РАСТЯЖЕНИЕ-СЖАТИЕ – деформация под действием сил, равнодействующая которых направлена по оси центров тяжести поперечных сечений. Силы могут быть приложены к концам или распределены по длине.
ТВЕРДОСТЬ – сопротивление твердого тела вдавливанию или царапанию. При вдавливании твердость равна нагрузке, отнесенной к поверхности отпечатка.
УПРУГОСТЬ – свойство тел восстанавливать свою форму и объем (твердые тела) или только объем (жидкости и газы) после прекращения действия внешних сил. Количественная характеристика упругих свойств материалов – модули упругости. Упругость обусловлена взаимодействием между атомами и молекулами и их тепловым движением.
УДАРНАЯ ВЯЗКОСТЬ – способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки.
ТЕПЛОЕМКОСТЬ – количество теплоты, которое необходимо подвести к телу, чтобы повысить его температуру на 1 К, точнее — отношение количества теплоты, полученного телом (веществом) при бесконечно малом изменении его состояний в каком-либо процессе, к вызванному им приращению температуры. Теплоемкость единицы массы называют удельной теплоемкостью.
ЖАРОПРОЧНОСТЬ – способность конструкционных материалов (главным образом, металлических) выдерживать без существенных деформаций механические нагрузки при высоких температурах. Определяется комплексом свойств: сопротивлением ползучести, длительной прочностью и жаростойкостью.
КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ – способность материалов сопротивляться коррозии. У металлов определяется скоростью коррозии, т. е. массой материала, превращенной в продукты коррозии, с единицы поверхности в единицу времени, либо толщиной разрушенного слоя в мм в год. Повышение коррозионной стойкости достигается легированием, нанесением защитных покрытий и т. д.
ЭРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ – разрушение поверхностных слоев металлических изделий в результате механического воздействия потока газа, жидкости, твердых частиц, а также при кавитационных явлениях или под влиянием электрических разрядов (электроэрозия). Некоторые виды эрозии металлов используются для их электроэрозионной обработки.
Повышению надежности трубопроводов способствует 100%-ный контроль качества сварного шва и металла стенки трубы методами неразрушающего контроля.
Широкому применению сварных труб для строительства водо- и газопроводов способствует их более низкая стоимость (на 15 … 29% в сравнении с бесшовными), возможность в более короткие сроки организации их производства при меньших капитальных затратах, возможность получения экономии металла за счет применения более тонкостенных и точных сварных труб. Все это обеспечило их большой удельный вес, который составляет 60 % в мировом производстве труб.
4. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТРУБ СТАЛЬНЫХ ВОДОГАЗОПРОВОДНЫХ И ЕЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА
Трубы для деталей водопроводных и газопроводных конструкций изготовляют из сталей В свою очередь сталь получают из чугуна, а сам чугун состоит из различных компонентов.
Для простоты и удобства я опишу технологию производства по пунктам и в строго определенном порядке.
Чугун является основным сырьем для производства стали. Около 90 % его переделывают на сталь.
Чугун – хрупкий материал, т.к. в нем содержится много углерода и поэтому изделия из него получают только методом литья.
Для производства чугуна используют шихту (смесь сырьевых материалов, взятых в определенном количестве).
Для получения шихты используют:
- железные руды (магнитный, бурый, красный и шпатовый железняк) – используют для получения железа;
- топливо (кокс) – используют для создания требуемой температуры, должно обладать высокой теплотворной способностью, пористостью, прочностью, небольшой зольностью, минимальным содержанием серы, кроме того оно должно иметь низкую влажность и максимальное содержание углерода;
- флюсы – служат для понижения температуры плавления пустой породы.
Чугун получают в доменных печах.
Стадии получения чугуна:
1. Горение кокса.
2. Восстановление железа:
а) косвенное восстановление железа;
б) прямое восстановление железа;
в) науглероживание железа.
3. Восстановление кремния, марганца, фосфора.
4. Удаление серы.
Таким образом продуктами доменного производства являются:
- чугун;
- шлак;
- доменный газ.
4.2. Производство стали и ее характеристика
Состав шихты для сталеплавильного производства:
1) чугун: жидкий и твердом виде (чушковый чугун);
2) стальной и чугунный лом (скрап);
3) железная руда;
4) отходы собственного производства;
5) флюсы (известь, карбонат кальция, доломит);
6) топливо: газообразное, жидкое (мазут, смола) ,твердое (каменноугольная пыль), электроэнергия;
7) окислители.
Стадии производства стали:
1) перенос кислорода из окислительной атмосферы в металл;
2) окисление углерода – основная реакция сталеплавильного производства;
3) окисление и восстановление примесей (кремния, марганца, фосфора);
4) удаление серы;
5) раскисление стали: для этого вводят раскислители.
Сталь, используемая для производства труб водогазопроводных соответствует ГОСТ 380-94 (01.01.2007г.) «Сталь углеродистая обыкновенного качества» и ГОСТ 1050-88 (01.01.1991г.) «Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали. Общие технические условия».
Из всего объема производства до 90 % составляет углеродистая сталь.
Углеродистой сталью называют сплавы железа и углерода, не содержащих никаких специально введенных добавок (легирующих элементов).
Постоянные примеси: сера и фосфор, марганец и кремний.
В различных марках углеродистой стали содержание самого углерода находится в пределах 0,06 – 1,35 %. Изменение содержания углерода сильно изменяет все свойства стали, и поэтому по количественному содержанию углерода стали подразделяют на:
- конструкционную (< 0,8 % углерода);
- инструментальную (> 0,8 % углерода).
Конструкционной называют сталь, пригодную для изготовления различных деталей машин и конструкций.
Она должна обладать комплексом высоких механических свойств, т.е. должна быть достаточно прочной и пластичной, должна иметь высокие технологические свойства, т.е. хорошо обрабатываться давлением, хорошо отливаться, хорошо свариваться, т.к. из нее изготавливают изделия сложной формы.
Конструкционная сталь употребляется в очень больших количествах, поэтому желательно, чтобы она была дешевой как по составу, так и по способу производства.
В зависимости от количества углерода конструкционную сталь делят на 2 вида:
1) сталь обыкновенного качества;
2) качественная сталь.
Сталь углеродистая конструкционная обыкновенного качества выпускается горяче- и холоднокатаной в виде заготовок с установок непрерывной разливки (в виде труб, лент, проволоки). Ее изготавливают кислородно-конверторным и мартеновским способами.
Сталь углеродистая качественная конструкционная отличается от стали обыкновенного качества более узким пределом содержания углерода и меньшим содержанием вредных примесей. Ее изготавливают мартеновским способом и выплавкой в электропечах.
Дадим характеристику каждому способу производства углеродистой стали.
Кислородно-конверторный способ производства.
Сущность заключается в том, что через жидкий металл пропускают воздух, кислород которого соединяется с примесями и уводит их в шлак и в отходящие газы, очищая тем самым металл.
Достоинства способа:
- простота;
- дешевизна;
- отсутствие расхода топлива;
- высокая прочность.
Недостатки:
- использование жидкого чугуна;
- ограничения состава чугуна;
- количество используемого стального и железного лома невелико;
- выход годного метала приблизительно 90 %;
- сталь низкого качества, т.к. при пропускании воздуха расплавленный металл обогащается азотом, который придает стали хрупкость, температура недостаточна для окисления всех примесей, и в стали содержится большое количество кислорода в виде оксида железа.
Мартеновский способ производства.
В зависимости от состава шихты различают скрап-процесс и скрап-рудный процесс плавки.
При скрап-процессе в печь загружают скрап и чушковый чугун. При скрап-рудном процессе в печь заливают жидкий чугун, добавляют руду и скрап.
Процессы выплавки в мартеновских печах делятся на кислые и основные.
Характерные особенности кислого процесса: печь футеруется кислым огнеупорным кирпичом, используется шихта с малым содержанием серы и фосфора, удаление которых в кислых печах затруднено.
При основном процессе плавки футеровка печи выполняется из магнезиального или доменного кирпича, для удаления серы или фосфора в шихту вводят известняк.
В период загрузки и плавления шихты происходит окисление примесей за счет кислорода, содержащегося в печных газах и руде, а после после образование шлака – содержится в оксиде железа, растворенном в шлаке. Окисление примесей идет по тем же реакциям, что и при конвертерном процессе. Известняк переводит в шлак серу и фосфор.
Важным моментом плавки является период «кипения» – выделения образующегося оксида углерода в виде пузырьков. Металл при этом перемешивается, выдерживается его температура (приблизительно 1800 С0) и химический состав, удаляются газы, всплывают неметаллические включения. По достижение требуемого содержания углерода в кипящем металле, что определяется путем быстрого анализа отбираемых проб, приступают к последней стадии плавки – доводке и раскислению металла.
Достоинства:
- средняя энергоемкость.
Недостатки:
- большое загрязнение окружающей среды;