книги из ГПНТБ / Сергеев, А. Б. Вакуумный дуговой переплав конструкционной стали

загрязненностью этими примесями

исходного

м еталл а.

В связи с этим одно из

важ н ей ш и х направлений

соверш енствования

п ро ­

ц есса состоит в обесп ече ­

нии

м акси м альн о

возм о ­

ж ной

чистоты

стал и , п р е ­

дназн ачаем ой

для отли в ­

ки р асходуем ы х

электр о ­

дов.

П о

этом у

пути идут,

в частности,

при

произ­

водстве

ш ари коп одш и п ­

никовой

стали

методом

В Д П .

количество образцов

В

то

ж е

время иногда

(накопленная частота/,%

для

решения такой

з а д а ­

чи и не требуется каких-

пР лнасв. к и33. с тВаллиия н и е3 0 Хт еГхСнНоАл о ги(иа) в ын­

либо

специальны х

мер.

П ри чина

этого

за к л ю ч а ­

З О Х З С Н М В Ф4)

(б )

па

за гр я з н е н н о ст ь

ется

в том ,

что

больш ин ­

с у л ь ф и д н ы м и

(/,

3)

и о к п сн ы м п

ство

м арок

слож нолеги -

J, 2

(2,

в к л ю ч е н и я м и :

— п л а в к а

в

3,

4

рованпой

конструкцион ­

о тк р ы т о й д уго в о й

э л е к т р о п е ч и ;

— В Д П

ной

стали

вы плавляется

на соврем енны х

м етал ­

лургических заво д ах в д у ­

плавке стали для

р асхо д уем ы х электродов,

как

п оказы ­

вает накопленны й

опыт,

позволяет

получать

методом

В Д П

м еталл , в основном

удовлетворяю щ ий

требован и ­

ям дей ствую щ и х

стандартов и технических

условий по

загрязненности нем еталлическим и вклю чениями.

1

про ­

Н а

рис. 33 приведены

статистические данны е

мы ш ленного контроля загрязненности

неметаллическими

вклю чениями д в ух конструкционны х сталей

З О Х Г С Н А и

З О Х З С Н М Ф В

по ш калам

Г О С Т

1778— 62.

Обы чны й м е­

талл

вы плавлялся

в

40-т

электропечах,

вакуум ны й —

в дуговы х вакуум н ы х

печах

с кристаллизаторам и д и а ­

метром 400 м м . В

то время как м акси м альн ая загрязн ен ­

ность вы плавленного

на воздухе

м еталла

сульфидны ми

и окисны мн вклю чениями

достигает 3— 4

баллов , в в а ­

куум ной стали оценки этих

включений

не

превы ш аю т

1,5

б ал л ов . О т 80 до 95%

всех контролируем ы х образцов

вообщ е оцениваю тся

баллам и не

более

1,0.

Р а ссм а т р и ­

ваем ы е стали

не

легированы

активными

иитридообра-

зую щ нм и элем ентам и , и при

н аблю даем ы х

фактически

остаточны х концентрациях

азота

п титана

нитридные

ским

пр и зн акам , как правило ,

не могут быть

выделены

в особую группу. П о этом у их

относят

обычно

к группе

точечны х оксидов.

предъ яв­

В

отдельны х сл у ч ая х , когда к м еталлу В Д П

ляю т

повыш енны е требования

по загрязненности нитри­

д ам и ,

целесообразн о плавить

сталь

для

расходуем ы х

электродов в основны х м артеновских печах

(или конвер­

т е р а х ). Т аки м образом , м ож но понизить

содерж ан и е азо ­

та в электр о дах , а следовательно, и в

переплавленном

чество

вклю чений всех остальны х

видов и, что особенно

в аж н о

для процесса В Д П , состав

окисны х вклю чений

ляю щ ей .

м етал ­

Эф ф ективность сочетания вы плавки исходного

ла для

электродов

в

мартеновской печи

с обработкой

синтетическим ш лаком

мож но

иллю стрировать

р езул ь ­

татам и

исследования

загрязненности

сталей

20

и

1 2 Х 2 Н 4 А , вы плавлявш ихся по двум технологическим

в а ­

риантам .

проводили

в 100-т м артеновской

п е ­

Опы тны е плавки

6*

83

го м еталла

включениями

контролировали

по

ш кале

Г О С Т 1778— 62. П ри

этом

определялось

относительное

количество полей зрения с. вклю чениями данного

б а л л а .

П р и контроле каж дой плавки

просм атривали

в

общ ей

слож ности не менее

2

— 3 тыс. полей.

П олученны е результаты

(табл . 18) свидетельствую т

о том , что окисные вклю чения

в

м еталле,

подвергнутом

обработке

синтетическим ш лаком

с последую щ им

В Д П ,

по стандартной ш кале.

П р е ж д е

всего это

п редопределя ­

ется

тем , что

у ж е

в исходном

состоянии

м еталл

со в ер ­

шенно не со д ер ж ал

силикатов.

И м енно

по

этом у

виду

включений электром еталл более всего

уступает

м ар те ­

новском у. О б р аб о тк а синтетическим

ш лаком

сп о со бство ­

вал а

т ак ж е и

глубокой десульф урации

м еталл а ,

в

р е­

зультате чего

в стали

12Х 2 Н 4 А

этого

варианта

после

В Д П

вообщ е

не было

обн аруж ен о

сульф идны х

вклю че­

ний, вероятно, из-за их дисперсности.

быть

обесп е ­

В ы со к ая степень раф инирования

м ож ет

чена

при двойном

В Д П . Очевидное

преим ущ ество

этого

м етода состоит в том ,

что м еталл

дваж ды

подвергается

вакуум ной обработке.

К ром е того,

м ож но

подбирать

у с ­

м арн ую эф ф ективность рассм атриваем ого варианта

т е х ­

нологии

[6 5 ].

прош едш его двойной

в а ­

О вы сокой чистоте м еталл а,

куум ны й

дяговой переплав ,

свидетельствую т

данны е

т аб л . 19.

О собен н о зам етно освобож дается сталь от окпе-

ны х нем еталлических вклю чений.

Ч то касается

за гр я з ­

ненности

сул ьф и дам и , то по этом у показателю

металл

двойного

В Д П

не имеет особы х

преим ущ еств перед д р у ­

гими м етодам и ,

наприм ер перед

одноразовы м

пер еп ла ­

П овторны й

В Д П

обеспечивает

дополнительное сни ­

ж ение концентрации

азота в стали ,

что м ож ет оказаться

весьм а полезны м при изготовлении

м еталла, загрязнен ­

ность которого

нитридами д о л ж н а

быть минимальной.

р о ж ан и е м еталла

и

сниж ение вы хода годного, поэтому

использование этого варианта в промы ш ленном

м асш т а ­

бе до л ж н о быть экономически обосновано.

О пределенны е резервы повышения степени раф ини ро ­

вания м еталла

от

газов

и

неметаллических включений

заклю чены

и в

сам ой

технологии

вакуум ного

дугового

пер еп лава .

Р ассм ат р и1

в ая закономерностиП ш ш

удаления и ко-

24

■ 20

■ 16

Г2

в

■ 6

ПШ-tf

О - if

о

Р и с . 34. В л и я н и е те хн о л о ги и В Д П н а з а ­

а —

гр я зн ен н о ст ь ст а л и в к л ю ч е н и я м и :

1— 1,5

б а л л а ;

6 — 0,5 б а л л а ;

/ — с у л ь ­

ф и д ы ;

И

— о к с и д ы ;

I I I

— г л о б у л и ;

IV

—

н и т р и д ы :

/ — 8,0

к А ;

2 — 6,5

к А ;

с

в р а ­

щ е н и е м

м е т а л л а ; 3 — 6,5 к А ;

4

— 5,2

к А

могли

убедиться ,

что д а ж е окисные вклю чения

некото­

рых типов ф орм ирую тся

при

затвердевании

м еталла.

В ещ е

больш ей

степени

это

относится

к

сульф идны м

и нитридным вклю чениям , которы е, как

известно, о б р а ­

зую тся

в двухф азн ой зоне

на

сравнительно

поздних ста ­

обы чны х,

отлитых в излож ницу слитков

меньш ей п родол ­

ж ительностью пребы вания м еталла в

дв ухф азн ом

со ­

стоящ ій .

изменение технологических реж и м ов

В то ж е время

п ереплава

сам о по

себе м ож ет сущ ественно влиять

на

условия

ф орм ирования слитка (врем я

пребы вания в

ж идкой

ванне и в двухф азн ом состоянии)

и за счет это ­

г о — на характер вклю чений в стали . Э т о

п одтвер ж дает ­

ся,

в частности, результатам и оценки загрязненности ст а ­

лей

1 2 Х 2 Н 4 А и 4 0 Х Н 2 С М А , переплавленны х в к р и стал ­

вок (м аксим

альны й балл вклю чений не превы ш ал

1,5),

н аблю дается

заметное влияние условий переплава на

р е­

Г ЛАВА 4

ЗАТВЕРДЕВАНИЕ МЕТАЛЛА ПРИ ВДП

И звестн о ,

что условия перехода

м еталла из ж и д к о ­

го состояния

в твердое предопределяю т и стр уктур у ст а ­

ли , и характер распределения в

ней нем еталлических

мого слитка

пли отливки. В связи

с этим улучш ение к а ­

чества стали ,

которое н аблю дается

обычно в результате

переплава р асходуем ы х электродов, принято

связы вать,

в частности ,

и

с благоприятны м и

услови ям и

затвер д е ­

вания.

того, как создание новой технологии яви ­

П р и м ер ом

лось им пульсом

для развития теории кристалли заци и ,

м ож ет служ и ть

р азр аботка теории и практики

п роизвод ­

деления примесей

при

затвердевании

Г66] и получила

эксперим ентальное

подтверж дение

Г674 основанная

на

теоретическом анализе

гипотеза Г .

П .

И в ан ц о в а [68]

о

зионного

или концентрационного п ер еохл аж д ен и я .

В р я д

ли следует рассчиты вать, что изучение особен н о ­

творны м , т ак к ак возм ож ности

варьирования и контроля

основны х парам етров процесса при

переплаве зн ачи ­

тельно у ж е , чем при зонной

плавке. В

то ж е врем я эти

возм ож ности по сравнению

с

обычным неуправляем ы м

условий п ер еп лава , обеспечи ваю щ их получение

слитков

с дисперсной литой структурой

и минимальным

р азви ­

тием дендритной химической неоднородности.

вакуум ной

О п и сы вая кристаллизацию м еталла при

дуговой плавке, будем исходить из того, что

она

о су щ е ­

ствляется по так н азы ваем ом у

норм альном у

м еханизм у

дела

ф аз .

- ’

В

этой главе ограничим ся описанием

м акроскопиче­

лизации в слитке, линейной скорости

его перем ещ ения,

хар актер и сти к двухф азн ой

зоны , их зависим ости

от р е­

ж и м а п ереплава и других

ф акторов.

К ром е того,

будут

мом слитке.

С вя зь всех этих явлений со структурой м е­

тал ла будет рассм отр ен а в следую щ ей главе.

Е сл и бы

ГЛУБИНА И ФОРМА ЖИДКОЙ ВАННЫ

скорость отвода тепла из системы кр и стал ­

в о ж д ал о сь

бы немедленным

затвердеванием м еталл а.

В этом

гипотетическом случае

фронт затвердевания р а с ­

п о л агал ся

бы в

слитке

горизонтально, со вп ад ая

с - его

верхним

торцом .

Ж и дкой

ф азы ,

как обособленной

зоны

сл и тка ,

при этом не долж н о быть.

условия имеют

место

В реальном

процессе

такие

в д в ух

сл у чая х : во -первы х, в сам ом

н ачале

плавки ,

ког­

да на водоохлаж даем ы й поддон попадает небольш ое

ко ­

личество

м еталла

и удельная

скорость

теплоотвода

о к а ­

зы вается

настолько

вы сокой ,

что

он

ср азу

ж е

затв ер д е ­

вает; во-вторы х, при

наплавлении

слитка с

очень

малой

скоростью . В о втором случае

естественны х

р есурсов

от­

вода тепла в осевом направлении

оказы вается

д о стато ч ­

но для

того,

чтобы весь наплавляем ы й

м еталл

ср азу

ж е

затверд евал ,

минуя стадию ж и дкой ванны .

В остальны х сл учая х в верхней части н аплавляем ого

слитка имеется ж и дкая ванна.

Е е появление является

ре­

зультатом несоответствия

м еж д у

скоростям и

п о ступ ле ­

ния в слиток расплавленного

м еталла

и отвода

тепла из

системы вдоль оси слитка.

П о ск о л ь к у

скорость

теплоот­

вода ограничена,

равновесие

м еж д у плавлением

п

з а ­

твердеванием

м еталла

оказы вается

возм ож ны м

только

благодаря увеличению поверхности ф ронта

зат в ер д ев а ­

ния, т.

е.

образованию ж и дкой ванны . Т акой подход о к а ­

ж ется ,

по -видим ом у,

полезны м при дальней ш ем

р ассм о т ­

рении геометрии ванны н ее

зависим ости

от

п ар ам е т ­

ров В Д П .

процесса

В Д П

глубине

ванны

П ри

исследовании

обычно

уделяю т

больш ое

внимание,

поскольку

этот

п а ­

раметр

наглядно

характери зует условия плавки ,

вл и яю ­

месей, так и на ф орм ирование структуры .

Т а к , при данной

скорости наплавления

слитка

глубина

ванны

опреде­

ляет время

пребы вания м еталла в ж и дком состоянии .

Увеличение

глубины ведет к уменьш ению

удельной по ­

верхности ж идкой ванны (границы раздела

ее

с газовой

ф а зо й ), к росту угла

наклона

ф ронта

затвердевания к

С д елан ряд попыток

связать

глубину ванны с д р уги ­

ми величинам и : силой

тока /,

ди ам етром

слитка

D K

и

расходуем ого электрода

d.

Т а к ,

по данны м

[7 0]:

(25)

H =

k ~ - ( / - а ) " ,