Справочник Металлург
4 октября 2023 г.Задание
Представьте, что вы попали на металлургическое производство. Огромные цеха, грохот кранов и оборудования, искры, конвейеры и жидкий металл, на который нельзя смотреть без защитных очков — настолько он яркий.
Конечно, передать эту эпическую атмосферу в виртуальной пробе почти невозможно. Но мы попробуем рассказать вам о процессах и знаниях, без которых специалисту не обойтись.
На металлургическом производстве есть сталелитейный цех, где металлурги плавят железо, очищают от примесей, добавляют разные элементы и присадки, чтобы улучшить его свойства, и получают большие стальные заготовки.
А есть также цех металлопроката, и именно с ним вы столкнётесь в данной пробе. Здесь нагретым стальным заготовкам придают нужную форму и размер, обрабатывают, снова нагревают и охлаждают, чтобы получить идеальные физико-механические качества металлов.
Например, заготовка может стать рельсом, длинным круглым прутом или «квадратом» — и в зависимости от вида стали процесс работы над ними будет разным.
Ваша основная задача: получить особый металлопрокат.
Вам нужно выполнить заказ — из неровных заготовок сделать огромные «железки» нужных размеров и свойств.
Вам предстоит разобраться в технологии проката: вы будете управлять настройками нагревательной печи, затем охлаждать металл, проверять его свойства, затем снова нагревать и охлаждать, гнуть, мять, сжимать и резать тонны стали.
Ну что, попробуем?
Сталь марки 4Х5МФС
Сталь марки 4Х5МФС относится к штампованной инструментальной.
Это высококачественный сплав, который наиболее устойчивый к ударным нагрузкам и механическим воздействиям. Из данного материала происходит изготовление фасонного и сортового проката, серебрянки, полос, шлифованных и калиброванных прутков, кованых заготовок.
Часть 1. Технология
Чтобы сделать из заготовки металл с идеальными качествами, нужно пройти немало шагов. Все вместе они складываются в технологическую цепочку, то есть особый поэтапный процесс производства.
Как пройти это задание?
Прочитайте описание в правой части экрана и выберите из предложенных ниже вариантов (кнопок), какой подходит больше всего.
Если вдруг у вас не получается найти правильный ответ, ниже представлен полный перечень всех технологических этапов.
Процесс, при котором слитки стали в печи доходят до температуры пластической деформации — это нагрев. Если деталь не нагреть, её невозможно сжать на этапе проката.
Деформирование металла с помощью специальной машины — прокатного стана. Речь идёт как раз о прокате! Он называется так потому, что горячую заготовку «прокатывают» между специальных прессов, которые придают ей нужную форму.
Этап разделения проката на требуемую длину — это, конечно же, этап порезки металла.
Отбором проб называется проверка металла на качество. Кстати, отбор проб выполняется несколько раз: после порезки проката, охлаждения и термообработки. В каждом из случаев металлурги могут найти какие-то дефекты. Это значит, что на предыдущем этапе совершена технологическая ошибка, которую обязательно надо исправить.
Этап, на котором горячий прокат остывает на открытом воздухе либо в специальных термических колодцах — это этап охлаждения. Каждую сталь надо охлаждать по-своему, чтобы не потерять нужных свойств.
А процесс повторного нагрева, выдержки и охлаждения изделия, чтобы в нём изменилась внутренняя структура и получились идеальные свойства — это термообработка. Она нужна не для всех металлов, а лишь когда необходимо достичь нужных свойств.
Правки, обточка и финальная приёмка — это часть процесса, при которой полученный металл при необходимости обтачивают, шлифуют, зачищают дефекты и готовят к отправке клиенту.
Упаковка и передача на склад, финальный шаг: готовый металлический прокат можно отправлять заказчику.
Часть 2. Процесс металлопроката
Задание 1. Настройки печи
Чтобы придать металлу нужную форму и размер, его нужно нагреть. Замечали, что холодный пластилин почти не поддаётся? А если его немного подержать в руках, то придать любую форму становится проще простого. Для металлов работает тот же принцип.
Как пройти это задание?
Металлурги выставляют температурные режимы в специальной программе на компьютере. Кажется, сейчас у нагревательной печи стояли настройки для другой стали.
Чтобы узнать, как долго и при какой температуре нагревать заготовки перед прокатом, нажмите на значок «i» в правом углу экрана. Затем нажимайте на параметры (обведены пунктиром) и выбирайте правильный режим нагрева в каждой зоне печи.
Возникли сложности? Что ж, по старой традиции выкладываем ответы:
Посадочное окно: 680 ℃
Методическая зона, верх: 1000 ℃, 6 часов нагрева
Методическая зона, низ: 7 часов нагрева
Задание 2. Подсчёт длины готового изделия
Обратите внимание! У вас есть конкретные размеры для металлопроката.
Заготовка: 340х340х3000 мм
Заказ: прокат квадратного профиля 170х170 мм, длиной 3-6 м
Вам необходимо провести небольшие расчёты по предоставленным формулам и убедиться, что вы сможете получить нужные детали из заготовок. Вам поможет закон постоянства объёмов.
Если под рукой нет калькулятора или не удаётся посчитать в столбик, то вот вам ответы:
Посчитайте общий объём металлической заготовки.
Vзаг = 340 мм 340 мм 3000 мм = 346 800 000 мм^3
Найдите коэффициент деформации. Разделите размеры до деформации на размеры после деформации:
Кд = 340 340 / 170 170 = 4
Какой длины получится деталь после проката, если длина заготовки равнялась 3000 мм?
Lпр = Lзаг * Кд
Lпр = 3000 мм * 4 = 12 000 мм = 12 м
Проверим, всё ли правильно? Разделим объём на длину и получим площадь сечения 170х170 мм:
346 800 000 мм^3 / 12 000 мм = 28 900 мм^2
Перепроверьте себя: найдите произведение 170 * 170 и убедитесь, что ответ правильный.
Отлично, идем дальше!
Задание 3. Порезка проката
После проката вы получили «квадрат» длиной 12 м, а нужны равные отрезки по 3-6 м. Это значит, что нужно разделить прокат на несколько частей.
Нажимайте на кнопки с числами, обозначающими длину отрезков. Решить задачу можно несколькими способами: главное, чтобы 12 метров делились нацело и продукция получалась равной длины. А значит, значения 1, 2, 5, 7, 10 и 11 метров вам не подойдут.
Нажмите на кнопку «Сбросить», чтобы снять выделение, если что-то пошло не так.
Никак не выходит? Попробуйте начать с цифры 3, 4 или 6!
Часть 3. Охлаждение
Давайте изучим новый термин.
Леги́рование — добавление в состав материалов примесей и элементов для изменения физических и/или химических свойств основного материала. А легирующими называются те самые элементы, которые вводятся в состав стали. Больше про это можно узнать в профпробе «Материаловед».
Сталь в этой профпробе относится к легированным.
В маркировке 4Х5МФС буква Х и следующая за ней цифра 5 говорят о том, что в данной марке содержится 5% хрома. Металлурги знают, что такая сталь чувствительна к флокенам — внутренним дефектам и микротрещинам, возникающим при резком неравномерном охлаждении и других структурных изменениях.
А теперь — к заданию.
Сейчас перед вами четыре способа охлаждения стали. Вам нужно кликнуть мышкой на иллюстрации (обведены пунктиром), чтобы ознакомиться с каждым вариантом и выбрать подходящий.
Обратите внимание: вам нужно сделать 200 тонн легированной стали, чувствительной к флокенам, то есть внутренним дефектам. Если выбрать неправильный способ — сталь испортится.
Охлаждение в горячей термопечи — отличный вариант! Вот только её вместимость ограничена. Туда поместится всего 20 тонн, а у вас — 200.
Водой часто охлаждают некоторые виды стали в кузнях, например, когда делают ножи. Но металл из заказа намного толще, и если его поместить в воду или даже масло, могут появиться трещины и флокены.
Охлаждение на воздухе — очень популярный способ, но он применяется для низколегированных сталей. А ваша сталь — легированная, в ней много «полезных» элементов.
Значит, остаётся всего один вариант…
Кстати, охлаждать прокат такого размера нужно 48 часов!
Часть 4. Термообработка
Отжиг — это вид термообработки. Чтобы «отжечь» металл, его снова нужно нагреть до определённой температуры, выдержать примерно 4-6 часов, а затем снова охладить.
Главная задача — найти правильную температуру отжига данной марки стали. А найти её можно по диаграмме железо-углерод.
Диаграмма железо-углерод — это графическое отображение структуры сплавов, состоящих из железа и углерода, в зависимости от исходной средней концентрации углерода и текущей температуры сплава.
Диаграмма железо-углерод позволяет понять процессы, происходящие при термообработке стали.
Как пройти это задание?
Сначала нужно определить количество углерода в стали. Цифра 4 в марке стали 4Х5МФС говорит о том, что углерода в ней содержится 0,4%.
Теперь вам доступен график. На нём нужно поочерёдно указать содержание углерода на нижней оси, затем выбрать линию А3, а затем найти пересечение линии А3 с показателем углерода.
После этого нужно найти ту самую температуру отжига. Существует правило: температура отжига должна быть на 40 °С выше температуры пересечения по линии А3.
Обратите внимание на перпендикуляр, проведённый от линии А3 к оси температур. Оцените примерную температуру в этом месте на графике, а затем прибавьте 40.
Получилось? Надеемся, что да!
Но на всякий случай дадим подсказку. Сейчас перпендикуляр падает на ось Y (T, °С) примерно на отметку в 780 °С. Добавляем 40 и получаем правильный ответ: 820 °С.
Ну вот и всё. Поздравляем с успешным прохождением пробы, вы очень талантливые металлурги!