Файл: Сергеев, А. Б. Вакуумный дуговой переплав конструкционной стали.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 23.10.2024

Просмотров: 73

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Рис. 21. Влияние приведенного времени выдержки т' на степень

удаления азота

[N]0/[N1 при вакумной индукционной (1) и

ваку­

умной дуговой

(2) плавке конструкционной стали различных

марок

lg[NJ0/CN]

О

40

80

f20

160 т', с/см

Рис. 22. Влияние приведенного времени выдержки т' на сте­ пень удаления азота из нержавеющей стали при вакуумной ин­

дукционной плавке (1—3)

и вакуумном

дуговом переплаве (4):

а — 000X18HI2 и 0Х11Н4;

б — X18HI0T;

/ — 1520—1540; 2 — 1600;

 

3 — 1640° С

 

62

Т а б л и ц а 12

Сравнение констант скорости удаления азота при вакуумной дуговой и индукционной плавке

Стали

Способ плавки

Параметр технологии К

см/с

 

 

 

N

000Х18Н12

вип

7= 1520° С

2,6

 

 

7= 1600° С

4,5

 

 

/=1640° С

5,8

00X11Н4

вд п

/=5,5 кА

3,7

 

 

7 = 6 ,5кА

4,4

 

 

/ = 8,0 кА

4,0

Х18Н10Т

вип

7=1540° С

3,5

 

 

/=1600° С

4,6

 

 

/=1640° С

8,2

 

вд п

7=6,5 кА

4,0

Приведенные в табл. 12 константы скорости удаления азота из стали 00X11Н4 при различной силе тока оказа­ лись сравнительно близки между собой. Этот результат в известной степени противоречит предположению о вы­ делении азота со всей поверхности жидкой ванны, так как увеличением силы тока температура ее повышается, и, следовательно, по аналогии с индукционной плавкой, при этом можно было ожидать более существенного роста константы. Следует заметить, что такой рост наблюдал­ ся на стали некоторых марок, в частности, на конструкци­ онной стали 12Х2Н4А и 40ХН2СМА. По одному электро­ ду каждой марки переплавили в кристаллизаторе диамет­ ром 320 мм при силе тока 5,2 и 8,0 кА, при этом констан­ та скорости деазотации составила соответственно 2,6Х

ХЮ ~3 и 3,8-10_3 см/с для стали 12Х2Н4А и 2,2-10~3 и 11,0-10—3 см/с для стали 40ХН2СМА. Пока невозможно объяснить столь различную зависимость константы от силы тока для стали отдельных марок. Кажется малове­ роятным, чтобы это различие было связано только с осо­ бенностями состава стали, например с повышенным со­ держанием в нержавеющей стали хрома, снижающего, как известно, активность азота. Такому предположению

G3

противоречат прежде всего данные о влиянии температу­ ры при вакуумной индукционной плавке. Кроме того, из табл. 12 можно видеть, что иа поведении азота не отрази­ лось существенно даже присутствие столь сильного нит­ ридообразующего элемента, каким является титан; кон­ станты скорости деазотацни для стали Х18Н10Т с 0,5% Ті и двух других марок того же типа, но без титана, близки

между собой.

Сравнивая условия удаления азота при ВДП и при ВИП, можно сделать еще один важный вывод относи­ тельно механизма этого процесса. Поскольку в индукци­ онной печи самой медленной стадией деазотации являет­ ся массоперенос к границе раздела фаз [47, 48], то эта же стадия тем более должна лимитировать процесс при вакуумном дуговом переплаве, так как интенсивность перемешивания металла в кристаллизаторе заведомо меньше, чем в тигле индукционной печи. Рассмотрим не­ которые дополнительные сведения, позволяющие судить о механизме удаления азота.

Как показано в табл. 13, вращение жидкой ванны почти не влияет на скорость деазотации. Однако этот ре­ зультат, полученный также и па стали 15ХСМФБ [49], нельзя считать однозначным свидетельством того, что скорость массопереноса не влияет на процесс удаления азота. Возможно, что ускорение массопереноса путем вращения в значительной степени компенсируется сниже­

нием в этих условиях температуры

поверхности жидкой

ванны.

 

 

 

 

Т а б л и ц а 13

Влияние динамического состояния жидкой ванны

 

при ВДП на значения константы скорости

 

удаления азота

 

Стали

Вариант переплава

TCfsj-ИЯ, см/с

12Х2Н4А

Без вращения

3,3

 

С вращением

3,75

40ХН2СМА

Без вращения

5,3

 

С вращением

5,9

П р и м е ч а н и е . Кристаллизатор диаметром 320 мм, сила тока 6,5 кЛ.

64

И звестію

[47, 5 0 ],

что па скорость поглощ ения или

удаления

азота в тигле

вакуум ной

индукционной

печи

оказы вает

сущ ественное

влияние присутствие в металле

поверхностно

активны х

элем ентов,

кислорода

и

серы .

П р ед п о л агается , что

такое влияние

связан о с

ум ен ьш е­

нием числа вакансий

на границе раздела ф аз вследствие

обогащ ения границы этими элем ентам и .

Д л я проверки роли поверхностно активны х элементов в удалении азота при В Д П в 10-т дуговой электропечи

3,0

4

8

12

Гб

20

24

28

32

 

 

 

[S3, % -ГО3

 

 

 

Р и с . 23. В л и я н и е с о д е р ж а н и я се р ы н а

у д а л е н и е а з о т а из

п и з к о у гл е р о д и с т о г о ж е л е з а п ри в а к у у м н о м д у г о в о м п е р е п л а ­

ве в к р и с т а л л и з а т о р е д и а м е т р о м 400 м м

(с и л а т о к а 7,5 к А )

при р а з н о м с о д е р ж а н и и к и сл о р о д а

в э л е к т р о д а х :

/ — 0,003— 0,005% ;

2

— 0,006— 0,009% ;

3 —

0,01— 0,020%

 

 

вы плавили серию п л авок ж ел еза для р асхо д уем ы х элект-

родов с

содер ж ан и ем кислорода о т 0,003 до 0,020%

и серы

от 0,006 до 0 ,03 2 % . Электроды

были переплавлены в кри ­

сталли заторе ди ам етром 400

мм при

силе тока 7,5 кА .

В результате этих опытов

бы ла

подтверж дена

о б н а ­

руж ен н ая

и в предварительном исследовании [49]

 

зав и ­

сим ость

степени

деазотации

м еталла

от

содер ж ан и я

в

нем серы

(рис.

2 3 ).

П р и

изменении

последнего в преде­

л а х от 0,006 до

0,024— 0,026%

среднее значение констан ­

ты скорости удален и я азота

ум еньш илось

с 5 ,6 -1 0

_3

до

1 ,4 -10

_3

см/с. П р и

более

вы сокой

концентрации

 

серы

 

 

удалени е азота ничтож но и, по-видим ом у, соизм ерим о с точностью определения его в стали .

В то ж е время влияние сод ер ж ан и я кислорода в д а н ­

ном сл учае обн аруж и ть не

уд ал ось .

О бъ ясн яется это тем ,

что исходны й м еталл

всех

плавок

был раскислен крем ­

нием и алю м инием и,

следовательно, концентрация к и с ­

5— 995

65

лорода в растворе бы ла невелика. О сн о в н ая м а сса его была связан а в нем еталлические вклю чени я, которы е при

переплаве либо

восстан авли вали сь , либо

вы делялись на

поверхность ж идкой ванны .

описы ваю щ его процесс

И з основного

уравнения (23),

деазотации при

В Д П , следует,

что для

м аксим ального

снижения содерж ания азота необходим о применять мини­

м альную скорость наплавления слитка

w„.

О д н а к о , эта

рекомендация

с учетом

вы сказанны х

вы ш е соображ ен и й

н уж д ается в

серьезной

оговорке: для

некоторы х сталей

Р и с .

24.

Р а с п р е д е л е н и е

а з о т а

по сеч е н и ю с л и т к а д и а

м е т р о м

400

м м

с т а л и 0Х11Ы 4 (н а

оси

а б с ц и с с — в ы со т а с л и т к а ,

с м ):

У — к р а й ;

2 —

се р е д и н а р а д и у с а ;

3 —

ц ен тр с л и т к а

 

 

и сплавов наиболее полное удаление азота м ож ет о б е с­ печиваться при повышенной силе тока в результате то ­ го, что уменьш ение времени деазотации ком пенсируется

ростом константы скорости этого п роцесса.

 

ог­

Т а к ж е , как и для м ар ган ц а ,

сущ ествует ещ е одно

раничение при использовании ф орм улы (23). С

ее

по ­

мощ ью м ож но предсказы вать эф ф ект деазотации

только

при установивш ем ся процессе

плавки . В ниж ней

и в ер х ­

ней части слитка

концентрация

 

азота

отличается

от

средней

(рис. 2 4 ),

и это

связано

с

изменением

объема

ванны и времени пребы вания

м еталла в ж и дком

со сто я ­

нии.

Н ап ом н и м в связи с этим ,

что отсутствие названны х

ф акторов в

ф орм уле (23)

вовсе

не озн ачает, что

они

не

влияю т

на процесс удалени я азота:

их

удал ось

и скл ю ­

чить

из

ф орм улы лиш ь бл агодаря

стационарности п р о ­

ц есса

п ереплава — постоянству формы

ж и дкой ванны

и

скорости

ее

перем ещ ения

вдоль

сли тка. И зм ен ен и е л ю ­

бого из этих

ф акторов влечет за

собой

соответствую щ ие

отклонения концентрации азота.

 

 

 

 

 

 

66

Р ассм а т р и в а я процесс деазотации конструкционной стали , мы сознательно ограничились анали зом только о д ­ ного вари ан та осущ ествления этого п р оцесса : вы деления азота из раствор а . П р и этом как бы игнорировалось то обстоятельство, что во многих сл учая х значительная часть азота свя зан а в р асходуем ы х электр о дах в стойкие туго ­ плавкие вклю чения, наприм ер в нитриды ти тан а. В ы д е ­ ление этих вклю чений на поверхность р асп л ав а в принци­ пе м ож ет налож ить заметны й отпечаток на кинетику д е ­

азотаци и .

О д н ак о , как было п оказан о , д а ж е для

н е р ж а ­

вею щ ей стали д о бавк а 0,5%

Т і почти

не ск аза л а сь на

скорости

этого п роцесса. Тем

меньш его

влияния

нитри­

д о о бр азую щ и х м ож но ож и дать для конструкционной ст а ­

ли .

П р и обы чны х для

нее со д ер ж ан и ях азота и титана

или д р уги х элем ентов,

о бл ад аю щ и х

повыш енны м ср о дст ­

вом

к азоту, плавление электрода

со п р о вож д ается , по-

видим ом у, бы стрым разлож ен и ем нитридов и переходом их в раствор . В результате присутствие в электроде нит­

ридных

вклю чений

не сказы вается

 

на

конечном

эф ф екте

деазотац ии .

УДАЛЕНИЕ ВОДОРОДА

 

 

водорода

И ссл ед ован и е

законом ерностей

 

поведения

в процессе

вакуум ного дугового переплава

сопряж ен о со

значительны ми трудностям и . П о

сущ еству

невозм ож но

организовать отбор и закали ван и е

проб

из

р асп л ав а

без значительны х

потерь вы деляю щ егося в

вак у у м е во ­

д о р о д а ,

в

то ж е время

результаты

ан али за

проб, вы ре­

занны х

из

р асхо д уем ы х

электродов

и из переплавлен н о ­

го м ет ал л а , часто

оказы ваю тся несопоставим ы м и всл ед ­

ствие различий в схем е передела м еталл а.

 

получен ­

Т ем

не

менее,

основы ваясь на

р езул ьтатах ,

ных в преды дущ и х р азд ел ах при анали зе поведения м а р ­

ганца

и азота , м ож но попы таться сделать некоторы е вы ­

воды

относительно удалени я водорода в усл ови ях В Д П .

И зм енение его концентрации в результате переплава

м ож н о , по-ви дим ом у,

с достаточны м основанием

описать

ф орм улой , аналогичной (23):

Кп

 

 

(24)

 

]g

ГНІо

2 .3 и*,

 

 

И звестн о , что

 

[H]

 

 

водорода

ди ф ф узи онная подвиж ность

в расплавленной

стали значительно

вы ш е, чем ,

н ап р и ­

м ер, у м ар ган ц а

или

азота.

В связи

с этим

константа

5*

67

Смотрите также файлы