6. Влияние вакуумирования на качество готового металла

Внепечноевакуумирование дает возможность:

1. Получать сталь с очень низким содержанием кислорода и оксидных неметаллических включений, благодаря проводимому перед присадкой сильных раскислителей (Si, Al, Ca) вакуум-углеродному раскислению.

2. Получать сталь с низким содержанием углерода (меньше 0,02%) при использовании не только углеродистой шихты, но и легированной шихты

3. Понизить содержание азота в стали и нитридных включений в готовом продукте

4. Уменьшить содержание водорода в жидкой стали до концентраций, обеспечивающих «иммунитет» против образования флокенов (0,0002% и менее) и отказаться от сложной противофлокенной термообработки.

7. Внепечная обработка стали. Цели и методы.

Цели:

• Получить сталь нужного состава с колебанием содержания легирующих элементов в узких пределах при низком угаре

• Корректировать температуру и состав металла в объеме ковша

• Получать металл с низким содержанием кислорода и неметаллических оксидных включений путем вакуум-углеродногораскисления, обработки раскисленными шлаками, тщательного перемешивания, введения РЗМ, кальция и тп

• Производить стали с низким содержанием серы – внепечное рафинирование основными раскисленными шлаками, продувка десульфурирующими порошками

• Понижение содержания водорода ниже 0,0002% (противофлокенная)

• Производство нержавеющих сталей, в том числе низкоуглеродистых

• Получать ультранизкое содержание углерода (0,005-0,010 %) путем продувки расплава кислородом в вакууме

• И т.п.

Методы:

1. Обработка в ковше рафинирующими шлаками (печными, синтетическими, получаемыми из твердых шл. смесей)

2. Обработка в ковше продувкой порошками шлакообразующих, раскислителей, науглероживателей, сплавов щелочно-земельных металлов

3. Обработка вакуумом

4. Обработка инертными газами

5. Комплексная обработка

8. Водород в стали, влияние водорода на свойства продукции, источники получения водорода в металле, способы получения стали с низким содержанием водорода

Водяные пары, а также влага шихтовых и добавочных материалах являются источником водорода в чугуне и стали. Концентрация водорода в стали может повыситься при высокой влажности воздуха в летний и осенний периоды. При выплавке легированной стали в дуговых электропечах необходимо повышенное внимание уделять использованию воздушно-сухих и прокаленных материалов – извести, кокса и ферросплавов.

Этапы растворения газов в металле в виде атомов, ионов или с образованием химсоединений: 1.массоперенос газа к поверхности металла;2.адсорбция газа на поверхности металла;3.переход через границу газ – металл;4.массоперенос в толщу металла. Лимитирующие стадии- 1или 4. Примеси и легирующие элементы оказывают существенноеое влияние на интенсивность перехода газа через границу металл – газ.

Н растворяется в Fe и его сплавах в атомарном состоянии с образованием растворов внедрения. Растворимость водорода в чистом железе подчиняется закону Сивертса: Выводы: 1.с повышением температуры растворимость водорода увеличивается; при снижении – уменьшается;2.растворимость водорода в различных фазах железа различна;3.при переходе железа из жидкого состояния в твердое и из одной фазы в другую растворимость водорода меняется скачкообразно.

При переходе стали из расплавленного состояния в твердое растворимость водорода понижается, и он выделяется в молекулярном состоянии 2[H]={H2}. Это приводит к образованию дефектов: водородной хрупкости, газовой пористости, шиферного излома, флокенов. Особенно чувствительными к образованию этих дефектов являются легированные стали перлитного, мартенситного и перлито-мартенситного класса. Флокены – беспорядочно ориентированные извилистые трещины длиной от 1 до 30 мм, на месте которых в изломе располоагаются белые пятна округлой формы. Наиболее подвержены флокенообразованию заготовки большого сечения, диффузионное перемещение водорода через которые затруднено. В старых технологиях прокат большого сечения (например более 150х200 мм) подвергался противофлокенной обработке путем замедленного охлаждения в неотапливаемых колодцах в течение 2-3 суток. Новые технологии связаны с вакуумной обработкой стали со снижением концентрации водорода <0,0002%. При такой концентрации водорода перед разливкой флокены в твердом металле не образуются. Здесь следует заметить, что никакими присадками в железо и связать водород в гидриды, которые могли бы устранить флокенообразование и водородное охрупчивание, невозможно. Некоторые элементы (лантан и его сплавы) могут образовывать устойчивые гидриды. Однако присадка РЗМ в сталь не будет приводить к связыванию водорода в гидриды. Оставшийся в твердом растворе водород искажает кристаллическую решетку металла, в результате чего хрупкость возрастет, пластичность уменьшится, а качество металла ухудшится.

Элементы, влияющие на раст-сть Н:

• Элементы, повышающие раст-сть Н– Ti, цирконий, тантал, ниобий, ванадий. Они образуют стойкие соединения при низких температурах.

• Элементы, уменьшающие раст-сть Н – C, Si, Al, бор ,тк их связи с Fe сильнее, чем у водорода с железом.

• Элементы, слабо влияющие на раст-сть Н – Ni, кобальт, марганец, молибден, Cu, Cr, влияние проявляется только при высоких содержаниях – средне- и высоколег-ые стали.

Радикальное понижение содержания водорода в металле возможно лишь в случае вакуумной обработки нераскисленного металла, в значительно меньшей степени водород удаляется при вакуумированиираскисленного металла и при продувке металла в ковше инертными газами с использованием специальных режимов продувки и защиты металла от контакта с атмосферой цеха.