1.Основные принципы выбора легирующих элементов для получения заданной структуры и свойств в отливках из высоколегированных сталей. Структурна диаграмма Шеффлера.
Основным фактором, обеспечивающим заданный уровень механических и специальных свойств стали в отливках, является структура. Получение необходимой структуры при производстве отливок из высоколегированных сталей может быть обеспечен выбором сочетаний различных легирующих элементов. При этом, помимо основной задачи, достижения необходимого уровня свойств стали в отливках, необходимо учитывать их наличие на производстве и стоимость легирующих элементов.
В промышленности наибольшее распространение получили стали аустенитного, мартенситного, аустенитно-мартенситного, аустенитно-ферритного классов, имеющие в своей основе различные комбинации систем Fe-Cr-Ni, Fe-Cr-Ni-Mn с дополнительным легированием другими элементами. Известно, что Cr является ферритообразующим, a Ni и Mn - аустенитообразующим элементами. При одновременном использовании различных сочетаний этих элементов могут быть получены разные фазовые и структурные соотношения в сталях.
Существует несколько типов структурных диаграмм, с помощью которых можно выбрать оптимальное сочетание легирующих элементов, обеспечивающих получение заданной структуры в литом состоянии. Наиболее широко используемой является диаграмма Шеффлера (рис. 1.13), где по оси абсцисс отложена концентрация ферритообразующих элементов (хромовый эквивалент ECr), а по оси ординат – концентрация аустенитообразующих элементов (никелевый эквивалент ENi).
Рис. 1.13. Структурная диаграмм для хромоникелевых сталей (диаграмма Шеффлера)
Значения эквивалентов подсчитывают по уравнениям:
ENi = %Ni + 30%С + 0,5%Mn + (~3O%N)
(1.4)
EСr = %Cr + %Mо + 1,5%Si + 0,5%Nb,
или
EСr = Cr + 2Si + 1,5Mo + 5V + 5,5Al +1,75Nb + 1,5Ti + 0,75V
(1,4')
ENi = Ni + Со + 0,5Mn + 30C + 30N + 0,3Cu
где цифры, стоящие перед концентрацией элементов, показывают эффективность их воздействия на соответствующую структурную составляющую по сравнению с Ni и Cr.
Использование уравнений 1.4 дает аналогичные результаты. Например, необходимо оценить структуру стали 14Х18Н4ГЛ. Для этой стали
EСr = %Сг =18
ENi = %Ni + 30%C + 0,5%Mn = 4 + 0,14·30 + 0,5·4 = 10,2
По диаграмме Шеффлера определяем, что сталь относится к аустенитно-мартенситному классу. Таким образом, для получения заданной структуры стали можно, исходя из наличия легирующих элементов в цехе, подобрать необходимый легирующий комплекс.
2.Технология плавки сталей в основных дуговых печах методом окисления.
Футеровка: магнезит (MgO).
Несколько периодов плавки: 1)заправка – ремонт футеровки, наварка изношенных частей футеровки магнезитовым или доломитовым порошком;
2) завалка: а) металлическая часть (стальной лом, возврат); б) науглероживатели (чугун доменный, электродный бой и кокс); в) шлакообразующие (известь СаО); г) окислитель (железная руда). в и г на дне печи – (2-3)%;
3)плавление: а) сплавление шихтовых материалов и образование металлической ванны; б) окисление элементов (кремния, марганца, алюминия, титана, фосфора); условия для дефосфоризации – шлак основной, среда окислительная, температура низкая; в) скачивание шлака, наводка нового (CaO+CaF2+шамотный порошок);
4) окисление углерода (КИП): а) ввод окислителей (железная руда или продувка расплава техническим кислородом, либо продувка осушенным воздухом)
[С]+[О]→{СО}↑
Пузырьки СО→удаление Н2, неметаллических включений.
ΔCокисл=(0,3-0,4)%, Сшихты=Сспл+ΔСокисл+ΔСсплавл(15%)
б) скачивание шлака, наводка нового
7) восстановительный период: а) раскисление жидкого металла (вводятся ФС, СК, иногда алюминий); б) раскисление шлака (угольный порошок+ФСмолотый+алюмин.порошок)
Расход угольного порошка: 1-2 кг/т – белый шлак; 3-4 кг/т – карбидный шлак. Белый шлак – хорошо раскислен. Карбидный шлак – очень хорошо раскислен, но от него сталь будет науглероживаться (для высокоуглеродистых сталей).
8)выпуск металла и окончательное раскисление стали