книги из ГПНТБ / Пути улучшения качества сталей и сплавов

Такие же pe3 v.nbTa™ получены и на другой серий

лабораторных плавок с различными концентрациями церия.

Из указанных данных следует, что наиболее опти­ мальной технологической пластичностью в горячем состоянии обладают плавки с расчетной концентра­ цией церия 0,3 и 0,4 процента. Однако его усвоение в условиях лабораторных плавок следует признать низ­ ким, так как церий присаживался в виде кусочков на чистое зеркало металла и потоком металла затяги­ вался в глубину ванны. В условиях промышленных плавок ферроцерий присаживался на штангах и по­ этому лучше усваивается металлом. Об этом же го­ ворит и остаточное содержание церия в лаборатор­ ных и промышленных плавках.

Поэтому, с точки зрения оптимальных добавок це­ рия для улучшения технологической пластичности стали типа 0Х23Н18 в горячем состоянии принята присадка ферроцерия 0,2 процента по расчету. (Это имеет значение и с точки зрения экономии ферроце­ рия.)

Ухудшение показателя технологической пластич­ ности при расчетной концентрации церия 0,5 процен­ та объясняется, по-видимому, образованием новой фазы, содержащей РЗМ. И, хотя церий растворим в железе до 0,2 процента, присутствие легирующих, особенно никеля, понижает эту растворимость. В ус­ ловиях неравновесной кристаллизации возникновение новой фазы возможно и при более низких концентра­ циях церия i[53].

Результаты испытания промышленных плавок де­ формированной стали на удар при высоких темпера­ турах приведены в табл. 11.

Ввиду того, что при испытании на ударную вяз­ кость в интервале температур 1050— 1250°С не толь­ ко хрупкого, но и зачастую вязкого разрушения об­ разцов не происходило, эти данные характеризуют лишь работу изгиба образцов.

Существенных различий в величине работы изгиба для отдельных плавок не отмечается. При отсутствии разрушения, для продольных и поперечных образцов наблюдаются близкие значения работы, уменьшаю­ щиеся с увеличением температуры.

60

Т а б л и ц а 11

Результаты испытаний на удар при высоких температурах

деформированного металла плавок ОХ23Н18

Работа разрушения (изгиба) кгм,'\см2

Примечание. Числитель — продольные образ­ цы, знаменатель — поперечные. Приведены средние значения из трех испытаний. Образцы не разру­ шались, за исключением отмеченных звездочкой.

Полученные результаты еще раз подтверждают высказанные некоторыми авторами положения о том, что стандартное испытание на ударную вязкость не показательно для определения характеристик горячей пластичности. Они могут быть использованы, по-ви­ димому, для определения температуры перехода ме­ талла в «хрупкое» состояние, вызванное появлением жидкой фазы (легкоплавкой эвтектики или оплавле­ нием зерен при температуре, близкой к солидусу).

Тем не менее по внешнему виду излома можно сделать некоторые выводы о состоянии пластичности металла. Ранее проведенные испытания на горячий удар на стали Х23Н18 {72] приводили, как правило, к разрушению образцов. В нашем исследовании даже литые образцы не разрушались. Это говорит о повы­ шении технологической пластичности стали. Кроме того, о пластичности и вязкости стали при высоких

61

температурах можно судить и по внешнему виду из­ лома. Излом образцов из металла с церием указыва­ ет обычно на более высокую пластичность в горячем

состоянии.

В табл. 12 и на рис. 5 приведены результаты испы­ таний металла различных промышленных плавок на горячее скручивание. Плавки, показавшие низкую пластичность при ковке, имеют наиболее низкий по-

* Плавки без присадки церия.

казатель пластичности( число оборотов до разруше­ ния) при всех температурах испытания. Большая часть плавок с присадкой РЗМ, прокатанных без рва­ нин или с незначительным количеством их, имеет по­ казатель пластичности выше в 1,5—2 и более раза. Предполагается, что металл такой пластичности мож­ но было бы проковать без образования дефектов. Имеются плавки (367769, 357059) из числа серийных, пластичность которых ниже обычного уровня для этой группы плавок и приближается к уровню обыч­ ных плавок. При этом на металле во время прокатки

62

наблюдались довольно глубокие надрывы. Качество указанных плавок описывалось выше. Напомним, что они проведены с отклонениями от технологии (дли­ тельная рафинировка, большие добавки ферроспла­ вов, магнезиальные шлаки).

температура иепьипания,С®

Рис. 5. Число оборотов до разрушения при испытании на горячее скручивание деформи­ рованной стали ОХ23Н18:

Необходимо специально остановиться на пластич­ ности двух промышленных плавок без присадок це­ рия. Из более ранних работ и опыта завода было из­ вестно, что сталь марки 0Х23Н18, разлитая в слитки весом 2,7 т, имеет неудовлетворительную пластичность

при прокатке на стане «950». Поэтому выплавка двух плавок стали 0Х23Н18 без присадок церия проводи­ лась очень тщательно, с соблюдением всех оптималь­ ных суженных параметров выплавки, разливки и пе-

63

редела. Вследствие этого удалось достичь уровня пластичности плавок с церием. Исследования и опыт работы завода до перехода в 1959 году на ковку слит­ ков из стали Х23Н18 показали, что процент плавок с такой пластичностью был очень незначительным.

Таким образом, обычный уровень исполнения но­ вой технологии выплавки стали типа 0Х23Н18 с моди­ фицированием церия позволяет получить металл с пластичностью, достаточной для прокатки его без об­ разования грубцх дефектов на поверхности блюмсов.

Нужно заметить, что при испытаниях на скручи­ вание, с ростом температуры до 1200° С (в отдельных случаях — до 1250°С), ни на одной плавке не было зафиксировано падение показателя пластичности.

Сопоставляя два метода определения горячей пластичности стали 0Х23Н18— ударную вязкость и кручение,— нужно отдать предпочтение последнему, более точно отражающему способность металла к де­ формации без нарушения сплошности.

Не выявлено какой-либо закономерности между результатами испытаний образцов из периферийных и центральных зон слитка. По-видимому, здесь ска­ зывается недостаточно высокая чувствительность ме­ тода.

В процессе производства технологическая пластич­ ность опытных и серийных плавок контролировалась визуальным осмотром блюмсов, а также отбраковкой трубной заготовки после обдирки из-за рванин на ее поверхности.

Результаты исследований на ЗМЗ, а также анализ других работ позволяют сделать выводы о причинах улучшения пластичности сталей типа Х23Н18 при вве­ дении РЗМ.

Сталь 0Х23Н18 без присадок церия характери­ зуется большой дендритной неоднородностью: меж­ осные участки, вследствие высокой концентрации легколиквирующих элементов, обогащены неметал­ лическими включениями последних. Благодаря пересы­ щению твердого раствора (о чем свидетельствует боль­ шое количество субмикроскопических включений при провоцирующих термообработках), искажается ре­ щетка аустенита, растет плотность дислокаций.

64

Большое количество субмикроскопических вклю­ чений с развитой поверхностью, увеличение плотно­ сти дислокаций и перенасыщение отдельными фазами вызывает противодействие смещению дислокаций при пластической деформации, что приводит к увеличе­ нию концентрации напряжений в микрообъемах ме­ талла и к резкой потере его пластичности.

Эвтектические скопления на границах зерна слу­ жат концентраторами напряжений и в то же время могут оплавляться при нагреве слитков до темпера­ туры деформации. Как отмечалось выше, рванины на блюмсах при прокатке слитков появляются после 6 — 8 проходов, то есть в момент, когда слои металла, со­

ответствующие окончанию зоны транскристаллов с увеличенным количеством ликвирующих и наличием интеркристаллитных трещин, подходят близко к по­ верхности проката.

Это явление усиливается при деформации метал­ ла в областях пониженных температур, вследствие большого сопротивления деформации. В то же время повышение температуры деформированного металла, по-видимому, вызывает оплавление отдельных участ­ ков, обогащенных углеродом и серой (участки квази­ ледебурита). Указанные факторы обусловили крайне суженный температурный интервал деформации ста­ ли 0Х23Н18 (без добавок церия) без нарушения сплошности металла.

ВЛИЯНИЕ РЗМ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛИ И РАЗМЕР ЗЕРНА

Механические свойства всех опытных и серийных плавок стали 0Х23Н18 удовлетворяли требованиям ГОСТ 1345:

предел текучести — не менее 20 кг/мм2; предел прочности — не менее 50 кг/мм2;

относительное удлинение — не менее 35%; относительное сужение — не менее 50%.

Случаев отклонения от вышеприведенных норм не было.

Несмотря на то, что подавляющее большинство

65

плавок имеет некоторый «запас» по этим характерис­ тикам, есть плавки, близкие к предельным.

Значения предела текучести плавок, выполненных по обеим технологиям, находятся на одном уровне. На плавках по новой технологии предел прочности не­ сколько выше и разброс значений меньше.

Изучалось влияние присадок ферроцерия па интеркристаллитную коррозию стали в литом и дефор­ мированном состоянии. Разницы в этой характеристи­ ке не обнаружено (ни в лабораторных, ни в промыш­ ленных плавках — в зависимости от концентрации церия).

Исследование показало, что присадки ферроцерия при повышении температуры несколько тормозят рост зерен деформированной стали, однако незначительно

(табл. 13).

Т а б л и ц а 13

Рост зерна на образцах стали ОХ23Н18

Таким образом, в результате разработки техноло­ гии выплавки сталей 0Х23Н18 и Х23Н18 с применени­ ем РЗМ получены данные о влиянии последних на качественные характеристики металла. Это позволи­ ло расширить и дополнить сведения о модифицирую­ щем действии РЗМ.

Разработанную оптимальную технологию ввода РЗМ в жидкую сталь на Златоустовском металлурги­ ческом заводе применили для улучшения технологи­ ческой пластичности ряда других сталей.

66

ПРИМЕНЕНИЕ ЦЕРИЯ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ ТИПА Х18Н9Т, Х5М, Х17Н2

На основании результатов исследований влияния церия на улучшение пластичности сталей 0Х23Н18 и Х23Н18, на Златоустовском металлургическом заво­ де проведены работы по улучшению технологической пластичности сталей Х18Н9Т, Х17Н2, Х5М (послед­ нюю—-совместно с Первоуральским Новотрубным за­ водом и УралНИТИ).

Методика присадок церия и исследований качест­ ва металла была такой же, как при работах со сталя­ ми 0Х23Н18 и Х23Н18.

Опытные плавки Х18Н9Т велись методом перепла­ ва легированных отходов с применением кислорода. Технология выплавки и разливки не отличалась от существующей на заводе. За две-три минуты до при­ садки ферротитана в металл на штангах вводили ферроцерий в количестве 2 кг/т. Выдержка металла в

печи после подачи ферроцерия составляла 5— 10 минут.

Процентное отношение хрома к никелю в указан­ ных плавках колебалось от 1,91 до 2,23 — намного вы­ ше, чем в обычных. Известно, что это отношение обу­ славливает содержание a -фазы в структуре металла, что имеет большое значение для его пластичности.

На двух плавках производили оценку a -фазы по ЧМТУ 8058 и исследование неметаллических включе­ ний. Образцы вырезали из проб, отобранных из блюм­ сов А, Б, X от оси до края.

Количество a -фазы находится в пределах 3,0—3,5 балла и существенно не изменяется по высоте слитка. Однако форма выделений a -фазы на плавках, моди­ фицированных церием, иная: они имеют ветвистое строение, в то время как на обычных плавках распо­ лагаются в виде сплошных участков вдоль оси прока­ та. Вероятно, это свидетельствует также о замедле­ нии диффузионных процессов при кристаллизации стали с присадками церия.

На трех плавках № 371543, 371551, 373253 произ­ водился контроль a -фазы на литых пробах магнит-

67

Рым методом, по ходу плавки и в ковше (табл. 14). Приведенные данные не подтверждают мнения, что присадки церия влияют на количество а-фазы в сторону уменьшения. Наши результаты согласуются с данными Ю. В. Кряковского с сотрудниками и не по­ казывают связи между присадкой РЗМ и содержани­

ем а-фазы в металле.

* Некоторые колебания в содержании a -фазы до и после при­ садки церия связаны, по-видимому, с недостаточным усреднением химического состава проб.

В опытных плавках так же, как и в обычных, без присадки церия, имеется много неметаллических включений. Большая их часть — карбосульфиды ти­ тана. Включения этого типа в виде тонких образова­ ний окаймляют выделения а-фазы.

Обогащенные сульфидами марганца включения в виде глобулей также значительно чаще встречаются в плавке № 373289. Их состав непостоянен: в различ­ ных количествах и сочетаниях присутствуют сульфи­ ды титана и оксисульфиды церия.

В обеих плавках обнаружены строчки, состоящие из карбидов и карбосульфидов и окислов титана, с отдельными включениями твердого раствора окислов титана и церия. В некоторых включениях присутству­ ет окись кремния, а также примеси титана и, возмож­ но, церия.

Состав включений показывает, что присадка це­ рия мало изменила состав и количество неметалличе­ ских включений. Присутствие церия во включениях

68

незначительно, что объясняется недостаточной раскисленностью металла перед присадкой ферроце­ рия,— раскисление металла алюминием перед присад­ кой церия не производилось.

Алюминий для раскисления металла в стали Х18Н9Т не применялся, чтобы избежать повышения содержания a -фазы. Поэтому в дальнейшем перед присадкой ферроцерия металл необходимо более пол­ но раскислять, используя для этой цели металличе­ ский кальций или силикокальций.

Плавки с присадками ферроцерия имели среднее содержание никеля 8,54 процента (против 9,3 на обычных плавках).

Все опытные плавки показали удовлетворитель­ ную пластичность при прокатке на стане «950» (за иск­ лючением одной плавки № 373289, которая имела рва­ нины) .

Чистота поверхности блюмсов 10 опытных и 201 обычных плавок характеризуется следующими пока­ зателям:

Категории чистоты поверхности, %;

(III категория характеризует самую худшую вговерхность стали Х18Н9Т).

Таким образом, чистота поверхности опытных и обычных плавок практически одинакова.

Отлиты две плавки по технологии выплавки и раз­ ливки сталей 0Х23Н18 и Х23Н18. Их прокатка показа­ ла улучшение технологической пластичности при при­ садках церия в количестве 2 кг/т в печь за 15—20

минут до выпуска плавки.

Выплавка и разливка стали Х5М производилась по существующей на заводе технологии с присадками ферроцерия в количестве 1 ; 2 ; 3 кг/т за 10 минут до

выпуска.

При оценке качества металла, а также данных по выходу труб первого сорта на Первоуральском Ново­ трубном заводе оптимальным признан вариант с при­ садкой ферроцерия 1 кг/т в печь за 15—20 минут до>

выпуска плавки, что экономило ферроцерий, увеличе--

69