2.5.2 Внепечная обработка стали

2.5.2.1 Раскисление стали

Конечное раскисление жидкой стали является обязательной операцией технологии плавки при изготовлении отливок. Это обусловлено тем, что в отливках недопустимо образование любых газовых раковин, в том числе заполненных СО. Образование монооксида углерода СО в процессе формирования стальной отливки возможно по двум причинам: из-за снижения растворимости кислорода в стали при затвердевании и повышения количества растворенного кислорода в расплаве вследствие его вторичного окисления. При изготовлении отливок жидкая сталь подвергается вторичному окислению при выпуске расплава из печи, в процессе транспортировки его к литейным формам, а ещё больше в процеесе их заполнения.

Для предотвращения протекания реакции [C] + [O] = {CO} сталь вне печи дополнительно раскисляют элементами, имеющими высокое сродство к кислороду – Al, Ti, Ca, Ce, Y и др. При этом желательно формирование в литой стали продуктов раскисления, которые оказывали бы минимально вредное влияние на параметры качества отливок. Для этого необходимо стремиться к тому, чтобы отливки содержали бы как можно меньшее количество неметаллических включений, чтобы они имели бы глобулярную форму, были распределены равномерно и имели размер менее 5-10 мкм.

На рис. 2.5.4 показана раскислительная способность некоторых элементов (А – растворимость кислорода в жидком железе)

.

Рис. 2.5.4 Раскислительная способность элементов

Конечное раскисление стали практически всегда осуществляют алюминием в виде вторичного алюминия или ферроалюминия. Обычно расход его составляет 1-2 кг/т. Его вводят в расплав в процессе наполнения ковша (после наполнения 1/3-1/4 его объема). Остаточное содержание алюминия в сталях должно быть в пределах 0,03-0,06 %. При меньшем остаточном содержании алюминия в стали формируются пленочные неметаллические фазы, которые резко снижают показатель механичеких свойств. При высоком остаточном содержании алюминия образуются нитриды алюминия, которые также выделяются в стали в виде пленок по границам зерен и ухудшают качество стальных отливок. Особенно это актуально при выплавке аустенитных и азотсодержащих сталей в дуговых печах, где в зоне дуги идет интенсивная диссоциация молекулярного азота и его растворение в расплаве. Для предотвращения формирования нитридов алюминия расплав дополнительно обрабатывают боле сильными нитридообразующими элементами (Ti и Zr). При этом нитриды титана и циркония выделяются в стали в дисперсном состоянии на более ранних стадиях формирования отливки, потому они выполняют роль центров кристаллизации стали потому, наряду с раскияющим воздействием, оказывают на литую сталь модифицирующее воздействие.

Наилучшие результаты достигаются при комплексном раскислении стали алюминием совместно с редкоземеньными (Ce, Y, La и др.) и щелочноземельными (Ca, Ba и др.) металлами. Благотворное влияние РЗМ и ЩЗМ на качество литейных сталей связано с тем, что в их присутствии предотвращается формирование серусодержащей неметаллической фазы в виде пленочных выделений по границам зерен. Вместо этого в стали формируются округлые изолированные оксисульфидные неметаллические включения, которые оказывают намного менее вредное влияние на механические свойства отливок. Кроме того, границы зерен становятся более чистыми от вредных примесей, что также обусловливает повышение, наряду с показателями механических свойств, рост коррозионной стойкости.