Evoluția proceselor de elaborare a oțelurilor

1. Scurta descriere

Oțelurile sunt aliaje fier-carbon, cu mai puțin de 2, 11% C care conțin în afară de fier și carbon și alte elemente (Si, Mn. P, S, Cr, Ni, V, Ti, Mo etc). Caracteristica principală a oțelurilor este deformabilitatea plastică la rece și la cald, prin presare sau tragere.

Varietatea mare de proprietăți a oțelurilor este determinată de compoziția chimică și de modul de prelucrare ( plastică, termică sau termochimică).

Comportarea oțelurilor la deformarea plastică, la tratamentul termic (sau termochimic) sau la prelucrarea mecanică este determinată pe de o parte de compoziția chimică și pe de altă parte de modul de elaborare și turnare - solidificare.

2. Clasificarea oțelurilor

Există mai multe criterii de clasificare: după conținutul de carbon, după compoziția chimică, după destinație, după procedeul de elaborare.

După conținutul de carbon oțelurile sunt hipoeutectoide cu < 0,77% C, eutectoide cu 0,77% C și hipereutectoide cu > 0,77% C.

După compoziția chimică oțelurile se clasifică în oțeluri nealiate (sau oțeluri carbon) și oțeluri aliate.

Oțelurile nealiate sunt oțelurile care pe lângă fier și carbon conțin cantități mici de alte elemente (Mn ≤ 0,8%, Si ≤ 0,5%, P ≤ 0,06%, S ≤ 0,05%). Oțelurile cu ≤ 0,3% C se numesc oțeluri moi, cu 0,3-0,6% C se numesc oțeluri semidure, iar cele cu ≥ 0,8% C se numesc oțeluri dure.

Oțelul carbon cu ≤ 0,08% C este cunoscut în practică sub denumirea de fier tehnic.

Oțelurile aliate conțin unul sau mai multe elemente de aliere care pot fi fie unul din elementele obișnuite în proporție mai mare decât în oțelul carbon, fie alte elemente: Cr, Ni, V, Ti, W, Mo, Zr, Nb, B, La, etc. În funcție de conținutul total al acestor elemente oțelurile aliate se clasifică în oțeluri slab aliate (≤ 5,0% E ) mediu aliate (5-10% E)și oțeluri înalt aliate (cu ≥10% E).

Prin compoziția chimică a unui oțel nu trebuie să se înțeleagă numai prezența elementelor menționate ci analiza integrală, adică și prezența altor elemente care deși sunt în cantități foarte mici (de ordinul 10-2 - 10-6%) influențează substanțial structura și proprietățile oțelului atât prin concentrație cât și prin forma sub care se găsesc în oțel. Aceste elemente sunt: oxigenul, hidrogenul și azotul. Cantitatea , forma de prezentare și repartiția lor în masa oțelului sunt influențate de modul de elaborare.

După destinație oțelurile se clasifică în oțeluri de uz general, oțeluri cu destinație precizată și oțeluri pentru scule.

Oțelurile pentru uz general se împart în oțeluri pentru construcții, oțeluri de uz general tratate termic, oțeluri cu rezistență mecanică la temperaturi ridicate, oțeluri refractare și oțeluri rezistente la coroziune (inoxidabile).

Oțeluri cu destinație precizată se împart în oțeluri pentru șuruburi și piulițe, oțeluri pentru armarea betonului, oțeluri pentru arcuri, oțeluri pentru recipienți, oțeluri pentru construcții navale, oțeluri pentru rulmenți etc.

Oțelurile pentru scule se clasifică în: oțeluri pentru scule așchietoare, oțeluri pentru scule de prelucrare la rece, oțeluri pentru scule de prelucrare la cald.

După procedeul (agregatul) de elaborare oțelurile se grupează în oțel electric și oțel de convertizor.

3. Materii prime și auxiliare

Materii prime metalice

Încărcătura metalică a agregatelor destinate elaborării oțelului sunt fonta de afanare, fierul vechi, buretele de fier și uneori lupele.

- Fonta de afanare

Criteriul de bază la aprecierea calității fontei este compoziția chimică.

Conținutul de carbon în fonta de afanare nu se prescrie, el fiind determinat de conținutul celorlalte elemente. Este mai mic când conținuturile de siliciu și fosfor sunt mai mari si mai mare când conținutul de mangan este mai mare.

Siliciul variază, în general, între 0,5 - 1,25%. Deoarece la elaborarea oțelului siliciul se oxidează și trece în zgură și deci sunt necesare cantități mai mari de var pentru formarea zgurii, este recomandat ca siliciul si fonta de afanare să nu depășească 1% .

Manganul este un element util în fonta de afanare, deoarece pe lângă faptul că împiedică separarea carbonului sub formă de grafit el ajută procesul de îndepărtarea sulfului atât înainte de elaborarea oțelului cât și în timpul elaborării. De aceea se admite în fonta de afanare 1 - 2,5% Mn.

Fosforul este un element dăunător calității oțelului și necesită cantități mari de var pentru defosforare, de aceea conținutul de fosfor în fonta de afinare se limitează la maxim 0,5%, iar pentru oțelurile de calitate la maxim 0,2-0,3%. Trebuie menționat că cea mai mare cantitate de fosfor în oțel este adusă de fontă.

Sulful este de asemenea un element dăunător calității oțelului, de aceea conținutul de sulf se limitează în fonte la max. 0,07% pentru procedeele bazice și la max. 0,035% pentru procedeele acide.

În afară de aceste elemente fonta mai poate conține arseniu, cupru, etc. care sunt tot elemente dăunătoare oțelului, de aceea este indicat ca ele să nu depășească 0,02%, dar și mai bine ar fi dacă ar lipsi din fonta de afinare.

Nici elementele de aliere ale oțelului nu sunt dorite în fontele de afinare, deoarece ele produc perturbații în procesul de elaborare, multe dintre ele pierzându-se în timpul afinării.

- Fierul vechi

El se poate clasifica după sursa de proveniență în fier vechi propriu și fier vechi colectat.

Fierul vechi propriu provine din deșeuri și rebuturi de la elaborarea și turnarea oțelului sau din procesul de prelucrare plastică și mecanică a semifabricatelor din oțel.

Fierul vechi colectat provine din bazele de colectare (REMAT) și anume din: construcții metalice și mașini scoase din uz, piese și subansambluri scoase din uz la reparațiile capitale, obiecte de uz casnic achiziționate de la populație.

Având proveniențe atât de diferite, compoziția și starea sub care se găsește fierul vechi sunt foarte variate. De aceea fierul vechi trebuie pregătit înainte de a fi folosit la elaborarea oțelului. Prima operație de pregătire este la întreprinderea de colectare și constă în sortarea lui după compoziția chimică, în fier vechi aliat și nealiat, iar cel aliat sortarea pe elemente de aliere. Apoi se sortează pe grupe de mărime: fier vechi greu, mediu, ușor, strunjituri (șpan) etc.