книги из ГПНТБ / Пути улучшения качества сталей и сплавов

ние добавки которого до 2 кг/т (по данным трубного

завода) существенно не улучшает качества труб.

По этому варианту выплавлялись плавки с допол­ нительным модифицированием стали бором и силикокальцием. Ферробор присаживался на 0,003—0,004 процента бора по расчету в одном пакете с ферроце­ рием на штанге. Силикокальций давали в ковш. Луч­ шие результаты по прошиваемости трубной заготовки и выходу труб 1 -го сорта показали плавки с присад­ кой ферроцерия в количестве 1 кг/т и бора на 0,003

процента по расчету.

Анализ неметаллических включений в стали Х5М также показал, что церий действует в направлении уменьшения количества включений и изменяет их ка­ чественный состав.

В плавках обычной технологии основными видами кислородных неметаллических включений являются глинозем, алюмосиликаты с магнием, хромом, тита­ ном, небольшое количество сложной шпинели и вклю­ чения переходного типа. Сульфиды — пластичные, железомарганцовистые.

Присадка ферроцерия в количестве 1 кг/т незна­

чительно повлияла на количество включений, которые представляли собой алюмосиликаты с кальцием и церием в различных соотношениях. В небольшом ко­ личестве во включениях присутствовал магний. Встре­ чаются оксисульфидные образования.

При увеличении добавки ферроцерия до 2—3 кг/т

загрязненность строчечными включениями снизилась и изменился их состав. Основным видом включений при раскислении стали ферроцернем (2 кг/т) были окси-

сульфиды сложного состава.

Встречались строчки из кристаллов алюмосилика­ тов и небольшого количества шпинели. Этот вариант раскисления характеризовался присутствием оболо­ чек сульфидов церия на кристаллах алюмосиликатов и отдельных образований сульфидов церия.

При добавке 3 кг/т ферроцерия включения пред­

ставляли собой оксисульфиды с кальцием и церием в различных соотношениях и мелкие кристаллические силикаты кальция с церием. В небольшом количестве встречались сульфиды церия.

Присадка бора несколько улучшает пластичность

70

плавок с церием, но не влияет на состав включений. В последнее время проводятся работы по улучше­ нию технологической пластичности двухфазных ста­ лей путем присадки РЗМ таких, как Х17Н2 [73, 74]. У стали Х17Н2 цикл термообработки перед прокат­ кой— более 150 часов, поэтому возможность переде­ ла ее слитков путем отправки их горячими в прокат имеет большое экономическое значение. Хотя слитки стали, модифицированной церием, и не прошли ука­ занной термообработки, все они имели хорошую по­

верхность после проката.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СВОЙСТВ СТАЛЕЙ ОХ23Н18 И Х23Н18, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЦЕРИЕМ И БОРОМ

Ряд заводов выплавляет стали 0Х23Н18 с микро­ легированием бором. Бор улучшает технологическую пластичность стали 0Х23Н18 в горячем состоянии и другие характеристики. Однако эффективность дейст­ вия РЗМ и бора на одну и ту же сталь в условиях од­ ного завода прежде не сравнивалась. В 1966 году на Златоустовском заводе проведена подобная работа

[75].

Выплавка и разливка производилась по усовер­ шенствованной технологии. На первой партии (20 плавок) ферробор присаживали за 10— 15 минут до выпуска на 0,004 процента по расчету. Анализ пока­ зал, что содержание бора в готовом сорте металла в пределах — 0,003—0,004 процента. Учитывая опыт за­ вода «Красный Октябрь» и данные института элект­ росварки им. Патона о том, что на свариваемость де­ талей не влияют концентрации бора в металле до 0,0015 процента, было решено присадку бора в даль­ нейшем производить на 0,002 процента по расчету.

Макроструктура деформированного металла про­ верялась в сечениях кв. 225 мм и 170X260 мм по вы­ соте слитка и в готовом сорте сечением кв. 10 0 мм и

28X250 мм.

Все опытные плавки имели годную макрострукту­ ру с небольшой пористостью 0,5— 1 балл.

71

талл в профиле 170X260 мм) показывает, что присад­

ка бора в меньшей степени, чем присадки церия, спо­ собствует измельчению включений и уменьшению их общей площади.

Качественная оценка включений показала, что ос­ новной их тип — алюмосиликаты с кальцием, магни­ ем и хромом; в отдельных включениях встречается 'титан, глинозем. Много мелких глобулярных включе­ ний с кальцием, кремнием, хромом. Встречаются не­ большое количество сульфидов марганца и хрома, нитриды хрома. Таким образом, при модифицирова­ нии стали бором качественный состав включений практически не изменяется.

Боридной эвтектики не обнаружено. Это означа­ ет, что количество присаживаемого бора не превыша­ ло допустимой концентрации с точки зрения пластич­ ности.

Ранее установлено ,[44], что верхний допустимый предел концентрации бора — 0,006—0,007 процента, после чего сталь может потерять пластичность, вслед­ ствие образования боридной эвтектики по границам зерна. Поэтому многократный переплав отходов с микролегированием бором, ошибка во взвешивании ферробора при легировании или сильная ликвация бора могут вызвать понижение пластичности стали при прокатке. В этом существенный недостаток при­ менения бора для улучшения технологической плас­ тичности стали.

Лучшая пластичность стали — в интервале темпе­ ратур 1100— 1150°; при температурах 1000, 1200, 1250°

она низкая (табл. 15). На этом основании температу­ ра нагрева слитков в колодцах стана «950» была сни­

1150° плавки, микролегированные бором, имеют тех­ нологическую пластичность на уровне плавок с цери­ ем. Но интервал этих температур очень узкий, что увеличивает вероятность перегрева и потери пластич­ ности. На плавках с церием (рис. 5) при повышении температур до 1250° пластичность повышается. Более широкий интервал оптимальных температур, при ко­ торых металл имеет хорошую пластичность, необхо­ дим в условиях массового производства (табл. 15).

72

Т а б л и ц а 17

Механические свойства стали Х23Н18, микролегированной бором *

Рост зерна на плавках с церием начинается не­ сколько раньше, но идет не так интенсивно, как с бо­ ром. Это подтверждается также испытаниями на го­ рячее скручивание.

Межкристаллитная коррозия проверялась на 2-х образцах от плавки. Влияния бора на эту характерис­ тику не обнаружено.

При изучении технико-экономических показателей были статистически обработаны 32 плавки с бором и

74

30 плавок с церием в прокатном цехе № 1, выплавлен­ ные одновременно и прокатанные на профиль 28Х Х250 мм (на сутунку).

Выход годного на плавках с бором составил 61,5

Итак, анализ чистоты поверхности заготовки (послед­ няя характеризует затраты на ее зачистку перед про­ каткой на сутунку) и выхода годного показывает, что более оптимальный вариант — это выплавка стали Х23Н18 с присадками церия.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РЭМ ПРИ ВЫПЛАВКЕ

НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Применение РЗМ при выплавке сталей 0Х23Н18 и Х23Н18 дало существенное улучшение технико-эко­ номических показателей их производства.

В 1963 году стали марок 0Х23Н18 и Х23Н18 вы­ плавлялись только в ЭСПЦ-2, с последующей ковкой слитков; с 1964 года выплавка марок ведется, в ос­ новном, по усовершенствованной технологии в ЭСПЦ-1 и ЭСПЦ-2 с прокаткой слитков весом 2,7 т

на стане «950».

Снижен окончательный брак по металлу (с 2,87 до 0,86 процента) — в основном, за счет уменьшения от­

браковки по волосовинам и рванинам.

Улучшение пластичности металла позволило уве­ личить выход годной трубной заготовки из стали 0Х23Н18 с 49 до 65 процентов, что обусловлено рез­ ким снижением перевода трубной заготовки в пере­ дел. (В 1961 году до половины всей трубной заготов­ ки из-за дефектов перекатывалось на более мелкий профиль.)

75

Г Л А В А IV

ЛЕГИРОВАНИЕ И МОДИФИЦИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАЛИ РЕДКИМИ МЕТАЛЛАМИ

Наряду с группой РЗМ редкие металлы все боль­ ше применяются как легирующие и модифицирующие добавки при производстве высоколегированных ста­ лей и сплавов в дуговых электропечах.

Специфические физико-химические свойства ряда элементов: высокая температура плавления (вольф­ рам, ниобий), значительное сродство к кислороду, азо­ ту, сере и другим вредным примесям в стали (титан, цирконий, ванадий), плохая растворимость в жидкой стали ряда сплавов (феррониобий), возможность пря­ мого восстановления элементов из окислов для леги­ рования стали (молибден, ванадий), модифицирую­ щее действие малых добавок на структуру и свойства стали (титан, цирконий) — обуславливают ряд техно­ логических особенностей использования редких эле­ ментов в электрометаллургии стали.

Особое значение приобретает высокая стоимость сплавов редких металлов, применяемых для легирова­ ния и модифицирования электростали. Рациональное использование отходов с вольфрамом, ванадием, мо­ либденом, ниобием, уменьшение угара этих элементов из ферросплавов и лигатур существенно улучшает тех­ нико-экономические показатели электросталеплавиль­ ного производства.

Заводы качественных сталей имеют определенный опыт в разработке технологических схем легирования и модифицирования сталей и сплавов редкими метал­ лами.

Ниже дан обзор технологических особенностей ле-

77

гирования и модифицирования вольфрамом, молибде­ ном, ванадием, ниобием, титаном, цирконием. Описан опыт заводов по рациональному использованию отхо­ дов, содержащих указанные элементы.

Вольфрам. До 90 процентов мирового производст­ ва вольфрама используется для легирования стали. Вольфрамом легируют конструкционные и инструмен­ тальные стали, так как он повышает их твердость, со­ противление разрыву, предел упругости. Основное ко­ личество сплавов с вольфрамом идет на легирование сталей, содержащих от 6 до 19 процентов вольфрама.

Из таких сталей изготовляют инструмент для боль­ ших скоростей резания.

Легирование чаще всего осуществляют стандарт­ ным ферровольфрамом. Отечественная промышлен­ ность выпускает его шесть марок по ГОСТ 17293 — 71; В 1; В2; ВЗ; В 1 а; В2а; ВЗа — с содержанием вольфра­ ма не менее 65—80 процентов и молибдена не более 1,5—7 процентов (в зависимости от марки).

Ферровольфрам отличается высокой температурой плавления (~2500°С ) и плотностью.

При выплавке сталей методом полного окисления ферровольфрам в начале восстановительного периода присаживают в предварительно раскисленный жид­ кий металл.

При выплавке сталей с высоким (более 5 процен­ тов) содержанием вольфрама без окисления ферро­ вольфрам дают в завалку шихты в зону печи, ограни­ ченную диаметром распада электродов, где в процес­ се плавления достигается максимальная температура. При этом нежелательно попадание ферровольфрама под электроды, так как резко увеличиваются потери вольфрама за счет сублимации.

Присаживают ферровольфрам для окончательной корректировки химического анализа не позднее, чем за 40 минут до выпуска плавки. И лишь при легирова­ нии до 0,20 процента вольфрама разрешается сокра­

щать выдержку до 20 минут. Ускоряет растворение ферровольфрама предварительный его подогрев перед присадкой в печь.

Низкая скорость растворения стандартного ферро­ вольфрама приводит к увеличению продолжительно­ сти плавки и иногда к браку по химическому составу.

78

Поэтому возникает необходимость поиска лигатур с вольфрамом, устраняющих указанные недостатки. Так, при легировании стали ферросиликовольфрамом, содержащим 55—70 процентов вольфрама, 10—25 — кремния [76], вольфрам растворялся в 2—3 раза быстрее, чем ферровольфрам.

Исследование температур плавления сплавов W — Fe — Сг или W — Fe — Si [77], содержащих до 25 про­ центов Сг или Si, показало, что лигатуры будут нахо­ диться в жидком состоянии при температурах стале­ плавильных процессов. Это увеличивает скорость растворения указанных сплавов.

Fla некоторых заводах для легирования стали вольфрамом применяют шеелитовые или вольфрамитовые брикеты, которые присаживаются на чистое зеркало металла в начале восстановительного перио­ да плавки.

В последнее время для легирования стали вольф­ рамом предлагают применять брикеты из порошков вольфрама и железа [78].

Значительно снижает себестоимость быстрорежу­ щих сталей (16— 19 процентов W), уменьшение по­ терь вольфрама из отходов и легирующих.

Можно сделать вывод [79—84], что угар вольфра­ ма при выплавке быстрорежущих сталей типа Р18, Р12, Р9, Р6М5, Р6МЗ зависит от следующих техноло­

гических факторов:

3)основность плавильного шлака и степень его раскисленности;

4)продолжительность периода плавления;

5)расход газообразного кислорода при продувке металла;

6 ) последующая технология передела слитков.

На первых плавках ([79, 80] потери вольфрама увеличиваются на 20—30 процентов, так как вольф­ рам энергично впитывается порами пода печи. При этом потери возрастают с увеличением степени раз­ мягчения пода и откосов. Поэтому выплавку сталей с вольфрамом следует проводить только на печи с хо­ рошим состоянием футеровки и по возможности без чередования с плавками других марок стали.

79