Marquage de l'acier selon les systèmes russes, européens et américains. Composition chimique et classification des aciers par destination Composition de marque des aciers et classification par destination

Comprendre une question telle que la classification des aciers au carbone est très important, car cela vous permet d'avoir une compréhension complète des caractéristiques de l'un ou l'autre type de ce matériau populaire. , comme tout autre, n'est pas moins important, et un spécialiste doit être capable de le comprendre afin de choisir le bon alliage en fonction de ses propriétés et de sa composition chimique.

Caractéristiques distinctives et principales catégories

Les aciers au carbone, à base de fer et de carbone, comprennent des alliages contenant un minimum d'impuretés supplémentaires. La teneur quantitative en carbone constitue la base de la classification suivante des aciers :

• à faible teneur en carbone (teneur en carbone inférieure à 0,2 %) ;
• carbone moyen (0,2 à 0,6 %) ;
• haute teneur en carbone (jusqu'à 2%).

Outre des caractéristiques techniques décentes, il convient de noter un coût abordable, ce qui est important pour un matériau largement utilisé pour la production d'une grande variété de produits.

Les avantages les plus significatifs des aciers au carbone de différentes nuances comprennent :

• haute plasticité;
• bonne ouvrabilité (quelle que soit la température de chauffage du métal) ;
• excellente soudabilité ;
• maintenir une résistance élevée même avec un échauffement important (jusqu'à 400°) ;
• bonne tolérance aux charges dynamiques.

Les aciers au carbone présentent également des inconvénients, parmi lesquels il convient de souligner :

• une diminution de la ductilité de l'alliage avec une augmentation de la teneur en carbone dans sa composition ;
• détérioration de la capacité de coupe et diminution de la dureté lorsqu'il est chauffé à des températures supérieures à 200° ;
• forte susceptibilité à la formation et au développement de processus de corrosion, ce qui impose des exigences supplémentaires aux produits fabriqués à partir d'un tel acier, qui doivent être recouverts d'un revêtement protecteur ;
• faibles caractéristiques électriques;
• tendance à la dilatation thermique.

La classification des alliages de carbone par structure mérite une attention particulière. La principale influence sur leurs transformations est exercée par la teneur quantitative en carbone. Ainsi, les aciers classés hypoeutectoïdes ont une structure à base de grains de ferrite et de perlite. La teneur en carbone de ces alliages ne dépasse pas 0,8 %. Avec une augmentation de la quantité de carbone, la quantité de ferrite diminue et le volume de perlite augmente en conséquence. Selon cette classification, les aciers contenant 0,8 % de carbone sont classés comme eutectoïdes ; la base de leur structure est majoritairement perlite. Avec une nouvelle augmentation de la quantité de carbone, de la cémentite secondaire commence à se former. Les aciers présentant cette structure appartiennent au groupe hypereutectoïde.

Une augmentation de la quantité de carbone dans la composition de l'acier à 1% conduit au fait que des propriétés du métal telles que la résistance et la dureté sont considérablement améliorées, tandis que la limite d'élasticité et la ductilité, au contraire, se détériorent. Si la quantité de carbone dans l'acier dépasse 1%, cela peut conduire à la formation d'un réseau grossier de martensite secondaire dans sa structure, ce qui a un effet négatif sur la résistance du matériau. C'est pourquoi dans les aciers classés à haute teneur en carbone, la quantité de carbone ne dépasse généralement pas 1,3 %.

Les propriétés des aciers au carbone sont fortement influencées par les impuretés contenues dans leur composition. Les éléments qui ont un effet positif sur les caractéristiques de l'alliage (améliorant la désoxydation du métal) sont le silicium et le manganèse, tandis que le phosphore et le soufre sont des impuretés qui aggravent ses propriétés. La teneur élevée en phosphore de l'acier au carbone conduit au fait que les produits fabriqués à partir de celui-ci se couvrent de fissures et même se cassent lorsqu'ils sont exposés à de basses températures. Ce phénomène est appelé fragilité à froid. Habituellement, les aciers à haute teneur en phosphore, s'ils sont chauffés, se prêtent bien au soudage et au traitement par forgeage, emboutissage, etc.

Dans les produits fabriqués à partir d'aciers au carbone contenant des quantités importantes de soufre, un phénomène appelé fragilité rouge peut se produire. L'essence de ce phénomène est que le métal, lorsqu'il est exposé à des températures élevées, devient difficile à traiter. La structure des aciers au carbone, qui contiennent une quantité importante de soufre, est constituée de grains avec des formations fusibles aux limites. De telles formations commencent à fondre à mesure que la température augmente, ce qui entraîne une rupture de la liaison entre les grains et, par conséquent, la formation de nombreuses fissures dans la structure métallique. Parallèlement, les paramètres des alliages de soufre et de carbone peuvent être améliorés s'ils sont microalliés avec du zirconium, du titane et du bore.

Technologies de production

Aujourd’hui, trois technologies principales sont utilisées dans l’industrie métallurgique. Leurs principales différences résident dans le type d’équipement utilisé. Ce:

• fours de fusion de type convertisseur ;
• unités à foyer ouvert;
• fours de fusion alimentés à l’électricité.

Dans les usines de conversion, tous les composants de l'alliage d'acier sont fondus : fonte et ferraille. De plus, le métal en fusion dans ces fours est en outre traité à l'aide d'oxygène technique. Dans les cas où les impuretés présentes dans le métal en fusion doivent être transformées en scories, de la chaux brûlée y est ajoutée.

Le processus de production d'acier au carbone selon cette technologie s'accompagne d'une oxydation active du métal et de ses déchets, dont la valeur peut atteindre jusqu'à 9 % du volume total de l'alliage. L'inconvénient de ce procédé technologique est qu'il produit une quantité importante de poussière, ce qui nécessite l'utilisation d'unités spéciales de dépoussiérage. L'utilisation de tels dispositifs supplémentaires affecte le coût du produit obtenu. Cependant, tous les inconvénients qui caractérisent ce processus technologique sont pleinement compensés par sa productivité élevée.

La fusion dans un four à sole ouverte est une autre technologie populaire utilisée pour produire des aciers au carbone de différentes qualités. Toutes les matières premières nécessaires (ferraille d'acier, fonte, etc.) sont chargées dans la partie du four à sole, appelée chambre de fusion, qui est chauffée jusqu'à la température de fusion. Des interactions physiques et chimiques complexes ont lieu dans la chambre, à laquelle participent du métal en fusion, des scories et un environnement gazeux. Le résultat est un alliage présentant les caractéristiques requises, qui est évacué à l'état liquide à travers un trou spécial dans la paroi arrière du four.

L'acier produit par fusion dans des fours électriques, grâce à l'utilisation d'une source de chauffage fondamentalement différente, n'est pas exposé à un environnement oxydant, ce qui le rend plus propre. Diverses qualités d'acier au carbone produites par fusion dans des fours électriques contiennent moins d'hydrogène. Cet élément est la principale raison de l'apparition de paillettes dans la structure des alliages, qui aggravent considérablement leurs caractéristiques.

Quelle que soit la manière dont l'alliage de carbone est fondu et quelle que soit la catégorie de classification à laquelle il appartient, les principales matières premières pour sa production sont la fonte et la ferraille.

Méthodes pour améliorer les caractéristiques de résistance

Si les propriétés des nuances sont améliorées en introduisant des additifs spéciaux dans leur composition, alors la solution à ce problème concernant les alliages de carbone est réalisée en effectuant un traitement thermique. L’une des méthodes avancées de cette dernière est le durcissement superficiel par plasma. Grâce à l'utilisation de cette technologie, une structure constituée de martensite se forme dans la couche superficielle du métal, dont la dureté est de 9,5 GPa (dans certaines zones, elle atteint 11,5 GPa).

Le durcissement par plasma de surface conduit également à la formation d'austénite métastable retenue dans la structure métallique, dont la quantité augmente si le pourcentage de carbone dans la composition de l'acier augmente. Cette formation structurelle, qui peut se transformer en martensite lors du passage dans un produit en acier au carbone, améliore considérablement les caractéristiques du métal telles que la résistance à l'usure.

L’un des moyens efficaces d’améliorer considérablement les caractéristiques de l’acier au carbone est le traitement chimico-thermique. L'essence de cette technologie est qu'un alliage d'acier, chauffé à une certaine température, est soumis à une action chimique qui peut améliorer considérablement ses caractéristiques. Après un tel traitement, qui peut être appliqué à des aciers au carbone de différentes qualités, la dureté et la résistance à l'usure du métal augmentent et sa résistance à la corrosion dans les environnements humides et acides s'améliore.

Autres options de classement

Un autre paramètre selon lequel les alliages de carbone sont classés est le degré de purification des impuretés nocives. Les aciers qui contiennent un minimum de soufre et de phosphore ont de meilleures caractéristiques mécaniques (mais aussi un coût plus élevé). Ce paramètre est devenu la base de la classification des aciers au carbone, selon laquelle on distingue les alliages :

• qualité ordinaire (B);
• qualitatif (B);
• qualité accrue (A).

Les aciers de la première catégorie (leur composition chimique n'est pas précisée par le fabricant) sont sélectionnés uniquement en fonction de leurs caractéristiques mécaniques. Ces aciers se caractérisent par un coût minime. Ils ne sont soumis à aucun traitement thermique ou sous pression. Pour les aciers de haute qualité, le fabricant précise la composition chimique et pour les alliages de haute qualité, les propriétés mécaniques. Ce qui est important, c'est que les produits fabriqués à partir d'alliages des deux premières catégories (B et C) puissent être soumis à un traitement thermique et à une déformation plastique à chaud.

Il existe une classification des alliages de carbone selon leur objectif principal. Ainsi, une distinction est faite entre les aciers de construction, à partir desquels sont produites des pièces destinées à divers usages, et les aciers à outils, utilisés en pleine conformité avec leur nom - pour la fabrication de divers outils. Les alliages d'outils, par rapport aux alliages de construction, se caractérisent par une dureté et une résistance accrues.

Dans le marquage de l'acier au carbone, vous pouvez trouver les désignations « sp », « ps » et « kp », qui indiquent le degré de sa désoxydation. C'est un autre paramètre pour classer de tels alliages.
Les lettres « sp » dans le marquage indiquent des alliages silencieux, pouvant contenir jusqu'à 0,12 % de silicium. Ils se caractérisent par une bonne résistance aux chocs même à basse température et par une grande uniformité de structure et de composition chimique. De tels aciers au carbone présentent également des inconvénients, dont le plus important est que la surface des produits fabriqués à partir de ceux-ci est de qualité inférieure à celle des aciers bouillants et qu'après travaux de soudage, les caractéristiques des pièces fabriquées à partir de ceux-ci se détériorent considérablement.

Les alliages semi-silencieux (désignés par les lettres « ps » dans le marquage), dans lesquels le silicium peut être contenu dans la plage de 0,07 à 0,12 %, se caractérisent par une répartition uniforme des impuretés dans leur composition. Cela garantit la cohérence des caractéristiques des produits fabriqués à partir de ceux-ci.

Dans les aciers au carbone bouillants ne contenant pas plus de 0,07 % de silicium, le processus de désoxydation n'est pas complètement terminé, ce qui provoque l'hétérogénéité de leur structure. En attendant, ils se distinguent par un certain nombre d'avantages, dont les plus significatifs sont :

• faible coût, qui s'explique par la teneur insignifiante en additifs spéciaux ;
• haute plasticité;
• bonne soudabilité et usinabilité par méthodes de déformation plastique.

Comment les alliages d’acier au carbone sont-ils marqués ?

Comprendre les principes de marquage de l'acier au carbone est aussi simple que comprendre les bases de sa classification : elles ne diffèrent pas beaucoup des règles de désignation des alliages d'acier des autres catégories. Pour déchiffrer de telles marques, vous n'avez même pas besoin de consulter des tableaux spéciaux.

La lettre « U » au tout début de la désignation de la marque de l'alliage indique qu'il appartient à la catégorie des outils. Les lettres « A », « B » et « C » inscrites à la toute fin du marquage indiquent à quel groupe de qualité appartient l'acier au carbone. La quantité de carbone contenue dans l'alliage est indiquée au tout début de son marquage. De plus, pour les aciers de haute qualité (groupe « A »), la quantité de cet élément sera indiquée en centièmes de pour cent, et pour les alliages des groupes « B » et « C » - en dixièmes.

Dans le marquage de chaque acier au carbone, vous trouverez la lettre « G » après les chiffres indiquant la teneur quantitative en carbone. Cette lettre indique que le métal contient une quantité accrue d'un élément tel que le manganèse. Les désignations « sp », « ps » et « kp » indiquent à quel degré de désoxydation correspond l'acier au carbone.

Les alliages de carbone, en raison de leurs caractéristiques et de leur faible coût, sont activement utilisés pour la production d'éléments de structures de bâtiment, de pièces de machines, d'outils et de produits métalliques à des fins diverses.

2, note moyenne : 5,00 sur 5)

L'acier est un alliage malléable et forgé de fer et de carbone (en tant qu'impureté permanente). Contient également d’autres éléments d’alliage et d’autres impuretés nocives. La teneur en carbone ne doit pas dépasser 2,14 %. En modifiant la composition chimique de cet alliage en utilisant la concentration en carbone et en ajoutant des éléments d'alliage, il est possible d'obtenir une large gamme de qualités différentes de ce métal qui auront des propriétés différentes. C'est ce qui permet à ce matériau d'être utilisé dans la plupart des industries.

Principes de classification des aciers

La classification et le marquage de l'acier se font selon les paramètres suivants :

Par composition chimique

Selon la composition chimique, ce métal est divisé en deux types : le carbone et l'alliage. À son tour, les carbonés sont divisés en :

• à faible teneur en carbone (teneur en carbone inférieure à 0,2 %) ;
• carbone moyen (teneur en carbone comprise entre 0,2 % et 0,45 %) ;
• à haute teneur en carbone (teneur en carbone supérieure à 0,5 %).

Les aciers alliés sont classés en fonction de la quantité totale d'éléments d'alliage (la teneur en carbone n'est pas résumée ; le manganèse commence à être considéré comme un élément d'alliage lorsque sa teneur dans l'alliage est supérieure à 1 %, le silicium - plus de 0,8 %). On distingue :

• faiblement allié (inférieur à 2,5 %) ;
• moyennement allié (entre 2,5 % et 10 %) ;
• fortement alliés (plus de 10%).

Par structure

Une caractéristique de classification telle que la structure du matériau est considérée comme moins stable, car elle dépend de la vitesse de refroidissement, de l'alliage, de la méthode de traitement thermique et de certains autres facteurs variables. Cependant, la structure du matériau fini permet toujours une évaluation objective de sa qualité. Classification de l'acier par structure aux états de recuit et de normalisation. A l'état de recuit, on distingue :

Après le processus de normalisation, l’acier est divisé dans les classes suivantes :

• perlitique - contiennent une faible quantité d'éléments d'alliage, structure après normalisation : perlite, perlite + ferrite, perlite + carbure hypereutectoïde ;
• martensitique - contiennent une grande quantité d'éléments d'alliage, ainsi qu'un taux de durcissement critique relativement faible ;
• austénitique - caractérisé par une teneur élevée en éléments d'alliage, structure : austénite, austénite + carbure.

Volontairement

Pour des raisons telles qu'un rendez-vous Les aciers sont divisés en aciers de construction, à outils et à usage spécial(ayant des propriétés particulières).

Les éléments structurels sont utilisés pour la fabrication de toutes sortes de pièces dans des appareils, des machines et des éléments de structures de bâtiment. Ils sont répartis en :

• qualité ordinaire;
• amélioré;
• cimenté;
• automatique;
• haute résistance;
• printemps-printemps.

Les outils sont utilisés pour la fabrication d'outils de coupe, de mesure et autres. Ils sont répartis dans les groupes suivants :

• pour la fabrication d'outils de coupe;
• pour la fabrication d'instruments de mesure;
• pour la fabrication d'équipements d'emboutissage et de pressage.

Les alliages ayant des propriétés physiques et/ou mécaniques particulières sont à usage particulier. Il y a:

Par qualité et méthode de production

Dans ce cas, la qualité s'entend comme l'ensemble des propriétés du métal, qui sont déterminées par le processus métallurgique de sa fabrication. La qualité de l'acier est déterminée par la présence d'impuretés nocives. Il s’agit tout d’abord des éléments chimiques soufre et phosphore. Selon leur contenu, ils sont divisés en :

• qualité ordinaire - contenant jusqu'à 0,06 % de soufre et 0,07 % de phosphore ;
• de haute qualité - jusqu'à 0,035 % de soufre et 0,035 % de phosphore ;
• de haute qualité - pas plus de 0,025 % de soufre et 0,025 % de phosphore.
• qualité particulièrement élevée - pas plus de 0,015 % de soufre et 0,025 % de phosphore.

Selon le degré de désoxydation

La désoxydation est le processus d'élimination de l'oxygène d'un alliage liquide. L'acier non désoxydé a une ductilité relativement faible et est plus susceptible de se briser fragilement lors du traitement thermique sous pression. Selon le degré de désoxydation, ils sont divisés en :

• calme;
• semi-calme;
• ébullition.

Processus de désoxydation des aciers fixes dans un four/ou une poche de fusion utilisant du manganèse, de l'aluminium et du silicium. La solidification dans le moule se fait silencieusement, sans dégagement gazeux. Une cavité de retrait est formée dans la partie supérieure des lingots. Ce type a une anisotropie, c'est-à-dire que les propriétés mécaniques sont différentes et dépendent de la direction - les propriétés plastiques dans le sens transversal (dans le sens du laminage) sont nettement inférieures à celles dans le sens longitudinal. De plus, dans la partie supérieure du lingot, la teneur en soufre, phosphore et carbone est augmentée et dans la partie inférieure, elle est réduite. Cela détériore considérablement les propriétés du produit, parfois même jusqu'au rejet.

La désoxydation dans l'eau bouillante se produit uniquement à cause du manganèse. L'excès d'oxygène lors de la solidification réagit partiellement avec le carbone, libérant des bulles de gaz (monoxyde de carbone). C’est là que se crée l’impression d’« ébullition ». Dans ce type, il n'y a pratiquement aucune inclusion non métallique provenant des produits de désoxydation. Il s'agit d'un alliage à faible teneur en carbone, avec une teneur minimale en silicium et une teneur élevée en impuretés gazeuses. Utilisé dans la fabrication de pièces de carrosserie automobile, etc. Il présente une bonne formabilité à froid.

Les aciers semi-silencieux occupent une position intermédiaire entre les aciers calmes et bouillants. La désoxydation s'effectue en deux étapes : d'une part dans le four de fusion et la poche de coulée, et enfin dans le moule. Dans le moule, la désoxydation se produit grâce au carbone contenu dans le métal.

Décoder les aciers en science des matériaux

Appartient à la classe : qualité structurelle du carbone. Composition chimique : carbone - 0,17−0,24 % ; silicium - 0,17−0,37 % ; manganèse - 0,35−0,65 % ; soufre - jusqu'à 0,04%; phosphore - jusqu'à 0,04%. Largement utilisé en chaudronnerie, pour les tuyaux et les canalisations de chauffage à des fins diverses ; en outre, l'industrie produit des tiges et des tôles.

Transcription HVG

Appartient à la classe : instrumental allié. Utilisé pour la fabrication d'outils de mesure et de coupe, de tarauds, de broches.

L'acier est le principal matériau métallique utilisé dans la production de machines, d'outils et d'appareils. Son utilisation généralisée s'explique par la présence dans ce matériau de tout un ensemble de propriétés technologiques, mécaniques et physico-chimiques précieuses. De plus, l’acier a un coût relativement faible et peut être produit en grande quantité. Le processus de production de ce matériau est constamment amélioré, grâce auquel les propriétés et la qualité de l'acier peuvent garantir un fonctionnement sans problème des machines et appareils modernes avec des paramètres de fonctionnement élevés.

Principes généraux de classification des nuances d'acier

Les principales caractéristiques de classification des aciers : composition chimique, destination, qualité, degré de désoxydation, structure.

• Devenir par composition chimique divisé en carbone et alliage. Sur la base de la fraction massique de carbone, les premier et deuxième groupes d'aciers sont divisés en : à faible teneur en carbone (moins de 0,3 % de C), à teneur moyenne en carbone (la concentration en C est comprise entre 0,3 et 07 %), à haute teneur en carbone (la concentration en C est comprise entre 0,3 et 07 %). carbone - avec une concentration de carbone supérieure à 0,7 %.

Les aciers alliés sont ceux qui contiennent, en plus des impuretés permanentes, des additifs introduits pour augmenter les propriétés mécaniques de ce matériau.

Le chrome, le manganèse, le nickel, le silicium, le molybdène, le tungstène, le titane, le vanadium et bien d'autres sont utilisés comme additifs d'alliage, ainsi qu'une combinaison de ces éléments dans divers pourcentages. Par nombre d'additifs Les aciers sont divisés en aciers faiblement alliés (éléments d'alliage inférieurs à 5 %), moyennement alliés (5 à 10 %) et fortement alliés (contiennent plus de 10 % d'additifs).

• Selon son objectif Les aciers peuvent être des matériaux de construction, d’outillage et à usage spécial dotés de propriétés particulières.

La classe la plus étendue est aciers de construction, qui sont destinés à la fabrication de structures de bâtiments, de pièces d'appareils et de machines. À leur tour, les aciers de construction sont divisés en aciers à ressort, améliorés, cimentés et à haute résistance.

Aciers à outils se distinguent selon la destination de l'outil qui en est issu : matrices de mesure, de découpe, de déformation à chaud et à froid.

Aciers spéciaux sont répartis en plusieurs groupes : résistants à la corrosion (ou inoxydables), résistants à la chaleur, résistants à la chaleur, électriques.

• Par qualité Les aciers sont de qualité ordinaire, de haute qualité, de haute qualité et surtout de haute qualité.

La qualité de l'acier s'entend comme une combinaison de propriétés déterminées par le processus de fabrication. Ces caractéristiques comprennent : l'uniformité de la structure, la composition chimique, les propriétés mécaniques, la fabricabilité. La qualité de l'acier dépend de la teneur en gaz du matériau - oxygène, azote, hydrogène, ainsi que d'impuretés nocives - phosphore et soufre.

• Selon le degré de désoxydation et la nature du processus de solidification, les aciers sont calmes, semi-calmes et bouillants.

La désoxydation est l'opération d'élimination de l'oxygène de l'acier liquide, ce qui provoque une rupture fragile du matériau lors de la déformation à chaud. Les aciers doux sont désoxydés avec du silicium, du manganèse et de l'aluminium.

• Par structure Ils séparent les aciers à l'état recuit (d'équilibre) et à l'état normalisé. Les formes structurelles des aciers sont la ferrite, la perlite, la cémentite, l'austénite, la martensite, la lédéburite et autres.

L'influence du carbone et des éléments d'alliage sur les propriétés de l'acier

Les aciers industriels sont des alliages chimiquement complexes de fer et de carbone. En plus de ces éléments de base, ainsi que des composants d'alliage dans les aciers alliés, le matériau contient des impuretés permanentes et aléatoires. Les principales caractéristiques de l'acier dépendent du pourcentage de ces composants.

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Le carbone a une influence décisive sur les propriétés de l'acier. Après recuit, la structure de ce matériau est constituée de ferrite et de cémentite dont la teneur augmente proportionnellement à l'augmentation de la concentration en carbone. La ferrite est une structure ductile et à faible résistance, tandis que la cémentite est dure et cassante. Par conséquent, une augmentation de la teneur en carbone entraîne une augmentation de la dureté et de la résistance et une diminution de la ductilité et de la ténacité. Le carbone modifie les caractéristiques technologiques de l'acier : maniabilité par pression et coupage, soudabilité. Une augmentation de la concentration en carbone entraîne une détérioration de l'usinabilité due au durcissement et à une conductivité thermique réduite. La séparation des copeaux de l'acier à haute résistance augmente la quantité de chaleur générée, ce qui entraîne une diminution de la durée de vie de l'outil. Mais les aciers à faible teneur en carbone et à faible viscosité sont également mal traités, car des copeaux difficiles à éliminer se forment.

Les aciers avec une teneur en carbone de 0,3 à 0,4 % ont la meilleure usinabilité de coupe.

Une augmentation de la concentration en carbone entraîne une diminution de la capacité de l'acier à se déformer à chaud et à froid. Pour les aciers destinés au formage à froid complexe, la quantité de carbone est limitée à 0,1 %.

Les aciers à faible teneur en carbone ont une bonne soudabilité. Pour le soudage des aciers à moyenne et haute teneur en carbone, le chauffage, le refroidissement lent et d'autres opérations technologiques sont utilisés pour éviter l'apparition de fissures à froid et à chaud.

Pour obtenir des propriétés de résistance élevée, la quantité de composants d'alliage doit être rationnelle. Un alliage excessif, excluant l'introduction de nickel, entraîne une diminution de la réserve de ténacité et provoque une rupture fragile.

• Le chrome est un composant d'alliage non déficient et a un effet positif sur les propriétés mécaniques de l'acier à sa teneur allant jusqu'à 2 %.
• Le nickel est l'additif d'alliage le plus précieux et le plus rare, introduit à une concentration de 1 à 5 %. Il réduit le plus efficacement le seuil de fragilité à froid et contribue à augmenter la réserve de température de viscosité.
• Le manganèse, en tant que composant moins cher, est souvent utilisé comme substitut au nickel. Augmente la limite d'élasticité, mais peut rendre l'acier sensible à la surchauffe.
• Le molybdène et le tungstène sont des éléments coûteux et rares utilisés pour augmenter la résistance thermique des aciers rapides.

Principes de marquage de l'acier selon le système russe

Sur le marché moderne des produits métalliques, il n'existe pas de système commun de marquage de l'acier, ce qui complique considérablement les opérations commerciales, entraînant de fréquentes erreurs lors des commandes.

En Russie, un système de désignation alphanumérique a été adopté, dans lequel les noms des éléments contenus dans l'acier sont marqués par des lettres et leurs quantités sont marquées par des chiffres. Les lettres indiquent également la méthode de désoxydation. Le marquage « KP » désigne les aciers bouillants, « PS » – les aciers semi-calmes et « SP » – les aciers calmes.

• Les aciers de qualité ordinaire ont un indice St, après quoi est indiqué un numéro de nuance conditionnel de 0 à 6. Ensuite, le degré de désoxydation est indiqué. Le numéro de groupe est placé devant : A – acier aux caractéristiques mécaniques garanties, B – composition chimique, C – les deux propriétés. En règle générale, l'index du groupe A n'est pas attribué. Exemple de désignation – B article 2 KP.
• Pour désigner les aciers au carbone de construction de haute qualité, un nombre à deux chiffres indiquant la teneur en C en centièmes de pour cent est indiqué devant. A la fin - le degré de désoxydation. Par exemple, l'acier 08KP. Les aciers au carbone à outils de haute qualité portent la lettre U devant, puis une concentration de carbone à deux chiffres en dixièmes de pour cent - par exemple l'acier U8. Les aciers de haute qualité portent la lettre A à la fin de la nuance.
• Dans les nuances d'acier allié, les lettres indiquent les éléments d'alliage : « H » est le nickel, « X » est le chrome, « M » est le molybdène, « T » est le titane, « B » est le tungstène, « Y » est l'aluminium. Dans les aciers alliés de construction, la teneur en C est indiquée en centièmes de pour cent au début. Dans les aciers alliés à outils, le carbone est marqué en dixièmes de pour cent, si la teneur de ce composant dépasse 1,5%, sa concentration n'est pas indiquée.
• Les aciers à outils rapides sont désignés par l'indice P et une indication de la teneur en tungstène en pourcentage, par exemple P18.

Marquage des aciers selon les systèmes américains et européens

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Aux États-Unis, il existe plusieurs systèmes de marquage de l'acier développés par divers organismes de normalisation. Pour les aciers inoxydables, on utilise le plus souvent le système AISI, qui est également valable en Europe. Selon l'AISI, l'acier est désigné par trois chiffres, dans certains cas suivis d'une ou plusieurs lettres. Le premier chiffre indique la classe de l'acier, s'il est 2 ou 3, alors c'est la classe austénitique, si 4 il est ferritique ou martensitique. Les deux chiffres suivants indiquent le numéro de série du matériel dans le groupe. Les lettres signifient :

• L – faible fraction massique de carbone, inférieure à 0,03 % ;
• S – concentration normale de C, inférieure à 0,08 % ;
• N signifie que de l'azote a été ajouté ;
• LN – faible teneur en carbone combinée à un ajout d'azote ;
• F – concentration accrue de phosphore et de soufre ;
• Se – l’acier contient du sélénium, B – du silicium, Cu – du cuivre.

En Europe, on utilise le système EN, qui diffère du système russe en ce qu'il répertorie d'abord tous les éléments d'alliage, puis, dans le même ordre, leur fraction massique est indiquée en chiffres. Le premier chiffre est la concentration de carbone en centièmes de pour cent.

Si les aciers alliés, de construction et à outils, à l'exception des aciers rapides, comprennent plus de 5 % d'au moins un additif d'alliage, la lettre « X » est placée devant la teneur en carbone.

Les pays de l'UE utilisent le marquage EN, en indiquant dans certains cas en parallèle la marque nationale, mais avec la marque « obsolète ».

Analogues internationaux des aciers résistants à la corrosion et à la chaleur

Aciers résistants à la corrosion

Europe (EN)	Allemagne (DIN)	États-Unis (AISI)	Japon (JIS)	CEI (GOST)
1.4000	X6Cr13	410S	SUS410S	08Х13
1.4006	X12CrN13	410	SUS410	12Х13
1.4021	X20Cr13	(420)	SUS420 J1	20Х13
1.4028	X30Cr13	(420)	SUS420 J2	30Х13
1.4031	X39Cr13		SUS420 J2	40Х13
1.4034	X46Cr13	(420)		40Х13
1.4016	X6Cr17	430	SUS430	12Х17
1.4510	X3CrTi17	439	SUS 430 LX	08Х17Т
1.4301	X5CrNI18-10	304	SUS 304	08H18H10
1.4303	X4CrNi18-12	(305)	SUS 305	12Х18Н12
1.4306	X2CrNi19-11	304L	SUS 304L	03H18H11
1.4541	X6CrNiTi18-10	321	SUS321	08Х18Н10Т
1.4571	X6CrNiMoTi17-12-2	316Ti	SUS 316 Ti	10Х17Н13М2Т

Nuances d'acier résistantes à la chaleur

Europe (EN)	Allemagne (DIN)	États-Unis (AISI)	Japon (JIS)	CEI (GOST)
1.4878	X12CrNiTi18-9	321H		12Х18Н10Т
1.4845	X12CrNi25-21	310S		20Х23Н18

Nuances d'acier rapide

nuance d'acier			Analogues dans les normes américaines
Pays de la CEI GOST	Euronormes
R0 M2 SF10-MP
R2 M10 K8-MP
R6 M5 K5-MP
R6 M5 F3-MP
R6 M5 F4-MP
R6 M5 F3 K8-MP
R10 M4 F3 K10-MP
R6 M5 F3 K9-MP
R12 M6 F5-MP
R12 F4 K5-MP
R12 F5 K5-MP

Acier de construction

nuance d'acier			Analogues dans les normes américaines
Pays de la CEI GOST	Euronormes

Gamme de base de nuances d'acier inoxydable

CEI (GOST)	Euronormes (EN)	Allemagne (DIN)	États-Unis (AISI)
03 X17 N13 M2		X2 CrNiMo17-12-2
03 X17 N14 M3		X2 CrNiMo18-4-3
03 X18 N10 T-U
06 HН28 HAR		X3 NiCrCuMoTi27-23
08 X17 N13 M2		X5CrNiMo17-13-3
08 X17 N13 M2T		Х6 CrNiMoTi 17-12-2
		Х6 CrNiTi 18-10
20 Х25 Н20 С2		X56 CrNiSi 25-20
03 X19 N13 M3
02 X18 M2 BT
02 X28 N30 MDB		X1 NiCrMoCu 31-27-4
03 X17 N13 AM3		X2 CrNiMoN 17-13-3
03 X22 N5 AM2		X2 CrNiMoN 22-5-3
03 X24 N13 G2S
08 X16 N13 M2B		X1 CrNiMoNb 17-12-2
08 X18 N14 M2B	1.4583 X10 CrNiMoNb	X10 CrNiMoNb 18-12
		X8 CrNiAlTi 20-20
		X3 CrnImOn 27-5-2
		Х6 CrNiMoNb 17-12-2
		X12CrMnNiN 18-9-5

Acier à roulement

Ressort en acier

nuance d'acier			Analogues dans les normes américaines
Pays de la CEI GOST	Euronormes

Acier résistant à la chaleur

nuance d'acier			Analogues dans les normes américaines
Pays de la CEI GOST	Euronormes

Nombre d'étoiles GD
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Marquage de l'acier selon les systèmes russes, européens et américains, 4,6 sur 5 - total des votes : 63

Acier- un matériau d'ingénierie commun.

L'acier fait référence aux alliages de fer et de carbone contenant de 0,02 à 2,14 % de C. En plus du carbone, l'acier contient des impuretés permanentes Mn, Si, S, P, etc., qui affectent ses propriétés. Les aciers sont classés par composition chimique, qualité et application.

Par composition chimique Une distinction est faite entre les aciers au carbone et alliés. Sur la base de la teneur en carbone, les deux sont divisés en carbone faible (moins de 0,25 % C), moyen (0,30 - 0,70 % C) et élevé (plus de 0,7 % C). En fonction de la teneur totale en éléments d'alliage, on distingue les aciers faiblement (moins de 5 %), moyennement (5,0 -10,0 %) et fortement alliés (plus de 10,0 %).

Par qualité Il existe des aciers de qualité ordinaire, de haute qualité, de haute qualité et surtout de haute qualité. Cette classification détermine les conditions de production métallurgique des aciers et, surtout, leur teneur en impuretés nocives.

Les aciers de qualité ordinaire comprennent les aciers au carbone contenant jusqu'à 0,6% - C, jusqu'à 0,060% - S et jusqu'à 0,070% - P. On en fabrique des produits longs laminés à chaud : poutres, tiges, canaux, cornières, tuyaux, etc. , ainsi que des tôles d'acier laminées à froid.

Conformément à GOST 380-88, trois groupes (A, B et C) d'aciers de qualité ordinaire sont produits.

Le groupe A comprend les aciers fournis selon leurs propriétés mécaniques sans préciser leur composition chimique. Les aciers de ce groupe sont désignés par les lettres St (acier) et les chiffres 0, 1, 2...6.

Plus le nombre est élevé, plus la teneur en carbone et la résistance (σ in, MPa) sont élevées et plus la ductilité (δ, %) est faible. Ces aciers sont utilisés tels quels, sans formage à chaud ni traitement thermique ultérieur. Des exemples d'acier de ce groupe sont les nuances suivantes : St0, St1, St4.

Groupe B - aciers fournis avec une composition chimique garantie. La désignation de la nuance d'acier de ce groupe est précédée de la lettre B, par exemple BSt0, BSt1, etc.

Le groupe B représente les aciers fournis avec une composition chimique et des propriétés mécaniques garanties. Le groupe B est introduit dans la désignation de la nuance d'acier de ce groupe, par exemple VSt1, VSt5. La composition chimique de l'acier est la même que celle de la nuance correspondante du groupe B, et les propriétés mécaniques sont les mêmes que celles du groupe A.

Les aciers des groupes B et C sont utilisés dans les cas où l'acier doit être soumis à une déformation à chaud ou renforcé par un traitement thermique.

Les aciers de qualité ordinaire sont divisés en aciers calmes, semi-silencieux et bouillants.

Les aciers doux sont désoxydés pendant le processus de fusion avec du manganèse, du silicium, de l'aluminium et du titane. Ils contiennent une quantité minimale d'oxygène et divers oxydes. La teneur en silicium est généralement de 0,15 à 0,35 %. Les aciers silencieux sont désignés par les lettres « sp », par exemple St3sp, BSt5sp, VSt4sp, etc.

Les aciers en ébullition sont désoxydés lors du processus de fusion uniquement avec du manganèse, la teneur en silicium ne dépasse pas 0,1% (traces). Avant d'être versés, ils contiennent une quantité accrue d'oxygène, qui interagit avec le carbone pour former des bulles de CO. La libération de bulles du métal donne l’impression qu’il est en ébullition. Certains d’entre eux restent dans le métal, formant sa structure en nid d’abeille. Les aciers bouillants sont en outre désignés par les lettres « kp », par exemple BStZkp, St2kp, VSt4kp.

Les aciers semi-silencieux, en termes de degré de désoxydation, occupent une position intermédiaire entre les aciers calmes et bouillants et contiennent jusqu'à 0,17 % de silicium (pré-désoxydé au manganèse). Les aciers semi-silencieux sont en outre désignés par les lettres « ps », par exemple St1ps, St2ps, VSt5ps, etc. Du fait de sa plus grande homogénéité par rapport à l’acier bouillant, l’acier mi-doux possède des propriétés proches de celles de l’acier doux. L'acier doux est utilisé pour la production de produits laminés et de pièces moulées façonnées ; semi-calme et bouillant - en location.

Acier de haute qualité. En termes de composition chimique, il s'agit d'aciers alliés au carbone dont la teneur en soufre et en phosphore ne doit pas dépasser 0,035 % chacun. Les fluctuations de la teneur en carbone au sein d'une nuance ne doivent pas dépasser 0,08 %.

Aciers de haute qualité. Il s’agit d’aciers au carbone et alliés, fondus principalement dans des fours électriques et acides à sole ouverte. La teneur en soufre et en phosphore ne dépasse pas 0,025 % chacune, et les fluctuations du carbone au sein de la marque ne dépassent pas 0,07 %.

Les aciers de qualité particulièrement élevée sont les aciers alliés fondus dans des fours électriques avec refusion sous laitier électrique et ne contiennent pas plus de 0,015 % de soufre et de phosphore chacun.

Par candidature On distingue les classes d'aciers suivantes : construction, construction de machines à usage général, construction de machines à usage spécial, outil, avec des propriétés chimiques et physiques particulières. Dans ce travail, nous nous limiterons à considérer les aciers de construction, d'ingénierie générale et à outils, le reste étant étudié dans le cours de science des matériaux.

Marquage des aciers de construction et d'ingénierie à usage général. Le marquage des aciers au carbone de qualité ordinaire a été évoqué ci-dessus.

Les aciers au carbone de haute qualité selon GOST 1050-88 sont marqués des chiffres 08, 10, 15, 20... 85, qui indiquent la teneur moyenne en carbone en centièmes de pour cent. Selon le degré de désoxydation, ces aciers peuvent être calmes ou bouillants (08 et 08kp, 10 et 10kp).

Les aciers alliés sont marqués de chiffres et de lettres, par exemple 15X ; 45HF; 18HGT ; 12ХН3А ; 20Х2Н4А ; 14G2 25G2S, etc. Les nombres à deux chiffres au début de la marque indiquent la teneur moyenne en carbone en centièmes de pour cent ; les lettres à droite du numéro indiquent l'élément d'alliage : A - azote, B - niobium, B - tungstène, G - manganèse, D - cuivre, K - cobalt, N - nickel, M - molybdène, P - phosphore, P - bore, C – silicium, T - titane, F - vanadium, X - chrome, C "zirconium, Yu - aluminium, U - terre rare. Les chiffres après la lettre (symbole de l'élément) indiquent la teneur approximative de l'élément d'alliage correspondant en pourcentages entiers, l'absence de chiffre indique qu'il est d'environ 1% ou moins. La lettre A à la fin de la désignation indique que l'acier est de haute qualité (12ХИ3А), au début - l'acier automatique (A15, A30 ), au milieu - azote. Pour les aciers utilisés sous forme coulée, la lettre L est placée à la fin de la marque ( par exemple, 25L, 35GL).

L'acier de construction est utilisé pour les structures soudées, les principaux oléoducs et gazoducs, pour renforcer les structures en béton armé, etc. À ces fins, les aciers de haute qualité à faible teneur en carbone et faiblement alliés ainsi que les aciers de qualité ordinaire (VStZsp, VSt3Gps, VSt5Gps, 14G2, 17GS, 15HSND, etc.) sont largement utilisés.

Les aciers techniques à usage général sont divisés en trois groupes : les aciers utilisés sans traitement thermique de durcissement ; Aciers cémentés à faible teneur en carbone (jusqu'à 0,25 % C) et améliorés à teneur moyenne en carbone (de 0,30 à 0,50 % C). Il s'agit généralement d'aciers au carbone et faiblement alliés.

Aciers utilisés sans traitement thermique de trempe. Il s'agit d'aciers fournis en tôles pour emboutissage ultérieur, emboutissage profond, etc. En termes de composition chimique, les aciers sont bas carbone à faible teneur en silicium (kp, ps) et faiblement alliés (08kp, 08ps, 15kp, 20Khkp, etc.).

Cimentable les aciers sont utilisés pour les produits soumis à une saturation de surface en carbone. Après carburation, durcissement et faible revenu, les pièces fabriquées à partir de ces aciers ont une surface dure (HRC 58-62), une bonne résistance à l'usure et un noyau résistant et solide (HRC 20-30). Pour les petits produits non critiques, les nuances d'acier 10, 15, 20, 15X, 20X sont largement utilisées. Pour les produits plus critiques et plus volumineux, des aciers alliés de haute qualité et de haute qualité sont utilisés, par exemple 18KhGT, 12KhN3A, 20Kh2N4A, 20KhGR, 18Kh2N4VA, etc.

Évolutif Les aciers pour la construction de machines sont utilisés après trempe et revenu élevé (amélioration). Pour les produits de petite section ou fonctionnant sous de faibles charges, on utilise les nuances d'acier 35, 40, 45, 50. Pour les pièces de plus grande section, on utilise des aciers faiblement et moyennement alliés, qui ont une trempabilité élevée et fournir des propriétés mécaniques élevées sur toute la section transversale, par exemple 40Х, 30ХГТ, 50Г2 , 40ХН, 40ХНМА, ЗОХН2ВФ, etc.

Aciers à outils conçu pour la fabrication d'outils de coupe, de mesure, formés à froid et formés à chaud. Il s'agit en général d'aciers à haute teneur en carbone contenant plus de 0,70 % de C (à l'exception des aciers pour outils de formage à chaud, qui sont classés parmi les aciers à moyenne teneur en carbone). Il s'agit notamment des aciers de haute qualité et de haute qualité, du carbone, des alliages et des aciers rapides. Ils sont marqués en conséquence.

Les aciers à outils au carbone sont désignés par la lettre U et des chiffres indiquant la teneur moyenne en carbone en dixièmes de pour cent (U7, U8, U10, U12A, etc.).

Aciers à outils alliés 9ХС, X, 5ХВГ, 3Х8В2, etc. marqué d'un chiffre indiquant la teneur moyenne en carbone en dixièmes de pour cent, si elle est inférieure à 1,0 %. Si la teneur en carbone est de 1,0 % ou plus, ce chiffre manque le plus souvent. Les lettres indiquent les éléments d'alliage (voir ci-dessus) et les chiffres qui les suivent indiquent la teneur en pourcentage entier de l'élément d'alliage correspondant.

Les aciers rapides sont marqués de la lettre P (R14F4). Le chiffre qui le suit indique la teneur en pourcentage entier du principal élément d'alliage (tungstène). La teneur en carbone dans les aciers rapides est de 0,75 à 1,15 %, le chrome de 3,8 à 4,2 % n'est pas indiqué dans la désignation de la nuance d'acier. De plus, tous les aciers rapides contiennent du vanadium ; s'il est inférieur à 2,2%, alors ce n'est pas indiqué dans la marque.

Pour les outils de coupe, on utilise des aciers au carbone U8, U10, U8A, U12 GOST 1435-90, alliés 9ХС, ХВГ, Х (GOST 5950-73), ainsi que des aciers rapides hautement alliés de qualités R18, R12, R6MZ, R6M5, R10K5 (GOST 19265-73). Une particularité des aciers à outils pour outils de coupe est leur teneur élevée en carbone (de 0,70 à 1,5 %), qui permet d'obtenir une dureté élevée IKS 60-65 après trempe et revenu.

Pour la fabrication d'outils formés à froid, des aciers au carbone et alliés pour outils de coupe sont souvent utilisés. Ceci s'explique par le fait que les conditions opératoires des matrices de découpe et des outils de découpe sont très proches. Les meilleurs aciers pour outils de formage à froid sont le X12F1, le X12M, le X6VF, etc.

Les aciers pour matrices qui déforment le métal à chaud doivent avoir des propriétés mécaniques élevées (résistance, ténacité) à des températures élevées et avoir une résistance au feu, c'est-à-dire résister à des chauffages et des refroidissements répétés (cycles thermiques) sans se fissurer. Il s'agit généralement d'aciers faiblement et moyennement alliés contenant de 0,35 à 0,60% de carbone, tels que 5ХНМ, 5ХНМА, 4Х5В2ФС, ЗХ2В8Ф, etc.

Les aciers pour instruments de mesure doivent avoir une dureté élevée, une résistance à l'usure et maintenir une stabilité dimensionnelle. A cet effet, on utilise généralement des aciers faiblement alliés à haute teneur en carbone des nuances X, 9ХС, ХВГ, etc.. De plus, pour les outils plats (règles, agrafes, gabarits, etc.), les aciers de construction à faible teneur en carbone 15, 15Х, 20Х, etc., soumis à une saturation de surface, sont souvent utilisés du carbone suivi d'un durcissement.

Par structure :

< С, тем >perlite, l’acier est plus résistant.

Volontairement:

1)

QUESTION 14. Classification des aciers selon le mode de production et la qualité.

Selon le mode de production :

1) Méthode aigre ;

2) La méthode principale est l'acier non désoxydé KP, calme SP, s'il n'y a pas de lettres après la marque, alors c'est de l'acier calme, s'il n'est pas complètement désoxydé, alors ps.

Par qualité :

Selon la teneur en impuretés nocives : soufre et phosphore, l'acier est divisé en :

Acier de qualité ordinaire, teneur jusqu'à 0,06% de soufre et jusqu'à 0,07% de phosphore. L'acier de qualité ordinaire est également divisé en 3 groupes en fonction des approvisionnements :

1. acier groupe A fourni aux consommateurs en fonction de leurs propriétés mécaniques (un tel acier peut avoir une teneur élevée en soufre ou en phosphore) ;

2. acier groupe B - par composition chimique ;

3. acier Groupe B- avec des propriétés mécaniques et une composition chimique garanties.

1. Haute qualité- jusqu'à 0,035% de soufre et de phosphore chacun séparément.

2. Haute qualité- jusqu'à 0,025% de soufre et de phosphore.

3. Qualité particulièrement élevée, jusqu'à 0,025 % de phosphore et jusqu'à 0,015 % de soufre.

Aciers alliés. Éléments d'alliage. Marquage l/s.

Les aciers alliés sont largement utilisés dans la construction de tracteurs et dans la construction agricole, dans l'industrie automobile, dans la construction lourde et dans les transports et, dans une moindre mesure, dans la construction de machines-outils, dans l'outillage et dans d'autres types d'industries. Cet acier est utilisé pour les structures métalliques fortement chargées.

Les aciers dans lesquels la quantité totale d'éléments d'alliage ne dépasse pas 2,5 % sont classés comme faiblement alliés, ceux qui en contiennent 2,5 à 10 % sont alliés et plus de 10 % sont classés comme fortement alliés (teneur en fer supérieure à 45 %).

Les aciers faiblement alliés sont les plus largement utilisés dans la construction et les aciers alliés sont les plus largement utilisés dans la construction mécanique.

Les aciers de construction alliés sont marqués de chiffres et de lettres. Les nombres à deux chiffres indiqués au début de la marque indiquent la teneur moyenne en carbone en centièmes de pour cent ; les lettres à droite du nombre indiquent l'élément d'alliage. Par exemple, l'acier 12Х2Н4А contient 0,12 % de C, 2 % de Cr, 4 % de Ni et est classé comme de haute qualité, comme l'indique la lettre IАI à la fin de la nuance.

Aciers faiblement alliés pour la construction

Les aciers faiblement alliés sont ceux qui ne contiennent pas plus de 0,22 % de C et une quantité relativement faible d'éléments d'alliage non déficients : jusqu'à 1,8 % de Mn, jusqu'à 1,2 % de Si, jusqu'à 0,8 % de Cr et autres.

Ces aciers comprennent les aciers 09G2, 09GS, 17GS, 10G2S1, 14G2, 15HSND, 10KHNDP et bien d'autres. Les aciers sous forme de tôles et de profilés sont utilisés dans la construction et la construction mécanique pour les structures soudées, principalement sans traitement thermique supplémentaire. Les aciers faiblement alliés à faible teneur en carbone sont soudables.

Pour la fabrication de tuyaux de grand diamètre, on utilise de l'acier 17GS (s0,2=360MPa, sв=520MPa).

Pour la fabrication de pièces renforcées par carburation, des aciers à faible teneur en carbone (0,15-0,25 % C) sont utilisés. La teneur en éléments d'alliage dans les aciers ne doit pas être trop élevée, mais doit assurer la trempabilité requise de la couche superficielle et du noyau.

Les aciers au chrome 15X, 20X sont destinés à la fabrication de petits produits de forme simple, cimentés sur une profondeur de 1,0-1,5 mm. Les aciers au chrome, comparés aux aciers au carbone, ont des propriétés de résistance plus élevées avec une ductilité plus faible dans le noyau et une meilleure résistance dans la couche cimentée.

Production d'acier.

Comparé à la fonte, l'acier contient moins de carbone, de silicium, de soufre et de phosphore. Pour produire de l'acier à partir de fonte, il est nécessaire de réduire la concentration de substances par fusion oxydative.

Dans l'industrie métallurgique moderne, l'acier est fondu principalement dans trois unités : des convecteurs, des fours à sole et des fours électriques.

Production d'acier dans les convertisseurs.

Le convertisseur est un récipient en forme de poire. La partie supérieure est appelée visière ou casque. Il possède un col à travers lequel sont évacués la fonte, l'acier et les scories liquides. La partie médiane a une forme cylindrique. Dans la partie inférieure se trouve un fond attaché, qui est remplacé par un neuf au fur et à mesure de son usure. Une boîte à air est fixée au fond, dans laquelle entre l'air comprimé.

La capacité des convecteurs modernes est de 60 à 100 tonnes ou plus et la pression de soufflage d'air est de 0,3 à 1,35 Mn/m. La quantité d'air nécessaire pour traiter 1 tonne de fonte est de 350 mètres cubes.

Avant de couler la fonte, le convecteur est tourné vers une position horizontale, dans laquelle les trous des tuyères sont au-dessus du niveau de la fonte coulée. Ensuite, il est ramené lentement en position verticale et en même temps un souffle est appliqué, qui empêche le métal de pénétrer à travers les trous des tuyères dans la boîte à air. Lors du soufflage d'air à travers la fonte liquide, le silicium, le manganèse, le carbone et partiellement le fer brûlent.

Lorsque la concentration de carbone requise est atteinte, le convecteur revient en position horizontale et l'alimentation en air est arrêtée. Le métal fini est désoxydé et versé dans une poche.

Processus Bessemer. De la fonte liquide avec une teneur assez élevée en silicium (jusqu'à 2,25 % et plus), en manganèse (0,6-0,9 %) et une quantité minimale de soufre et de phosphore est versée dans le convertisseur.

En fonction de la nature de la réaction qui se produit, le procédé Bessemer peut être divisé en trois périodes. La première période commence après le démarrage du dynamitage dans le convertisseur et dure 3 à 6 minutes. De petites gouttes de fonte liquide s'échappent du col du convertisseur avec les gaz, formant des étincelles. Durant cette période, le silicium, le manganèse et partiellement le fer sont oxydés selon les réactions :

2Mn + O2 = 2MnO,

2Fe + O2 = 2FeO.

L'oxyde ferrique résultant se dissout partiellement dans le métal liquide, favorisant ainsi l'oxydation du silicium et du manganèse. Ces réactions se produisent avec le dégagement d'une grande quantité de chaleur, ce qui provoque un échauffement du métal. Les scories s'avèrent acides (40-50% SiO2).

La deuxième période commence après l'épuisement presque complet du silicium et du manganèse. Le métal liquide est suffisamment chauffé pour que des conditions favorables soient créées pour l'oxydation du carbone par la réaction C + FeO = Fe + CO, qui se produit avec l'absorption de chaleur. La combustion du carbone dure 8 à 10 minutes et s'accompagne d'une légère diminution de la température du métal liquide. Le monoxyde de carbone qui en résulte brûle dans l'air. Une flamme vive apparaît au-dessus du col du convecteur.

À mesure que la teneur en carbone du métal diminue, la flamme au-dessus du col diminue et la troisième période commence. Elle se distingue des périodes précédentes par l'apparition d'une fumée brune au-dessus du col du convertisseur. Cela montre que le silicium, le manganèse et le carbone ont presque complètement brûlé de la fonte et qu'une très forte oxydation du fer a commencé. La troisième période ne dure pas plus de 2 à 3 minutes, après quoi le convecteur est remis en position horizontale et des agents désoxydants (ferromanganèse, ferrosilicium ou aluminium) sont introduits dans le bain pour réduire la teneur en oxygène du métal. Des réactions se produisent dans le métal

FeO + Mn = MnO + Fe,

2FeO + Si = SiO2 + Fe,

3FeO + 2Al = Al2O3 + 3Fe.

L'acier fini est versé du convecteur dans une poche puis envoyé pour la coulée.

Pour obtenir de l'acier avec une quantité prédéterminée de carbone (par exemple 0,4 - 0,7% C), le soufflage du métal est arrêté au moment où le carbone n'en a pas encore brûlé, ou vous pouvez laisser le carbone brûler complètement, puis ajoutez une certaine quantité de fonte ou de carbone contenant une certaine quantité de ferroalliages.

La plupart des fours à sole ouverte sont chauffés avec un mélange de gaz de haut fourneau, de coke et de générateur. Le gaz naturel est également utilisé. Un four à foyer ouvert fonctionnant au fioul dispose de générateurs uniquement pour chauffer l’air.

Les matériaux de charge (ferraille, fonte, flux) sont chargés dans le four par une machine remplie à travers des fenêtres de remplissage. Le chauffage de la charge, la fusion du métal et des scories dans le four se produisent dans l'espace de fusion lorsque les matériaux entrent en contact avec une torche de gaz chauds. Le métal fini est libéré du four par des trous situés dans la partie la plus basse du foyer. Lors de la fusion, le trou de sortie est bouché par de l'argile réfractaire.

Le processus de fusion dans les fours à sole ouverte peut être acide ou basique. Dans le procédé acide, la maçonnerie réfractaire du four est constituée de briques de silice. Les parties supérieures du foyer sont soudées avec du sable de quartz et réparées après chaque fonte. Au cours du processus de fusion, on obtient des scories acides à haute teneur en silice (42-58 %).

Au cours du processus de fusion principal, le foyer et les parois du four sont constitués de briques de magnésite et le toit est en briques de silice ou de chrome-magnésite. Les couches supérieures du foyer sont soudées avec de la poudre de magnésite ou de dolomite et réparées après chaque fusion. Au cours du processus de fusion, on obtient des scories acides avec une teneur élevée de 54 à 56 % de CaO.

Processus de base à foyer ouvert. Avant de commencer la fusion, la quantité de matières premières (fonte, ferraille, calcaire, minerai de fer) et la séquence de leur chargement dans le four sont déterminées. À l'aide d'une verseuse, un moule (boîte spéciale) avec un arbre est introduit dans l'espace de fusion du four et retourné, ce qui permet de verser la charge sur le fond du four. D'abord, les petits débris sont chargés, puis les gros débris et enfin la chaux en morceaux (3 à 5 % du poids du métal). Après avoir chauffé les matériaux chargés, les ferrailles d'acier et la fonte restantes sont introduites en deux ou trois portions.

Pour alimenter plus intensément le bain métallique en oxygène, du minerai de fer est introduit dans les scories. L'oxygène dissous dans le métal oxyde le silicium, le manganèse, le phosphore et le carbone selon les réactions évoquées ci-dessus.

Au moment où toute la charge fond, une partie importante du phosphore passe dans les scories, car ces dernières contiennent une quantité suffisante d'oxyde ferreux et de chaux. Pour éviter la transition inverse du phosphore dans le métal, avant que le bain ne commence à bouillir, 40 à 50 % des scories primaires du four.

Une fois les scories primaires téléchargées, la chaux est chargée dans le four pour former une nouvelle scorie plus basique. La charge thermique du four augmente de sorte que la chaux réfractaire se transforme rapidement en laitier et que la température du bain métallique augmente. Après un certain temps, 15 à 20 minutes, le minerai de fer est chargé dans le four, ce qui augmente la teneur en oxydes de fer dans les scories et provoque une réaction d'oxydation du carbone dans le métal.

[C] + (FeO) = gaz Co.

Du monoxyde de carbone se forme et est libéré du métal sous forme de bulles, créant une impression d'ébullition, qui contribue au mélange du métal, à la libération d'inclusions métalliques et de gaz dissous, ainsi qu'à la répartition uniforme de la température dans tout le métal. profondeur du bain. Pour une bonne ébullition du bain, il est nécessaire d'apporter de la chaleur, puisque cette réaction s'accompagne d'une absorption de chaleur. La durée de la période d'ébullition du bain dépend de la capacité du four et de la qualité de l'acier et varie de 1,25 à 2,5 heures ou plus.

Généralement, le minerai de fer est ajouté au four pendant la première période d’ébullition, appelée polissage des métaux. Le taux d’oxydation du carbone au cours de cette période dans les fours modernes à sole ouverte de grande capacité est de 0,3 à 0,4 % par heure.

Pendant la seconde moitié de la période d’ébullition, le minerai de fer n’est pas introduit dans le bain. Le métal bout avec de petites bulles dues aux oxydes de fer accumulés dans les scories. Le taux de combustion du carbone pendant cette période est de 0,15 à 0,25 % par heure. Pendant la période d'ébullition, contrôle de la basicité et de la fluidité des scories.

Lorsque la teneur en carbone du métal est légèrement inférieure à celle requise pour l'acier fini, la dernière étape de fusion commence - la période de finition et de désoxydation du métal. Une certaine quantité de ferromanganèse en morceaux (12 % de Mn) est introduite dans le four, puis après 10 à 15 minutes de ferrosilicium (12 à 16 % de Si). Le manganèse et le silicium interagissent avec l'oxygène dissous dans le métal, ce qui suspend la réaction d'oxydation du carbone. Un signe extérieur de la libération du métal de l'oxygène est l'arrêt de la libération de bulles de monoxyde de carbone à la surface des scories.

Au cours du processus de fusion principal, l'élimination partielle du soufre du métal se produit grâce à la réaction

+ (CaO) = (CaO) + (FeO).

Cela nécessite une température élevée et une basicité suffisante des scories.

Procédé acide à foyer ouvert. Ce processus comprend les mêmes périodes que le principal. La charge utilisée est très pure en phosphore et en soufre. Cela s'explique par le fait que les scories acides résultantes ne peuvent pas retenir ces impuretés nocives.

Les fours fonctionnent généralement avec une charge solide. La quantité de ferraille est égale à 30 à 50 % de la masse de la charge métallique. Pas plus de 0,5 % de Si n’est autorisé dans la charge. Le minerai de fer ne peut pas être introduit dans le four, car il peut interagir avec la silice du foyer et la détruire en raison de la formation du composé à bas point de fusion 2FeO*SiO2. Pour obtenir des scories primaires, une certaine quantité de quartzite ou de scories à foyer ouvert est chargée dans le four. Après cela, la charge est chauffée par les gaz du four ; le fer, le silicium et le manganèse sont oxydés, leurs oxydes sont fusionnés avec des fondants et forment des scories acides contenant jusqu'à 40 à 50 % de SiO2. Dans ces scories, la majeure partie de l'oxyde ferreux est sous forme de silicate, ce qui rend difficile le transfert des scories au métal. L'ébullition du bain pendant le processus acide commence plus tard que pendant le processus principal et se produit plus lentement même avec un bon chauffage du métal. De plus, les scories acides ont une viscosité accrue, ce qui affecte négativement la combustion du carbone.

L'acier étant fondu sous une couche de laitier acide à faible teneur en oxyde ferreux libre, ce laitier protège le métal de l'oxygénation. Avant de quitter le four, l’acier contient moins d’oxygène dissous que l’acier fondu lors du procédé principal.

Pour intensifier le processus à foyer ouvert, l'air est enrichi en oxygène, qui est introduit dans la flamme. Cela permet d'obtenir des températures plus élevées dans la flamme, d'augmenter son émissivité, de réduire la quantité de produits de combustion et ainsi d'augmenter la puissance thermique du four.

De l'oxygène peut également être introduit dans le bain du four. L'introduction d'oxygène dans la torche et dans le bain du four réduit les temps de fusion et augmente la productivité du four de 25 à 30 %. La production de voûtes chrome-magnésite au lieu de voûtes dinas permet d'augmenter la puissance thermique des fours, d'augmenter le délai de révision de 2 à 3 fois et d'augmenter la productivité de 6 à 10 %.

Fusion des métaux par faisceau d'électrons. Pour obtenir des métaux et alliages particulièrement purs, la fusion par faisceau d'électrons est utilisée. La fusion repose sur l’utilisation de l’énergie cinétique d’électrons libres accélérés dans un champ électrique à haute tension. Un flux d’électrons est dirigé vers le métal, le faisant chauffer et fondre.

La fusion par faisceau d'électrons présente de nombreux avantages : les faisceaux d'électrons permettent d'obtenir une densité d'énergie de chauffage élevée, de réguler la vitesse de fusion dans de larges limites, d'éliminer la contamination de la masse fondue par le matériau du creuset et d'utiliser la charge sous n'importe quelle forme. La surchauffe du métal en fusion combinée à de faibles vitesses de fusion et à un vide profond crée des conditions efficaces pour nettoyer le métal de diverses impuretés.

Refusion sous laitier électrolytique. La refusion sous laitier électrique est une méthode très prometteuse pour produire du métal de haute qualité. Les gouttes de métal formées lors de la refusion de la pièce traversent une couche de métal liquide et sont raffinées. Lors du traitement du métal avec des scories et de la cristallisation dirigée du lingot de bas en haut, la teneur en soufre de la pièce est réduite de 30 à 50 % et la teneur en inclusions non métalliques de deux à trois fois.

Aspirer l'acier. La fusion sous vide est largement utilisée pour produire de l’acier de haute qualité. Le lingot contient des gaz et une certaine quantité d'inclusions non métalliques. Ils peuvent être considérablement réduits si vous utilisez l'évacuation de l'acier lors de sa fusion et de sa coulée. Dans cette méthode, le métal liquide est conservé dans une chambre fermée, d’où l’air et les autres gaz sont éliminés. L'évacuation de l'acier est réalisée en poche avant sa coulée dans les moules. Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque l'acier, après évacuation en poche, est coulé dans des moules également sous vide. La fusion des métaux sous vide est réalisée dans des fours à induction fermés.

Affinage de l'acier dans une poche avec des scories synthétiques liquides. L'essence de cette méthode est que l'acier est purifié du soufre, de l'oxygène et des inclusions non métalliques en mélangeant intensément l'acier dans une poche avec des scories préalablement versées, préparées dans un four de fusion de scories spécial. L'acier après traitement avec du laitier liquide présente des propriétés mécaniques élevées. En réduisant le temps d'affinage dans les fours à arc, dont la productivité peut être augmentée de 10 à 15 %. Un four à sole ouverte traité avec des scories synthétiques est proche en qualité de la qualité de l'acier fondu dans les fours électriques.

L'acier (de l'allemand Stahl) est un alliage (solution solide) de fer avec du carbone (et d'autres éléments), caractérisé par une transformation eutectoïde. La teneur en carbone de l'acier ne dépasse pas 2,14 %. Le carbone confère aux alliages de fer résistance et dureté, réduisant ainsi la ductilité et la ténacité.

Étant donné que des éléments d'alliage peuvent être ajoutés à l'acier, l'acier est un alliage de fer avec du carbone et des éléments d'alliage contenant au moins 45 % de fer (acier allié fortement allié).

Applications

Les aciers aux propriétés élastiques élevées sont largement utilisés dans la fabrication de machines et d’instruments. En construction mécanique, ils sont utilisés pour la fabrication de ressorts, d'amortisseurs, de ressorts de puissance à des fins diverses, en fabrication d'instruments - pour de nombreux éléments élastiques : membranes, ressorts, plaques relais, soufflets, croisillons, suspensions.

Les ressorts, les ressorts de machines et les éléments élastiques des appareils se caractérisent par une variété de formes, de tailles et de conditions de fonctionnement différentes. La particularité de leur travail est que sous des charges statiques, cycliques ou de choc importantes, aucune déformation résiduelle n'y est autorisée. A cet égard, tous les alliages de ressorts, outre les propriétés mécaniques caractéristiques de tous les matériaux de structure (résistance, ductilité, ténacité, endurance), doivent avoir une haute résistance aux petites déformations plastiques. Dans des conditions de chargement statique à court terme, la résistance aux petites déformations plastiques est caractérisée par la limite élastique, et sous chargement statique ou cyclique à long terme - par la résistance à la relaxation.

Classification

Les aciers sont divisés en de construction Et instrumental. Un type d’acier à outils est l’acier rapide.

Selon la composition chimique, les aciers sont divisés en carbone et en alliage ; y compris par teneur en carbone - en faible teneur en carbone (jusqu'à 0,25 % C), moyenne en carbone (0,3-0,55 % C) et haute teneur en carbone (0,6-2 % C) ; Les aciers alliés, selon la teneur en éléments d'alliage, sont divisés en faiblement alliés - jusqu'à 4 % d'éléments d'alliage, moyennement alliés - jusqu'à 11 % d'éléments d'alliage et fortement alliés - plus de 11 % d'éléments d'alliage.

Les aciers, selon la méthode de production, contiennent différentes quantités d'inclusions non métalliques. La teneur en impuretés constitue la base de la classification des aciers par qualité : qualité ordinaire, haute qualité, haute qualité et surtout haute qualité.

Caractéristiques de l'acier

Densité : 7700-7900 kg/m³,

Densité spécifique : 75 500-77 500 N/m³ (7 700-7 900 kgf/m³ dans le système MKGSS),

Capacité thermique spécifique à 20 °C : 462 J/(kg °C) (110 cal/(kg °C)),

Point de fusion : 1450-1520 °C,

Chaleur spécifique de fusion : 84 kJ/kg (20 kcal/kg, 23 Wh/kg),

Coefficient de conductivité thermique à une température de 100 °C. Acier chrome-nickel-tungstène 15,5 W/(m K)

Acier chromé 22,4 W/(mK)

Acier au molybdène 41,9 W/(mK)

Acier au carbone (grade 30) 50,2 W/(mK)

Acier au carbone (grade 15) 54,4 W/(mK)

Coefficient de dilatation thermique linéaire à une température d'environ 20 °C : acier St3 (grade 20) 1/°C

acier inoxydable 1/°C

Rail en acier 690-785 MPa

Production d'acier

L'essence du processus de transformation de la fonte en acier est de réduire à la concentration requise la teneur en carbone et en impuretés nocives - phosphore et soufre, qui rendent l'acier cassant et cassant. Selon la méthode d'oxydation du carbone, il existe différentes méthodes de transformation de la fonte en acier : convertisseur, foyer ouvert et électrothermique.

Méthode Bessemer

La méthode Bessemer traite des fontes peu riches en phosphore et en soufre et riches en silicium (au moins 2 %). Lorsque l’oxygène est insufflé, le silicium est d’abord oxydé, libérant une quantité importante de chaleur. En conséquence, la température initiale de la fonte d'environ 1 300 °C s'élève rapidement jusqu'à 1 500-1 600 °C. La combustion de 1 % de Si provoque une augmentation de la température de 200 °C. À environ 1 500 °C, une combustion intense du carbone commence. Parallèlement, le fer s'oxyde également intensément, notamment vers la fin de la combustion du silicium et du carbone :

Si + O2 = SiO2

2C + O2 = 2CO

2Fe + O2 = 2FeO

Le monoxyde de fer résultant FeO se dissout bien dans la fonte fondue et passe partiellement dans l'acier, et réagit partiellement avec SiO2 et sous forme de silicate de fer FeSiO3 passe dans les scories :

FeO + SiO2 = FeSiO3

Le phosphore passe complètement de la fonte à l'acier, donc P2O5 avec un excès de SiO2 ne peut pas réagir avec les oxydes basiques, car SiO2 réagit plus vigoureusement avec ces derniers. Par conséquent, la fonte au phosphore ne peut pas être transformée en acier par cette méthode.

Tous les processus dans le convertisseur se déroulent rapidement - en 10 à 20 minutes, car l'oxygène de l'air soufflé à travers la fonte réagit immédiatement avec les substances correspondantes dans tout le volume du métal. En soufflant de l’air enrichi en oxygène, les processus sont accélérés. Le monoxyde de carbone CO, formé lors de la combustion du carbone, gargouille vers le haut et y brûle, formant une torche de flamme légère au-dessus du col du convertisseur, qui diminue à mesure que le carbone brûle puis disparaît complètement, ce qui sert de signe de la fin de le processus. L'acier obtenu contient des quantités importantes de monoxyde de fer dissous FeO, ce qui réduit considérablement la qualité de l'acier. Ainsi, avant la coulée, l'acier doit être désoxydé à l'aide de divers agents désoxydants - ferrosilicium, phéromanganèse ou aluminium :

2FeO + Si = 2Fe + SiO2

FeO + Mn = Fe + MnO

3FeO + 2Al = 3Fe + Al2O3

Le monoxyde de manganèse MnO, en tant qu'oxyde principal, réagit avec SiO2 et forme du silicate de manganèse MnSiO3, qui entre dans les scories. L'oxyde d'aluminium, en tant que substance insoluble dans ces conditions, flotte également vers le haut et se transforme en scories. Malgré sa simplicité et sa productivité élevée, la méthode Bessemer n'est aujourd'hui pas assez répandue, car elle présente un certain nombre d'inconvénients importants. Ainsi, la fonte pour la méthode Bessemer doit avoir la plus faible teneur en phosphore et en soufre, ce qui n'est pas toujours possible. Avec cette méthode, une très grande brûlure du métal se produit et le rendement de l'acier n'est que de 90 % de la masse de la fonte, et de nombreux agents désoxydants sont également consommés. Un sérieux inconvénient est l’incapacité de réguler la composition chimique de l’acier.

L'acier Bessemer contient généralement moins de 0,2 % de carbone et est utilisé comme fer industriel pour la production de fils, de boulons, de fer à toiture, etc.

Méthode Thomas

La méthode Thomas traite des fontes à haute teneur en phosphore (jusqu'à 2 % ou plus). La principale différence entre cette méthode et la méthode Bessemer est que le revêtement du convertisseur est constitué d'oxydes de magnésium et de calcium. De plus, jusqu'à 15 % de CaO sont ajoutés à la fonte. En conséquence, les substances formant des scories contiennent un excès important d'oxydes aux propriétés basiques.

Dans ces conditions, l'anhydride de phosphate P2O5, qui apparaît lors de la combustion du phosphore, interagit avec l'excès de CaO pour former du phosphate de calcium et passe dans les scories :

4P + 5O2 = 2P2O5

P2O5 + 3CaO = Ca3(PO4)2

La réaction de combustion du phosphore est l’une des principales sources de chaleur de cette méthode. Lorsque 1% de phosphore est brûlé, la température du convertisseur augmente de 150°C. Le soufre est libéré dans les scories sous forme de sulfure de calcium CaS, insoluble dans l'acier en fusion, qui se forme à la suite de l'interaction de FeS soluble avec CaO selon la réaction :

FeS + CaO = FeO + CaS

Tous ces derniers processus se déroulent de la même manière qu'avec la méthode Bessemer. Les inconvénients de la méthode Thomas sont les mêmes que ceux de la méthode Bessemer. L'acier Thomas est également bas carbone et est utilisé comme fer technique pour la production de fils, de fers à toiture, etc.

Four à sole ouverte

La méthode à foyer ouvert diffère de la méthode du convertisseur en ce que la combustion de l'excès de carbone dans la fonte se produit non seulement en raison de l'oxygène de l'air, mais également de l'oxygène des oxydes de fer, qui sont ajoutés sous forme de minerai de fer et de ferraille rouillée.

Un four à sole ouverte se compose d'un bain de fusion recouvert d'une voûte en brique réfractaire et de chambres de régénération spéciales pour le préchauffage de l'air et du gaz combustible. Les régénérateurs sont remplis d'un garnissage en briques réfractaires. Lorsque les deux premiers régénérateurs sont chauffés par les gaz du four, du gaz combustible et de l'air sont soufflés dans le four à travers les troisième et quatrième régénérateurs chauffés au rouge. Après un certain temps, lorsque les deux premiers régénérateurs chauffent, le flux de gaz est dirigé dans la direction opposée, etc.

Les bains de fusion des puissants fours à sole ouverte mesurent jusqu'à 16 m de long, jusqu'à 6 m de large et plus de 1 m de haut. La capacité de ces bains atteint 500 tonnes d'acier. La ferraille et le minerai de fer sont chargés dans le bain de fusion. Du calcaire est également ajouté au mélange sous forme de fondant. La température du four est maintenue à 1 600-1 650°C et plus. L'épuisement des impuretés de carbone et de fonte au cours de la première période de fusion se produit principalement en raison d'un excès d'oxygène dans le mélange combustible avec les mêmes réactions que dans le convertisseur, et lorsqu'une couche de laitier se forme au-dessus de la fonte fondue - en raison des oxydes de fer

4Fe2O3 + 6Si = 8Fe + 6SiO2

2Fe2O3 + 6Mn = 4Fe + 6MnO

Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO

5Fe2O3 + 2P = 10FeO + P2O5

FeO + C = Fe + CO

En raison de l'interaction des oxydes basiques et acides, des silicates et des phosphates se forment, qui se transforment en scories. Le soufre entre également dans les scories sous forme de sulfure de calcium :

MnO + SiO2 = MnSiO3

3CaO + P2O5 = Ca3(PO4)2

FeS + CaO = FeO + CaS

Les fours à sole ouverte, comme les convertisseurs, fonctionnent périodiquement. Après la coulée de l'acier, le four est à nouveau chargé de charge, etc. Le processus de conversion de la fonte en acier dans des foyers ouverts se déroule relativement lentement, sur 6 à 7 heures. Contrairement à un convertisseur, dans les fours à sole, vous pouvez facilement ajuster la composition chimique de l'acier en ajoutant de la ferraille et du minerai à la fonte dans une proportion ou une autre. Avant la fin de la fusion, le chauffage du four est arrêté, les scories sont égouttées, puis des oxydes d'acide sont ajoutés. L'acier allié peut également être produit dans des foyers ouverts. Pour ce faire, des métaux ou alliages appropriés sont ajoutés à l’acier à la fin du processus de fusion.

Méthode électrothermique

La méthode électrothermique présente de nombreux avantages par rapport à la méthode à foyer ouvert et notamment à la méthode par convertisseur. Cette méthode permet d'obtenir un acier de très haute qualité et de réguler précisément sa composition chimique. L'accès de l'air au four électrique est insignifiant, il se forme donc beaucoup moins de monoxyde de fer FeO, ce qui pollue l'acier et réduit ses propriétés. La température dans le four électrique n'est pas inférieure à 2000°C. Cela permet de fondre l'acier avec des scories très basiques (difficiles à fondre), dans lesquelles le phosphore et le soufre sont plus complètement éliminés. De plus, en raison de la température très élevée dans les fours électriques, il est possible d'allier l'acier avec des métaux réfractaires - molybdène et tungstène. Mais les fours électriques consomment beaucoup d’électricité – jusqu’à 800 kW/h pour 1 tonne d’acier. Par conséquent, cette méthode est utilisée uniquement pour produire des aciers spéciaux de haute qualité.

Les fours électriques ont différentes capacités - de 0,5 à 180 tonnes. Le revêtement du four est généralement constitué du revêtement principal (avec CaO et MgO). La composition de la charge peut être différente. Parfois, il est constitué de 90 % de ferraille et de 10 % de fonte, parfois il est dominé par de la fonte additionnée d'additifs dans une certaine proportion de minerai de fer et de ferraille. Du calcaire ou de la chaux est également ajouté au mélange comme fondant. Les processus chimiques lors de la fusion de l’acier dans les fours électriques sont les mêmes que dans les foyers ouverts.

Propriétés de l'acier

Propriétés physiques

densité ρ ≈ 7,86 g/cm3 ; coefficient de dilatation thermique linéaire α = 11 ... 13 10−6 K−1 ;

coefficient de conductivité thermique k = 58 W / (m K) ;

Module d'Young E = 210 GPa ;

module de cisaillement G = 80 GPa ;

Coefficient de Poisson ν = 0,28 ... 0,30 ;

résistivité (20 °C, 0,37-0,42 % de carbone) = 1,71·10−7 ohm·m

La perlite est un mélange eutectoïde de deux phases - ferrite et cémentite, contient 1/8 de cémentite et a donc une résistance et une dureté accrues par rapport à la ferrite. Les aciers hypoeutectoïdes sont donc beaucoup plus ductiles que les aciers hypereutectoïdes.

Les aciers contiennent jusqu'à 2,14 % de carbone. Le fondement de la science de l'acier, en tant qu'alliage de fer et de carbone, est le diagramme de phases des alliages fer-carbone - un affichage graphique de l'état de phase des alliages fer-carbone en fonction de leur composition chimique et de leur température. Pour améliorer les caractéristiques mécaniques et autres des aciers, l'alliage est utilisé. L'objectif principal de l'alliage de la grande majorité des aciers est d'augmenter la résistance en dissolvant les éléments d'alliage dans la ferrite et l'austénite, en formant des carbures et en augmentant la trempabilité. De plus, les éléments d'alliage peuvent augmenter la résistance à la corrosion, la résistance à la chaleur, la résistance à la chaleur, etc. Des éléments tels que le chrome, le manganèse, le molybdène, le tungstène, le vanadium et le titane forment des carbures, mais le nickel, le silicium, le cuivre et l'aluminium ne forment pas de carbures. De plus, les éléments d'alliage réduisent la vitesse de refroidissement critique lors de la trempe, ce qui doit être pris en compte lors de l'attribution des modes de trempe (températures de chauffage et fluides de refroidissement). Avec une quantité importante d'éléments d'alliage, la structure peut changer considérablement, ce qui conduit à la formation de nouvelles classes structurelles par rapport aux aciers au carbone.

Transformation de l'acier

Types de traitement thermique

L'acier dans son état initial est assez plastique, il peut être traité par déformation : forgeage, laminage, emboutissage. Une caractéristique de l'acier est sa capacité à modifier considérablement ses propriétés mécaniques après traitement thermique, dont l'essence est de modifier la structure de l'acier pendant le chauffage, le maintien et le refroidissement, selon un régime spécial. On distingue les types de traitement thermique suivants :

recuit;

normalisation;

durcissement;

Vacances.

Plus l’acier est riche en carbone, plus il est dur après traitement thermique. L'acier avec une teneur en carbone allant jusqu'à 0,3 % (fer technique) ne peut pratiquement pas être durci.

La carburation (C) augmente la dureté superficielle de l'acier doux en raison de l'augmentation de la concentration de carbone dans les couches superficielles.

QUESTION 13. Classification des aciers par structure et fonction.

Par structure :

1) hypoeutectoïde (carbone 0-0,8) trouvé dans cette structure. Ferrite et perlite. Comment< С, тем >perlite, l’acier est plus résistant.

2) eutectoïde (C=0,8). Ils n'ont que de la perlite dans leur structure, l'acier est solide.

3) avtectoïde (C 0,8-2,14). Ils ont du P et du C deuxième dans leur structure, ils sont devenus très durs, moins visqueux et plastiques.

Volontairement:

1) construction (C 0,8-2,14), ces aciers sont assez solides, peuvent être bien laminés et soudés.

2) Génie mécanique (C 0,3-0,8). Ils contiennent plus de perlite, ils sont donc plus TV que les matériaux de construction, bien que leur viscosité et leur ductilité soient réduites.

3) Instrumental (C de 0,7 à 1,3). Il s’agit d’un acier à haute teneur en carbone, très dur et non ductile.

4) Aciers de coulée – les alliages sont utilisés pour les pièces moulées en acier. C=0,035. aciers à faible teneur en carbone.