книги из ГПНТБ / Линчевский Б.В. Применение вакуума в производстве стали

оборудованием для получения весьма низких давлений, поэтому в определенных условиях углерод становится более сильным вос­ становителем, чем даже кальций.

В настоящее время в лабораторных условиях установилась следующая технология получения ковкого ванадия [55]: трехокись ванадия смешивают с ламповой сажей, количество которой при­ мерно на 5—7% выше стехиометрического. После тщательного перемешивания из смеси прессуют брикеты, причем в качестве связки употребляют раствор каучука в бензине. После предва­ рительного восстановления при 900—1000° в форвакууме содер­ жание углерода в металле снижается до 4—5%. Затем брикеты измельчают, вновь прессуют и спекают при давлении до 10~4 мм рт. ст. Если исходные продукты были химически чистыми, то в результате восстановления получают спектрально чистый по со­ держанию примесей металл. Содержание азота в восстановлен­ ном металле колеблется от 0,012 до 0,029%. Установлено, что пластичность ванадия сохраняется при содержании углерода в пределах 0,17—0,30 и кислорода — 0,02—0,04%.

Восстановленный металл переплавляют затем в вакуумных дуговых печах в слитки. Слитки углетермического ванадия обла­ дают значительной пластичностью и легко подвергаются обработ­ ке давлением даже при комнатной температуре.

Значительный интерес представляет также возможность вос­ становления металлов в вакууме по реакциям между окислами и карбидами. Примером может служить восстановление ниобия

[56]

Nb2O5 + 5NbC = 7Nb + 5СО.

В этом случае образуется в 3,5 раза меньше газов, чем при вос­ становлении пятиокиси ниобия углеродом. Процесс осуществля­ ется в вакуумных печах сопротивления при температуре 1600° и давлении порядка несколько микрон рт. ст. Окись углерода выде­ ляется очень быстро, причем большая часть газа удаляется уже через несколько минут после начала процесса. Выход ниобия почти соответствует теоретическому.

Широкое практическое применение метода восстановления окислов в вакууме началось в 1953 г., когда фирмой Electromet был построен завод для получения безуглеродистого феррохрома [57]. Метод обезуглероживания в вакууме заключается в том, что твердые брикеты, опрессованные из измельченного передельного феррохрома и окислителей, в качестве которых могут использо­ ваться кремнезем, окись хрома, закись никеля и другие, выдер­ живаются при определенной температуре в вакууме. Таким обра­ зом, в данном случае,также как и при восстановлении пятиокиси ниобия, имеет место взаимодействие окисла с карбидом хрома1.

1 Передельный хром, содержащий 6—8% С, близок по составу к сложно­ му карбиду (Сг, Fe)?C3.

120

В табл. 33 приведен состав безуглеродистого феррохрома, по­ лученного в лабораторных условиях при применении различных

окислителей [58].

Таблица 23

Химический состав безуглеродистого феррохрома, полученного в вакууме с применением различных окислителей

Содержание элементов, % в феррохроме

Установлено, что оптимальные условия процесса следующие: температура 1250—1280° и давление 1—5-10-2 мм рт. ст.

В США с 1953 г. работает по этому методу крупный завод, про­ изводительность которого составляет, видимо, не менее 40 000 т безуглеродистого феррохрома в год. Обезуглероживание осущест­ вляется в огромных вакуумных трубчатых печах длиной 45 м и диаметром 3,6 м. Насосная вакуумная станция, построенная на этом заводе, является по своей производительности одной из наи­ более мощных в мире, причем оборудована она пароэжекторны­ ми многоступенчатыми насосами. Процесс ведут при температу­ ре 1100° и давлении порядка нескольких микрон.

В США в качестве окислителей применяют кремнезем, кото­ рый реагирует с углеродом феррохрома по реакции

(Сг, Fe)mC + 0,5SiO2 = (Сг, Fe)m + 0,5Si + СО.

Брикеты изготовляют на валковом прессе или путем окомкования на вращающемся наклонном столе и затем засыпают ровным слоем толщиной 300 мм на специальную платформу длиной 42 м. Нагрев, выдержка при 1100° и охлаждение продолжаются не­ сколько суток. Для того чтобы ускорить охлаждение можно вес­ ти его в токе азота. Это позволяет также получать феррохром с высоким содержанием азота. Пористая поверхность феррохрома благоприятствует абсорбции азота. По некоторым сообщениям [59], таким путем можно получить до 8% азота в феррохроме.

При использовании в качестве окислителя кварцита в безуглеродистом феррохроме остается до 10% кремнезема. Однако по имеющимся данным, это не препятствует получению стали, чис­ той по неметаллическим включениям.

Безуглеродистый феррохром применяют в основном для про­ изводства хромоникелевой нержавеющей стали аустенитного класса.

121

На рис. 60 представлен фазовый состав стали, содержащей 18% Сг и 8% Ni в зависимости от концентрации углерода [30]. Предел растворимости углерода в аустените при комнатной тем­ пературе не превышает 0,02%. Между тем принятый ныне метод силикотермического производства феррохрома не дает возмож­ ности получить феррохром с содержанием углерода ниже 0,05—

Содержание с. °!.

0,06%. Кроме того, при выплавке стали в дуговых электропечах происходит частичное науглероживание ванны за счет электро­ дов, так что практически содержание углерода в стали марки 1Х18Н9Т колеблется в пределах от 0,06 до 0,10%. Как показано на рис. 60, закаленный сплав, содержащий 0,1 % С, является одно­ фазным. Однако при нагреве выше линии SK из аустенита выделя­ ются карбиды, в связи с чем концентрация хрома в аустените уменьшается ниже того предела, при котором металл обладает еще устойчивостью против коррозии. Карбиды выпадают главным образом по границам зерен, поэтому наиболее обедненными хро­ мом являются периферийные участки. Если углерод связан в кар­ биды более прочные, чем карбид хрома, например карбид титана или ниобия, то выпадение этих карбидов не изменяет концентра­ цию хрома в аустените, и металл приобретает устойчивость против общей коррозии. В хромоникелевой стали с добавками титана или ниобия обнаруживается также значительное количество нитридов, которые, как и карбиды, снижают пластичность металла. Влияние

122

нитридов и карбидов особенно ощутимо при прокатке и волоче­ нии тонкостенных изделий с толщиной стенок в несколько сотых миллиметра. Таким образом, проблема нержавеющей стали зак­ лючается в устранении ее склонности к интеркристаллитной кор­ розии без введения карбидообразующих элементов, снижающих устойчивость против общей коррозии. Для этого необходимо ограничить содержание углерода в феррохроме (не более 0,02% )■

В табл. 34 приведен состав стали, выплавленной на безугле-

родистом феррохроме в индукционной печи [60].

Таблица 34

Состав стали, % выплавленной на «вакуумном» безуглеродистом феррохроме

С Сг Ni Si Мп Мо S

Рис. 61. Коррозионная стойкость нержа­ веющей стали, выплавленной с примене­ нием безуглеродистого феррохрома

Металлографический анализ литого материала показал, что основным преимуществом исследуемых сталей является полное отсутствие в них нитридов. Этим можно отчасти объяснить исклю-

123

ЛИТЕРАТУРА

1.Р. А. Карасев, А, М. Самарии. ДАН СССР, 119, 5, 990 (1958).

2.Т. К i n g. Thermodynamics and Kinetics in Vacuum Metallurgy and the

Effect of the Pressure Variable. Vacuum metallurgy, New York, 1957.

3. Pennington. Thermodynamics of the Vacuum induction process Nat. Sympos. Vacuum. Technol, London, 1957.

4.А. Ф. В и ш к а р е в, В. В. Кондаков. Труды МИС, XXXVIII, 196— 207, 1958.

5.Я. М. Бокшяцкий, А. В. Емяше®, А. М. Зубко, М. М. Фи-

липпычева, Сталь, 6, 521 (1958).

6.A. Fischer, Н. Treppschuh, К. Н. Kothemann. Archiv fur a. Eisenhiittenwes., 9, (1956).

7. К. Bungardt, Н. Sychrovsky, Stahl u. Eisen, 76, 16, 1040 (1956).

8.I. L. Ham, F. Z. Carr. Vacuum Metallurgy, Boston Mass 35, 1955.

9.A. Pfeiffer. Zeitschrift fur Metallkunde, 9, 455, (19'58).

10.W. A. Fischer, Th. Cohnen. Archiv fur d. Eisenhiittenwes, 11/12,

355(1950).

11.W. Scheide. Zeitschrift fur Metallkunde, 4, 91, 1957.

12.A. T i x. Journ. of Met. 4, 420, 1955.

13.P. С. Беляков, A. M. Самарин, Бюллетень ЦНИИЧМ, 21, 8,

1957.

14. W. E. J о n e s. Metal Progress, 72, 4, 133, 1957.

15.В. И. Кашин, A. M. Самарин. Из®. АН СССР, ОТН, 3, 1959.

16. Р. Я к к е л ь. Получение и измерение вакуума, ИЛ, 1952, Москва.

17.Л. М. Новик, А. М. Самарин, Н. М. Кузнецов, А. И. Л у- кутин, П. Э. Цуканов. Сталь, 1959, № 3, 231.

18.Н. A. Steinherz. Vacuum Pumping Systems. Vacuum metallurgy,

New York, 1957.

19.А. В. Емяшев. Сб. Применение вакуума в металлургии, стр. 54, Изд. АН СССР 1958.

20.В. А. Паз у хин, Я. А. Фишер. Вакуум в металлургии, Метал-

лурпиг-дат, 1956.

21.К. J. N. Ног па М. A. Orehovski. Journ of Met, 471, 1958.

22.К. A. Ca винский, Зйводская лаборатория, 1955, 9.

23.К. А. Са винский. Сб. Применение вакуума в металлургии, стр. 66,

Изд. АН СССР, 1958.

590.1957.

27.A. Stoll. Blast Furnace a. Steel Plant, 6, 595, 1958.

28. F. Harders, H. К n ii p p e 1, К. В г о t z m a n n, St.und Eisen, 26, 1721, 1956.

29.W. S t a r r a t. J. of Metals, 7, 465, 1958.

30.A. M. С а м a p и н, А. Ю. П о л я к о в, Л. М. Н о в и к,Г. А. Г а р н ы к.

Применение вакуума в сталеплавильных процессах, Металлургиздат, 1957. 31. Iron a. Steel, 11, 591, 1957.

125

ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ