1.3 Влияние легирующих элементов
Углерод в соответствии с диаграммой состояния "железо-цементит" может образовать с железом твердый раствор а-Ре и цементит Fе3,С. Содержание цементита в сплавах можно оценивать прямо по диаграмме состояния, используя дополнительную шкалу абсцисс по содержанию цементита, как количество цементита в сталях пропорционально содержанию углерода.
Рисунок 1-влияние углерода на механические свойства стали и сплавов
Влияние углерода на свойства сталей, в основном, определяется свойствами цементита и связано с изменением содержания основных структурных составляющих - феррита и цементита
Следовательно, при увеличении содержания углерода до 1,2% возрастают прочность, твердость, порог хладноломкости (0,1% С повышает температуру порога хладноломкости на 20'С) и предел текучести, величина электрического сопротивления и коэрцитивная сила.
При этом снижаются плотность, теплопроводность, вязкость, пластичность, величиям относительных удлинения и сужения, а также величина остаточной индукции.
Существенную роль играет то, что изменение физических свойств приводит к ухудшению целого ряда технологических, таких как деформируемость при штамповке, свариваемость и др. Так хорошей свариваемостью отличаются низкоуглеродистые стали. Сварка средне особенно высокоуглеродистых сталей требует применения подогрева, замедляющего охлаждение и других технологических операций, предупреждающих образование трещин.
Марганец (Mn) - как и кремний, содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства также не оказывает.
Однако марганец образует с железом твердый раствор и несколько повышает твердость и прочность стали, незначительно уменьшая ее пластичность. Марганец связывает серу в соединение MnS, препятствуя образованию вредного соединения FeS. Кроме того, марганец раскисляет сталь. При высоком содержании марганца сталь приобретает исключительно большую твердость и сопротивление износу.
В присутствии марганца карбид железа Fе3С сильно обогащается марганцем
Марганец в карбидах и твёрдом растворе содержится в отношении 1 :4. Марганец повышает устойчивость аустенита в перлитной и промежуточной областях, понижает температуру мартенситного превращения, увеличивает прокаливаемость стали, стабилизирует аустенит и повышает прочностные свойства стали.
Хром (Cr) - наиболее дешевый и распространенный элемент. Хром повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количество хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.
Вольфрам(W) - Легирующий элемент, повышающий износостойкость, обеспечивающий сохранение твердости стали при высоких температурах. Особенно широко используется в качестве легирующего элемента для легированной инструментальной стали, в частности для быстрорежущей стали.
Молибден(Mo) - Предупреждает рост зерен и повышает способность к прокаливанию. Устраняет хрупкость процесса закалки. При медленном охлаждении после температуры отпуска в некоторых сплавах проявляется осадок карбидов на границах зерен, а это в свою очередь является причиной хрупкости.
Молибден устраняет эти негативные последствия. Кроме того, молибден увеличивает ползучесть, прочность и коррозионную стойкость стали. Является важным легирующим элементом в легированной инструментальной стали. В нержавеющей стали в значительной степени повышает устойчивость к коррозийным процессам, особенно точечной коррозии. В некоторых видах микро-легированной стали, молибден используется в качестве легирующего элемента, образующего нитрид или карбонитрид.
Вредными примесями в стали является сера и фосфор. Основным источником серы в стали является исходное сырье-чугун. Сера снижает пластичность и вязкость стали, особенно при низких температурах, а также сообщает стали красноломкость при прокатке и ковке. Сера нерастворима в стали. Она образует с железом соединение FeS - сульфид железа, хорошо растворимый в металле. При малом содержании марганца благодаря высокой ликвации серы в стали мажет образоваться легкоплавкая эвтетика Fе - FеS (Т= 9880С)
Эвтектика располагается по границам зерен При нагреве стальных заготовок до температур горячей деформации включения эвтектики сообщают стали хрупкость, а при некоторых условиях могут даже плавиться и при деформировании образовывать надрывы и трещины.
Марганец устраняет красноломкость, так как сульфиды марганца не образуют сетки по границам зерен и имеют температуру плавления около 1620оС, что выше температуры горячей деформации.
Вместе с тем, сульфиды марганца, как и другие неметаллические включения, также снижают вязкость и пластичность, уменьшают усталочную прочность стали. Поэтому содержание серы в стали должно быть как можно меньше.
Повышенное (до 0,2 %) содержание серы допускается лишь в автоматных сталях для изготовления крепежных деталей неответственного назначения Сера улучшает обрабатываемость стали.
Основной источник фосфора - руды, из которых выплавляется исходный чугун Фосфор является вредной примесью, способной в количестве до 1,2 % растворяться в феррите. Растворяясь в феррите, фосфор уменьшает его пластичность.
Фосфор резко отличается от железа по типу кристаллической решетки, диаметру атомов и их строению Поэтому фосфор располагается вблизи границ зерен и способствует их охрупчиванию, повышая температурный порог хладноломкости.
2. Специальная часть
2.1 Технология выплавки и разливки стали марки 35ХМ
Согласно ТИ сталь марки 35ХМ выплавляют
- переплавом легированных отходов
- переплавом кислородом;
- обработка на АКОС.
После выпуска металла в ковш необходимо сразу же произвести очистку откосов и поданы от остатков шлака и металла при помощи гребков, после чего приступить к заправке откосов и подины заправочным материалами.
Заправка откосов и подины не очищенных от остатков шлака и металла, запрещается. В качестве заправочных материалов необходима применять периклазовый (магнезитовый) порошок фракцией до 5 мм, обожженный доломит 0 ... 10мм.
При значительных повреждений откосов опюсов допускается их заправка смесью периклазового порошка и жидкого стекла в соотношении 10: 1.
При значительных повреждениях подины слой заправки следует покрыть слоем извести.
После заправки печи необходимо осмотреть состояние выпускного отверстия и принять меры к приведению их в надлежащее состояние, а также осмотреть состояние стен, свода и при необходимости, в дальнейшем произвести их ремонт.
Подготовка шихтовых материалов и их завалка
Корзины с металошихтой, переданные из шихтового пролета в печной пролет, должны быть приняты сталеварам соответствующей печи
В плавильной карте мастером шихтового пролёта должны быть записаны составляющие металлошихты, приготовленной на данную печь, и их масса.
Качество металлической шихты, легирующих, окислителей, шлакообразующих и заправочных материалов, используемых при выплавке стали, должно соответствовать требованиям нормативно - технической документации.
Не допускается к использованию шихта, загрязненная цветными металлами.
Максимальная масса кусков шихты, используемой на плавку, не должна превышать 10% от массы садки. Количество крупной шихты не должно превышать 40 % завалки
Количество стружки в шихте допускается не более 20% от массы шихты
При наличии тяжелой не промасленной стружки, обеспечивающей завалку шихты в один прием.
Шихта должна составляться из расчета получения по расплавлении содержания углерода, обеспечивающего окисление его при продувке кислородом не менее 0,25 %, содержания кремния - не менее 0,60 %.
В качестве шихты применяют отходы выплавляемой или близких по химическому составу марок стали, шихтовую заготовку, мягкое железо, листовую, обрез и другие углеродистые отходы слизким содержанием фосфора.
Легирующие материалы из шихтового пролёта должны подаваться на рабочую площадку в специальных коробках или мульдах, на которых должны быть указаны марка ферросплава и процентное содержание основного легирующего элемента.
Легирующие материалы, погруженные из тары в мульду, должны передавать сталевару вместе с сертификатом качества.
Легирующие материалы, предназначенные для присадки в жидкий металл, должны быть прокалены в нагревательной печи докрасна в течении 20 мин.
Не подлежат прокаливанию кусковые силикокальций, алюминий и отходы алюминиевого производства, а также - порошки алюминия, ферросилиция.
При необходимости допускается сушка кусковых ферросплавов, за исключением отходов алюминиевого производства, ври температуре не более 200оС. продолжительность времени от конца прокалки до использование ферросплавов, как правило, не должна превышать 8 часов. Допускается и более длительное хранение прокалённых ферросплавов при отсутствии их увлажнения
Все присаживаемые в печь ферросплавы должны быть предварительно взвешены и подготовлены к присадке: уложены в му1шду, закреплены на рукоятке и т.п
Шлакообразующие материалы (известняк, известь, плавиковый шпат, кварцит, шамот и тд) должны подаваться на рабочую площадку раздельно в контейнерах, коробках, мульдах
Известь для использования в электропечах должна иметь размер кусков 20...80 мм и поступать из печей известково-доломитного участка в контейнерах, закрытых крышками, исключающими попадание атмосферных осадков при транспортировке .
В пригодной для применения извести должна содержаться. СаО - не мене88 %, СО:- не более 4 % и Н20 -не более 1,5 %.
Известь с содержанием Н20 более 1,5 % и до 3,0 % допускается использовать в плавление и окислительный период, а после прокалки в нагревательной печи не менее 40 минут и в восстановительный период Пригодная «применению известь должна быть использована течение 12 часов с момента постановки в цех.
Шлакообразующие материалы перед присадкой в печь должны быть взвешены или масса определена при помощи специальной мерной (тарированной) ёмкости
В качестве последней допускается использование мульд, не имеющих наваров, прогаров, деформаций, приводящих к искажению внутреннего объема.
Газообразный кислород, применяемый для продувки металла в печи, должен содержать не более 0,8 г/ влаги.
Сталевары обязаны перед завалкой ознакомиться с состоянием погрузки шихты в корзину, не допускается наличие выступающих за её края концов и свешивание стружки. При опускание корзины в печь необходимо следить, чтобы корзина не раскачивалась и не задевала за стенки печи. Затвор корзины следует открывать на высоте её нижней части не более 0,5 м от подины
Углеродсодержащие добавки следует присаживать на подину или в «колодцы»под электроды в первой половине плавления.
После завалки шихты песочный затвор должен быть очищен от стружки, мусора и плотно перекрывать зазор между сводом и верхом печи Присадку шлакообразующих в завалку следует производить после завалки первой порции мелкой шихты в «колодцы» под электроды в первой половине плавления.
В завалку следует присаживать известь и разжижители (шамот, «кварцит, флюорит, флюсы ЭШП) в соотношении 1: 2 из расчета 1 % от массы завалки.
Период плавления
После завалки шихты перед включением печи сталевар совместно с дежурным персоналом службы механика и электрика обязан осмотреть, и проверить исправные действия систем водяного охлаждения, отвода газов из печи, механического и электрического оборудования и произвести опрессовку водо охлаждающей арматуры, о чем делается соответствующая отметка в плавильной карте
Перед включением печи необходимо проверить состояние (наличие сколов, трещин, качество (ниппельных гнезд) и длину электродов Электроды должны быть без видимых повреждений, а их длина - обеспечивать проведения всей плавки без наращивания.
При необходимости замены электродов или их наращивание следует производить перед включением печи после завалки шихты или в начале периода плавления Плавление шихтовых материалов следует производить на максимальной мощности трансформатора. Выпускное отверстие печи должно быть заделано в первые 20 минут плавления. Порог завалочного окна следует заправлять в первой половине плавления, при этом высота заправочных материалов должна обеспечивать уровень жидкого металла шлака не выше нижнего уровня выпускного отверстия При нормальном (горизонтальном) положении печи В процессе плавлении шихту и ферросплавы следует периодически стаскивать с откосов в жидкий металл или в середину ванны, поднимая электроды, когда эта операция грозит их поломкой.
В первую половину периода плавления в печь присаживают шлакообразующую смесь в количестве 2,0 % от массы шихты, состоящую из извести и шамота в соотношении 1: 2.
Допускается часть смеси давать на подину печи перед завалкой шихты Присадку кремний содержащих материалов (при недостающем содержании кремния в шихте) следует производить в конце плавления.
Допускается применение газообразного кислорода при давлении не более 80 МПа поело расплавления не менее 80 % шихты (сопротивляется визуально мастером и сталеваром) в течение 10...15 минут при включенной печи
После расплавления шихты и перемешивания металла следует отобрать пробу на химический анализ.
В случае низкого содержания углерода по расплавлении необходима снять шлак, произвести науглероживание металла путем вдувание углерода через установку.
Периодом плавления считается продолжительность времени от момента включения печи после завалки шихты до момента получения содержания углерода, при необходимости, других элементов, удовлетворяющих требованиям проведения следующего периода плавки, и начала подачи кислорода в металл
Окислительный период
Окислительный период начинается после расплавления шихты и получения химического анализа на содержание углерода.
Продувку металла кислородом следует начинать при содержании углерода по расплавлению шахты, обеспечивающем его окисление за время продувки не менее 0,25 %.
Давление кислорода во время продувки металла должно быть не менее 80 МПа. Вторую пробу на химический анализ следует отобрать во время продувки сразу после появления пламени в печи.
Отбор проб металла после продувки кислородом следует производить не ранее чем через 5 минут после продувки.
Содержание углерода в металле перед снятием окислительного шлака должно обеспечивать нормальное проведение восстановительного периода и попадание заданный химический состав. Окислительный шлак раскисляют ФС 65 кг/т Производится нагрев металла до температуры, превышающей требования приложения Б ТИ 01 - Э-2005 к температуре в печи перед выпуском не менее, чем на 50 оС