Товароведение

ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ

СОДЕРЖАНИЕ Введение……………………………………………………………………………...4 1. Общая характеристика легированных сталей…..……………………………….5 1.1. Исходное сырье для изготовления легированных сталей (оборудование)……………………………………………………………….………5 1.2. Классификация и ассортимент легированных сталей ….………………..11 1.3. Требования к качеству легированных сталей…..…………………………17 2. Маркирование, упаковка, транспортирование и хранение легированных сталей………………………………………………………………………………..28 Выводы….…………………………………………………………………………..42 Использованная литература……………………………………………………….44 ВВЕДЕНИЕ Металлы находят широкое применение в современной технике благодаря как химическим, так, в особенности, и физическим их свойствам. Общность физических свойств металлов (высокая электрическая проводимость, теплопроводность, ковкость, пластичность) объясняется общностью строения их кристаллических решеток. В конструкционных сталях легирование осуществляется с целью улучшения механических свойств (прочности, пластичности). Кроме того меняются физические, химические, эксплуатационные свойства. Легирующие элементы повышают стоимость стали, поэтому их использование должно быть строго обоснованно. Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами, а стали – легированными. Cодержание легируюшихх элементов может изменяться в очень широких пределах: хром или никель – 1% и более процентов; ванадий, молибден, титан, ниобий – 0,1… 0,5%; также кремний и марганец – более 1 %. При содержании легирующих элементов до 0,1 % – микролегирование. Легированные стали широко применяют в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении, в автомобильной промышленности, тяжелом и транспортном машиностроении в меньшей степени в станкостроении, инструментальной и других видах промышленности. Это стали применяют для тяжело нагруженных металлоконструкций. Наиболее широкое применение в строительстве получили низколегированные стали, а в машиностроении - легированные стали. Большое значение имеют различные виды сталей (сплав железа с углеродом): используя легирующие элементы (хром, никель, ванадий, молибден, вольфрам, титан, марганец и др.), можно получать сплавы с заданными свойствами. 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ 1.1. Исходное сырье для изготовления легированных сталей (оборудование) В природе большинство металлов находится в виде химических соединений (окислов, силикатов, карбонатов, серни¬стых соединений), входящих и состав различных .минералов, об¬разующих, горные породы. Промышленной рудой называют горную породу, из которой при данном уровне развития техники целесообразно извлекать металлы или их соединения. Этот уровень определя¬ется содержанием добываемого металла в руде. Например, для железа он составляет не менее 30 ''50%, для меди 3 ''5%, для молибдена 0,005 ''0,02%. Руда состоит из минералов, содержащих металл или его сое¬динения, и пустой породы, в состав которой входят различные примеси. Например, железная руда содержит окислы железа Fe3O4, Fe2O3, FeCO3, Fe2O3H2O, а также пустую породу, состоя¬щую в основном из SiO2, Аℓ2O3, СаО, МgO. Руды обычно называют по одному или нескольким металлам, которые в них содержатся. Например, железные, медные, алюминиевые, марганцевые, медно-никелевые, железомарганцевые и т. д. В зависимости от содержания добываемого материала, руды бывают богатые и бедные. Богатые железные руды содержат 50% железа и более. Бедные руды (с малым содержанием до¬бываемого металла) специально обрабатывают '' обогащают. Обо¬гащение состоит в удалении из руды части пустой породы. В ре¬зультате получают концентрат '' продукт с повышенным содер¬жанием добываемого металла по сравнению с рудой. Использование концентрата позволяет улучшить технико-экономические показатели работы металлургических печей. Основой современной металлургии стали является двухсту¬пенчатая схема, которая состоит из доменной выплавки чугуна и различных способов его передела в сталь. При доменной плавке, осуществляемой в доменных печах, происходит избирательное восстановление железа из руды, но одновременно из руды восста¬навливаются также фосфор и в небольших количествах марганец и кремний; железо науглероживается и частично насыщается серой. В результате из руды получают чугун — сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем, серой и фосфором. Передел чугуна в сталь производят в конвертерах, мартенов¬ских и электрических печах, В этих агрегатах происходит изби¬рательное окисление примесей чугуна таким образом, что в про¬цессе плавки они переходят в шлак и газы. В результате получают сталь заданного химического состава. Для массового производства стали в современной металлургии основными исходными материалами являются передельный чугун и стальной скрап (лом). По химическому составу сталь отличается от передельного чугуна меньшим содержанием углерода, марганца, крем¬ния и других элементов. Поэтому выплавка стали — пе¬редел чугуна (или же чугуна и скрапа) в сталь — сво¬дится к проведению окислительной плавки для удаления избытка углерода, марганца и других примесей. При выплавке легированных сталей в их состав вводят соот¬ветствующие элементы. В настоящее время в мировом производстве около 40% стали выплавляют кислородно-конверторным спо¬собом и около 40% мартеновским способом; при этом за последнее время доля кислородно-конверторной стали непрерывно возрастает, а доля мартеновской стали со¬кращается. Сталь особо высокого качества выплавляют в вакуумных электрических печах, а также путем электро¬шлакового, плазменного переплава и других новейших методов. Внедоменные способы производства ста¬ли — одно из перспективных направлений в металлур¬гии. Для передела в сталь используют около 80% всего чугуна. Двухстадийная технология современного сталеплавильного производства: '"руда '' чугун '' сталь '" явля¬ется технически несовершенной. С давних времен извест¬на принципиально иная технология — получение стали из заранее восстановленного железа. Сущность кислородно-конверторного процесса за¬ключается в том, что налитый в плавильный агрегат (конвертор) расплавленный чугун продувают струей кислорода сверху. Углерод, кремний и другие примеси окисляются и тем самым чугун переделывается в сталь. Устройство кислородного конвертора показано на рис.1.1. Его грушевидный корпус (кожух) сварен из лис¬товой стали толщиной до 110 мм; внутри он футерован основными огнеупорными материалами общей толщиной до 1000 мм. Наружный слой футеровки (примыкающий к корпусу) из маг¬незитового или хромомагнезнтового кирпича не требует замены не¬сколько лет. Внутренний — рабочий слой — толщиной 400 ''750 мм наиболее часто делают из смолодоломитового кирпича; его стойкость до ремонта составляет 400 ''800 плавок. Между внутренним и на¬ружным слоями обычно делают набивку из магнезию- или доломитосмоляной массы. Наиболее быстро изнашивается сталевыпускное отверстие. Его изготавливают набивкой из особо огнеупорной маг¬незитовой массы и ремонтируют через 40 ''60 плавок. Конвертор устанавливают на опорных станинах при помощи цапф, и он может поворачиваться вокруг их оси, что необходимо для заливки чугуна и других технологических операций (рис. 1.2). Емкость современных конверторов от 70 до 400 т. Крупный конвертор (300 т) имеет размеры рабочего пространства: высоту 9 м, диаметр 7 м, диаметр горловины 3,5 м. Кислородное дутье поступает из водоохлаждаемой фурмы, которую вводят в конвертор через горловину. Расстояние от сопла фурмы до поверхности металла со¬ставляет 0,7 ''3 м. Механизм подъема и опускания фурмы сблокирован с механиз¬мом вращения конвертора; пока не удалена фурма, конвертор нель¬зя повернуть. Надежное охлаждение фурм, работающих в высокотем¬пературной зоне (до 2400° С), обеспечивается подачей воды под дав¬лением 6 ''10 атм с расходом до 4000 л/мин. В небольших конверторах применяют односопловые фурмы, в крупных конверторах '' трех- или четырехсопловые фурмы; у таких фурм сопла Лаваля располо¬жены под углом 6 ''15° к оси фурмы. Применение многосопловых фурм обеспечило более «мягкую» продувку, уменьшение выбросов металла, интенсивную подачу кислорода и сокращение длительности плавки. Рис.1.1. Схема кислородного конвертора: 1 — глуходонный конвертор; 2 — фурма для вдувания кислорода; 3 — летка для слива стали. Рис. 1.2. Технологические операции кислородно-конверторной плавки: 1 '' загрузка стального скрапа; 2 '' заливка расплавленного чугуна; 3 '' продувка кислородом; 4 '' загрузка извести и железной руды с началом продувки и по ходу плавки; 5 '' выпуск металла; 6 — выпуск шлака. Режим кислородного дутья (давление, расход и т.п.) оказывает очень большое влияние на производительность конвертора и качество стали. Кислород подают под давлением 9 ''14 атм., что обеспечивает достаточную кинетическую энергию струи и ее требуемое углубление в металл, для полного «усвоения» кислорода и интенсивной циркуляции — перемешивания металла и шлака (рис. 1.3). Расход кислорода от 1,8 до 4 м3 в мин на 1 т металла. Чистота кислорода не менее 99,5%; при ее снижении в готовой стали увеличивается содержание примеси – азота. Регулируя глубину проникновения кислородной струи, можно управлять ходом плавки. Опуская фурму, повышая давление и рас¬ход, увеличивают глубину проникновения струи и количество кисло¬рода, усваиваемого металлом, ускоряя окисление С, Si и т. д. При уменьшении глубины проникновения струи (подъем фурмы) больше кислорода усваивает шлак, ускоряются процессы, происходящие в шлаке. Рис. 1.3. Схема движения металла пря продувке кислородом: 1 '' сопло; 2 — струя кислорода; 3 '' отраженная струя; 4 '' движение металла. Шихтовые материалы для конверторной плавки — передельный чугун и стальной скрап (до 25 ''30% от массы чугуна), шлакообразующие, раскислители. Бла¬годаря основной футеровке конвертора при плавке ис¬пользуют основной флюс '' известь для ошлакования и удаления из металла серы и фосфора. Это дает возмож¬ность перерабатывать чугуны марок Ml, М2, МЗ, состав которых по S и Р изменяется в широких пределах. Стальной скрап (лом) '' в основном отходы металлургических и машиностроительных заводов: обрезь при прокатке, стружка и т.п.; около 30% скрапа по массе составляет амортизационный лом '' изношен¬ные детали машин, предметы быта и т. д. Основное шлакообразующее '' известь (5 ''8% от массы плавки); для разжижения шлака применяют боксит (до 50% Аℓ2О3, до 20% SiO3) или плавиковый шпат (CaF2). Для быстрого образования активного шла¬ка в начале продувки загружают железную руду (до 2%). При выплавке легированных сталей неокисляющиеся элементы, например никель и молибден, можно вводить во время плавки. Легко окисляющиеся элементы '' хром, кремний и др. '' нельзя вводить во время продувки кис¬лородом ввиду их большого угара. При легировании в конверторе после продувки или в ковше при выпуске плавки возможны охлаждение металла загрузкой ферросплавов и неравномерное рас¬пределение легирующих элементов в стали. Поэтому в конверторах выплавляют некоторые низ¬колегированные стали; при выпуске плавки в ковш одновременно заливают соответствующие ферросплавы, предварительно расплавленные в электропечи. Приме¬няют также легирование в ковше специальными брике¬тами, в состав которых входят ферросплав, порошок алюминия и другие компоненты. 1.2. Классификация и ассортимент легированных сталей Сталью называется сплав железа с углеродом (С до 2,14 %), поддающийся ковке. Классификация легированных сталей выполняется по различным признакам. По количеству легирующих элементов: • высоколегированная — общая масса легирующих элементов более 10%; • среднелегированная — общая масса легирующих элементов более 2,5-10%; • низколегированная — общая масса легирующих элементов до 2,5%. По назначению: • I — для изготовления инструмента, используемого для обработки металлов и других материалов в холодном состоянии; • II — для изготовления инструмента, используемого для обработки металлов давлением при температурах выше 300°С. По способу дальнейшей обработки: • а — горячекатаная и кованая металлопродукция для горячей обработки давлением и холодного волочения без контроля структурных характеристик; • б — горячекатаная и кованая металлопродукция для холодной механической обработки с полным объемом испытаний. По качеству изготовления: • обычная; • высококачественная — А. По качеству и отделке поверхности: • горячекатаная и кованая: 2ГП — для подгруппы «а», 3ГП — для подгруппы «б» повышенного качества, 4ГП — для подгруппы «б» обычного качества; • калиброванная — Б и В; • со специальной отделкой поверхности — В, Г, Д. По производителю: • завод «Электросталь» — ЭИ; • златоустовский металлургический завод — ЗИ. Легирующими элементами называют элементы, специально вводимые в сталь для изменения ее строения и свойств. Соот¬ветственно стали, содержащие легирующие элементы, называют¬ся легированными. При этом, если содержание кремния превы¬шает 0,4 % или марганца - 0,8 %, то они также относятся к легирующим элементам. Концентрация некоторых легирующих элементов может быть очень малой. В количестве до 0,1 % вводят Nb, Ti, а содержание бора обычно не превышает 0,005 %. Если концентрация элемента составляет около 0,1 % и менее, легирование стали принято на¬зывать микролегированием. Появление и широкое распространение легированных сталей обусловлено непрерывным ростом требований, предъявляемых к материалам по мере прогресса техники. Легирование производит¬ся с целью изменения механических (прочности, пластичности, вязкости), физических (электропроводности, магнитных характе¬ристик, радиационной стойкости) и химических (коррозионной стойкости в разных средах) свойств. Необходимый комплекс свойств обычно обеспечивается не только легированием, но и термической обработкой, позво¬ляющей получать наиболее оптимальную структуру металла. Легированные стали дороже углеродистых, и поэтому применять их без термической обработки нерационально. Применение легирующих элементов существенно влияет на себестоимость стали. При использовании тех или иных легирую¬щих элементов руководствуются не только их влиянием на свой¬ства стали, но и экономическими соображениями, в частности стоимостью добычи и получения, а также дефицитностью. Основными легирующими элементами являются Cr, Ni, Mn, Si, W, Mo, V, А1, Сu, Ti, Nb, Zr, В. Часто сталь легируют не од¬ним, а несколькими элементами, например Сг и Ni, получая хромоникелевую сталь, Сг и Мn - хромомарганцевую сталь, Cr, Ni, Mo, V - хромоникельмолибденованадиевую сталь. Химический состав стали определяет область ее применения. Основными легирующими элементами конструкционных сталей являются хром в количестве до 1,8% (чаще 0,8—1,1%), никель (0,5—4,5%), кремний (0,5—1,2%) и марганец (0,8—1,8%). Воль¬фрам, молибден, ванадий, титан, бор и другие легирующие элементы в качестве самостоятельных присадок ке применяют, а вво¬дят в сталь в сочетании с хромом, никелем и марганцем для до¬полнительного улучшения свойств. Обычно в конструкционных сталях содержится 0,15—0,45% Мо; 0,5—1,2% W; 0,1—0,3% V; 0,06—0,12% Ti; 0,002—0,005% В.. Наиболее высокие механические свойства приобретают леги¬рованные стали после термической обработки (закалки и отпуска); эти свойства почти не отличаются от механических свойств угле¬родистой стали, полученных в деталях малых сечений. В крупных сечениях (диаметром > 15—20 мм) механические свойства леги¬рованных сталей значительно выше углеродистых. Особенно сильно возрастают предел текучести, относительное сужение и ударная вязкость. Это объясняется тем, что легированные стали обладают меньшей критической скоростью закалки, а следовательно, луч¬шей прокаливаемостью. Кроме того, после термической обработки они имеют более мелкое зерно и более дисперсные структуры. Из-за большей прокаливаемое™ и меньшей критической скорости закалки замена углеродистой стали легированной позволяет зака¬ливать детали в менее резких охладителях (масло, воздух), что уменьшает деформацию изделий и предотвращает образование трещин. Поэтому легированные стали применяют не только для крупных деталей, но и для деталей небольшого сечения, имею¬щих сложную форму. Чем выше в стали концентрация легирующих элементов, тем более глубокой прокаливаемостью она обладает. Для достижения высокой прокаливаемости сталь чаще леги¬руют более дешевыми элементами — марганцем, хромом и бором, а также более дорогими — никелем и молибденом. Однако следует иметь в виду, что по достижении необходимой для данного сечения прокаливаемости дальнейшее увеличение в стали легирующих элементов может не улучшить, а, напротив, ухудшить механиче¬ские и технологические свойства стали. При этом повышается порог хладноломкости и уменьшается запас вязкости. Исключение составляют никель и молибден. Никель повышает сопротивление хрупкому разрушению, повышая пластичность и вязкость, уменьшая чувствительность к концентраторам напря¬жений и понижая температуру порога хладноломкости. Никель — дорогой металл. Поэтому в конструкционные стали его вводят совместно с хромом и другими элементами в предельно минималь¬ном количестве. Легирование стали небольшими количествами V, Ti, Nb и Zr (до 0,1—0,15%), образующими труднорастворимые в аустените карбиды, измельчает зерно. При этом понижается порог хладно¬ломкости, повышается работа распространения трещины и умень¬шается чувствительность к концентраторам напряжений. При большем содержании этих элементов сопротивление стали хруп¬кому разрушению уменьшается. Легирующие элементы повышают устойчивость мартенсита против отпуска и задерживают коагуляцию карбидов. Поэтому для получения требуемой прочности и твердости легированные стали подвергают отпуску при более высокой температуре, чем углеродистые. Это позволяет не только полностью снять закалоч¬ные напряжения, но и получить в стали лучшее сочетание прочности и вязкости. После одинаковой температуры отпуска легированная сталь будет иметь более высокую прочность (твердость), но несколько меньшую пластичность и вязкость. Легирующие элементы суще¬ственно повышают прочность стали после улучшения, упрочняя ферритную основу (в том числе и благодаря сохранению большей плотности дефектов строения) и увеличивая дисперсность карбидных частиц. Наиболее сильно упрочняют сталь Сг, Мо и Si. Поэтому легированная сталь и в отожженном (нормализован¬ном) состоянии будет обладать большей прочностью, но меньшей пластичностью, чем углеродистая. Для подавления обратимой отпускной хрупкости сталь леги¬руют молибденом (или вольфрамом). Молибден значительно улуч¬шает механические свойства стали после цементации (нитроцемен-тации), и повышает твердость и прокаливаемость цементованного слоя. Кремний является полезным легирующим элементом для ста¬лей, подвергаемых изотермической закалке. Стали, содержащие кремний, после изотермической закалки обеспечивают высокую вязкость и пониженную чувствительность к надрезу. Это объяс¬няется тем, что в процессе промежуточного превращения возра¬стает содержание высокоуглеродистого остаточного аустенита и повышается вязкость бейнита вследствие уменьшения в а-фазе углерода. Основной особенностью конструкционной стали с микродобавкой бо¬ра является повышенная прокаливаемость ее по сравнению с ана¬логичной сталью без бора. На прокаливаемость оказывают положительное влияние микродобавки бора в количестве 0.001-0.005%. Располагаясь по границам зерен аустенита, бор способствует его стабилизации. Бор относится к элементам внедрения и имеет очень малую растворимость в твердом растворе, не более 0,003% (по массе). По¬этому фактическое содержание бора в конструкционной легирован¬ной стали обычно не превышает 0,002—0,003%, так как при более высоком его содержании образуется боридная эвтектика, приводя¬щая к снижению горячей пластичности и вязкости стали при нор¬мальной и пониженных температурах. Увеличение прокаливаемости стали достигается только находящимся в твердом растворе бором, а избыток его выше предела растворимости в виде боридов эвтек¬тики прокаливаемости не увеличивает. В зависимости от метода раскисления и порядка введения бора при выплавке стали влияние бора на прокаливаемость может быть либо эффективным, либо неэффективным, Бор обладает сродством к азоту и образует нитриды в жидкой фазе; в этом случае он не входит в твердый раствор и не увеличи¬вает прокаливаемоСти стали при закалке. Неэффективное влияние бора на прокаливаемость стали наблюдается в том случае, когда микролегирование бором осуществляется присадкой ферробора в хо¬рошо раскисленную алюминием сталь. При этом растворенный в жидком металле азот образует с бором нитриды. Свободный же ме¬таллический алюминий может образовывать нитриды только в твер¬дом растворе при температурах ниже 1200—1250° С. Для обеспечения эффективного влияния бора на прокаливае¬мость стали необходимо перед присадкой ферробора в раскисленную алюминием сталь добавить титан, который обладает большим срод¬ством к азоту, чем бор, и также образует нитриды в жидкой фазе. Обычно при выплавке стали с микродобавкой бора вводят указанной последовательности титана в 4—5 раз больше (в виде ферротитана),, чем содержание азота в стали, учитывая отношение атомных весов титана и азота, а также степень усвоения титана. При введении в сталь бора не в виде ферробора, а в виде комп¬лексного ферросплава, содержащего, кроме бора, титан или цирко¬ний, последний присаживается также после раскисления стали алю¬минием. Указанные особенности выплавки учитываются при произ¬водстве борсодержащих конструкционных легированных сталей. Микродобавка титана для связывания азота до окончания кри¬сталлизации стали не только обеспечивает эффективное влияние мик¬родобавки бора на прокаливаемость стали, но и препятствует обра¬зованию таких дефектов, как сколы в изломе крупного, сорта и камневидного излома при последующих переделах — ковке, штамповке и термической обработке. Марки инструментальной легированной стали I группы: 13Х, 8ХФ, 9ХФ, 11ХФ (ИХ), 9ХФМ, Х, 9Х1, 12Х1 (120Х, ЭП430), 6ХС, 9Г2Ф, 9ХВГ, 6ХВГ, 9ХС, В2Ф, ХГС, 4ХС, ХВСГФ, ХВГ, 6ХВ2С, 5ХВ2СФ, 6ХЗМФС (ЭП788), 7ХГ2ВМФ, 9Х5ВФ, 8Х6НФТ (85Х6НФТ), 6Х4М2ФС (ДИ55), Х6ВФ, 8Х4В2МФС2 (ЭП761), 11Х4В2МФ3° C2 (ДИ37), 6Х6В3МФС (ЭП569, 55Х6В3СМФ), Х12, Х12МФ, Х12Ф1, Х12ВМФ. Марки инструментальной легированной стали II группы: 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХНВС, 7Х3, 8Х3, 4ХМФС (40ХСМФ), 4ХМНФС, 3Х2МНФ, 5Х2МНФ (ДИ32), 4Х3ВМФ (3И2), 3Х3М3Ф, 4Х5 МФС, 4Х4ВМФС (ДИ22), 4Х5МФ1С (ЭП572), 4Х5В2ФС (ЭИ958), 4Х2В5МФ (ЭИ959), Х3В3МФС (ДИ23), 05Х12Н6Д2МФСГТ (ДИ80). Обозначение марки стали: первые цифры — массовая доля углерода в десятых долях процента, затем буквы — вещество, используемое в качестве легирующего элемента, цифры, стоящие после букв, — средняя массовая доля соответствующего легирующего элемента в целых единицах процентов. Начальную цифру опускают, если содержание углерода не менее 1%. Буква «А», в середине марки стали — содержание азота, в конце — сталь высококачественная. Например, сталь 5ХНМ — 0,5 С, 1 Cr, 1 N1, до 0,3 Mo. Нестандартные легированные стали, выпускаемые, например, заводом «Электросталь» обозначаются соответствующим сочетанием букв (в данном случае «ЭИ»), после которого идет порядковый номер стали. Например, ЭИ959, ЭП761, ДИ80 и др. 1.3. Требования к качеству легированных сталей Основными показателями качества металла являются: химический состав; микро- и макроструктура; основные и технологические свойства; размеры, геометрия и качество поверхности металлопродукции. Требования к качеству металла и продукции из него оговорены в национальных стандартах, технических условиях фирм (предприятий) или отдельных соглашениях между потребителем и поставщиком. Качество металла и надежные методы определения его основных показателей являются главными в технологической цепи производства. Качество металлопродукции, поступающей на предприятие, определяется при входном контроле (ВК). В качественных сталях максимальное содержание вредных примесей составляет не более 0,04 % серы и 0,04 % фосфора. Качественная сталь менее загрязнена неметаллическими включениями и имеет меньшее содержание растворенных газов. В случае примерно одинакового содержания углерода качественные стали имеют более высокую пластичность и вязкость по сравнению со сталями обыкновенного качества особенно при низких температурах. Качественные углеродистые стали поставляют по химическому составу и по механическим свойствам. Качественные углеродистые стали поставляются заказчику в различном состоянии: без термической обработки, после нормализации, различной степени пластической деформации и т.д. В высококачественных сталях стремятся получить минимально возможное содержание серы и фосфора (S (0,035 % и Р ( 0,035 %). Поскольку при этом стоимость стали существенно возрастает, конструкционные углеродистые стали редко выплавляют высококачественными. Легированные стали выплавляют только качественными, а чаще - высококачественными. Постоянными примесями в сталях являются: марганец, кремний, сера, фосфор, а также скрытые примеси — газы: кислород, азот, водород. Вредными примесями в стали являются сера и фосфор. Основным источником серы в стали является исходное сырье — чугун. Сера снижает пластичность и вязкость стали, особенно при низких температурах, а также сообщает стали красноломкость при прокатке и ковке. Сера нерастворима в стали. Она образует с железом соединение FeS — сульфид железа, хорошо растворимый в металле. Марганец устраняет красноломкость, так как сульфиды марганца не образуют сетки по границам зерен и имеют температуру плавления около 1 620 °С, что выше температуры горячей деформации. Вместе с тем, сульфиды марганца, как и другие неметаллические включения, также снижают вязкость и пластичность, уменьшают усталостную прочность стали. Поэтому содержание серы в стали должно быть как можно меньше. Основной источник фосфора — руды, из которых выплавляется исходный чугун. Фосфор является вредной примесью, способной в количестве до 1,2% растворяться в феррите. Растворяясь в феррите, фосфор уменьшает его пластичность. Скрытые примеси — кислород, азот, водород — находятся в стали либо в виде твердого раствора в феррите, либо образуют химические соединения (нитриды, оксиды), либо присутствуют в свободном состоянии в порах металла. Кислород и азот мало растворимы в феррите. Они загрязняют углеродистую сталь хрупкими неметаллическими включениями, способствуя снижению вязкости и пластичности стали. Водород находится в твердом растворе и особенно сильно охрупчивает сталь. Даже небольшие концентрации газов оказывают резко отрицательное влияние на свойства, ухудшая пластические и вязкие характеристики стали. Поэтому вакуумирование является важной операцией для улучшения свойств стали. Для повышения чистоты стали и сплавов осуществляется вспомогательная улучшающая обработка, виды которой иногда дополнительно указываются в конце названий марок следующими индексами: ВИ(ВИП) — переплав в вакуумных индукционных печах; Ш(ЭШП) —электрошлаковый переплав; ВД(ВДП)—переплав в вакуумных дуговых печах; ШД —вакуумно-дуговой переплав стали, полученной электрошлаковым переплавом (ГОСТ 21022—75); ЭЛП — электронно-лучевой переплав; ПДП — плазменно-дуговая плавка; ОДП — обычная дуговая плавка. Условия металлургического передела оказывают определяющее влияние на характерную структурную составляющую наиболее важных инструментальных сталей - заэвтектоидных и главным образом ледебуритных, а именно на особенности распределения карбидных частиц, их размеры и форму. В связи с этим применяют два принципиально различных спо¬соба производства инструментальных сталей: 1) металлургиче¬ский передел, обшепринятый для большинства сталей, в том числе для конструкционных (с выплавкой в печах), 2) методами порошковой металлургии. Большинство инструментальных сталей легированных и высококачественных углеродистых выплавляют в электрических печах; некоторые из них, кроме того, переплавляют в вакууме или электрошлаковым переплавом, подвергают тщательному плавочному контролю и для уменьшения ликвации, особенно карбидной, отливают в слитки относительно небольших размеров. Углеродистые качественные стали выплавляют в основ¬ных мартеновских печах и некоторые из них получают способом непрерывной разливки. Изменение металлургического передела влияет главным образом на механические и некоторые техноло¬гические свойства (ковкость, штампуемость). Для инструментальных сталей в ГОСТах, технических усло¬виях и в марочниках-лимитируется содержание никеля; Для боль¬шинства марок оно не должно превышать 0,35%. Для углероди¬стых сталей, используемых в качестве малопрокаливающихся, это ограничение содержания никеля как элемента, сильно изменяю¬щего прокаливаемость, справедливо. Для некоторых легированных и быстрорежущих сталей допускается его повышение до 0.6 ''0.8%; тогда немного возрастают прочность, вязкость и устойчивость против перегрева. Марганца в теплостойких (быстрорежущих штамповых) сталях должно быть <0.4%. Если марганец ''легирующий элемент, то он присутствует в повышенном количестве; меди — не более 0,3%. Содержание вредных примесей — серы и фосфора — не должно превышать (по ГОСТу): в легированных сталях 0,030% каждого из этих элементов; в углеродистых высококачественных (У7А—У12А) 0,020% S и 0,030% Р и в качественных сталях (У7—У12) 0,030% S и0,035% Р. Содержание серы должно быть еще ниже: < 0,015% в сталях повышенной чистоты, выплавляемых методом электрошлакового переплава или в вакууме, и < 0,02% в мартенситно-стареющих сталях. Фосфор при содержании >0,02—0,03% заметно снижает вязкость и прочность, способствуя росту зерна при нагреве для закалки и усиливая искажения в решетке мартенсита. Неметаллические включения (сульфиды, оксиды, силикаты), особенно в поверхностных слоях и по границам зерен, служат очагами зарождения усталостных трещин и легко выкрашиваются; Это ухудшает главным образом сопротивление контактной усталости и разгаростойкость. В присутствии повышенного количества оксидов и силикатов затрудняется также получение более чистой поверхности при шлифовании и полировании. Отрицательное влияние серы становится значительным при содержании > 0,025 —0,030%. Содержание оксидов и силикатов в инструментальных сталях обычно регламентируется. Они обнаруживаются в микроструктуре в виде включений округлой или неправильной формы (оксиды и хрупкие силикаты) или в виде вытянутых включений (сульфиды и пластичные силикаты). В быстрорежущих сталях количество хрупких включений до¬стигает балла 4 (по стандартной шкале), а более пластичных суль¬фидов невелико — меньше балла 1. В известной степени это свя¬зано с трудностью выявления сульфидов в быстрорежущих сталях; они образуются до затвердевания последних порций жидкости и могут служить центрами кристаллизации карбидов. Поэтому общее количество неметаллических включений, по¬скольку оно зависит от условии выплавки и кристаллизации, мо¬жет заметно различаться у стали разных плавок. Содержание газов, как правило, не регламентируется. В стали, выплавленной в электрической дуговой печи, оно обычно не превышает 0,025% для азота, 0,01% для кислорода и 0,0005% для водорода. В стали, полученной переплавом в вакууме, содержится меньше газов и неметаллических включений (оксидов), располагающихся по границам зерен, возрастает плотность и вследствие этого по¬вышаются механические свойства. Но они неодинаковы для раз¬личных сталей, так как это зависит от многих условий выплавки и разливки, достигаемого разрежения и особенно от структур¬ного класса стали. Анализ имеющихся и не всегда совпадающих данных позволяет, однако, считать, что положительное влияние вакуумирования значительнее для сталей с меньшим количеством карбидов и выражено менее сильно для сталей с повышенным количеством карбидов, в частности быстрорежущих. Это вызвано тем, что изменение способов выплавки (при неизменных размерах слитков) мало воздействует на распределение и размеры карби¬дов. Эти важные особенности их строения, сильно влияющие на механические свойства, определяются в первую очередь условиями кристаллизации стали в слитке. Входной контроль — контроль продукции поставщика, поступившей к потребителю, предназначенной для использования при изготовлении, ремонте или эксплуатации продукции. Входной контроль металлопродукции является обязательным на фирмах (предприятиях), разрабатывающих или изготовляющих промышленную продукцию, а также осуществляющих ее ремонт. Этот контроль организуется и проводится в соответствии со стандартами и другой нормативно-технической документацией (НТД) предприятия. В соответствии с ГОСТ 24297-87 входной контроль проводит подразделение входного контроля — бюро входного контроля (БВК), входящее в состав службы технического контроля качества предприятия (ОТК). Основными задачами входного контроля являются: • проведение контроля наличия сопроводительной документации на продукцию; • контроль соответствия качества и комплектности продукции требованиям конструкторской и нормативно-технической документации; • накопление статистических данных о фактическом уровне качества получаемой продукции и разработка на этой основе предложений по повышению качества и, при необходимости, пересмотру требований НТД на продукцию; • периодический контроль за соблюдением правил и сроков хранения продукции поставщиков. Входной контроль необходимо проводить в специально отведенном помещении (участке), оборудованном необходимыми средствами контроля, Проведение ВК возлагается на БВК. Во входом контроле участвуют: склад покупной металлопродукции или цех-потребитель (далее склад) и центральная заводская лаборатория (ЦЗЛ). Входной контроль металлопродукции предусматривает следующие проверки: • сопроводительной документации, удостоверяющей качество (сертификата, паспорта); • маркировки, тары, упаковки; • геометрических размеров; • состояния поверхности; • специальных свойств; • марки материала (химического состава), механических свойств, структуры. Типовая схема организации ВК заключается в следующем. Поступившая на склад металлопродукция принимается с сопроводительной документацией по номенклатуре, ассортименту и количеству и не позднее 10 дней передается на входной контроль. На входном контроле выполняются проверки по первым четырем пунктам (см. выше) и производится отбор проб для подтверждения марки металла, структуры, механических и специальных свойств. Отбор проб проводится под контролем БВК. Отобранные пробы передаются в ЦЗЛ. На основании данных входного контроля, включая заключения ЦЗЛ, делается вывод о соответствии качества металлопродукции установленным требованиям. При положительных результатах контроля в сопроводительной документации (сертификате, паспорте) делается отметка «Входной контроль проведен, соответствует ТИ» При несоответствии какого-либо показателя установленным требованиям контролю подвергается удвоенное количество образцов от данной партии металла. При повторном получении неудовлетворительных результатов склад, БВК и отдел снабжения составляют акт на брак. Забракованный металл маркируется красной краской «Брак» и хранится в изоляторе брака до принятия решения об утилизации или возврате. Контроль геометрических размеров В ТИ регламентируется объем контроля размеров сортамента металлопродукции, который составляет, как правило, 5% от одной партии. Контроль размеров производится измерительными инструментами, обеспечивающими погрешность измерения, равную !4 допуска на измеряемый параметр. Например, измерение толщины полос и лент должно проводиться на расстоянии не менее 50 мм от конца и не менее 10 мм от кромки. Ленты шириной 20 мм и менее измеряются посредине. Измерения производятся микрометром по ГОСТ 6507-90 или ГОСТ 4381-87. Измерение толщины листов и плит производят на расстоянии не менее 115 мм от углов и не менее 25 мм от кромок листа штангенциркулем (ГОСТ 166-89). Контроль поверхности Качество поверхности металла проверяют на соответствие требованиям НТД на поставку визуально без применения увеличительных приборов (кроме случаев, оговоренных особо). Рекомендованный объем контроля составляет 5% от партии. В некоторых случаях (поковки, отливки и др.) контролю поверхности подвергают 100 % продукции. Контроль химического состава Этот контроль проводится в ЦЗЛ на специально отобранных пробах от каждой партии металла с оформлением заключения по установленной форме. Контроль проводится с целью установления соответствия качественного и количественного химического состава металлопродукции нормам, заявленным в сертификате. Норма отбора проб для контроля химического состава устанавливается в ТИ и составляет, как правило: • для листов и плит — от одного контрольного листа, плиты партии; • для лент, полос, проволоки — от одного контрольного рулона партии; • для прутков и профилей, имеющих поштучное клеймение завода-поставщика — от одного прутка, профиля, партии; • для прутков и профилей, имеющих маркировку на бирке — от 2-х, 3-х и 5-ти прутков, профилей для партий в количестве менее 30 шт., от 30 до 50 шт. и свыше 50 штук соответственно. Отобранные пробы направляются в ЦЗЛ, где проводится контроль химического состава с использованием химических и/или спектральных метолов анализа. Химические метолы анализа, в основе которых лежат химические реакции определяемых веществ в растворах, включают, главным образом, гравиметрический, титриметрический и колориметрический анализы. Эти методы описаны в соответствующих ГОСТ. Необходимо отметить, что химиический анализ трудоемок, не является универсальным и не обладает высокой чувствительностью (особенно при малых концентрациях определяемых элементов). Спектральный анализ — физический метод качественного и количественного определения состава вещества по его спектрам. При качественном анализе полученный спектр интерпретируют с помощью таблиц и атласов спектров элементов. Для количественного анализа пробы из спектра выбирают одну или несколько аналитических линий каждого анализируемого элемента. Спектральный анализ металлов проводят по ГОСТам. Рентгеноспектральный анализ. По сравнению с оптическими спектрами рентгеновские характеристические спектры содержат меньшее число линий, что упрощает их расшифровку. Это преимущество обусловливает все более широкое применение рентгеновского анализа в заводских лабораториях. Результаты контроля химического состава металла оформляются в сопроводительной документации и регистрируются в паспорте входного контроля. При входном контроле импортных материалов производится определение марки материала в соответствии с сертификатом по химическому составу. Контроль механических свойств Данный вид контроля проводится в ЦЗЛ в соответствии с требованиями СТП и ТИ. Содержание и объем контроля механических свойств поступающей на предприятие металлопродукции определяется маркой металла, состоянием поставки и назначением . При получении результатов, несоответствующих сертификату, испытание повторяют на удвоенном количестве образцов. Если при повторных испытаниях получены отрицательные результаты хотя бы на одном образце, то вся партия металла бракуется. Результаты механических свойств металла отражают в паспорте входного контроля с приложением таблиц испытаний. Рассмотрим способы повышения качества легированных сталей. Режим термической обработки назначают в соответ¬ствии с критическими точками и диаграммой изотерми¬ческого превращения аустенита обрабатываемой стали. Сталь подвергают всем видам отжига (I и II рода). Основное назначение отжига — получение равновесной структуры, поэтому при отжиге, как правило, детали ох¬лаждают медленно '' легированные стали '' 30-100° С/ч. Диффузионный (гомогенизирующий) отжиг применя¬ют для устранения ликвации (выравнивание химическо¬го состава). В его основе — диффузия. При этом вырав¬нивается состав и растворяются избыточные карбиды. Такой отжиг проводят при высокой температуре с дли¬тельной выдержкой. Гомогенизирующему отжигу под¬вергают в основном легированные стали. Это объясняет¬ся тем, что скорость диффузии углерода, растворенного в аустените по способу внедрения, на несколько поряд¬ков больше скорости диффузии легирующих элементов, которые растворяются в аустените по способу замещения. Гомогенизация углеродистых сталей происходит практи¬чески в процессе их нагрева. Режим гомогенизирующего отжига: нагрев до температуры 1050-1200° С, время вы¬держки составляет 8-10 ч. Рекристаллизационный отжиг применяют для холоднотянутых прутков из легированных сталей при 700-730° С. Время вы¬держки при нагреве зависит от толщины сечения. Для тонких листов и проволоки оно составляет 25-30 мин. Нормализацией называют термическую обработку стали, при которой изделие нагревают до аустеннтного состояния (на 30-50 град выше Ас3 или Аст) и охлаж¬дают на спокойном воздухе. Нормализацию чаще применяют как промежуточ¬ную операцию, улучшающую структуру. В зависимости от формы изделия, марки стали и нужного комплекса свойств применяют различные спо¬собы закалки. Закалку в одном охладителе применяют для деталей простой формы. Нагретую до температуры закалки деталь быстро переносят в охладитель, которым может быть вода, масло и т. д. Недостаток этого способа закалки заклю¬чается в том, что вслед¬ствие неравномерного охлаждения по сечению в детали возникают боль¬шие термические напря¬жения. Отпуском называется нагрев закаленной стали до температур ниже критической точки Ас выдержка при этой температуре с последующим охлаждением (обыч¬но на воздухе). Отпуск является окончательной термической обработкой. Целью отпуска является изменение строения и свойств закаленной стали: повышение вязкости и пластичности, уменьшение твердости. Кроме того, при отпуске частично или полностью устраняются внутренние напряжения. 2. МАРКИРОВАНИЕ, УПАКОВКА, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ Для обозначения марок легированных сталей в нашей стране принята буквенно-цифровая система. Легирующие элементы обозначают следующими буквами: хром - Х, никель - Н, молибден - М, вольфрам - В, кобальт - К, титан - Т, азот - А, марганец - Г, медь - Д, ванадий - Ф, кремний - С, фосфор - П, алюминий - Ю, бор - Р, ниобий - Б, цирконий - Ц. Марка стали обозначается сочетанием букв и цифр. Для конструкционных марок стали первые две цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Содержание легирующих элементов, если оно превышает 1 %, ставят после соответствующей буквы в целых единицах. Например, сталь марки 18ХГТ содержит около 0,18 % С; 1 % Сг; 1 % Мn и около 0,1 % Тi; марки 12ХН3 - 0,12 % С; 1 % Сг и 3 % Мn. В качестве основных легирующих элементов в конструкцион¬ных сталях применяют хром до 2 %, никель 1-4 %, марганец до 2 %, кремний 0,6-1,2 %. Такие легирующие элементы, как Мо, W, V, Ti, обычно вводят в сталь в сочетании с Cr, Ni с целью до¬полнительного улучшения тех или иных физико-механических свойств. В конструкционных сталях эти элементы обычно содер¬жатся в следующих количествах, %: Мо 0,2-0,4; W 0,5-1,2; V 0,1-0,3; Ti 0,1-0,2. Например, сталь 18ХГТ содержит, %: 0,17-0,23 С, 1,0-1,3 Сг, 0,8-1,1 Мп, около 0,1 Ti; сталь 38ХНЗМФА - 0,33-0,40 С, 1,2-1.5 Сг, 3,0-3,5 Ni, 0,35-0,45 Мо, 0,1-0,18 V; сталь ЗОХГСА -0,32-0,39 С, 1,0-1,4 Сг, 0,8-1,1 Мп, 1,1-1,4 Si. В инструментальных сталях в начале обозначения марки ста¬ли ставится цифра, показывающая содержание углерода в деся¬тых долях процента. Начальную цифру опускают, если содержа¬ние углерода около 1 % или более. Например, сталь 3Х2В8Ф содержит, %: 0,3-0,4 С, 2,2-2,7 Сг, 7,5-8,5 W, 0,2-0,5 V; сталь 5ХНМ - 0,5-0,6 С, 0,5-0,8 Сг, 1,4-1,8 Ni, 0,19-0,30 Мо; сталь ХВГ - 0,90-1,05 С, 0,9-1,2 Сг, 1,2-1.6 W, 0,8-1,1 Мп. Для некоторых групп сталей принимают дополнительные обо¬значения. Марки автоматных сталей начинаются с буквы А, под¬шипниковых - с буквы Ш, быстрорежущих - с буквы Р, электро¬технических - с буквы Э, магнитотвердых - с буквы Е. При маркировке электротехнических сталей (1211, 1313, 2211 и т. д.) первая цифра обозначает класс по структурному состоя¬нию и виду прокатки, вторая - содержание кремния, третья - по¬тери на гистерезис, четвертая - группу по основной нормируемой характеристике. Вместе три первые цифры означают тип стали, а четвертая — порядковый номер этого типа стали. Марки стали для строительных конструкций обозначают С235, С245, С255, С345, С590К и т. д., где буква С означает, что сталь строительная, цифры - предел текучести проката, а буква К - ва¬риант химического состава. Если в конце обозначения стоит буква Д, это значит, что сталь дополнительно легирована 0,15-0,30 % Сu, например С345Д. Для изготовления рельсов широкой колеи типов Р75, Р65, Р50 применяют стали марок М76, М74, где буква М указывает мартеновский способ выплавки, а цифры - среднее содержание углерода в сотых долях процента. В конце обозначения марок особо высококачественных сталей могут стоять буквы, показывающие способы ее дополнительного переплава. Буквы ВД означают, что с целью улучшения качества сталь была подвергнута вакуумно-дуговому переплаву, буква Ш -электрошлаковому, ПД - плазменно-дуговому, ВИ - вакуумно-индукционной выплавке. Литейные стали маркируются той же буквенно-цифровой сис¬темой, как и деформируемые. Но в конце марки дополнительно ставится буква Л, что означает литейную сталь. Углеролистые неулучшаемые стали. В начале марки располагается заглавная буква, отражающая вид раскисления стали: U — кипящая сталь; R — полуспокойная или спокойная сталь, раскисленная марганцем и кремнием; RR — сталь, раскисленная кремнием, марганцем и алюминием по специальной технологии. Далее следует индекс St и трехзначное число, характеризующее величину минимального предела прочности при комнатной температуре в Н/мм2. Далее указывается номер группы качества, которая может быть 1, 2 и 3, при этом группа 3 отличается от групп 1 и 2 более низким содержанием фосфора, серы и углерода. Между пределом прочности и группой качества ставится дефис. Указанные четыре обозначения формируют основу марки, однако возможно и указание дополнительных данных. Буквы, которые ставятся в самом начале марки, обозначают способ выплавки: Е — сталь элекропечной выплавки; М — сталь, выплавленная в мартеновской печи; V — сталь, выплавленная с применением продувки кислородом. Заглавная буква Z, расположенная между первым и вторым обозначением, свидетельствует о пригодности данной стали для волочения. В тех случаях, когда сталь может быть подвергнута штамповке или ковке, между первым и вторым обозначением размещается буква Р. Сталь, предназначенная для производства труб, обозначается буквами Ro, которые также располагаются между первым и вторым обозначением. Сталь, поставляемая в состоянии после прокатки, маркируется в конце марки буквой U, а после нормализации — буквой N. Углеролистые качественные стали. Данный класс сталей маркируется буквой Сk в начале обозначения, далее располагается число, отражающее содержание углерода, умноженное на 100. Углеролистые улучшаемые стали маркируются буквами Ск в начале обозначения, далее следует число, отражающее содержание углерода, умноженное на 100. Низколегированные качественные стали маркируются в начале числом, соответствующим содержанию углерода в стали, умноженным на 100; далее указываются химические символы важнейших легирующих элементов; далее — числа, соответствующие содержанию элементов, умноженные на коэффициент, приведенный ниже: Cr, Co, Mn, Ni, Si, W 4 AI, Сu, Mo, Ti, V 10 P, S, N 100 Высоколегированные стали маркируются в начале обозначения буквой X, далее следует число, соответствующее содержанию углерода, умноженное на 100; далее — химические символы важнейших легирующих элементов и числа, отражающие среднее содержание легирующих элементов. Стали для особых областей применения Мягкие углеролистые стали для холоднокатаной полосы маркируются буквами St в начале обозначения, далее следуют цифры от 0 до 4, соответствующие чистоте стали (в отношении ограничений по содержанию серы и фосфора). Нестареющие стали маркируются в начале обозначения буквой А, далее следуют буквы St, далее числа, соответствующие минимальному гарантированному пределу прочности Стали лля катанки маркируются буквой D в начале обозначения, Аалее следует число, соответствующее содержанию углерода. Стали для котельного листа маркируются буквой Н в начале обозначения, далее следуют римские цифры от I до IV, отражающие содержание углерода и марганца. Магнитомягкие стали маркируются буквой R в начале обозначения, далее следует химический символ основного элемента (железо, кремний или никель), далее — числа, соответствующие величине коэрцитивной силы в A /см, умноженной на 100. Динамные и трансформаторные стали маркируются римской цифрой (от I до IV) и числом, отражающим величину потерь (Вт/кг). Литейные стали маркируются буквами GS в начале обозначения, далее идат маркировка, аналогичная углеродистым, низколегированным улучшаемым, высокоуглеродистым сталям. Маркировка коррозионностойких сталей Коррозионностойкие стали представляют собой группу высоколегированных сталей. Эти стали поставляют по ГОСТ 5632-72 и ТУ. Маркировка осуществляется в соответствии с буквенно-цифровой системой, принятой для легированных сталей. Отличие заключается в том, что в марочном обозначении многих аустенитных сталей указывают максимальное содержание углерода, а не среднее его содержание. Это объясняется влиянием углерода на коррозионную стойкость Низколегированная сталь является переходной между углеродистыми и легированными сталями. Она по своей основе соответствует малоуглеродистой стали (С 0,1—0,2%), легированной хромом, никелем, медью, ванадием, ниобием и другими элементами в небольших и микроскопических дозах (десятые и со¬тые доли процента). Микролегирование, незначительно удорожая сталь, зна¬чительно повышает ее прочность, хладо-; коррозионно- и износостойкость по сравнению с углеродистыми сталями, сохраняя ее пластичные свойства и сва¬риваемость. Установлено (ГОСТ 19282—73) 28 марок низколегированных сталей для листового и широкополосного проката, слябов и блюмсов, поко¬вок и штамповок; для сортового и фасонного проката (ГОСТ 19281—73) установлен сокращенный сортамент марок. Легированная сталь (ГОСТ 4543—71*) подразделяется на качественную, высоколегированную и особовысококачественную (электрошлакового перепла¬ва). Содержание, %: в качественной стали серы и фосфора не более 0,035 каж¬дого; в высококачественной — не более 0,025 каждого; в особовысококачественной стали серы не более 0,015, фосфора 0,025. Легированная сталь по наличию основных легирующих компонентов под¬разделяется на группы и по процентному их содержанию — на марки, при этом, названия марок высококачественной стали в конце имеют букву А (табл. 15). По форме и размерам сталь должна удовлетворять нормам соответствую¬щих стандартов на сортамент проката. В зависимости от назначения проката сталь подразделяется на подгруппы: а — для горячей обработки давлением и холодного волочения (подкат); б — для холодной механической обработки (обточки, строжки, фрезерования и др.) по всей7поверхности; в — для холодной высадки. Сталь качественная калиброванная (ГОСТ 1051—73) Сталь качественная калиброванная (ГОСТ 1051—73) холоднотянутая, изготовляется из углеродистой, легированной, автоматной, быстрорежущей, леги¬рованной и углеродистой инструментальной, коррозионно-стойкой, жаропроч¬ной, рессорно-пружинной, теплоустойчивой и жаропрочной стали в соответст¬вии с заказом в нагартованном или термически обработанном состоянии. Сталь изготовляется: круглая диаметром от 5 до 100 мм; квадратная 5X5--100X100 мм; шестигранная 5—100 мм; полосовая толщиной 5—50 мм и шириной 12—63 мм. Поверхность должна быть чистой, гладкой, светлой или матовой, без тре¬щин, плен, закатов и окалины; в зависимости от качества поверхность подраз¬деляется на три группы: А, Б и В по нормам, приведенным в ГОСТ 1051—73. Легированные машиностроительные стали Легированные машиностроительные стали (ГОСТ 4543-71) производят в основном в виде горячекатаного и кованого сортового проката диаметром или толщиной до 250 мм для изготовления деталей машин, бесшовных труб нефтяного сортамента и др. В за¬висимости от вида термической или химико-термической обработки стали подразделяют на термоулучшаемые (закалка и высокий отпуск) и цементуемые (закалка и низкий от¬пуск), а в зависимости от содержания легирующих элементов - на хромистые, марган¬цовистые, хромоникелевые и т. д. Строительные стали (ГОСТ 19281-89) производят в виде толстолистового, широкополосного универсального, фасонного и сортового проката, а также гнутых профилей повышенной прочности (σт = 265...440 МПа, классы прочности 265, 295, 315, 325, 345, 355, 375, 390, 440). Прокат применяют в основном для изготовления сварных конструк¬ций, поэтому в зависимости от требуемого уровня свойств его поставляют в горячеката¬ном состоянии, после нормализации, термического улучшения или контролируемой прокатки. Сероводородостойкие низколегированные стали применяют для изготовления оборудования (транспортные трубы, аппараты) нефтегазовых месторождений, содер¬жащих в продукте сероводород, углекислый газ, которые вызывают коррозионное растрескивание металла. Для обеспечения требуемой коррозионной стойкости стали микролегированы ниобием и ванадием, модифицированы кальцием для глобуляризации сульфидных включений при повышенной чистоте по содержанию серы, равной 0,005-0,010% (мас.) . Теплоустойчивые стали (ГОСТ 20072—74) перлитного и мартенситного классов предназначены для деталей, работающих в нагруженном состоянии при температуре до 600° С в течение длительного времени. 1. Стали перлитного класса выпускаются восьми марок: 12МХ, 12Х1МФ (12ХМФ)*, 20Х1М1Ф1ТР (ЭП182), 20Х1М1Ф1Б1 (20ХМФБ, ЭП44), 25ХМФ (ЭИЮ), 25Х2М1Ф (ЭИ723)у 18ХЗМВ (ЭИ578), 20ХЗМВФ (ЭИ415, ЭИ579). В скобках указано старое название марок. 2. Стали мартенситног о класса — четырех марок: 15X5 (Х5), 15Х5М (Х5М), 15Х5ВФ (Х5ВФ), 12Х8ВФ (1Х8ВФ). Химический состав этих ма¬рок нормируется по ГОСТ 20072—74. Сортамент теплоустойчивых сталей должен соответствовать: для горячека¬таной круглой — ГОСТ 2590—71, горячекатаной квадратной— ГОСТ 2591—71; 4693—77, горячекатаной полосовой — ГОСТ 103—76, 4405—75, для кованой круг¬лой и квадратной — ГОСТ 1133—71, для калиброванной (и калиброванной шлифованной) круглой —ГОСТ 7417—75, квадратной — ГОСТ 8559—57,шестигран¬ной—ГОСТ 8560—78. Жаростойкая аустенитная сталь ДИ-50 (ЦНИИТМАШ)—малоникелевая деформированная, предназначена для труб пароперегревателей современных котлоагрегатов, работающих на высокосернистых мазутах при температурах до 650° С. Скорость окисления в продуктах сгорания высокосернистого мазута 0,03 мм/год. Сталь ДИ-50, не отличаясь по прочностным характеристикам при рабочих температурах от стали Х18Н12Т, превосходит ее по жаростойкости в 4—6 раза. Обладает хорошей свариваемостью. Сортовая и калиброванная коррозионно- и жаростойкая и жаропрочная сталь (ГОСТ 5949—75) поставляется горячекатаной, кованой, диаметром или толщиной до 200 мм и калиброванной—диаметром до 70 мм по сортаментным стандартам. Сорт изготовляется из сталей по ГОСТ 5632—72**. Проволока коррозионно- и жаростойкая выпускается диаметром 0,2—7,5 мм нормальной и повышенной точности из сталей по ГОСТ 5632—72**. Сталь толстолистовая коррозионно-стойкая и жаростойкая (ГОСТ 7350—77) горячекатаная. Листы подразделяются на четыре группы: АА — термически обработанные с полированной поверхностью, толщиной 4—25 мм; А — термически обработанные травленые диаметром 4—50 мм, Б — то же, что и А, но нетравленые; В — термически необработанные и нетравленые. Размеры листов по ГОСТ 19903—74. Механические свойства термически обработанных листов (групп АА, А и Б) в состоянии поставки из сталей по ГОСТ 5632—72** . Профили для паровых турбин из сталей по ГОСТ 5632—72** поставляются (ГОСТ 19442—74) в виде горячекатаных, холоднокатаных и холоднотянутых фасонных прутков —для лопаток и в виде холоднокатаных и холоднотянутых круглых и полукруглых прутков —для деталей (связей) лопаток при работе до 580° С; механические свойства приведены в табл. 39. Согласно ГОСТ 18968—73* поставляются профили: горячекатаные и кованые; круглые, (до 150 мм), квадратные (до 220 мм) и полоса (толщиной до 80 мм и шириной до 150 мм). Трубы коррозионно-стойкие изготовляются из сталей 06Х18Н10Т, 1Х18Т10Т, 13Х13С2М2, 06Х16Н15МЗБ, 04Х16Н15МЗБ . В литом виде коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные стали вы¬пускаются по ГОСТ 2176—77. Высокопрочные мартенситно-стареющие стали Мартенситно-стареющие стали - это безуглеродистые комплексно легированные сплавы на железной основе, у которых определенное сочетание легирующих элементов обеспечивает формирование в процессе соответствующей термической обработки пластичной матричной фазы - мартенсита замещения, армированной дисперсными высокопрочными равномерно распределенными частицами интерметаллидных фаз. Основу мартенситно-стареющих сталей составляет безуглеродистый железоникелевый мартенсит (8-20 % Ni). Высокая концентрация никеля обеспечивает устойчи¬вость переохлажденного аустенита сталей этого класса, способствует формированию в них при закалке мартенситной структуры, в том числе и при условии замедленного охлаждения. Разработаны составы мартенситно-стареющих сталей, удовлетворяющие различным требованиям по уровню прочности, пластичности, коррозион¬ной стойкости, по температурной области примене¬ния. Большинство сталей создано на базе систем Fe-Ni-Mo, Fe-Ni-Co-Mo, Fe-Cr-Ni-Mo, Fe-Cr-Ni-Co-Mo. Как конструкционный материал общего назначения наилучшее сочетание прочно¬сти, пластичности и вязкости имеют стали, содержащие, %: 17-19 Ni, 7-12 Со, 3-5 Мо, 0,2-1,6 Ti. Изменением содержания титана в этой системе можно варьировать проч¬ность сталей в широких пределах (1400-2 500 МПа). Наибольшее распространение в технике получила сталь Н18К9М5Т (ЭП-637). Согласно ТУ 14-1-1531-75, она содержит, %: < 0,03 С, 16,7-19,0 Ni; 8,5-9,5 Со; 4,6-5,5 Мо; 0,5-0,8 Ti; <0,15 A1. Стали, нашедшие широкое промышленное применение, условно можно разбить на две группы: низкоуглеродистые слабостареющие (типа 08Х15Н5Д2Т) и безуглеродистые интенсивно стареющие (типа 03Х12Н10Д2ТБ и 03X11Н10М2Т). Сталь 08Х15Н5Д2Т (ВНС-2) в закаленном состоянии кроме мартенсита содержит около 10 % остаточного аустенита. Температура закалки составляет 950-1000 С. Хромистые стали являются наиболее экономичными в отноше¬нии легирования и широко применяются в различных отраслях техники в качестве нержавеющего коррозионностойкого и окалино-стойкого материала. К жаропрочным сталям относят сплавы на основе железа, если содержание последнего превышает 50 %. В зависимости от суммарного содержания легирующих элементов жаропрочные стали могут быть низко-, средне- и высоколегированными. Стали перлитного класса Среди низколегированных сталей высокой жаропрочностью отличаются молибденосодержащие стали, например, хромомолибденовые, хромомолибденованадиевые, хромомолибденовольфрамованадиевые, имеющие достаточно высокие сопротивление ползучести и длительную прочность при температурах до 565-580 °С. Такие стали условно называют теплоустойчивыми. Химический состав теплоустойчивых сталей перлитного класса приведен в ГОСТ 20072-74, ГОСТ 4543-71, ТУ 14-1-1391-75. Они содержат 0,5-3,3 % Сг; 0,25-1,2 % Мо; 0,15-0,8 % V. Некоторые марки содержат 0,3-0,8 % W либо Nb. Стали мартенситного класса содержат 4,5-12 % Сг, а также в значительно меньшем количестве Ni, W, Mo, V. Стали марок 15X5, 15Х5М, 15Х5ВФ и 15Х8ВФ широко применяют для изготовления элементов аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов - деталей насосов, задвижек, крепежных деталей, крекинговых труб, работающих при температурах 550-600 °С. Сталь 11X11Н2ВМФ применяют для дисков компрессоров и для других деталей, работающих при температурах до 600 ° С с ограниченным сроком службы. Стали мартенситно-ферритного класса Стали мартенситно-ферритного класса содержат в структуре кроме мартенсита 10-25% феррита. Основная легирующая добавка и в этих сталях — Сr (11-13 %), наряду с которым присутствуют менее значительные присадки Ni, W, Mo, Nb, V (модифицированные хромистые стали). Эти стали изготовляют в виде сортового проката и применяют в турбостроении для лопаток и дисков турбин, а также для крепежных деталей. Ориентировочная рабочая температура для стали 15Х12ВНМФ — 550-580 °С и 570-600 °С — для стали 18Х12ВМБФР. Стали аустенитного класса - в основном хромоникелевые стали с содержанием Сг и Ni в пределах от 7 до 25 % каждого, наряду с которыми присутствуют W, Mo, Ti, Nb и др. Это самая многочисленная группа жаропрочных (и жаростойких) сталей (см. ГОСТ 5632-72). Табл. 2.1 Примерное назначение низколегированных жаропрочных сталей перлитного класса Сталь Назначение Рабочая температура, 'С Срок службы Т 'С начала интенсивного окалинообразования, 12МХ Трубы паронагревателей, паропроводов и коллекторов энергетических установок; арматура паровых котлов и паропроводов 500-510 Весьма длительный 570 15ХМ 520-530 570 12Х1МФ 570-585 600 15Х1М1Ф 570-585 600 18ХЗМВ Трубы для гидрогенизационных установок и нефтехимической аппаратуры 450-500 Длительный 600 20ХЗМВФ 500-550 600 20ХЗМВФ Поковки (роторы, диски), болты 530-560 600 25X1МФ Крепежные детали (болты, шпильки), плоские пружины 500-510 Длительный 600 25Х2М1Ф 520-550 600 У хромоникельвольфрамовых аустенитных сталей (45Х14Н14В2М) повышенные жаропрочность и сопротивление усталости при высоких температурах. Сталь 45Х14Н14В2М находит применение для выпускных клапанов двигателей внутреннего сгорания. Широкое практическое применение получили следующие хромистые коррозионностойкие стали (табл. 2.2): хромистые стали мартенситного класса 20X13, 30X13, 40X13; хромоникелевая сталь 20X17Н2 мартенситного класса, имеет более высокие механические свойства и коррозионную стойкость, чем у 13%-ных хромистых сталей; 17%-ные хромистые стали ферритного класса 12X17 и 08X17Т применяются в отожженном состоянии; у этих сталей удовлетворительная пластичность в горячем и в холодном состоянии; высокохромистые стали ферритного класса 15Х25Т, 15Х28Т обладают высокой стойкостью в сильно-агрессивных средах. Табл. 2.2 Химический состав (%) хромистых коррозионностойких сталей (ГОСТ 5632-72) Сталь С Si Мn Сг Ni Ti Nb Не более Стали мартенситного класса 20X13 0,16-0,25 0,8 0,8 12.0-14,0 - - - 30X13 0,26-0,35 0,8 . 0,8 12,0-14,0 - - - 40X13 0,36-0,45 0,8 0,8 12,0-14,0 - - - 25X1ЗН2 0,20-0,30 0,5 0,8-1,2 12,0-14,0 1,5-2,0 - - 20X17Н2 0,17-0,25 0,8 0,8 16,0-18,0 1,5-2,50 - - 95X18 0,09-1,00 0,8 0,8 17,0-19,0 - - - 09X16Н4Б 0,05-0,13 0,6 0,5 15,0-18,0 3,5-4,5 - 0,05-0,20 Стали мартенситно-ферритного класса 12Х13 0.09-0.15 0.8 0.8 12.0-14.0 - - - 14Х17Н2 0.14-0.17 0.8 0.8 12.0-14.0 1.5-2.5 - - Стали ферритного класса 08Х13 ≤0.08 0.8 0.8 12,0-14,0 - - - 12Х17 ≤0.12 0.8 0.8 16,0-18,0 - - - 08Х17Т ≤0.08 0.8 0.8 16,0-18,0 - 0.8 - 15Х25Т ≤0.15 1.0 0.8 24.0-27.0 - 0.9 - 15Х28 ≤0.15 1.0 0.8 27.0-30.0 - - - По назначению инструментальные материалы классифицируются на материалы для режущего, штампового и измерительного инструментов. Режущий инструмент работает в условиях длительного контакта и трения с обрабатываемым металлом. В процессе эксплуатации должны сохраняться неизменными конфигурация и свойства режущей кромки. Материал для изготовления режущего инструмента должен обладать высокой тверлостью ≥ 60-62 HRCэ) и износостойкостью — способностью длительное время сохранять режущие свойства кромки в условиях трения. Табл. 2.3 Марки и химический состав (масс. %) легированных инструментальных сталей (ГОСТ 5950-73) Марка стали C Si Mn Cr W V Mo Стали неглубокой прокаливаемости 8ХФ 0,70-0,80 0,10-0,40 0,15-0,45 0,40-0,70 - 0,15-0,30 - 9ХФ 0,80-0,90 0,15-0,35 0,30-0,60 0,40-0,70 - 0,15-0,30 - 9ХФМ 0,80-0,90 0,15-0,35 0,30-0,60 0,40-0,70 - 0,15-0,30 0,15-0,25 11ХФ 1,05-1,15 0,15-0,35 0,40-0,70 0,40-0,70 - 0,15-0,30 - 13Х 1,25-1,40 0,10-0,40 0,15-0,45 0,40-0,70 - - - ХВ4Ф 1,25-1,45 0,15-0,35 0,15-0,40 0,40-0,70 3,50-4,30 0,15-0,30 - В2Ф 1,05-1,22 0,10-0,40 0,15-0,45 0,20-0,40 1,60-2,00 0,15-0,30 - Стали глубокой прокаливаемости 9X1 0,80-0,95 0,25-0,45 0,15-0,40 1,40-1,70 - - - X 0,95-1,10 0,10-0,40 0,15-0,45 1,30-1,65 - - - 12X1 1,15-1,25 0,15-0,35 0,30-0,60 1,30-1,65 - - - 9ХС 0,85-0,95 1,20-1,60 0,30-0,60 0,95-1,25 - - - ХГС 0,95-1,05 0,40-0,70 0,85-1,25 1,30- 1,65 - - - 9ХВГ 0,85-0,95 0,15-0.35 0,90-1,20 0,50-0,80 0,50-0,80 - - ХВГ 0,90-1,05 0,10-0,40 0,80-1,10 0,90-1,20 1,20-1,60 - - ХВСГФ 0,95-1,05 0,65-1,00 0,60-0,90 0,60-1,10 0,50-0,80 0,05-0,15 - 9Г2Ф 0,85-0,95 0,10-0,40 1,70-2,20 - - 0,10-0,30 - Стали для ударных инструментов 4ХС 0,35-0,45 1,20-1,60 0,15-0,40 1,30-1,60 - - - 6ХС 0,60-0,70 0,60-1,00 0,15-0,40 1,00-1,30 - - - 5ХВ2СФ 0,45-0,55 0,80-1,10 0,15-0,45 0,90-1,20 1,80-2,30 0,15-0,30 - 6ХВ2С 0,55-0,65 0,50-0,80 0,15-0,40 1,00-1,30 2,20-2,70 - - 6ХВГ 0,55-0,70 0,15-0,35 0,90-1,20 0,50-0,80 0,50-0,80 - - 6ХЗМФС 0,55-0,62 0,35-0,65 0,20-0,60 2,60-3.30 - 0,30-0,60 0,20-0,50 Быстрорежущие стали широко применяют для изготовления режущего инструмента, работающего в условиях значительного силового нагружения и нагрева (до 600-640 °С) режущих кромок. Быстрорежущие стали маркируют буквой «Р» (rapid — быстрый) и числом, показывающим среднее содержание W, а также последующими буквами и цифрами, указывающими другие легирующие элементы и их количество, как в стандартной маркировке легированных сталей. В марках быстрорежущих сталей не указывают углерод и хром (их массовая доля 1 % и ~ 4 % соответственно), а также молибден до 1 % включительно и ванадий в сталях Р18, Р9, Р9К5, Р6М5 и др. Табл. 2.4 Марки и химический состав (масс. %) быстрорежущих сталей (ГОСТ 19265-730 Марка стали Углерод Хром Вольфрам Ванадий Кобальт Молибден Азот Ниобий Стали нормальной производительности Р18 0,73-0,83 3,80-4,40 17,00-18,50 1,00-1,40 <0,50 <1,0 - - Р9 0,85-0,95 3,80-4,40 8,50-9,50 2,30-2,70 <0,50 < 1,0 - - Р6М5 0,82-0,90 3,80-4,40 5,50-6,50 1,70-2,10 <0,50 4,80-5,30 - - 11Р3АМ3Ф2 1,02-1,12 3,80-4,30 2,50-3,30 2,30-2,70 <0,50 2,50-3,00 0,05-0,10 0,05-0,20 Стали повышенной производительности Р6М5Ф3 0,95-1,05 3,80-4,30 5,70-6,70 2,30-2,70 <0,50 4,80-5,30 - - Р12Ф3 0,95-1,05 3,80-4,30 12,00-13,00 2,50-3,00 <0,50 <1,00 - - Р18К5Ф2 0,85-0,95 3,80-4,40 17,00-18,50 1,80-2,20 4,70-5,20 < 1,00 - - Р9К5 0,90-1,00 3,80-4,40 9,00-10,00 2,30-2,70 5,00-6,00 < 1,00 - - Р6М5К5 0,84-0,92 3,80-4,30 5,70-6,70 1,70-2,10 4,70-5,20 4,80-5,30 - - Стали высокой производительности Р9М4К8 1,00-1,10 3,00-3,60 8,50-9,50 2,30-2,70 7,50-8,50 3,80-4,30 - - Р2АМ9К5 1,00-1,10 3,80-4,40 1,50-2,00 1,70-2,10 4,70-5,20 8,00-9,00 0,05-010 0,10-0,30 В11М7К23* 0,05-0,15 <0,5 10,5-12,5 0,4-0,8 22,5-24,0 7,00-6,00 - - В4М12К23* 0,05-0,15 <0,5 3,8-4,4 0,4-0,8 22,5-24,0 12,00-13,00 - - ВЫВОДЫ Появление и широкое распространение легированных сталей обусловлено непрерывным ростом требований, предъявляемых к материалам по мере прогресса техники. Легирование производит¬ся с целью изменения механических (прочности, пластичности, вязкости), физических (электропроводности, магнитных характе¬ристик, радиационной стойкости) и химических (коррозионной стойкости в разных средах) свойств. Необходимый комплекс свойств обычно обеспечивается не только легированием, но и термической обработкой, позво¬ляющей получать наиболее оптимальную структуру металла. Легированные стали дороже углеродистых, и поэтому применять их без термической обработки нерационально. Применение легирующих элементов существенно влияет на себестоимость стали. При использовании тех или иных легирую¬щих элементов руководствуются не только их влиянием на свой¬ства стали, но и экономическими соображениями, в частности стоимостью добычи и получения, а также дефицитностью. Основными легирующими элементами являются Cr, Ni, Mn, Si, W, Mo, V, А1, Сu, Ti, Nb, Zr, В. Часто сталь легируют не од¬ним, а несколькими элементами, например Сг и Ni, получая хромоникелевую сталь, Сг и Мn - хромомарганцевую сталь, Cr, Ni, Mo, V - хромоникельмолибденованадиевую сталь. Химический состав стали определяет область ее применения. Достоинства легированных сталей: особенности обнаруживаются в термически обработанном состоянии, поэтому изготовляются детали, подвергаемые термической обработке; улучшенные легированные стали обнаруживают более высокие показатели сопротивления пластическим деформациям; легирующие элементы стабилизируют аустенит, поэтому прокаливаемость легированных сталей выше; возможно использование более «мягких» охладителей (снижается брак по закалочным трещинам и короблению), так как тормозится распад аустенита; повышаются запас вязкости и сопротивление хладоломкости, что приводит к повышению надежности деталей машин. Недостатки легированных сталей: подвержены обратимой отпускной хрупкости II рода; в высоколегированных сталях после закалки остается аустенит остаточный, который снижает твердость и сопротивляемость усталости, поэтому требуется дополнительная обработка; склонны к дендритной ликвации, так как скорость диффузии легирующих элементов в железе мала. Дендриты обедняются, а границы – междендритный материал – обогащаются легирующим элементом. Образуется строчечная структура после ковки и прокатки, неоднородность свойств вдоль и поперек деформирования, поэтому необходим диффузионный отжиг; склонны к образованию флокенов. Флокены – светлые пятна в изломе в поперечном сечении – мелкие трещины с различной ориентацией. Причина их появления – выделение водорода, растворенного в стали. При быстром охлаждении от 200o водород остается в стали, выделяясь из твердого раствора, вызывает большое внутреннее давление, приводящее к образованию флокенов. Меры борьбы: уменьшение содержания водорода при выплавке и снижение скорости охлаждения в интервале флокенообразования. ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Бодяко М.Н., Астапчук С.А., Ярошевич Г.Б. Мартенситно-стареющие стали. Минск: Наука и техника, 1976. 2. Гузовская М.А., Островская Т.В. Основные направления развития мартенситно-стареющих сталей за рубежом // Черная металлургия: Бюллетень научно-технической информации. М., 1982. Вып. 23 (931). 3. Гуляев А.П. Металловедение: Учебник для вузов. 6-е изд. М.: Металлургия, 1986. 4. Конструкционные материалы: Справочник / Б.Н. Арзамасов, В.А. Брострем, Н.А. Буше и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. М.: Машиностроение, 1990. 5. Марочник сталей и сплавов / Под ред. В.Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. 6. Перкас М.Д. Структура, свойства и области применения высокопрочных мартен¬ситно-стареющих сталей. М.: Машиностроение, 1986. 7. Технологія конструкційних матеріалів. / За ред. М.А.Сологуба. '' Київ: Вища школа, 2003 '' 374с. 8. Технология конструкционных материалов / Под ред. Г.А. Прейса. '' К.: Вища школа, 1984. 9. Технология конструкционных материалов / Под ред. А.А. Дальского '' М.: Машиностроение, 3-е изд. 1990 '' 448с.

ТОПЛИВО ДЛЯ ТРАНСПОРТА

Содержание Введение……………………………………………………………………………...3 1. Общая характеристика топлива………………………………………………….5 1.1. Исходное сырье для изготовления топлива………………………………...5 1.2. Классификация и ассортимент……………………………………………..17 1.3. Требования к качеству сырья………………………………………………21 2. Маркирование, упаковка, транспортирование и хранение топлива………….35 Вывод………………………………………………………………………………..42 Использованная литература……………………………………………………….43 ВВЕДЕНИЕ Экономное расходование энергетических ресурсов — одна из важнейших задач народного хозяйства. Выдвинуты конкретные задачи по экономии топлива и смазочных материалов, как одного из путей решения топливно-энергетической проблемы, когда в связи с ежегодным ростом выпуска машин и механизмов приходится неуклонно увеличивать добычу и переработку нефти, вводить в действие все новые мес¬торождения сырья, расположенные в отдаленных и труд¬нодоступных районах. Всемерная экономия топливно-энергетических ресурсов рассматривается сегодня как задача государственной важности. В настоящее время в качестве топлива для автомобилей могут использоваться бензины, дизельное топлива и газы - сжатые или сжиженные. К жидкому топливу относят карбюраторное, дизельное и котельное. Так как автомобильный транспорт потребляет значи¬тельную часть жидкого топлива, проблема экономии горюче-смазочных материалов для этой отрасли народ¬ного хозяйства страны является наиболее острой. По¬этому, наряду с увеличением выпуска дизельных автомо¬билей, проведением работ по совершенствованию тех¬нического уровня выпускаемых бензиновых двигателей, созданию новых более экономичных двигателей, важ¬ное значение приобретает замена дефицитных видов топлива на более дешевые, перевод автомобилей на газовое топливо, повышение качества ГСМ и их эконо¬мия за счет рационального применения в процессе экс¬плуатации автомобилей. Газообразное топливо занимает одно из ведущих мест в топ¬ливном балансе Украины, и его доля постоянно увеличивается, по¬скольку оно имеет значительные преимущества: • высокую теплотворную способность; • отсутствие золы при сгорании; • меньшее загрязнение воздуха отработанными газами; • возможность автоматизации процессов горения; • легкость транспортирования; • дешевизну и удобство пользования; • значительные запасы в природе; • возможность использования газов в качестве технологического сырья. В последнее время газ все шире используется на автомобильном транспорте. При этом '"газифицируются'" не только грузовые, но и легковые автомобили. Это объясняется большей безопасностью га¬зовой топливной системы по сравнению с бензиновой, более высоким октановым числом. Газовое топливо меньше загрязняет атмосферу, не портит смазочное масло, двигатель легче запускается на морозе. Однако применение газа на автотранспорте сдерживается из-за большой массы баллонов высокого давления (более 500 кг), недоста¬точного количества газозаправочных станций, из-за необходимости наличия более дорогостоящего и громоздкого оборудования. Вместе с тем расчеты показывают, что эти недостатки с лихвой окупаются выгодами от применения газового топлива на грузовом автотранспорте. 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛОВ ТОПЛИВА 1.1. Исходное сырье для изготовления топлива Нефть (от перс. '"нефт'" ' вспыхивать, воспламенять, инд. '"нефа¬та'" ' просачиваться) ' жидкое горючее ископаемое, маслянистая жидкость обычно темно-бурого цвета, иногда с красноватым, оранже¬вым оттенком. Ее плотность — 750-970 кг/м3, теплота сгорания — 43,7-46,2 МДж/кг. По составу нефть — сложная смесь углеводоро¬дов с примесью кислорода, сернистых и азотистых соединений, воды и минеральных веществ. Она содержит 82-87 % углерода, 11,5-14,5 % водорода, 4—5 % примесей. Нефть классифицируется по различным признакам (рис.1.1). Рис.1. 1. Классификация нефти Природная нефть представляет собой раствор уг¬леводородов различного состава и строения. На вид — это маслянистая жидкость. Физико-химические свойства нефти зависят от ее месторождения. Плотность боль¬шинства нефтей находится в диапазоне 770—840 кг/м3, плотность более тяжелых нефтей достигает 1040 кг/м3. Теплота сгорания нефти 43000-45500 кДж/кг. Нефть как сырье для производства топлив и масел обладает рядом неоспоримых достоинств: прежде всего по калорийности (1 кг нефти при сгорании выделяет столько же тепла, сколько 1,3 кг антрацита или 3 кг бурого угля), способу добычи (себестоимость добычи нефти в 6 раз ниже, чем угля), а удобство ее транс¬портирования и использования создает дополнительные преимущества перед другими видами сырья. Различают элементный и групповой составы нефти. Элементный состав нефти. Основную часть нефти и нефтепродуктов составляют углерод (83'87% массы), водород (12'14%), сера (3'4%), ос¬тальное — азот, кислород. В нефти обнаружено в не¬значительных количествах большинство известных химических элементов. Групповой состав нефти. Нефть, будучи сложной по химическому составу и структуре жидкостью, состоит в основном из углеводородов, подразделяемых на сле¬дующие группы (ряды): парафиновые (алканы), наф¬теновые (цикланы), ароматические (арены). Присутст¬вие углеводородов тех или иных групп, соотношение которых зависит от месторождений нефти, по-разному влияет на свойства получаемых топлив и масел. Плотность, вязкость, температура плавления и ки¬пения углеводородов увеличиваются с ростом их молекулярной массы, которая, как и структура молекул, оп¬ределяет свойства углеводородов в каждой группе. В обычных условиях углеводороды, содержащие от 1 до 4 атомов углерода, являются газами. В состав бензина и дизельного топлива входят жидкие углево¬дороды (от 5 до 20 атомов углерода). Моторные масла содержат углеводороды с числом атомов углерода в молекуле от 20 до 70: Поскольку свойства нефтепродуктов зависят от ти¬па и строения содержащихся в них углеводородов, ни¬же изложены краткие сведения о строении и свойствах соединений, входящих в состав нефтей, а также рас¬смотрено их влияние на свойства топлив и масел. Алкановые углеводороды (парафины). Алкановые углеводороды — газообраз¬ные, жидкие или твердые вещества представляют собой сочетание углеродных и водородных атомов в виде незамкнутой цепочки. Их общая эмпирическая формула такова: СnН2n+2. Газообразные соединения, входящие в состав по¬путных и природных газов (метан, этан, пропан, бутан, изобутан), содержат от 1 до 4 атомов, углерода. Они обладают высокой детонационной стойкостью. Окта¬новые числа их по моторному методу или близки к 100 или выше. Соединения, содержащие от 5 до 15 атомов углерода, — жидкие вещества, а начиная с гексадекана (С16Н34), — твердые вещества. При обыч¬ной температуре они могут находиться в растворенном или кристаллическом состоянии в нефти и высококипя¬щих фракциях. Содержание алканов в нефтях зависит от место¬рождения: без растворенных газов оно составляет 25' 30% (об.); с учетом находящихся в растворенном со¬стоянии углеводородов — 40-50%. Иногда содержание алканов достигает 50-70%, однако некоторые нефти содержат 10-15% алканов. Цепочка алканов может быть прямой (такие алка¬ны называют нормальными — н) и разветвленной (изо¬мерные алканы). Разветвление цепочки возможно от бутана и выше: С увеличением молекулярной массы температура ки¬пения, плотность, вязкость парафиновых углеводородов повышаются. Изопарафины обычно имеют более низкие температуры кипения и плавления. Они устойчивы к действию кислорода при высоких температурах, в то время как н-парафины легко окисляются при повышен¬ных температурах. Многие парафиновые углеводороды имеют высокие температуры застывания. При нормаль¬ных температуре и давлении они слабо взаимодейст¬вуют с кислородом и другими веществами, отличаясь способностью только к реакциям замещения. Их вяз¬кость небольшая, с изменением температуры меняется в меньшей степени, чем у других классов углеводородов. Из всех классов углеводородов алкановые имеют наиболее высокую теплоту сгорания. Их присутствие в нефтепродуктах не вызывает вредного влияния на резиновые изделия. В целом топлива и смазочные ма¬териалы, содержащие большое количество алкановых углеводородов, отличаются высокой стабильностью. При получении высококачественных автомобильных бен¬зинов желательно присутствие изопарафинов (н пара¬фины снижают детонационную стойкость бензинов). В то же время легкоокисляющиеся н-парафины, умень¬шая время с момента подачи топлива до его воспламе¬нения, способствуют более плавному нарастанию давле¬ния и лучшей работе двигателя. Поэтому их содержа¬ние в более тяжелых дизельных топливах предпочти¬тельно (однако в зимних сортах содержание их огра¬ничивают). Так как смазочные материалы, содержащие пара¬финовые углеводороды, имеют высокие температуры застывания, их применение в холодное время затруд¬нено. Поэтому для обеспечения текучести при относи¬тельно низкой температуре такие масла нужно подвер¬гать депарафинизации, т. е. из них должны быть уда¬лены алкановые углеводороды, имеющие высокую тем¬пературу плавления. Нафтеновые углеводороды (цикланы). Нафтеновые углеводороды представляют собой циклические насыщенные углеводороды, в кото¬рых смежные углеродные атомы, соединяясь друг с другом одной валентной связью, образуют замкнутую (циклическую) структуру. В нефти и нефтепродуктах содержатся главным об¬разом моноциклические пяти- и шестичленные представители нафтенового ряда (их иногда циклопарафинами) и их производные с общей формулой СnН2n. В топливах присутствуют моноциклические нафте¬новые углеводороды, молекулы которых содержат по одному кольцу с пятью или шестью атомами углерода, это циклопентан С5Н10: 'и циклогексан C5H12: Большинство нефтей характеризуется наличием боль¬шой массы нафтеновых углеводородов: в продуктах со средними температурами выкипания их содержится 60'70% и более, в масляных фракциях — 70% и более. Циклическое строение предопределяет высокую химиче¬скую прочность углеводородов этого ряда. Низкие тем¬пературы плавления нафтеновых углеводородов обу¬словливают хорошие низкотемпературные свойства неф¬тепродуктов. Нафтеновые углеводороды обладают меньшей теп¬лотой сгорания по сравнению с парафиновыми углево¬дородами, но более высокой детонационной стойко¬стью, являются желательными компонентами в топли¬вах для карбюраторных двигателей и зимних сортов дизельных топлив. В масляных фракциях эти углеводороды, с одной стороны, увеличивают вязкость и улучшают масляни¬стость, а с другой стороны, улучшают вязкостно-темпе¬ратурные свойства из-за наличия в них нафтеновых уг¬леводородов с длинными боковыми цепями. Ароматические углеводороды (арены). К ним отно¬сят углеводороды, молекулы которых содержат бен¬зольные кольца с тремя одинарными связями, чередую¬щимися с двойными: Ароматические углеводороды входят в состав нефтей в меньшем количестве, чем парафиновые и нафте¬новые. Их общее содержание в различных нефтях со¬ставляет в среднем 5'20% (масс.). Этот класс углеводородов представлен в нефтях бен¬золом и его гомологами, а также производными би- и полициклических соединений. Легкие нефтепродукты (бензины) включают моноциклические углеводороды (общая формула СnН2n'6), состоящие из бензольного кольца с одной или несколькими боковыми парафино¬выми цепями. Арены из-за высокой термической устойчивости яв¬ляются желательными составляющими в топливах для карбюраторных двигателей, так как у них самые высо¬кие октановые числа из всех групп углеводородов. Учи¬тывая их высокую нагарообразующую способность, при¬сутствие в бензинах ароматических углеводородов до¬пускается до определенного предела — 40-45%. В дизельных топливах вследствие высокой термической ста¬бильности ароматических углеводородов их присутствие является нежелательным. Ароматические углеводороды по сравнению со всеми другими группами углеводоро¬дов являются наиболее агрессивными по отношению к резиновым изделиям и имеют самую низкую теплоту сгорания. Непредельные углеводороды. Непредельные соедине¬ния (алкены, ди-, три- и полиены, алкины) в сырой неф¬ти и природных газах отсутствуют. Они образуются в процессах переработки нефти. Непредельные соединения являются важнейшим сырьем для нефтехимического и основного органического синтеза. Чаще всего в нефтепродуктах присутствуют олефиновые углеводороды — алкены (СnН2n) с одной двойной связью, например: Распространены также и диолефиновые углеводоро¬ды, имеющие две двойные связи (CnH2n'2). Для непредельных углеводородов характерны реак¬ции присоединения. Они также склонны к реакциям конденсации и полимеризации. В эксплуатационных условиях низкая химическая стойкость олефинов играет отрицательную роль, так как понижается стабильность нефтепродуктов. Так, бензи¬ны термического крекинга из-за окисления их олефино-вой составной части осмоляются при хранении, загряз¬няют жиклеры карбюраторов, впускной трубопровод. Поэтому непредельные углеводороды нежелательны во всех нефтепродуктах, а из масел их удаляют путем очистки. Сернистые соединения. В настоящее время нефть, как правило, является сернистой или высокосернистой. Переработка таких нефтей и использование нефтепро¬дуктов в качестве топлив требуют дополнительных за¬трат. Так, увеличение содержания серы в бензине от 0,033 до 0,15% (масс.) снижает мощность двигателя на 10,5%, увеличивает расход топлива на 12%, приводит к увеличению количества капитальных ремонтов двига¬телей в 2 раза. Кроме эксплуатационных убытков, ис¬пользование сернистых топлив наносит большой вред окружающей среде, так как выделяющиеся при их сго¬рании в двигателях окислы серы вредны для человека н губительно действуют на растения. Сернистые соеди¬нения нефти по ее фракциям распределены неравномер¬но. С повышением температуры перегонки содержание сернистых соединений увеличивается. В тяжелых нефтя¬ных остатках, особенно в асфальтосмолистой части, со¬держится 70-90% (масс.) сернистых соединений. Сернистые соединения делят на активные и неактив¬ные. К активным относят соединения, способные корродировать металлы при нормальных условиях (элемен¬тарная сера 3, сероводород Н2S и меркаптаны RSH, где R — углеводородный радикал). Находящаяся в растворенном или во взвешенном со¬стоянии элементарная сера способна вызывать сильную коррозию металлов даже на холоде, и поэтому она от¬носится к коррозионно-активным агентам. К группе коррозионно-активных сернистых соедине¬ний относят сероводород, который в присутствии воды обладает свойствами слабой кислоты и способен заме¬щать свой водород на металл. В меркаптанах RSH по сравнению с сероводородом один атом водорода замещен на одновалентный угле¬водородный радикал, что, однако, не устраняет у них кислых свойств. Меркаптаны, корродирующие металлы при обычных условиях, также относят к коррозионно-активным сернистым соединениям. Обменивая водород, находящийся при атоме серы, на металл, они образуют меркаптиды RSМ, где М — одновалентный металл, что и объясняет их агрессивность. В соответствии со стан¬дартом присутствие активных сернистых соединений в нефтепродуктах не допускается. Если при нормальных условиях металлы, контакти¬рующие с неактивными сернистыми соединениями, не корродируют, то при полном сгорании топлива в двига¬теле соединения серы образуют сернистый и серный ан¬гидриды, способные вызвать коррозию и дающие в соеди¬нении с водой еще более активные коррозионные аген¬ты — сернистую и серную кислоты. Неактивные сернистые соединения состоят из суль¬фидов (R—S—R) ' до 75-80%, дисульфидов (R—S—S—R) и полисульфидов (R—Sn—R). В малосернистых нефтях содержание сернистых со¬единений колеблется от 0,1 до 0,5%, а в сернистых — до 4% и более. После перегонки сернистых нефтей в бензиновых фракциях содержится 0,15-0,2% серы, в керосиновых доходит до 1,0%, а в соляровых — до 2,0%. Кислородные соединения. Кислородсодержащие сое¬динения в нефтях редко составляют больше 10% (масс.). Эти компоненты нефти представлены кислотами, фено¬лами, кетонами, эфирами и др. Основная их часть со¬средоточена в высококипящих фракциях, начиная с ке¬росиновой. Органические кислоты — простейшие кислородные соединения (R—СООН, где R — углеводородный ра¬дикал, а СООН — карбоксильная группа) присутству¬ют в любой нефти, во всех топливах и смазочных ма¬териалах. Больше всего в нефтях и нефтепродуктах нафтеновых кислот (СnH2n'1СООН), представляющих собой высококипящие (выше 200°С) маслянистые жид¬кости, сильно корродирующие некоторые цветные ме¬таллы (свинец, цинк и др.). Смолисто-асфальтеновые вещества не относятся к определенному классу органических соединений. Они представляют собой сложную смесь высокомолекулярных соединений гибридной структуры, включающую в со¬став молекул азот, серу, кислород, а также некоторые металлы. Их содержание в нефтях колеблется: от де¬сятых долей процента до десятков процентов. В зависимости от растворимости компонентов смолисто-асфальтеновых веществ в различных растворите¬лях их принято делить на следующие фракции: карбоиды — вещества, практически нерастворимые ни в чем, карбены — вещества, растворимые в сероуглероде, но не растворимые в бензоле; асфальтены — вещества, растворимые в бензоле, но не растворимые в предель¬ных углеводородах С5'С8; мальтены — вещества, раст¬воримые в низкокипящих насыщенных углеводородах С5'С8. В свою очередь мальтены представляют смесь смол и масел. Азотистые соединения. Содержатся в нефти, по срав¬нению с кислородными и сернистыми соединениями в значительно меньших количествах и поэтому не оказы¬вают заметного влияния на свойства топлив и смазоч¬ных материалов. Они неравномерно распределены по фракциям нефти и в большинстве случаев больше поло¬вины их содержится в смолисто-асфальтеновой части. Бензиновые фракции практически не содержат азота. Некоторая часть азотистых оснований сосредоточена в дизельной и широкой газойлевой фракциях. Нефть используют как сырье для получения различных продуктов посредством ее глубокой переработки (обезвоживания, обессоливания, деэмульгирования, перегонки, крекинг-процесса, пиролиза, коксования, алкилирования, синтеза углеводородов из газов и т.д.) (рис.1.2). Рис.1.2. Методы переработки нефти Прямая перегонка нефти Прямая перегонка относится к физическим спосо¬бам переработки нефти. Ее осуществляют постепенным или однократным нагреванием. В ее задачу входит наи¬более полное выделение углеводородов из нефти без изменения их химической природы. Продуктами прямой перегонки нефти являются ди¬стилляты: бензиновый, лигроиновый, керосиновый, газойлевый и соляровый. Мазут, остающийся после от¬гона топливных фракций (60-80% от массы исходной нефти), используют для получения масел и крекинг-бензинов. Средний выход бензиновых фракций при раз¬гонке может колебаться в зависимости от свойств до¬бываемой в стране нефти от 15 до 25%, на долю осталь¬ных топлив приходится, как правило, 20-30%. Перегонка нефти заключается в разделении ее на фракции, т. е. дистилляты, кипящие в пределах фиксированных температур. Пе¬регонка, осуществляемая под давлением, близким к атмосферному, на¬зывается прямой, или атмосферной. При этом получают следующие дистилляты при различных температурах кипения, °С: легкий бензиновый (эфир петролейный) '30'90 бензиновый'40'200 лигроиновый'110'230 керосиновый'140'300 газойлевый'230'350 соляровый'230'400 Остаток — мазут (60'80% массы исходной нефти) — подверга¬ют перегонке в вакуумной среде, получая масляные дистилляты — веретенный, машинный, цилиндровый. Остатком вакуумной перегонки является гудрон (масляный концентрат'. Вторичная (деструктивная) переработка осуществляется несколь¬кими способами: крекингом (термическим и каталитическим), пироли¬зом, коксованием, гидрогенизацией и др. Крекинг — процесс относительного увеличения содержания лег¬ких или более летучих компонентов за счет изменения их химической структуры. Углеводороды, выделяемые при первичной перера¬ботке нефти и имеющие температуры кипения ниже 40°С, в основном состоят из нефтяных или, как их иног¬да называют, попутных газов. Их применяют как добав¬ки к некоторым бензинам, как топливо для газобаллон¬ных автомобилей и в качестве сырья для получения ря¬да синтетических продуктов. Прямогонные нефтепродук¬ты обладают высокой химической стабильностью, так как в них отсутствуют непредельные углеводороды. Разновидности вторичной переработки нефти Ко вторичным (деструктивным) способам переработки нефти относятся: термический и каталитический крекинг, гидрокрекинг, каталитический риформинг и другие. Термический крекинг — раскол, расщепление больших углеводородных молекул под действием высоких температур или менее крупные, соответствующие бензиновым фракциям. Сырьем для получения бензина являются различные фракции нефти. Чаще всего используется мазут. При крекинге мазута выход бензина составляет около 30 %. Кроме того, образуется большое количество крекинг-остатка, который использоваться в качестве сырья для коксования или компонента котельного топлива. Бензины термического крекинга имеют более высокие антидетонационные свойства по сравнению с бензинами прямой перегонки (октановые числа составляют 60 — 65 по моторному методу). Они отличаются также низкой химической стабильностью, поскольку в их составе содержится 25—40 % непредельных углеводородов. Поэтому срок хранения крекинг-бензинов не превышает 6 месяцев. Каталитический крекинг проводится в присутствии катализаторов. В настоящее время используются алюмосиликатные и цеолитсодержащие катализаторы. Сырьем для каталитического крекинга являются газойлевые и соляровые фракции прямой перегонки, вакуумные дистилляты и др. Бензин каталитического крекинга примерно на 75 % состоит из изопарафиновых и ароматических углеводоро¬дов, имеет высокие антидетонационные свойства (октановые числа его составляют 77-80 и более по моторному методу), высокую химическую стабильность, так как в бен¬зине практически отсутствуют непредельные углеводороды. Дополнительные количества бензинов можно получить методами пиролиза, коксования, гидрокрекинга и др. К перспективным методам получения топлив относится плазменная газификация углей, глубокая переработка нефтей, в том числе тяжелых, различные-методы, направ¬ленные на переработку тяжелого и твердого сырья. Каталитический риформинг — переработка бензино¬вых фракций с целью улучшения их антидетонационных свойств. Процесс осуществляется в присутствии катализа¬торов. Наиболее часто применяется платиновый катализа¬тор, поэтому такой процесс называется платформ и нтом. Сырьем для платформинга служат низкооктановые бензи¬ны, керосины, узкие керосиногазойлевые фракции. Октановые числа бензинов, получае¬мых при каталитическом риформинге, около 90 (по моторному методу). Платформинг — один из наиболее важных процессов для получения высокооктановых неэтилированных бензинов. Бензины каталитического риформинга яв¬ляются основным компонентом бензинов АИ-93 и АИ-98. В состав высокооктановых бензинов могут входить продукты синтеза. Методы синтеза этих продуктов различ¬ны. Основные из них следующие: селективная полимериза¬ция (получение изооктана технического), алкилирование (получение кумола — изопропилбензола с октановым чис¬лом выше 99, триптана с октановым числом 104, этилбензола с октановым числом выше 97, алкилатов с октановым числом выше 90 и др.), изомеризация (превращение н-пара¬финовых углеводородов в высокооктановые изопарафиновые углеводороды). Сырьем для синтезов являются газообраз¬ные и жидкие углеводороды или узкие нефтяные фракции. 1.2. Классификация и ассортимент В настоящее время предусмотрено производство пяти марок автомо¬бильного бензина: четыре марки по ГОСТ 2084-77, одна марка по ОСТ 38019-75 , Часть бензинов выпускается аттестован¬ными государственным Знаком качества. Все автомобильные, бензины за исключением АИ-98 и АИ-95, подразделяются на летние, предназначен¬ные для использования во всех районах страны, кроме северных и северо-восточных, в период с 1 апреля по 31 октября и зимние с облегчен¬ным фрикционным составом, предназначенные для применения с 1 ок¬тября по 1 апреля. В южных районах страны можно использовать летние бензины в течение всего года, в северных и северо-восточных — бензины зимнего состава. Дизельные топлива. В зависимости от климатических условий использования автотрак¬торных быстроходных дизельных двигателей с частотой вращения ко¬ленчатого вала более 1000 мин'"1 в соответствии с ГОСТ 305-82 приме¬няют три марки дизельного топлива. Дизельное топливо марки Л (летнее) применяют для эксплуатации при температуре окружающего воздуха 0 'С и выше, марки З (зимнее) ' при температуре окружающего воздуха до минус 20 °С, марки А (арктическое) ' при температуре окружающего воздуха до минус 50 С. Газовые автомобильные топлива Основными источниками получения газовых автомобильных топлив являются природные газы и продукты переработки нефти. В настоящее время, учитывая огромные запасы природного газа и уско¬ренное развитие газовой промышленности, все большее развитие получа¬ют автомобили, работающие на сжатых природных газах (СПГ). Для обеспечения работы автомобилей применяю! две марки СПГ-А и Б, выпускаемые в соответствии с ТУ 51-16.6-83 '"Газ природ¬ный сжатый, топливо для газобаллонных автомобилей'". Нефтяная промышленность Украины вырабатывает следующие марки бензинов: • автомобильные ' А-72, А-76, АИ-93 (летние и зимние), АИ-98, АИ-95 '"Экстра'" (октановое число не менее 95); • авиационные — Б-70, Б-91/115, Б-95/130, Б-100/130. В маркировке А обозначает автомобильный бензин, Б — авиацион¬ный, И — то, что октановое число определено исследовательским методом, цифры — октановое число. Этилированные бензины окрашены в такие цвета: А-76 — желтый АИ-93 — оранжево-красный, АИ-98 — зеленый, Б-91/Ш — зеленый Б-95/130 — желтый, Б-100/130 — оранжевый. Бензины А-72 и Б-70, как правило, неэтилированные, поэтому они бесцветные. В настоящее время отечественная промышленность ос¬ваивает высокооктановые неэтилированные бензины. Этилированный бензин марки А-72 окрашивают в розовый цвет. Разные марки авто¬мобильных бензинов применяют для различных типов автомобилей. Ди¬зельное топливо вырабатывается двух видов: • легкое (маловязкое) — для быстроходных дизелей с частотой вращения вала более 800 об./мин; • тяжелое (более вязкое) — для средне- и малооборотных дизе¬лей. Марки топлива для быстроходных дизелей таковы: ДА — дизель¬ное (для быстроходных дизелей) арктическое; ДЗ — зимнее; ДЛ — летнее; ДС — специальное. Для топлива, полученного из сернистых нефтей, маркировка следующая: А, 3, Л, ЗС — соответственно аркти¬ческое, зимнее, летнее, зимнее специальное (северное). Иногда в мар¬кировке присутствует цифра, указывающая на процентное содержа¬ние серы. Дизельное топливо используют при такой температуре: летнее — выше 0 °С, зимнее — выше '20 °С, северное — до '30 'С, арктичес¬кое — до '50 °С. Цетановое число данных топлив — не менее 45. Кроме того, выпускают дизельное топливо марок ТЗ и ТЛ для теп¬ловозов и судов (соответственно зимнее и летнее). Для средне- и малооборотных двигателей используют топливо сле¬дующих марок: • ДТ — для средне- и малооборотных дизелей; • ДМ — для судовых малооборотных дизелей. Реактивное топливо представляет собой преимущественно про¬дукты прямой перегонки нефти. Большинство реактивных двигателей могут работать на керосине и топливе широкого фракционного со¬става. Последнее используется в самолетах с дозвуковыми скоростя¬ми. Для двигателей с дозвуковой скоростью полета применяются марки топлива Т-1, ТС-1, Т-2, для двигателей со сверхзвуковой скоростью полета — Т-5, Т-6, Т-8. Ракетное топливо бывает жидким и твердым. В качестве жидкого ракетного топлива используют углеводороды нефти — авиацион¬ный керосин, крекинг-керосин, бензин, смесь бензиновых и керосино¬вых фракций; спирты — метиловый, этиловый, амины, жидкий аммиак, гидразин, жидкий водород. Окислителями являются концентрирован¬ная азотная кислота, жидкий водород и др. В качестве твердого ракетного топлива применяют органичес¬кие материалы, главным образом натуральный и синтетический каучук, полиуретановые и полиэфирные смолы, нитроцеллюлозу, нитрополи-виниловый спирт и нитрополистирол. Виды и марки моторного топлива указаны на рис.1.3. Основные показатели автомо¬бильных бензинов и дизельного топлива приведены в табл. 1.1'1.7. В качестве нефтяного жидкотекучего топлива применяется мазут. Для транспортных и стационарных установок и промышленных печей используют мазут флотский — Ф-5, Ф-12, где 5 и 12 — величина условной вязкости при 50 °С; мазут топочный — 40, 100. 200. Рис.1.3. Виды и марки моторного топлива Классификация газообразного топлива приведена на рис.1.4. Технические требования и показатели качества газообразного топлива приведены — в табл. 1.5 и 1.6. Состав и свойства генераторного газа зависят от твердого топли¬ва и условий газификации (температуры, давления), а также от окисли¬теля (табл. 1.7). Рис. 1.4. Классификация газообразного топлива 1.3. Требования к качеству сырья Для комплексной оценки качества топлив необходимо, чтобы они обеспечивали следующие эксплуатационные свойства (рис.1.5): • испаряемость — оценивается фракционным составом и давлением насыщенных паров; • воспламеняемость и горючесть ' температурными и концентрационными пределами воспламенения, температурой самовоспламенения, теп¬лотой сгорания, детонационной стойкостью, отсутствием жесткой работы, индикаторными характеристиками; • прокачиваемость ' вязкостно-температурными свойствами, показателями чистоты, фильтруемости, содержанием поверхностно-активных веществ; • склонность к образованию отложений — возможностью и интенсивностью нагаро-, смоло- и лакообразования, термической и химической стабильностью; • коррозионная активность и совместимость с неметаллическими ма¬териалами — кислотностью, содержанием серы, сероводорода, водорастворимых кислот, воздействием на резину, герметики, прокладки и диафрагмы; • противоизносные свойства ' вязкостью и смазывающей способностью; • охлаждающие свойства — теплоемкостью и теплопроводностью. Рис.1.5. Требования, предъявляемые к моторному топливу, и его характеристики. В соответствии с ГОСТ 425-83 и ГОСТ 305-82 все показатели качества топлив разделяются на обязательные для всех видов топлив (содержание серы, воды, механических примесей и др.) и обязательные для дельных видов топлив (октановое и цетановое число, фракционный со¬став, давление насыщенных паров). Октановое число — показатель детонационной стойкости топлива для двигателей с внешним смесеобразованием. Определяется путем срав¬нения детонационной стойкости топлива с таким же показателем смеси эталонных топлив: изооктана и нормального гептана на моторных уста¬новках ИТ9-2м (моторный метод ' ГОСТ 511-82) и ИТ9-6 (исследова¬тельский метод ' ГОСТ 8226-82). Моторная установка УИТ-65м позво¬ляет определить октановое число обоими методами. Октановое число жидкого топлива численно равно процентному содержанию изооктана в смеси с нормальным гептаном эталонных топлив, к сгорая по детона¬ционный стойкости равноценна испытуемому бензину. Октановое число, определенное по моторному методу, обычно на 4-10 меньше октанового числа, определенного исследовательским методом. Чем выше степень сжатия карбюраторного двигателя, тем с большим октановым числом должно применяться топливо. Цетановое число — показатель воспламеняемости топлив для двига¬телей с внутренним смесеобразованием. Определяется путем сравнения воспламеняемости испытуемого топлива с воспламеняемостью смеси эта¬лонных гоплив (цетана и и-метилнафталина) на Моторной установке ЙТ9-3 (метод совпадения вспышек но ГОСТ 3122-67). Цетановое число численно равно процентному содержанию цетана в эталонной смеси с '-метилнафталином, равноценной по воспламеняемости испытуемому топливу. Фракционный состав характеризует зависимость между температура¬ми н количеством топлива, перегоняемого при этих температурах. Фрак¬ционный состав определяют по ГОСТ 2177-82 и выражают в температу¬рах, при которых начинается перегонка (tнп) перегоняется 10, 50, 90 % (соответственно t10%, t50%, t90%,) и кончает перегоняться (tкп). Давление насыщенных паров, определяемое но ГОСТ 6668-53, по¬казывает наличие в топливе растворенных газов и легковоспламеняю¬щихся фракций. Кислотность — один из показателей коррозионных свойств топлива, определяется по ГОСТ 5985-79. Кислотность характеризует содержание в топливе органических кислот, выражается в миллиграммах едкого ка¬лин (КОН), потребных для нейтрализации кислот, находящихся в 100 см3 топлива. Содержание серы ' основной показатель коррозионности топлив. Определяется по ГОСТ 19121-73 и характеризует количество серы, со¬держащейся в сернистых соединениях топлива, способных после сгора¬ния в двигателе вызвать коррозию его деталей. Содержание меркаптановой серы и сероводорода для дизельных топлив определяется по ГОСТ 17323-71. Водорастворимые кислоты и щелочи качественно определяются по ГОСТ 6307-75 и характеризуют наличие в топливе остатков химических реагентов от процессов очистки топлив на нефтеперегонных заводах. Фактические смолы, определяемые по ГОСТ 1567-83 или ГОСТ8489-85, характеризуют содержание в топливе высокомолекуляр¬ных продуктов окислительной полимеризации непредельных углеводо¬родов. Содержание антидетонатора определяется но ГОСТ 13210-72 и показывает количество введенного в бензин свинца в виде антидетонато¬ра. Температуры помутнения и застывания для дизельного топлива, оп¬ределенные по ГОСТ 5066-56, ГОСТ 20287-74 и ГОСТ 305-82, ' это температуры, при которых начинается выпадение микрокристаллов пара¬фина или охлажденное топливо теряет текучесть. Содержание механических примесей и воды является обязательным для всех видов топлива и оценивается по ГОСТ 2084-77, 6370-83. В паспортах, характеризующих качество топлив, испаряемость оценивается фрикционным составом, т. е. температурами начала ки¬пения и выкипания 10, 50 и 90% бензина и конца его кипения. Одной из важнейших характеристик топлива для карбюратор¬ных двигателей является их детонационная стойкость, т.е. спо¬собность противостоять детонационному (взрывообразному) горению. При нормальном горении скорость распространения фронта пламени составляет 25-35 м/с, при детонационном — 1500-2000 м/с. Такое мгновенное сгорание рабочей смеси приводит к слишком быстрому износу деталей двигателя, его перегреву и снижению мощности. Для повышения детонационной стойкости в бензины добавляют антидето¬наторы — бензол, изооктан и особенно тетраэтилсвинец (ТЭС). Тетраэтилсвинец — тяжелая маслянистая бесцветная и весьма ядовитая жид¬кость плотностью 1,65 г/см3. Так как ТЭС весьма ядовит, химически активен, что может привести к коррозии системы питания двигателя и отложению окислов свинца в двигателе, его вводят в топливо в виде этиловой жидкости (ЭЖ) — его раствора с бромистым этилом, дибромэтаном или другими веществами. Бензины, в которые добавлена эти¬ловая жидкость, называются этилированными. Они всегда окрашены. Показателем детонационной стойкости бензинов является октано¬вое число, которое равно проценту содержания изооктана (имеющего октановое число 100) в смеси его с нормальным гептаном (имеющим октановое число 0). Так, октановое число смеси из 76 % изооктана и 24 % нормального гептана равно 76. Октановое число автомобильных бензинов определяется двумя методами: моторным и исследовательским. По моторному методу октановое число бензина оценивается на одноцилиндровой установ¬ке ИТ9-2М сравнением его детонационной стойкости и эталонного топлива, состоящего из изооктана и гептана. По исследовательскому методу детонационная стойкость опре¬деляется на установке ИТ9-6 в режиме работы легкового автомобиля при его движении в условиях города. Октановое число, определенное исследовательским методом, на 7-10 единиц больше, чем при мотор¬ном методе. К основным свойствам карбюраторного топлива относятся также химическая стабильность (стойкость к окислению), низкотемпера¬турные свойства (температура помутнения), давление насыщенных паров (давление при испарении), плотность и др. За последнее время все шире применяется дизельное топли¬во — нефтяная фракция, основу которой составляют углеводороды с температурой кипения от 200 до 350 °С, Оно представляет собой прозрачную жидкость от желтого до светло-коричневого цвета. Как и бензин, дизельное топливо легче воды и практически не растворя¬ется в ней. При понижении температуры в дизельном топливе начинают выпадать кристаллы высокоплавких углеводородов (происходит помутнение топ¬лива). При дальнейшем охлаждении эти кристаллы образуют ажурный кристаллический каркас, который может сковать подвижность основной части углеводородов (привести к застыванию топлива). Поэтому важны¬ми характеристиками дизельного топлива являются температуры по¬мутнения и застывания. Не менее важная характеристика дизельного топлива — Вязкость. Незначительная вязкость топлива необходима для достаточной скорости протекания его по трубопроводам, облегчения подачи его насосами и облегчения фильтрации через фильтровальные сетки и сукна. Важным качественным признаком дизельного топлива является так¬же его фракционный состав. Наиболее существенное эксплуатационное свойство дизельного топ¬лива—его способность быстро воспламеняться и плавно сгорать. Топливо, поданное в цилиндр дизеля, воспламеняется не сразу. Между началом впрыска топлива и его воспламенением проходит некоторое время, называемое периодом задержки самовоспламенения. Чем ко¬роче этот период, тем плавнее и спокойнее сгорает топливо. Воспламеняемость как основное свойство дизельного топлива ха¬рактеризуется цетановым числом — процентным содержанием цетана (имеющего цетановое число 100) в смеси с '-метилнафталином (имеющим цетановое число 0). К важнейшим свойствам, характеризующим качество дизельного топлива, относятся также испаряемость, коксуемость (способность топлива образовывать при нагреве кокс), фильтруемость и др. Дизельное топливо в отличие от карбюраторного подается в ци¬линдры двигателя в капельно-жидком состоянии. Находящийся там нагретый сжатием воздух воспламеняет топливо. Чем выше цетановое число, тем лучше пусковые свойства дизельного топлива, тем менее длителен период задержки самовоспламенения, больше полнота сго¬рания топлива, меньше задымленность газов и отложение нагара в камерах сгорания и форсунках. Для повышения цетанового числа топлива применяют присадки: перекись ацетона и этилнитрат. Следу¬ет отметить, что качество отечественного дизельного топлива пока не вызывает необходимости массового применения присадок. Реактивное топливо должно хорошо прокачиваться по топливо-подающей системе при высокой и низкой температурах, полностью испаряться в камерах сгорания и воспламеняться е широких пределах состава топливной смеси с небольшим периодом задержки воспламе¬нения устойчиво, полно, с высокой скоростью сгорания при большом избытке воздуха без образования нагаров, а также иметь высокую теплоту сгорания, не коррозировать детали топливной системы. Мазут топочный всех марок содержит много золы, механических примесей, воды и серы. Кроме того, ему свойственна более высокая температура вспышки и застывания по сравнению с другими видами жидкого топлива. В таблицах 1.1'1.7 представлены основные параметры топлив. Таблица 1.1 Основные показатели различных марок автомобильного бензина Показатель'Марка автобенэина 'А-66'А-72'А-76'АИ-93'АИ-98 Октановое число, не менее: по моторному методу'66'72'76'35'89 по исследовательскому методу'Не нормируется'93'98 Температура начала кипения не ниже, °С: ' летнего'35'35'35'35'35 зимнего'Не нормируется Перегоняется при температуре не выше, °С: '10% летнего'79'70'70'70'70 зимнего'65'55'55'55'— 50% летнего'125'115'115'115'115 зимнего'115'100'100'100'— Температура конца кипения, не выше, °С: ' летнего'205'195'195'195'195 зимнего'185'185'185'185'— Давление насыщенных паров, мм рт.ст.: ' летнего'500'500'500'500'500 зимнего'500-700'500-700'500-700'500-700'— Кислотность, мг КОН/100 мл ' бензина'3'3'3'3'3 Содержание серы, %'0,15'0,12'0,10'0,10'0,10 Цвет'Красн.'Бесцв.'Зелен.'Синий'Желт. Таблица 1.2 Основные показатели различных марок авиационного бензина Показатель'Марка авиабензина 'Б-100/130'Б-95/130'Б-9 1/130'Б-70 ТЭС, г на 1 кг бензина'2,7'3,3'2,5'0 Детонационная стойкость по моторному методу'98,6'95'91'70 Сортность на богатой смеси'130'130'115 Теплота сгорания низшая, ккал/кг'10300'10300'10300 'Фракционный состав: 'температура начала перегонки, 'С'40'40'40'40 перегоняется при температуре, 'С: '10%'75'82'82'68 50%'105'105'105'105 90%'145'145'145'145 97,5%'180'180'180'180 остаток, %'1,5'1,5'1,5'1,5 Давление насыщенных паров, мм рт. ст.: 'не менее'240'220'220'— не более'360'360'360'— Кислотность, мг КОН/100 мл бензина'1,0'1,0'1,0'1,0 Температура начала кристаллизации, °С'-60'-60'-60'-60 Содержание серы, %'0,05'0,05'0,05'0,05 Цвет'Ярко- оранжев.'Желтый'Зеленый'Бесцветн. Содержание механических примесей и воды'Нет'Нет'Нет'Нет Таблица 1.3 Основные показатели различных марок легкого дизельного топлива Показатель'Марка легкого дизтоплива 'ДА'ДЗ'ДЛ'ДС Цетановое число, не менее'40'40'45'50 Вязкость при 20 °С при 50 °С'2,5-4,0'8,5-6,0'3,5-8,0'2,5-4,0 Перегоняется при температуре, 'С: '50%'225'275'290'280 90%'300'335'350'340 96%'330 Коксуемость, %, не более'0,05'0,5'0,5'0,5 Кислотность, мг КОН/100 мл'5'5'5'5 Зольность, %'0,001'0,02'0,02'0,02 Содержание серы, %'0,2'0,2'0,2'0,2 Температура вспышки в закрытом тигле, °С'35'50'60'90 Температура застывания, °С'-60'-45'-10'-15 Таблица 1.4 Основные показатели различных тяжелых дизельных топлив Показатель'Марка тяжелого дизтоплива 'ДТ'ДМ Плотность, г/см3'930'900 Условная вязкость, °УВ'5'29 Кинематическая вязкость при 50 °С, мм/с, не более'36'— Коксуемость, %, не более'3'10 Зольность, %, не более'0,04'0,15 Содержание воды, %, не более'1'1,5 Содержание механических примесей, %, не более'0,1'0,2 Температура вспышки, °С'65'85 Температура застывания, °С'~5'10 Таблица 1.5 Технические требования к газообразному топливу для коммунально-бытового потребления Физико-химические свойства газа'Норма Допустимые отклонения от номинальной низшей теплоты сгорания, %, не более 10 Содержание, г/100 м3, не более: 'сероводорода'2 аммиака'2 смолы'0,1 нафталина: 'зимой'5 летом'10 Запах'Должен ощущаться при содержании в воздухе 1 % природного газа Содержание цианистых соединений, г/100 м3, не более'5 Таблица 1.6 Основные показатели качества сжиженных углеродистых газов Показатель качества'Норма по маркам 'Пропан технический'Бутан технический'Смесь пропана и бутана технических Компонентный состав по объему, %: 'этан-этилен, не более'4'Отсутствует'4 пропан-пропилен, не более'93'4 бутан-бутилен'Отсутствует'9'3 пентан-амилен'Отсутствует'3'3 Давление насыщенных паров избыточное, кг/м2, при температуре: 20 'С'1,6'Не нормир. +45 'С'16'4,2-5'16 Содержание сероводорода, г/100 м3'5'5'5 Запах'Должен ощущаться при содержании Таблица 1.7 Характеристика некоторых горючих газов Газы'Состав по объему, %'Удельная теплота сгорания, МДж/м3 'CO'H2'CH4'CO2'O2'N2 'Природные и нефте¬переработки'0-1,5'0-30'10-95'0-10'0-7'0,1-10'29,0-54,0 Коксовый'5-10'48-55'10-25'2-4'0.1-1'5-10'18,8 Доменный'26-33'1-3'0,2-0,5'7-12'57-60 3,6-4,2 Генераторный из антрацита'25-28'12-16'1-2,5'3-6'0,5-0,8'50-53'5,4-6,7 2. МАРКИРОВАНИЕ, УПАКОВКА, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ ТОПЛИВА Нефть и нефтепродукты хранятся в различных резервуарах (табл.1.8) (горизонтальных, вертикальных, подземных, наземных, полу¬подземных, цилиндрических, сферических и др.) отдельно от других материалов. В небольших количествах нефтепродукты хранят в двухсоткило¬граммовых металлических бочках, пластмассовых контейнерах и бо¬лее мелкой таре (бидонах, банках, стеклянных бутылях и бутылках, канистрах и др.). Нефть и нефтепродукты транспортируют трубопроводным транс¬портом, в наливных (танкерах) и сухогрузных судах, железнодорож¬ных и автоцистернах с указанием названия продукта надписью на цистерне ('"Бензин'", '"Нефть'", '"Мазут'"). Цистерны и другие транспортные средства, а также емкости для хранения должны быть в исправном состоянии, сухими и чистыми при повторном использовании, герметически закрываться. При отгрузке поставщик пломбирует емкость, наносит трафарет, штамп или прикрепляет ярлык и выписывает сопроводительные доку¬менты. Газообразное топливо в небольших количествах транспортируют и хранят в специальных баллонах красного цвета с надписью назва¬ния продукта. В больших количествах газ транспортируют по трубопроводам и хранят в специальных подземных хранилищах. При хранении и транспортировании горючих веществ следует строго соблюдать противопожарные правила и технику безопасности. Таблица 1.8 Классификация резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов Нефть и нефтепродукты'Типы резервуаров 'основные'неосновные Нефть малосернистая, сернистая'Железобетонные'Металлические вертикальные с внутренним защитным антикоррозийным покрытием Темные нефтепродукты: мазут, моторное топливо и др.'Железобетонные, земляные (временные для тяжелых нефтепродуктов)'Металлические (как исключение) Светлые нефтепродукты: бензин, лигроин, керосин, дизельное топливо'Железобетонные с внутренней металлической облицовкой. Металлические вертикальные, горизонтальные и специальной конструкции, с повышенным даэлением и плавающими, '"дышащими'" и подъемными крышками'Железобетонные из бензоустойчивых бетонов или с внутренней бензонепроницаемой оболочкой В связи с особенностями топливоподающей системы дви¬гателей предъявляются разные требования к чистоте топ¬лива. Дизельные топлива не должны содержать частичек размером более 5-8 мкм, а бензины — 10-15 мкм. Ди¬зельное топливо обладает значительной вязкостью и плот¬ностью, в нем медленно осаждаются механические частич¬ки. Если в бензине механические примеси оседают через 2-3 ч, то в дизельном топливе в летний период — до 10 сут. Дизельное топливо надо брать для заправки трак¬торов и автомобилей из верхних наиболее чистых слоев. Для этой цели резервуары с дизельным топливом оборудуют плавающими топливоприемниками. Механические при¬меси, содержащиеся в дизельных топливах, являются одной из основных причин отказов топливной аппаратуры. Перед заправкой в трактор или автомобиль топливо обязательно надо фильтровать. Топливными фильтрами тонкой очистки оборудованы механизированные заправоч¬ные средства, агрегаты технического обслуживания и топливораздаточные колонки. В двигателе топливо еще раз фильтруется в сетке горловины бака и в фильтрах грубой и тонкой очистки. В моторных маслах не должны содержаться абразивные механические примеси. Однако на нефтескладах хозяйств количество абразивных частичек в маслах в отдельных слу¬чаях достигает 0,03%. В основном моторные масла за¬грязняются при работе в двигателе, поэтому эти продукты должны быть удалены при очистке масла в двигателе. Чем быстрее и полнее удаляются продукты, накапливающиеся в масле, тем дольше оно работает в двигателе, тем эффек¬тивнее его работа и меньше износ деталей двигателя. Перерасход топлив и масел может быть результатом использования некондиционных топлив и масел при их смешивании, например при добавлении низкооктановых бензинов (А-72 в бензин А-76 и другие), бензинов с керо¬сином или дизельным топливом, масел разных марок. Эти смеси не пригодны к употреблению. Определить наличие керосина или дизельного топлива в бензине в условиях эксплуатации можно при помощи экспресс-анализа. Для этого на фильтровальную -бумагу наносят несколько ка¬пель топлива так, чтобы образовалось пятно диаметром 60-80 мм. Дают топливу испариться в течение 30-40 мин при температуре около 20 °С. Если в бензине есть примеси керосина или дизельного топлива, на бумаге остается «жир¬ное» пятно. При отсутствии примесей керосина и дизель¬ного топлива а бензине бумага остается чистой. При хранении и приемоотпускных операциях происхо¬дят потери бензина в результате его испарения. Дизельные топлива, моторные масла и большинство специальных жидкостей состоят из высококипящих соединений, потери на испарения у них незначительны и практически не вли¬яют на изменение эксплуатационных свойств. Испарение бензина всегда имеет место при так называемом «малом дыхании» резервуара, которое заключается в следующем. В резервуаре над поверхностью бензина всегда имеется свободное пространство, в котором находится смесь паров бензина с воздухом (в 1 м3 находится около 1 кг паров бензина). Днем смесь нагревается, расширяется и частично «уходит» через дыхательный клапан в атмосфе¬ру. В ночное время смесь охлаждается, уменьшается в объе¬ме, в резервуаре создается разряжение, через дыхательный клапан в него поступает свежий воздух, который затем насыщается парами бензина. Далее все повторяется снова, этот процесс называют «малым дыханием». Если резервуар закрыть герметически, то при охлаждении в нем создается глубокий вакуум и он будет смят, а при нагревании его разорвет из-за повышения давления. Величина потерь бензина при «малом дыхании» зависит от перепада суточных температур. Например, при измене¬нии температуры газового пространства с 15 до 40 °С из резервуара вместимостью 25 м8 за сутки испаряется в ат¬мосферу около 2 кг бензина. Существуют также «большие дыхания» резервуаров, которые протекают следующим образом, При отпуске из резервуара бензина количество жидкости уменьшается, а объем паров соответственно увеличивается. При полном сливе бензина резервуар оказывается заполненным толь-1 ко парами бензина и воздухом. При заполнении резервуара новой партией бензина смесь вытесняется через дыхатель¬ный клапан наружу. Потери при «большом дыхании» весьма значительны, так при наливе 25 м3 бензина в резервуар вместимостью 25 м3 сразу теряется около 25 кг топлива. Уменьшения потерь бензина на испарение достигают снижением размера газового пространства емкости, жела¬тельно, чтобы резервуар был заполнен не менее чем на 90- 92% его объема. Если резервуар будет заполнен на 90%, то потери на испарение бензина составят 0,3-0,4%, на 50% — 3-4%, на 20% — 10-14%. Выпускаются резер¬вуары с так называемой газовой обвязкой, которая позво¬ляет улавливать пары при «малых и больших дыханиях». У этих резервуаров смесь при «дыханиях» уходит не в атмосферу, а в специальные емкости. Эта же смесь из емкости поступает снова в резервуар при понижении в нем давления. Выпускают также приемораздаточные стояки с приспособлением для газовой обвязки при сливно-наливных операциях. Лучшим способом борьбы с потерями нефтепродуктов является подземное размещение резервуаров, поскольку в них практически отсутствуют суточные колебания тем¬ператур. Среднегодовые потери в подземных резервуарах снижаются в 2-3 раза по сравнению с наземными. Экономия топлива. Экономия топлив складывается из следующих состав¬ляющих: снижения потерь от утечек, при транспортировке, хранении и заправке; надлежащее техническое состояние машин и высокий уровень их эксплуатации; правильная организация использования машин. Потери топлива от утечек при транспортировке, хранении и заправке практи¬чески можно ликвидировать полностью. Потери от утечек в основном происходят из-за плохого технического состоя¬ния оборудования нефтескладов, нарушения правил его эксплуатации и низкой технической культуры обслужи¬вающего персонала. Подтекание бензина и дизельного топлива в виде капель вызывает большие потери. Если через неплотное соедине¬ние проходит одна капля в секунду, то потери за сутки со¬ставят 4 кг, а за год около 1,5 т. Еще большие потери будут в том случае, когда подтекание капель временами превращается в струйку топлива, за сутки потери составят 6-7 кг, за год — 2-2,5 т. Малая вязкость бензина и дизельного топлива ведет к вытеканию их через невидимые микроско¬пические отверстия на поверхность резервуара, с которой они испаряются. Происходит так называемое «потение». Потери бензина через один метр «потеющего» шва дости¬гают до 60 л в месяц: Для устранения потерь от утечек при приеме, хранении и отпуске топлива следует ежедневно проверять исправ¬ность резервуаров, немедленно устранять неисправности, не переполнять топливом резервуары, плотно закрывать их люки, проверять исправность средств перекачки. Потери при заправке машин происходят при отсутствии заправочного оборудования или неправильного его ис¬пользования. Заправку машин необходимо производить на стационарных постах заправки, оборудованных топливо-раздаточными колонками или приемораздаточными стоя¬ками. Установлено, что при заправке автомобилей с по¬мощью ведер и воронок потери бензина составляют 1 %, а при заправке из топливораздаточных колонок — только 0,06%. Оборудование нефтескладов должно находиться в исправном состоянии. Применение неисправного оборудова¬ния для транспортировки, хранения и заправки приводит к резкому увеличению потерь нефтепродуктов. Техническое состояние машин и уровень их эксплуата¬ции оказывают большое влияние на расход топлива. Так, расход топлива дизельным двигателем увеличивается на 15-20%, если неисправна хотя бы одна форсунка. Сни¬жение температуры охлаждающей жидкости в рубашке охлаждения двигателя на 30-40 °С повышает расход топ¬лива на 5-10 % в связи с ухудшением процесса горения. При отклонении начала подачи дизельного топлива фор¬сункой на 3-5° расход топлива увеличивается на 4-8 °С. У бензинового двигателя расход бензина в первую очередь зависит от регулировки карбюратора. Ухудшение топливно-экономических показателей дви¬гателей происходит в основном из-за неудовлетворитель¬ной работы топливоподающей аппаратуры, системы зажи¬гания, нарушения регулировок механизма газораспределе¬ния и -повышенного износа цилиндропоршневой группы. Кроме того, расход топлива зависит от технического со¬стояния и других систем и механизмов. Например, накипь на стенках рубашки охлаждения дизельного двигателя толщиною в 1,1 мм повышает расход топлива на 7-8 %, а износ цилиндропоршневой группы на 0,01 мм увеличивает расход топлива на 0,5%. Во время сельскохозяйственных работ затупление ра¬бочих органов плугов и культиваторов приводит к повы¬шению расхода топлива на 15-25%. В целях экономии топлива при эксплуатации машин следует постоянно под¬держивать узлы и агрегаты в технически исправном со¬стоянии; особое внимание нужно обращать на проведение следующих мероприятий: регулярно контролировать ме¬тодами технической диагностики мощностно-экономические показатели двигателя; регулировать тормоза, конт¬ролировать схождение передних колес и давление в шинах; поддерживать оптимальный тепловой режим дви¬гателя; систематически удалять накипь из системы ох¬лаждения, нагар и смолистые отложения из трубопро¬водов; применять, средства, обеспечивающие легкий пуск двигателя в холодное время года; своевременно прово¬дить техническое обслуживание машин; соблюдать пра¬вила технической эксплуатации прицепных, и навесных машин. На расход топлива машинно-тракторным агрегатом влияют условия, и организация использования машин. Основные пути снижения расхода топлива агрегатом сле¬дующие: проведение мероприятий, способствующих повы¬шению производительности; работа двигателя при опти¬мальных значениях часового и удельного расхода топлива,, оптимальный скоростной режим работы двигателя, увеличение времени основной работы за счет снижения времени остановок и холостой работы. Рациональное применение топлив, высокая техническая культу¬ра всех работников, имеющих отношение к транспортиров¬ке, хранению, отпуску, использованию топлива — залог их экономии. ВЫВОД Рост единичной мощности транспортных средств, расширение парка техники уже привели к предельному уровню потребления нефтепродуктов — одному из главных топливно-энергетических ресурсов. В этих условиях рациональное и эф¬фективное использование топлива явля¬ется важнейшей народнохозяйственной задачей. Сегодня к новой технике предъявляются жесткие и все воз¬растающие требования по повышению надежности, долговеч¬ности, а также снижению расхода топлива и смазочных мате¬риалов. Нефтепродукты, являясь эксплуатационными материалами, по своему влиянию на показатели работы техники равнозначны конструкционным материалам: металлам, резинам, пластмассам и др. Поэтому знание их состава, свойств, обла¬стей применения, эксплуатационных характеристик, токсиколо¬гических особенностей необходимо. Технический прогресс в нефтеперерабатывающей и нефтехи¬мической промышленности позволил существенно улучшить ка¬чество реактивных и дизельных топлив, других нефтепродуктов. Это достигнуто за счет широко¬го использования гидрокаталитических процессов и эффективных присадок, повышающих функциональные свойства нефтепродук¬тов. Значительно обновился и изменился ассортимент нефтепро¬дуктов. Придавая особое значение правильному выбору топлива, специалисты в области производства и применения нефтепродуктов рассматривают предварительные рекомендации машиностроительных предприятий и оказывают им техническое содействие. ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Итинская Н. И., Кузнецов Н. А. Топливо, масла и технические жидкости: Спра¬вочник. - 2-е изд., перераб. и доп. ' М.: Агропромиздат, 1989. -304 с. 2. К. К. Папок, Н. А. Рагозин. Словарь по топливам, маслам, смазкам, присадкам и специальным жидкостям (химмотологический словарь). Изд. 4-е, пер. и доп., М., «Химия», 1975. ' 392с. 3. Перспективные автомобильные топлива.: Пер. с англ. — М.: Транспорт. 1982. ' 319 с. 4. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ас¬сортимент и применение: Справ. изд./К. М. Бадыштова, Я. А. Берштадт, Ш. К. Богданов и др.; Под ред. В. М. Школьникова. ' М.: Химия, 1989. ' 432 с. 5. Болотников А.А. Товароведение: Курс лекций. Ч.1. ' К.: МАУП, 2001. 6. Оснач Ю.Ф. Товарознавство: Навчальний посібник рекомендовано МОН України. ' ЦУЛ, 2003

Способ заказа и контакты