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

Сравнение данных табл. 39 с величинами угара мар­ ганца при раскислении углеродистой конвертерной по­ луспокойной стали показывает, что угар марганца сни­ жается с увеличением расхода ферросплава на легиро­ вание.

135

Угар кремния, вводимого марганецсодержащими сплавами, не превышал 25% и его можно принимать примерно равным угару марганца при легировании по­ луспокойной стали. Угар кремния, вводимого 45%-ным ферросилицием, был более значительным и при содер­ жании углерода в металле перед раскислением в преде­

ния, вводимого марганецсодержащими сплавами, чем 45%-ным ферросилицием, объясняется защитным дейст­ вием марганца в зоне растворения сплава.

Вносимый доменным ферромарганцем углерод хоро­ шо (на 80—90%)) усваивается металлом.

Практика работы заводов США [32] показала, что при выплавке сталей с повышенным содержанием мар­ ганца (с легированием ферромарганцем в ковше) для

Наши исследования показали, что при повышении температуры стали на выпуске и постепенном вводе леги­ рующих и раскислнтелей в кусках размером 20— 50 мм достигается их равномерное распределение в объе­ ме металла. Об этом свидетельствуют также данные Коммунарского металлургического завода, где в настоящее время для полуспокойной стали все сплавы присажива­ ются в ковш (табл. 40).

Особенности раскисления низколегированных полуспокойных сталей с повышенным содержанием азота

При производстве низколегированных полуспокойных сталей применяют микролегирование ванадием [25, 27— 29, 103, 221, 222], ванадием совместно с азотом [27, 103,

136

105] или ниобием [92, 223, 224]. Применение ванадия или ниобия (и сопутствующего ему тантала) для микролеги­ рования полуспокойной стали не приводит к существен­ ному изменению ее раскисленности, так как эти элемен­ ты по раскислителыюй способности близки к марганцу [225—228]. Наши исследования в условиях заводов Коммунарского и им. Петровского показали, что ввод в мар­ ганцовистую полуспокойную сталь 0,1 % V влияет на про­ должительность искрения металла в изложнице и струк­ туру слитка примерно в такой же степени, как повышение содержания кремния в металле на 0,01%. Влияние ниобия в обычно применяемых количествах (до 0,07%) на раскисленпость полуспокойной стали нами не отмечено. Однако при микролегировании ниобием полу­ спокойной стали следует обязательно учитывать вводи­ мые феррониобием кремний, титан и алюминий, суммар­ ное содержание которых в производимом в СССР сплаве достигает 25% и более.

Феррониобий и феррованадий, несмотря на относи­ тельно высокую температуру плавления (1400—1510° С) [229, 230], для уменьшения угара целесообразно приса­ живать в ковш после ввода ферросилиция и ферромар­ ганца. При этом, как установлено в работе [231], фрак­ ция кусков феррониобия не должна превышать 30 мм. Наши исследования [25, 27—29, 224] показали, что при вводе стандартных феррованадия и феррониобия в кус­ ках размером до 50 и 30 мм соответственно в ковш дости­ гается их полное и равномерное растворение при относи­ тельно стабильном усвоении (70—80%). За рубежом и в

СССР опробованы методы ввода мелкодробленного феррониобия в изложницы по ходу разливки стали с целью увеличения усвоения ниобия [25, 224, 228, 232]. Однако такую операцию, особенно при сифонной разлив­ ке, нельзя считать технологичной для промышленного применения.

Микролегирование полуспокойной стали азотом (0,015—0,030%) осуществляется в основном путем ввода в ковш азотированного металлического марганца. Основ­ ным недостатком указанного сплава является пылевидность, в результате чего при присадке в ковш наблюда­ ются его значительные потери в результате выноса горя­ чими восходящими потоками газов при выпуске стали. Вследствие этого усвоение азота из азотированного мар­ ганца составляло 30—50%. Опыты показали, что усвое-

137

ние азота из азотированного марганца может быть суще­ ственно повышено (до 70%) при упаковке сплава (на­ пример, в бумажные мешки). Вводить азотированный марганец следует в последнюю очередь, т. е. после фер­ ромарганца, ферросилиция и феррованадия, так как при­ сутствие в стали марганца и ванадия, увеличивающих растворимость азота в металле [211, 233], приводит к по­ вышению его усвоения.

Данные о влиянии азота на необходимую раскисленность полуспокойной стали отсутствуют. Но логично бы­

в слитке. Об этом свидетельствовали данные, что при по­ вышенных концентрациях азота [235, 338], как и водоро­ да [234, 236], наблюдались случаи получения типичной структуры слитка полуспокойной или вяло кипящей ста­ ли для глубоко раскисленного металла.

Для изучения закономерностей раскисления полуспо­ койной стали с повышенным содержанием азота в кон­ вертерном цехе завода им. Петровского (табл. 41) прове­ ли серию опытных плавок с различным содержанием уг­

жением концентрации кислорода в стали путем увеличе­ ния содержания в ней кремния.

Полуспокойная сталь с повышенным содержанием азота имеет более низкие оптимальные концентрации кис­ лорода, чем с обычным его содержанием (рис. 47). Тен­ денция изменения концентрации кислорода в полуспо­ койной стали с повышенным содержанием азота в зави­ симости от концентрации углерода такая же, как и для стали с обычным содержанием азота. Однако наклон кри­ вой изменения концентрации кислорода в стали с повы­ шенным содержанием азота в зависимости от концентра­ ции углерода несколько меньший, чем для обычной стали.

138

* От верхнего торца по длине раската.

При раскислении полуспокойной стали с повышенным содержанием азота наблюдается так же, как и для ста­ ли.с обычным его содержанием закономерное увеличение необходимого количества элементов-раскислителей при увеличении содержания углерода. Более низкое содер­ жание кислорода в полуспокойной стали, имеющей повы­ шенную концентрацию азота (несмотря на присутствие

в оптимально-раскисленной углеродистой и низколегиро­ ванной полуспокойной стали (без присадок алюминия) от содержания в ней углерода, марганца, водорода и азо­ та были обработаны методом множественной корреляции данные опытных плавок (с содержанием углерода в ме­ талле от 0,7 до 0,4%) разных заводов в условиях сифон­ ной разливки. Обработка данных произведена на ЭВМ. «Минск-22». Получено уравнение множественной регрес­

140

Г л а в а 6

ФОРМИРОВАНИЕ И СТРУКТУРА СЛИТКА ПОЛУСПОКОЙНОЙ СТАЛИ

Проведенные исследования позволили разработать рациональную технологию производства, а также опре­ делить условия формирования нормального слитка полу­ спокойной стали.

В ряде работ [30, 106, 153] структуру идеального («сбалансированного») слитка полуспокойной стали ха­ рактеризовали отсутствием подкорковых пузырей и яв­ но выраженной усадочной раковины.

Однако получение такой структуры слитка полуспо­ койной стали на практике, особенно при разливке ме­ талла с малой скоростью, как показано в предыдущих главах и в работах [31, 76, 84, 155, 157], затруднительно.

Процесс формирования слитка. Основным условием получения нормального слитка полуспокойной стали сле­ дует считать такую интенсивность газовыделения после наполнения изложницы металлом и образования затвер­ девшей корки на его зеркале, которая компенсирует ес­ тественную усадку металла. Недостаточное выделение газов в процессе формирования головной части слитка приводит к образованию сосредоточенной и недостаточно изолированной от атмосферы усадочной раковины и уве­ личению головной обрези, а следовательно, противоре­ чит основной цели производства полуспокойной стали.

При такой степени раскисленности, которая необхо­ дима для образования оптимальной структуры головной части слитка, неизбежно газообразование во время на­ полнения изложницы металлом (оно визуально проявля­ ется в виде слабого искрения), которое в условиях малой интенсивности его и отсутствия энергичного потока ме­ талла вдоль фронта кристаллизации может обусловить формирование подкорковых пузырей. Если эти пузыри располагаются близко к поверхности слитка и размеры их невелики, то они, как правило, удаляются с окалиной во время нагрева и прокатки слитков, и поверхность рас­ ката не имеет дефектов, связанных со вскрытием пузы­ рей. С понижением степени раскисленности полуспокой­ ной стали создаются все более благоприятные условия для повышения интенсивности газовыделения и удаления пузырей, что способствует увеличению толщины беспу-

142

зыристой корки и длины пузырей, вследствие чего они уже не могут быть удалены с окалиной и являются источ­ ником образования дефектов на раскате слитка.

При значительном уменьшении степени раскисленности полуспокойной стали реакция взаимодействия угле­ рода с кислородом получает с начала наполнения излож­ ницы металлом такое развитие, что наблюдается не иск­ рение металла, а его вялое кипение. В этом случае образуется довольно толстая беспузыристая корка и кор­ ковая зона слитка полуспокойной стали приобретает структуру, сходную со структурой слитка перераскислен­ ной кипящей стали. Если толщина беспузыристой корки при этом превышает 5—6 мм, то при слабоокислительном режиме нагрева в колодцах можно избежать вскрытия пузырей, и поверхность раската не будет иметь дефек­ тов, связанных с этим.

Увеличение скорости разливки такой стали может ока­ зать только неблагоприятное действие (как и для кипя­ щей стали), так как уменьшается толщина беспузыри­ стой корки. В связи с этим для производства такой полу­ спокойной стали благоприятна сифонная разливка. Но, как было показано, механические свойства прокатной продукции из слитков такого типа характеризуются бо­ лее низким уровнем и меньшей однородностью, чем из слитков полуспокойной стали нормального типа, поэтому эта технология может применяться только при замене кипящей стали, по сравнению с которой полуспокойная сталь с такой степенью раскисленное™ характеризуется большей однородностью состава и свойств.

В слитке нормально раскисленной полуспокойной ста­ ли пузыри небольшого размера располагаются близко от поверхности, либо вовсе отсутствуют (при большой ско­ рости разливки). Беспузыристая корка может образо­ ваться либо в том случае, когда реакция окисления угле­ рода не получает развития в начале кристаллизации металла у стенок изложниц, либо если эта реакция идет с удалением пузырей и образованием «откипающей корки».

Если предположить, что реакция окисления углеро­ да не может идти сразу, то чем больше раскислена полу­ спокойная сталь, тем позже может начаться газообразо­ вание в результате развития избирательной кристал­ лизации, и тем дальше от поверхности слитка могут образоваться пузыри. Но это противоречит результатам

143

исследований, поэтому единственно возможным объясне­ нием того факта, что с увеличением степени раскисленности полуспокойной стали уменьшается толщина беспузы­ ристой корки и размеры подкорковых пузырей, может быть признание того, что реакция газовыделения в полу­ спокойной стали начинается сразу же после начала на­

согласиться с тем, что процесс нарастания концентрации кислорода и углерода в двухфазной зоне начинается сра­ зу же после начала соприкосновения жидкой стали с из­ ложницей и идет настолько быстро, что сразу создаются условия для протекания реакции окисления углерода.

Согласно общепринятой теории сегрегации, основан­ ной на различной растворимости примесей в твердой и жидкой фазе, концентрация элементов в стали изменя­ ет свое значение в процессе кристаллизации. Разница между максимальной и минимальной концентрациями элементов, характеризующая степень химической неод­ нородности слитка, определяется положением кривых ликвидуса и солидуса на диаграмме состояния и скоро­

кости перенос в нее примесей из обогащенной зоны осу­ ществляется только за счет диффузионного перераспре­ деления, интенсивность которого незначительна и во мно­ го раз меньше, чем при перемешивании в результате конвекции или газовыделения. При затвердевании метал­

условия ближе к первому случаю и слиток получается

.сравнительно однородным по составу; при энергичном га­ зовыделении (кипящая сталь) неоднородность достигает максимума. При отсутствии кипения охлаждение голов­ ной части слитка полуспокойной стали приводит к быст­ рому образованию затвердевшей корки, после чего кри­

кращается. В этих условиях дальнейшая кристаллизация

144