|
Rodzaje żelaza i stali
Rodzaje żelaza
Żelazo z wielkiego pieca zawiera wiele różnorakich zanieczyszczeń, takich
jak węgiel, siarka, fosfor, bądź krzemiany. Skład zanieczyszczeń zależy
zarówno od rodzaju użytej rudy, jak i od zawartości wapienia we wsadzie
pieca.
Niekiedy do wsadu dodaje się niewielką tylko ilość kamienia wapiennego, by
uzyskać żużel o niskiej temperaturze topnienia. Oznacza to, że piec może
pracować przy niższej temperaturze, a to z kolei powoduje, że proces taki
jest mniej energochłonny. Produkowane w tym procesie żelazo nosi nazwę
zasadowego. Zawiera niewielką ilość związków krzemu, lecz jest mocno
zanieczyszczone siarką, bądź w formie siarczku żelaza, bądź, jeśli ruda
zawierała stosunkowo duże domieszki związków manganu, siarczku manganu.
Węgiel występuje w nim pod postacią węglika żelaza.
Po odlaniu żelazo zasadowe jest twarde, kruche i trudne w obróbce. Po
przełamaniu metalu powierzchnie przełomu są jasne. Dlatego też często nazywa
się je żeliwem białym. Metal ten po poddaniu go obróbce termicznej
przekształca się w żeliwo ciągliwe. Jest ono znacznie mniej kruche, a przez
to może być używane tam, gdzie zwykłe żeliwo jest nieodpowiednie.
Gdy ilość wapienia we wsadzie zostanie zwiększona tak, by uzyskać żużel o
wyższej temperaturze topnienia, to otrzymujemy kruchy metal zwany żelazem
kwaśnym. Charakteryzuje się on stosunkowo dużą, bo sięgającą 2 do 4%,
zawartością krzemianów oraz tym, że węgiel występuje w nim pod postacią
płatków grafitu. Nadają one powierzchniom przełomu metalu ciemną barwę. Stąd
też jego inna nazwa - żeliwo szare. Używa się go powszechnie do odlewania
części maszyn. Niekiedy, w celu zmniejszenia kruchości, dodaje się do żeliwa
szarego niewielkich ilości innych metali, jak wapń, magnez bądź cer.
Powoduje to polepszenie mechanicznych własności materiału na tyle, że w
pewnych przypadkach można szarym żeliwem zastępować części maszyn wykonane z
miękkiej stali.
Już dawno temu stal przejęła od żelaza zgrzewnego rolę głównego tworzywa
konstrukcji przestrzennych. Jednak do dziś niewielkie ilości żelaza
zgrzewnego są wytwarzane przez stapianie surówki żelaza z tlenkiem żelaza. W
procesie tym usuwa się większą część zanieczyszczeń. Żelazo stopniowo
krzepnie i jest potem obrabiane przez kucie, prasowanie bądź walcowanie.
Stal jest stopem żelaza z węglem, lecz produkcja stali nie polega po prostu
na dodaniu do żelaza pewnej ilości węgla. Stal zawiera bardzo niewielką
domieszkę węgla - mniej niż trzecią część tego, co żeliwo. Większość
rodzajów stali zawiera mniej niż 1,7% węgla, a zwykle jego zawartość
ogranicza się do zaledwie 0,2 - 0,3%.
Wlewanie roztopionego żelaza do mieszaniny
złomu stalowego i kamienia wapiennego.
Rodzaje stali
Stal nierdzewną wytwarza się zwykle w elektrycznym piecu łukowym. Stop ten
zawiera 18% chromu i 8% niklu, które to metale są dodawane do roztopionego
żelaza. Stal szybkotnąca, używana do produkcji narzędzi do cięcia i
wiercenia w metalu, jest produkowana w piecach indukcyjnych. Żelazo jest tu
domieszkowane wolframem i innymi metalami. Jeden z rodzajów takiej stali
zawiera 20% wolframu i 10% kobaltu.
Większość rodzajów stali już w piecu osiąga swój finalny skład chemiczny.
Istnieją jednakże takie gatunki, do wysoce specjalistycznych zastosowań,
które wymagają dalszej obróbki po opuszczeniu pieca. Stali takich używa
przykładowo aero- i astronautyka, energetyka jądrowa lub przemysł chemiczny.
Wytwarzane są zwykle w piecach elektrycznych, a potem poddawane procesowi
rafinacji, aby usunąć zawarte w nich gazy i inne substancje obce. Jedną z
technik takiego doczyszczania jest ponowne przetopienie stali w próżni,
podczas którego uwalniane gazy są natychmiast wypompowywane. Inna
powszechnie stosowana metoda to przetapianie elektro-żużlowe. Metal roztapia
się łukiem elektrycznym. tak że ma on postać kropelek, które następnie
przechodzą przez basen wypełniony roztopionym żużlem, gdzie następuje ich
oczyszczenie z niepożądanych domieszek. Rafinowana stal jest w końcowym
etapie zestalana w formach chłodzonych wodą.
Produkcja stali w zasadowym procesie
tlenowym. Surowcami są tu surówka żelazna z wielkiego pieca oraz złom
stalowy. Dodatek złomu zapobiega przegrzaniu metalu.
 |
