книги из ГПНТБ / Шнееров, Я. А. Полуспокойная сталь

В полученных таким образом слитках имеется «зона ки­ пения» (как для кипящей стали) и внутренняя зона, ха­ рактерная для полуспокойного металла. Возможность получения при такой технологии раскисления беспузы­ ристой корки достаточной толщины обеспечивает хоро­ шее качество поверхности раската слитка. Производст­ во этой стали, получившей название «полуспокойной с кипящей корочкой», вполне оправдало себя взамен кипя­ щего металла. Однако по механическим свойствам такая сталь существенно уступает полуспокойной с раскислени­ ем в ковше и поэтому не может быть рекомендована для замены спокойной стали в толстом прокате, несмотря на удобство применения этой технологии в условиях си­ фонной разливки.

Исследования и многолетний опыт работы Кузнецко­ го металлургического комбината (КМК) показали эф­ фективность и целесообразность систематического дораскисления полуспокойной стали пониженной раскис­ ленности в условиях разливки сверху. [20].

До 1968 г. на КМК полуспокойную сталь раскисляли полностью в ковше 45%-ным ферросилицием (1 кг/т для

рыва корки и длительного искрения.

С 1968 г. на КМК уменьшили расход алюминия в ковш до 0,12 кг/т для сталей 08пс, Ст.Зпс и Ст.4пс и пол­ ностью его исключили для сталей Ст. 5пс и Ст.бпс. В ус­ ловиях относительно низкой скорости разливки сверху (для сталей 08пс, Ст.З—5пс и Ст.бпс в среднем соответ­ ственно 0,6; 0,7 и 1,2 м/мин) такая сталь была сильно

Применение такой технологии раскисления полуспо­ койной стали привело к значительному уменьшению дли­

92

до 2%) снизить минимальные нормы головной обрези раскатов слитков и, следовательно, расходные коэффи­ циенты полуспокойной стали на обжимном стане (с 1,145 до 1,078—1,085 т/т). Благодаря этому в 1970 г. на КМК достигнут максимальный для предприятий отрасли вы­ ход годных заготовок (93%) и слябов (90,3%) из слит­ ка полуспокойной стали. При этом количество брака по­ луспокойной стали на первом переделе не увеличилось.

Для обеспечения необходимой раскисленное™ стали наряду со стремлением к стандартизации процессов все в большей мере определилась необходимость в прямом

ной полуспокойной стали. По данным большинства ис­ следователей [118, 121, 166, 191, 193], содержание кис­ лорода в нормально раскисленной полуспокойной стали ниже равновесной с углеродом при температуре начала затвердевания. М. Тенненбаум [189] установил, что со­ держание кислорода в отобранной из изложницы пробе полуспокойной стали с содержанием 0,16—0,20% С дол­ жно быть немного ниже 0,015%, что, по его мнению, близко к равновесному с углеродом в начале затверде­ вания металла.

Близкие данные (0,014—0,017% О) для нормально раскисленной полуспокойной стали с содержанием 0,11 — 0,19% С приводит Т. Като [82].

Авторы [94] считают, что в полуспокойной стали с 0,20% С количество кислорода, необходимое для обра­ зования окиси углерода, уже имеется к началу затвер­ девания слитка, а в стали с 0,07% С оно ниже равновес­ ного с углеродом и образование окиси углерода начина­ ется только после обогащения расплава кислородом и углеродом в процессе кристаллизации металла.

По данным [195], содержание кислорода в лолуспокойной стали с 1% Мп, определенное в пробах, отобран­ ных в струе металла из ковша, выше равновесного с уг­ леродом при 1530° С.

Данные, приведенные в указанных работах, не дают согласующихся значений содержания кислорода в полу спокойной стали в зависимости от ее состава, в частно­ сти, от содержания углерода в металле.

Расхождения в значениях содержания кислорода в рассматриваемых работах могут быть вызваны различ-

93

ными условиями производства полуспокойных сталей, а также разными методами отбора пробы и ее анализа.

Хотя работы по созданию приборов непосредствен­ ного определения содержания кислорода в металле пе­ ред выпуском (раскислением) ведутся (в частности, В. И. Явойскпм с сотрудниками [196]), эти способы еще не получили достаточно широкого применения в практи­ ке производства стали. В связи с этим принято пользо­ ваться косвенными оценками окнсленности металла, прежде всего по содержанию углерода [31, 156] и уста­ навливать необходимое количество раскислителей без непосредственного определения окнсленности металла перед выпуском. На ряде заводов, кроме содержания уг­ лерода, учитывался ряд дополнительных факторов: со­ держание закиси железа в конечном шлаке и размеры изложниц [31], содержание закиси железа в шлаке, рас­ ход ферромарганца и температура металла на выпуске [42], содержание марганца в стали и очередность наполнения ковшей [18]. В ряде работ [19, 49, 155] отмеча­ лось, что при повышении содержания углерода количест­ во раскислителей для полуспокойной стали уменьшается.

Исследованиями [166, 194] установлено, что для по­ лучения одинаковой структуры слитка содержание крем­ ния в стали с более высоким содержанием углерода дол­ жно быть выше. Однако количественной зависимости со­ держания элементов-раскислителей и их угара от содер­ жания углерода в полуспокойной стали в указанных ра­ ботах не приводится.

Некоторые авторы [48, 68, 118] отмечают, что на газо­ образование при затвердевании слитка полуспокойной стали в значительной мере могут влиять содержания во­ дорода и азота в металле. Об этом свидетельствуют ре­ зультаты экспериментов [68], показавших, что в газах, выделяющихся при кристаллизации полуспокойной стали в изложнице (в начале образования пузырей), содержит­ ся значительное (до 70%) количество азота и водорода. Однако конкретных рекомендаций по учету влияния со­ держания указанных элементов при раскислении метал­ ла авторы не дают.

Для раскисления полуспокойной стали используется ферромарганец, ферросилиций, силикомарганец, алюми­ ний, а в отдельных случаях — ферротитан, карбид крем­ ния и т. д. [10, 11, 23, 30, 31, 106, 121, 174]. Для фиксиро­ вания состава металла перед выпуском на некоторых за-

94

водах применяется предварительное раскисление фер­ ромарганцем, бедным ферросилицием, Шпигелем [23, 31, 174]. Однако при этом повышается угар раскислителей и удлиняется плавка. Почти все заводы, производя­ щие полуспокойную сталь в мартеновских печах и кон­ вертерах, раскисляли ее в ковше кремнийсодержащими материалами, на ряде заводов сталь дополнительно рас­ кисляли алюминием или только алюминием [10, 11, 23, 30—32, 53, 174].

Способы оценки степени раскисленности при опреде­ лении необходимого количества раскислнтелей основыва­ лись на визуальной оценке ее поведения во время разлив­ ки, при этом основным критерием считалась форма по­ верхности головной части слитка. На практике стреми­ лись получить слиток со слегка выпуклой головой, без прорывов корки и наплывов металла. Интенсивное искре­ ние металла, прорывы корки с образованием наплывов и тем более рослости свидетельствовали о недостаточной раскисленности металла; вогнутая поверхность характе­ ризовала перераскисленный металл [10, 11, 30]. В даль­ нейшем критерий визуальной оценки нормальной рас­ кисленности полуспокойной стали на разливке был до­ полнен нормой продолжительности искрения металла после закрытия стопора (10—40 с).

Повышение стабильности процесса раскисления

Так как во время разливки допустимо исправление раскисленности металла только путем ввода небольшого количества раскислнтелей в конце наполнения изложни­ цы, важнейшим элементом рациональной технологии производства полуспокойных сталей следует считать обеспечение необходимой степени раскисленности в ковше.

Поскольку невозможно учесть влияние большого ко­ личества переменных факторов на стабильность раскисле­ ния, целесообразно исключить влияние основных из них. К этим факторам относятся следующие:

а) использование алюминия для раскисления метал­ ла в ковше;

б) предварительное раскисление в печи; в) нерациональная практика подготовки и ввода рас­

кислнтелей; г) науглероживание металла в ковше.

95

Выбор основного раскислителя. В первые годы внед­ рения полуспокойной стали на металлургических заводах

СССР расход 45%-ного ферросилиция в ковше (при ра­ боте без предварительного раскисления в печи доменным ферросилицием) находился в довольно узких пределах (2,2—2,3 кг/т). Однако содержание кремния в готовой стали при этом колебалось от 0,05 до 0,14%. На большин­ стве предприятий (К.МК, заводы Коммунарский, Маке­ евский, «Азовсталь», Криворожский и др.) в ковш допол­ нительно присаживали алюминий в количестве 50— 200 г/т для стали Ст.5пс и 50—280 г/т для стали Ст.Зпс с колебаниями на каждом заводе до 50 г/т и лишь на ММК и ЧМЗ металл раскисляли одним кремнием [10, 11,23].

Выбору основного раскислителя для полуспокойных сталей посвящен ряд работ. М. Тенненбаум [189] провел сравнительное исследование структуры слитка полуспо­ койной стали, раскисленной одним кремнием или алюми­ нием. В слитках стали, раскисленной одним кремнием, усадочная раковина была компенсирована крупными изо­ лированными газовыми объемами, а подкорковые пузы­ ри наблюдались лишь на горизонтах до 150 мм от голов­ ного торца. Слитки стали, раскисленной одним алюмини­ ем, характеризовались беспузыристой корковой зоной, однако имели значительную усадочную раковину, плохо изолированную от атмосферы. На основании этого автор считает, что вследствие высокой раскислительной способ­ ности алюминия даже незначительная ошибка в опреде­ лении необходимой его присадки может привести к су­ щественному изменению структуры слитка. Раскисление полуспокойной стали в ковше только алюминием, по мне­ нию М. Тенненбаума, не может обеспечить стабильного получения нормального слитка.

Авторы [14] считали, что сталь Ст.Зпс, раскислен­

Т. Като [82] отмечает, что при повышении отношения содержания алюминия к кремнию в стали уменьшается количество крупных сульфосиликатных включений, при­ водящих к появлению мелких трещин на поверхности

96

листа при его деформировании в холодном состоянии с малыми радиусами закругления, но тем не менее считает, что способ раскисления полуспокойной стали одним алю­ минием является нетехнологичным.

Е. Форстер и X. Нейманн [193] утверждали, что при­ менение для раскисления полуспокойной стали алюми­ ния совместно с кремнием приводит к образованию круп­ ных подповерхностных включений силикатов марганца, вызывающих расслоение металла. При раскислении од­ ним кремнием эти включения значительно мельче и не приводят к образованию указанных дефектов.

Г. Репаси [121] считал, что только мелкозернистая полуспокойная сталь, содержащая, кроме кремния, алю­

или алюминием вместо обычного одновременного их вве­ дения.

При раскислении стали одним алюминием не удалось получить оптимальной степени раскисленности металла

ложнице, искрил в течение 10—20 с после ее наполнения и застывал с прорывами корки и образованием рослости до 250 мм (несмотря на дополнительный ввод алюминия в количестве 20—30 г/т под струю при разливке).

При расходе алюминия 325 г/т слитки застывали уже с вогнутой поверхностью головной части (как при пе­ рераскислении стали). Однако через 2—3 мин после кон­ ца наполнения изложниц на многих слитках начиналось

ной усадочной рыхлостью, а третьи имели и те и другие дефекты. В результате головная обрезь и расходный ко эффициент металла на блюминге оказались повышенны­ ми. Видимо, эти результаты могли бы быть несколько улучшены после приобретения опыта работы с раскисле­ нием одним алюминием, но, судя по проведенным плав­ кам, освоение такой технологии крайне затруднительно.

ла с выпуклой поверхностью без прорывов корки. Каче­ ственные показатели при прокатке слитков этих плавок оказались выше (табл. 24).

Т а б л и ц а 25. Состав металла опытной плавки

98

Полуспокойная сталь, раскисленная только алюмини­ ем, имела более низкие прочность и хладостойкость (табл. 26).

Положительные результаты, полученные при раскис­ лении стали Ст.Зпс одним ферросилицием, послужили основанием для опробования такого варианта раскисле­

макроструктура продольных разрезов слитков стали

Макростроение головной части слитка стали, раскис­ ленной одним ферросилицием, оказалось несколько предпочтительнее: усадочная полость состояла из от-

П р и м е ч а н и е . В числителе — средние значения, в з н а м е н а т е л е — предельные .