
книги из ГПНТБ / Производство шарикоподшипниковой стали М. И. Колосов, А. И. Строганов, И. Я. Айзеншток. 1960- 21 Мб
.pdfВлияние технологических факторов, на загрязненность стали |
93 |
погружали в ванну в железных банках, прикрепленных к пру тьям. Металл опытных плавок не был принят не ответственные изделия в связи с большой загрязненностью крупными глобу
лярными включениями. Несколько меньше глобулярных вклю
чений было при присадке этого сплава на поверхность обна женного от шлака металла.
Влитературе имеются данные некоторых исследований,
подтверждающие целесообразность использования сплава AMS. В частности, А. А. Яцкевич приводит результаты плавок шарикоподшипниковой стали, проведенных в 5-т дуговой печи
[97]. Качество металла, раскисленного |
сплавом AMS (18,5% |
Мп, 14,4% Si и 9,1% А1), сравнивали |
с качеством обычного |
раскисленного кусковым ферросилицием и алюминием метал ла. Количество включений, определенное металлографическим
методом, составляло 0,0362% для стали, выплавленной по обычной технологии,, и 0,0123 и 0,0107% —для стали опытных
плавок. Таким образом, раскисление сплавом AMS несколько уменьшило содержание включений в стали. Однако вызывает сомнение столь большая загрязненность обычного металла.
Из приведенных данных можно сделать вывод о нецелесо
образности использования комплексных раскислителей при производстве шарикоподшипниковой стали по существующей технологии. Комплексные раскислители образуют в некоторых случаях жидкоподвижные, легко коалисцинирующие продукты раскисления, которые полностью удалиться из металла не мо гут и, оставаясь в стали, загрязняют ее глобулярными включе
ниями.
Возможно, что причиной неудовлетворительного качества шарикоподшипниковой стали, раскисленной подобными спла
вами, является недостаточно отработанная технология приса док сплава (порядок, количество и т. д.), а главное—отсутст
вие сплава необходимого состава.
В тех случаях, когда несколько повышенное количество глобулярных включений не отражается на рабочих свойствах стали, без сомнения раскисление комплексными сплавами весь ма целесообразно.
Влияние технологических факторов на загрязненность стали включениями
Метод выплавки. Выплавка стали методом переплава позволяет весьма эффективно использовать содержащиеся в отходах легирующие элементы. Баланс отходов, получаемых на металлургических и машиностроительных заводах, показы вает что количество их обеспечивает возможность выплавки 50%' всей шарикоподшипниковой стали методом переплава.
94 Основные положения выплавки стали в основных электропечах
Правильное и полное использование легированных отходов дает большую экономию легирующих элементов и электро энергии, а также повышает производительность электрических печей.
По данным исследования Ф. П. Еднерала [70] установлено,
что легированная конструкционная сталь, полученная методом
переплава, не отличается по качеству от стали, выплавленной с
окислением как по содержанию неметаллических включений и газов, так и по макроструктуре (пористости).
М. И. Виноград [42], основываясь на опыте завода «Элект росталь», указывает, что шарикоподшипниковая сталь, вы плавленная на свежей шихте с кипом, загрязнена оксидными включениями меньше, чем полученная на отходах методом пе
реплава (табл. 41).
Таблица 41
Влияние способа выплавки стали на загрязненность ее оксидными
включениями
Количество образцов, % с баллом
Способ выплавки
1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
разницы
На отходах . . . |
539 1806 40,0 37,6 |
±0,015 14,3 |
|
|
*Дуплекс-процесс |
499 1653 40,4 38,6 |
±0,015 13,7 | |
3,3 |
|
На свежей шихте |
148 470 47,7 36,6 |
±0,026 9,2 J |
||
с кипом . . . |
|
|||
Осн оввая мартеновская печь — электропечь. |
|
|
|
|
Дальнейшее |
совершенствование на |
этом заводе |
(1953— |
|
1954 гг.) текстологии выплавки шарикоподшипниковой |
стали |
|||
методом переплава позволило уменьшить |
содержание |
в ней |
оксидных включений и поднять качество этой стали настолько, что она стала лишь немногим отличаться от металла, выплавляе мого на свежей шихте с окислением (табл. 42) [134].
Приведенные данные показывают, что металл, выплавлен ный методом переплава, имеет практически одинаковый сред
ний балл по оксидным включениям со сталью, полученной на свежей шихте с окислением; количество образцов с баллом более 2,5 в случае переплава несколько выше.
На Челябинском металлургическом заводе неоднократно сравнивали качество стали марки ШХ15, выплавленной в
электропечи методом переплава и с окислением [73—75]. В
обоих случаях сталь отливали сифоном в слитки развесом 1200
Влияние технологических факторов на загрязненность стали |
95 |
Т а б л и ц а 42
Влияние метода выплавки на загрязненность стали ШХ15 оксидными включениями
На свежей шихте с
кипом ................ |
157 1728 |
0,5 65,4 26,7 |
3,5 |
2,2 |
0,3 |
1,5 |
1,74 |
4,0' |
Переплав ................ |
1038 3114 |
1,2 65,1 25,4 |
3,7 |
2,5 |
0,7 |
1,5 |
1,75 |
4,7 |
Дуплекс-процесс |
. . 498 1494 |
1,1 61,4 26,9 |
4,9 |
3,4 |
1,0 |
1,3 |
1,78 |
5,7 |
и 2650 кг. В табл. 43 приведены результаты одного из таких
сравнений.
Т а б лица 43
Влияние метода
Метод выплавки
Сокислением . Переплав . . .
Сокислением . Переплав . . .
выплавки стали ШХ15 на загрязненность неметаллическими включениями
(по данным ЧМЗ)
Балл по включениям
|
|
|
|
прокат |
|
|
кованый |
% |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
плавокЧисло |
слиткаРазвес, кг |
|
|
|
|
|
|
металл |
пооксидамБрак , |
|
|
круг до |
круг |
|
круг 90 мм |
||||||
|
|
|
45 мм |
46—70 мм |
|
|
|
|
||
|
|
|
S |
о |
S |
о |
|
S |
о |
|
50 |
1200 |
|
1,70 |
2,20 |
1,60 |
2,10 |
1 |
,40 |
2,10 |
0,67 |
50 |
1200 |
. |
1,34 |
2,19 |
1,39 |
2,10 |
|
— |
— |
0,97 |
50 |
2650 |
2,00 |
2,00 |
1,50 |
1,89 |
1,65 |
2,20 |
0,00 |
||
50 |
2650 |
' |
1,40 |
2,20 |
1,40 |
2,00 |
1,70 |
2,40 |
2,00 |
По содержанию сульфидных включений сталь, выплавлен ная переплавом, оказывается чище. При отливке стали в слит
ки развесом 1,2 т загрязненность ее |
оксидными включениями |
не зависит от. метода выплавки, в то |
время как при разливке |
в 2,65-т слитки стали получаются чище, если сталь выплавле на на свежей шихте. Брак стали по оксидным включениям для слитков обоих типов выше при выплавке переплавом. По вышенное содержание оксидных включений в последнем слу чае было обнаружено и при выделении включений электролити ческим способом.
96 Основные положения выплавки стали в основных электропечах
В практике отечественных заводов при производстве шари коподшипниковой стали применяются оба метода выплавки.
На заводах США методом переплава шарикоподшипнико вую сталь не выплавляют. В шихте обычно содержится от 10 до 55% отходов шарикоподшипниковой стали, и плавки прово дят с окислением. Свою технологию американские специалисты обосновывают необходимостью дегазации металла. При нали чии мощных трансформаторов период кипения проводят горя
чо и угар хрома получается |
относительно |
небольшим |
[136]. |
После внедрения в практику электроплавки вдувания |
кисло |
||
рода на отдельных заводах |
США начали |
выплавлять |
шари |
коподшипниковую высокоуглеродистую сталь методом переплава с использованием в шихте 90—100% отходов; продолжительность продувки в этом случае составляет ~ 20 мин.
Необходимо отметить, что выплавка шарикоподшипниковой стали методом переплава, нашедшая широкое распростране ние в СССР, экономически весьма рациональна, так как при переплаве сокращается продолжительность плавки примерно на 1 час, экономия электроэнергии составляет 20%, снижается также расход феррохрома.
Содержание марганца в металле по ходу плавки. На одном из заводов сравнивали качество стали, вы плавленной в 30-т электропечи с различным содержанием мар ганца по ходу плавки [135]. Из данных, приведенных в табл. 44, видно, что при содержании марганца к концу расплавления более
0,50% число плавок с баллом по оксидам 1,0—1,5 возросло в
1,65 раза, а число плавок с баллом более 3,0 уменьшилось в 1,75 раза по сравнению с группой плавок, содержащей к концу расплавления менее 0,20% Мп.
Таблица 44
Загрязненность стали Ш15 оксидными включениями в зависимости от содержания марганца в металле к концу расплавления
Содержание |
Количество плавок, |
% с баллом |
|
по оксидным включениям |
|||
марганца по |
Число |
|
|
расплавлении |
плавок |
|
|
% |
1-1,5 |
2—2,5 |
>3 |
|
<0,20 |
41 |
26,8 |
68,3 |
4,9 |
0,21—0,5 |
649 |
44,5 |
47,7 |
7,8 |
>0,50 |
72 |
44,4 |
52,8 |
2,8 |
Влияние технологических факторов на загрязненность стали |
97 |
Прямой зависимости между, содержанием марганца в пе
риод кипения и загрязненностью стали оксидными включения
ми, однако, |
найдено не было (табл. |
45.), |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 45 |
Загрязненность стали ШХ15 |
оксидными включениями в |
зависимости |
|||
|
от содержания марганца в |
период кипения |
|
||
|
|
Количество плавок, |
% с баллом по оксидным |
||
Остаточный |
|
|
включениям |
|
|
Число плавок |
|
|
|
|
|
марганец, % |
|
|
|
|
|
|
|
1-1,5 |
|
2—2,5 |
>3 |
<0,10 |
104 |
39,5 |
|
51,9 |
8,6 |
0,11—0,20 |
. 325 |
42,1 |
|
51,1 |
6,8 |
0,21—0,40 |
57 |
45,5 |
|
44,0 |
10,5 |
|
В исследованиях, проведенных на Челябинском |
и |
Златоу |
||||||
стовском металлургических заводах, не было обнаружено |
зави |
||||||||
симости загрязненности стали от содержания марганца |
в |
ме |
|||||||
талле по |
расплавлении (рис. 33) [73]. |
|
|
|
|||||
Рис. 33. Распределение плавок |
|
|
|
||||||
в соответствии |
с |
баллом |
по |
|
|
|
|||
оксидам в |
готовой |
стали |
для |
|
|
|
|||
различных |
содержаний |
мар |
|
|
|
||||
|
ганца по расплавлении: |
|
|
|
|
||||
/ — |
0.20% |
(79 |
плавок); 2—0,21 — |
|
|
|
|||
0,40% (498 плавок); <3—0.41 — 0.60% |
|
|
|
||||||
(305 |
плавок); |
4 — |
0,61% (128 |
пла |
|
|
|
||
|
|
вок) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ни на |
одном из |
указанных заводов не было |
обнаружено |
влияния режима марганца в окислительный период на содер
жание включений.
По сообщению А. Ф. Мырцьимова, на заводах США при вы плавке шарикоподшипниковой стали в электропечах не уделя лось специального внимания содержанию марганца в металле по ходу плавки. Однако в связи с высокотемпературным ходом процесса плавки содержание марганца в металле не опуска
лось ниже 0,15—0,20%.
Все сказанное, а также многолетняя практика заводов по
казывает, что содержание марганца в металле по ходу плавки можно не ограничивать.
7 М. И. Колосов и др.
98Основные положения выплавки стали в основных электропечах
Влитературе имеются данное (см. табл. 46), указывающие
на некоторое улучшение качественных показателей шарико
подшипниковой стали три относительно меньшем отношении содержания марганца к кремнию в потовом металле [42].
Таблица 46
Влияние отношения содержаний марганца и кремния в стали ШХ15 на загрязненность ее оксидными включениями
Мп, % |
Число |
Число |
Средний |
Степень |
Кол-во образ |
|
Si, |
|
|||||
% |
плавок |
образцов |
балл |
ошибки |
цов с баллом |
|
|
выше 2,5 |
0,70--1,10 |
571 |
1882 |
1,99 |
±0,014 |
12,2 |
1,И 1,50 |
886 |
2058 |
2,05 |
±0,012 |
15,4 |
1,51--1,90 |
30 |
111 |
2,04 |
±0,063 |
16,2 |
Количество образцов с баллом выше 2,5 возрастает с по
вышением отношения содержания марганца к кремнию. Одна ко средний балл практически одинаковый.
Влияние температуры металла. Содержание неметаллических включений в стали во многом зависит от тем пературного режима плавки.
Раньше при выплавке шарикоподшипниковой стали стара лись повысить температуру металла на выпуске для того, что
бы наиболее полно раскислить сталь углеродом, снизить вяз кость стали и этим улучшить условия для всплывания неме таллических включений в ванне печи, ковше и изложнице.
Повышением температуры также стремились создать луч шие условия для коалесценции и офлюсовывания включений и выделения их в шлак.
На отечественных заводах при выплавке шарикоподшипни ковой стали температура металла на выпуске составляла 1500—
1515°, на разливке 1460—1475° (по Пиропто без поправки). По данным Златоустовского металлургического завода, плав
ки, выпущенные при температуре металла на желобе 1500— 1510° (по Пиропто), имели средний балл по оксидам 2,2; вы
пущенные при более низких температурах — 2,45, |
при более |
высоких — 2,85. Аналогичная, однако менее ярко |
выраженная |
зависимость, наблюдалась и для сульфидных включений [185]. На заводах США. при выплавке шарикоподшипниковой ста
ли типа ШХ15 металл на выпуске имел температуру 1600— 1610°, а в начале разливки 1550—1560° (по Пиропто с поправ
кой) [137].
Влияние технологических факторов на загрязненность стали |
99 |
ЦНИИЧМ. провел статистическую обработку заводских данных по влиянию температуры металла на загрязненность шарикоподшипниковой стали неметаллическими включениями.
Полученные результаты |
приведены |
в табл. 47. |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Таблица 47 |
|
Влияние температуры металла на |
желобе |
на содержание неметаллических |
|||||
|
включений в стали ШХ15 (круг 90 мм) |
|
|||||
|
|
|
|
Средний балл |
Количество |
Количест |
|
|
Температура |
Число |
Число |
по включениям |
плавок с |
во плавок |
|
Заводы |
|
|
максималь |
с макси |
|||
°C . |
плавок |
образ |
|
|
ным бал |
мальным |
|
|
|
|
цов |
S |
о |
лом по |
баллом по |
|
|
|
|
сульфидам |
оксидам |
||
|
|
|
|
|
|
>3,5, % - >3,5, % |
|
Челябинский |
1495—1500 |
9 |
31 |
1,71 |
2,41 |
— |
22,3 |
металлургиче- |
1501 — 1505 |
— |
— |
— |
— |
— |
|
ский завод |
^1506 |
174 |
652 |
1,80 |
2,46 |
— |
37,3 |
< Днепроспец- |
1495—1500 |
19 |
132 |
1,87 |
2,07 |
3,2 |
5,2 |
сталь » |
1501 — 15^5 |
31 |
200 |
1,83 |
2,05 |
——. |
|
|
>15^6 |
225 |
1589 |
1,86 |
2,12 |
1,3 |
10,8 |
кмк |
1495-1500 |
444 |
1819 |
1,32 |
2,13 |
— |
8,6 |
1501 — 1505 |
81 |
338 |
1,28 |
2,14 |
12,4 |
||
|
.>1506 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
Из-за несовершенства оптических пирометров до последне го времени невозможно было точно измерить температуру жид кой стали, особенно по ходу плавки, поэтому выпуск и разлив ку плавок производили практически в широком диапазоне тем
ператур ±35°.
Внедрение термопар погружения позволило снизить этот диапазон температур до 20° и установить более точно оптималь ную температуру стали в процессе раскисления и разливки,
при которой металл имеет наименьший балл по оксидным вклю чениям.
Исследовательские работы и практика отечественных заво
дов показали, что эти оптимальные температуры значительно ниже (на 30—40°), чем те, при которых вели процесс раньше.
Так, М. И. Виноград [42], анализируя зависимость между со держанием оксидных включений в шарикоподшипниковой ста ли и температурой металла (по данным завода «Электросталь» за 1951 — 1952 гг.), пришла к выводу, что снижение температу-
*7
100 Основные положения выплавки стали в основных электропечах
ры металла при выпуске и |
разливке |
снизило |
балльность по |
оксидным включениям шарикоподшипниковой |
стали (табл. |
||
48). |
|
|
|
|
|
|
Таблица 48 |
Зависимость загрязненности |
стали ШХ15 оксидными включениями |
||
от температуры металла |
в ковше |
|
Температура металлу в ковше, -°C
плавок |
образ |
|
Число |
Число |
цов |
Количество образцов, %, с баллом по оксидным включениям
1,о |
1 ,5 2,0 |
2,5 3,0 3,5 4,0 |
Средний балл |
Количество образцов, % с баллом > 2 ,5 |
1451—1500 |
9 |
27 |
— |
70,5 |
18,5 |
7,4 |
3,7 |
— |
— |
1,72 |
3,7 |
1501—1550 |
373 |
1119 |
1,1 |
66,2 |
25,8 |
3,8 |
1,4 |
0,5 |
1,3 |
1,73 |
3,2 |
1551—1600 1081 3243 |
1,0 |
64,6 |
25,2 |
4,2 |
2,8 |
0,8 |
1,4 |
1,76 |
5,0 |
||
Выше 160Q |
202 |
606 |
0,7 |
61,6 |
27,7 |
3,5 |
з,з |
1,3 |
2,0 |
1,80 |
6,6 |
Практику работы завода в последующие годы .подтвердила
этот вывод [134].
Из табл. 48 видно, что оптимальная температура металла в ковше 1500—1550°; при более низких температурах количест во' образцов с баллом более 2,5 возрастает с 3,2 до 3,7%, а при
более высоких температурах — до 6,6%; повышается также
средний балл по оксидам (до 1,8).
Практически на этом заводе для разливки шарикоподшипни ковой стали в слиток развесом 500 кг установлена температура металла в ковше 1530—1580° (по показаниям вольфрам-мо либденовой термопары погружения).
При снижении температуры металла на разливке заметно ухудшается качество поверхности слитка и проката, соответ ственно возрастает трудоемкость зачистки.
На Кузнецком комбинате под руководством С. Г. Воинова
была разработана новая технология выплавки шарикоподшип никовой стали, которая коренным образом отличается от суще
ствующей на остальных заводах.
Одним из главных факторов этой технологии является ра скисление и разливка стали при относительно низких темпера
турах: перед выпуском 1550—1580°, в ковше— 1520—1550° (по
показаниям платина-платинородиевой термопары).
В шарикоподшипниковой стали Кузнецкого металлургичес
кого комбината средний балл по оксидным включениям в ме
талле,’ |
поставляемом на трубную заготовку, составляет |
1,6—1,5 |
балла. |
Влияние технологических факторов на загрязненность стали |
101 |
||
На Челябинском металлургическом заводе при |
выплавке |
||
шарикоподшипниковой стали по типовой технологии |
(диффу |
||
зионное раскисление карбидным шлаком |
и ферросилицием и |
||
разливка в слитки развесом 1,2—2,65 г) |
наименьшая |
|
загряз |
ненность стали оксидными включениями получается, когда ме; талл на выпуске имеет температуру 1570—1600°, а в ковш? 1540—1570° (платина-платинородиевая термопара).
Рис. 34. Влияние температуры металла перед вы пуском на содержание водорода
Понижение температуры шарикоподшипниковой : стали на выпуске и разливке получило в последнее время распростране ние на всех заводах Союза, производящих этот металл. Повы шенная температура металла на выпуске увеличивает размер включений и, кроме того, в этом случае повышается содержа ние водорода в металле (рис. 34). На рис. 34 приведены дан ные по плавкам, проведенным в 40-т электропечи. Пробы метал ла отбирали перед выпуском, содержание водорода в металле
определяли методом вакуум — нагрева. Температуру металла за
меряли платина-платинородиевой термопарой погружения.
Присадка феррохрома. При выплавке шарикопод шипниковой стали феррохром присаживают в печь двумя спо собами. Один из способов предусматривает присадку ферро хрома в начале рафинирования перед наводкой восстановитель ного шлака, при другом способе феррохром вводят в ванну в
102 Основные положения выплавки стали в основных электропечах
середине периода рафинировки. На Челябинском металлурги ческом заводе сравнивали качество стали ШХ15, выплавленной
с присадкой феррохрома по тому и другому способу. По каж
дому варианту было выплавлено по 65 плавок. Каких-либо суще ственных отличий в содержании неметаллических включений, определенных в квадрате 90 мм (табл. 49), в зависимости от метода присадки феррохрома, обнаружено не было.
Таблица 49
Средний балл
Время присадки феррохрома |
S |
о |
глобу |
|
ла |
||
В начале рафинировки .... |
1,63 |
2,53 |
0,25 |
В середине рафинировки . . . |
1,47 |
2,60 |
0,75 |
Содержание включений, определенное электролитическим способом, оказалось даже несколько большим в плавках, в кото
рых феррохром |
присаживали в середине |
рафинировки |
||
(табл. 50). |
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 50 |
|
Время присадки феррохрома |
Число |
Среднее содер |
||
плавок |
жание вклю |
|||
|
|
|
чений, % |
|
В начале рафинировки . |
15 |
0,0132 |
||
В середине |
рафинировки |
15 |
0,0207 |
|
Состав включений оказался |
одинаковым в |
обоих случаях: |
71—93% А12О3; 18% MgO; 0,8—5,5% FeO; до 2,8% СпОз-
Как видно из приведенных данных, способ присадки ферро
хрома особого влияния на качественные показатели стали не оказывает, так как в обоих случаях вполне достаточно време
ни для удаления включений, вносимых феррохромом. Однако присадка феррохрома в ванну непосредственно после окачива ния окислительного шлака позволяет сократить продолжитель
ность периода рафинировки и иметь более рациональный теп ловой режим ванны, исключающий скачкообразное подстуживание ванны, как это имеет место при присадке феррохрома в середине рафинировки.