пламени надо избегать, так как оно может вводить в шов углерод и уменьшать стабилизирующий эффект ниобия. Швы, изготовленные науглероживающим пламенем, могут иметь низкую пластичность. Есть указание, что содержание кремния не должно быть ниже 0,5 %, чтобы не снижалась скорость сварки.

При стыковой контактной сварке необходимо тщательно подготавливать стык и выбирать температуру сварки. Если температура выше или ниже оптимальной, пластичность и ударная вязкость будут низкими. Оптимальные условия сварки устанавливаются опытом, однако опубликованные Рустеем результаты показывают, что температура не должна быть ниже 1205^оС. Чрезмерно высоких температур следует избегать, так как они могут вызывать красноломкость и чрезмерный рост зерна.

При дуговой сварке металлическими электродами ниобий не очень легко окисляется. Переход ниобия в металл доходит до 60..90 % и увеличивается при более высоком содержании кремния. Ниобий часто вводят через обмазку в виде порошкового феррониобиевого сплава, однако некоторые изготовители электродов предпочтитают электродную проволоку с каналом, содержащим ниобий.

Типичные анализы электродной проволоки и наплавленного металла из стали 18-8 с ниобием приведены в таблица 4.6.

Таблица 4.6

Типичные анализы электродной проволоки и металла, наплавленного электродами 18-8 Nb

Размеры в процентах

Электродная проволока	C	Mn	Si	P	S	Cr	Ni	Nb
	0,07	1,75	0,40	0,03	0,03	20,5	9,50	1,50
Наплавляемый металл	0,07	1,50	0,50	0,03	0,3	19,0	9,0	0,70

Металл шва после сварки имеет высокую прочность и пластичность.

Вывод: Благодаря применению ниобия стало возможным производить сварку нержавеющей хромистой стали без дополнительного отжига, необходимого для устранения хрупкости в зоне сварки. Аналогичное влияние на закаливаемость хромистой стали оказывает титан, но при сварке он легко окисляется, и шов поэтому недостаточно стоек против коррозии. Кроме того, титан не устраняет отпускной хрупкости хромистой стали. Для повышения крипоустойчивости в хромистую сталь иногда добавляют 0,5 % Мо, характер влияния ниобия при этом не изменяется. Ниобий повышает также антикоррозионные свойства стали при высоких температурах.

Очень важное значение имеет добавка ниобия к хромоникелевой нержавеющей стали типа 18-8. Здесь ниобий действует как стабилизатор, предотвращающий интеркристаллитную коррозию. хромоникелевая нержавеющая сталь 18-8 после сварки теряет свои антикоррозийные свойства в зоне сварного шва, теряет она их и после нагрева до 500..700^оС, связанного с условиями изготовления листов, либо с условиями эксплуатации. Разрушение такой стали, как было установлено, происходит по границам зерен, где располагаются карбиды хрома. Введение в эту сталь ниобия (в количестве, в 10 раз превышающем содержание углерода) устраняет указанное явление, так как ниобий, имеющий большее, чем хром, сродство к углероду, связывает его карбиды, равномерно распределенные в массе металла и не уменьшающие его антикоррозийных свойств. Титан, будучи хорошим стабилизатором нержавеющей стали, не может однако добавляться в металл, подвергающийся сварке, из-за своей легкой окисляемости.

Нержавеющая сталь, не подверженная коррозии в обычном смысле слова, может обладать склонностью к точечной и контактной коррозии. Точечную коррозию вызывают слабые растворы кислот. Контактная коррозия обычно возникает в сварочном шве. Для противодействия этим явлениям рекомендуется добавлять в сталь около 2 % Мо, который в присутствии ниобия оказывает полезное в этом отношении действие. Для устранения контактной коррозии рекомендуется также применять для наплавки металл, более стойкий против коррозии, чем свариваемый. В качестве наплавляемого металла может служить та же свариваемая сталь, но с добавками ниобия около 0,5 % и молибдена около 2 % [9,с.189-204].

5. Расчет себестоимости марки стали 07Х19Н10Б

Данные производственной программы цеха сведем в таблицу 5.1.

Таблица 5.1

Производственная программа

№ п/п	Наименование показателя.	Значение	Печь
1	Номинальная ёмкость печи, т.		5
2	Мощность печного трансформатора, МВА.		16
3	Баланс времени работы:
3.1	Календарное время, сут.	365
3.2	Холодные простои, сут.	4,10 %	14,97
3.3	Номинальное время, сут.		350,04
3.4	Горячие простои, сут.	5,2 %	18,98
3.5	Фактическое время работы, сут.	355	331,06
4	Масса плавки, т.		5,40
5	Время плавки, час.		2,50
6	Годовой объём производства, т.		16818,65
7	Среднесуточная производительность		2,16
8	Выплавка стали в фактические сутки работы, т.		50,80
9	Выплавка стали в календарные сутки, приходящаяся на 1 МВА мощности печного трансформатора, т.		3,18

В дипломном проекте достигается экономия за счет изменения технологии производства: замены дорогостоящего передела металлопродукции стали марки 07Х19Н10Б в молотовом отделении ЭСПЦ - 2 на передел на стане «1150» прокатног цеха № 1.

Таблица 5.2

Себестоимость стали марки 07Х19Н10Б при выплавке в ЭСПЦ - 2

№ п/п	Наименование статьи затрат	Количество, т/т	Цена за единицу, тыс. руб/т	Сумма, т/руб.
1	Задано в производство:
1.1	Шихтовые материалы:
	Б 48	2000,00	38,24	76476,00
	Б 47	900,00	41,88	37693,80
	Б 27	920,00	51,91	47759,96
	Б 26	1390,00	38.05	52890,89
	Итого:	5210,00		214820,65
2.2	Ферросплавы и раскислители:
	ФХ 800	50,00	49,00	2450,00
	Кокс	40,00	5,42	216,80
	ФС 65	40,09	31,50	1262,84
	Х 99	57,96	31,50	1825,74
	ФМн 90	60,41	85,07	5139,02
	АВ 97	9,87	30,50	301,13
	FеNb	53,39	668,06	35665,83
	Итого задано в производство:	5522,00		261682,00
	Возвратные отходы	20,00	259,09	5181,82
	Угар	71,00	1,00	71,00
	Задано за вычетом отходов	5431,00		256429,17
2	Добавочные материалы	216,12	0,50	108,06
3	Расходы по переделу:
	Электроэнергия		1,80	9,74
	Кислород			45,00
	Электроды			0,15
	Текущий ремонт			169,40
	Амортизация			49,14
	Зарплата с отчислениями			4723,41
	Капитальный ремонт			169,40
	Итого расходов по переделу			5166,24
	Общезаводские расходы			1291,56
№ п/п	Наименование статьи затрат	Количество, т/т	Цена за единицу, тыс. руб/т	Сумма, т/руб.
	Итого производственная стои мость:			262995,04
	Непроизводственные расходы			78898,51
	Итого полная себестоимость:			341893,55

Расчет себестоимости стали марки 07Х19Н10Б по переделам производим на одну тонну металлопродукции, следовательно стоимость одной тонны составит: 341893,55 : 5,431 = 62952 руб.

Таблица 5.4

Себестоимость стали марки 07Х19Н10Б при переделе в молотовом отделении ЭСПЦ - 2

№ п/п	Наименование статьи затрат	Количество, т/т	Цена за единицу, тыс. руб/т	Сумма, руб.
1	Задано в производство:	1300	62,952	81837,60
	Концы и обрезь	260	38,05	9893,00
	Угар	20	1,00	20,00
	Отходы от шлифовки слитков	20	12,10	242,00
	Итого отходов:	290		10155,00
	Задано за минусом отходов	1000		71682,60
2	Расходы по переделу:
	Электроэнергия		0,51	663,00
	Газ		1,59	2067,00
	Зарплата с отчислениями		4,72	6136,00
	Амортизация		0,32	416,00
	Капитальный ремонт		0,18	234,00
	Итого расходов по переделу:			9750,00
	Общезаводские расходы			2437,50
	Итого производственная стоимость:			83870,10
	Непроизводственные расходы			25161,03
	Итого полная себестоимость:			109031,13

Таблица 5.4

Себестоимость стали марки 07Х19Н10Б при переделе на стане «1150»

№ п/п	Наименование статьи затрат	Количество, т/т	Цена за единицу, тыс. руб/т	Сумма, руб.
1	Задано в производство:	1290	62,952	81208,08
	Концы и обрезь	260	38,05	9893,00
	Угар	10	1,00	10,00
	Отходы от шлифовки слитков	20	12,10	242,00
	Итого отходов:	290		10145,00
	Задано за минусом отходов	1000		71063,08
2	Расходы по переделу:
	Электроэнергия		0,20	258,00
	Газ		0,23	296,70
	Зарплата с отчислениями		0,39	503,10
	Амортизация		0,016	20,64
	Капитальный ремонт		0,033	42,57
	Итого расходов по переделу:			1121,01
	Общезаводские расходы			280,25
	Итого производственная стоимость:			72464,34
	Непроизводственные расходы			21739,30
	Итого полная себестоимость:			94203,64

Вывод: Себестоимость передела на одну тонну металлопродукции стали марки в молотовом отделении составляет 109031,13 руб, а себестоимость передела на одну тонну металлопродукции на сане «1150» составляет 94203,64 руб.

Следовательно экономия составит: 109031,13- 94203,64 = 14827,49 руб.

6. Охрана труда и техника безопасности

6.1 Защита от шума в черной металлургии

Действие шума на организм человека.

Шум определяется как звук, оцениваемый негативно и наносящий вред здоровью. Длительное воздействие интенсивного шума (выше 80 дБА) на слух человека приводит к его частичной или полной потере. Действие шума на организм человека не ограничивается воздействием на орган слуха, шум оказывает вредное влияние на центральную и вегетативную нервные системы человека, а через них негативно воздействует на внутренние органы. Человек, подвергающийся воздействию интенсивного шума, затрачивает в среднем на 10..20 % больше физических и психических усилий, чтобы сохранить выработку, достигнутую им при уровне звука ниже 70 дБА. Установлено повышение на 10..15 % общей заболеваемости рабочих шумных производств. Шум снижает производительность труда на 30 % и более [11,с.36].

Классификация производственного шума.