Файл: Пути улучшения качества сталей и сплавов..pdf

ПРИМЕНЕНИЕ ЦЕРИЯ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ ТИПА Х18Н9Т, Х5М, Х17Н2

На основании результатов исследований влияния церия на улучшение пластичности сталей 0Х23Н18 и Х23Н18, на Златоустовском металлургическом заво­ де проведены работы по улучшению технологической пластичности сталей Х18Н9Т, Х17Н2, Х5М (послед­ нюю—-совместно с Первоуральским Новотрубным за­ водом и УралНИТИ).

Методика присадок церия и исследований качест­ ва металла была такой же, как при работах со сталя­ ми 0Х23Н18 и Х23Н18.

Опытные плавки Х18Н9Т велись методом перепла­ ва легированных отходов с применением кислорода. Технология выплавки и разливки не отличалась от существующей на заводе. За две-три минуты до при­ садки ферротитана в металл на штангах вводили ферроцерий в количестве 2 кг/т. Выдержка металла в

печи после подачи ферроцерия составляла 5— 10 минут.

Процентное отношение хрома к никелю в указан­ ных плавках колебалось от 1,91 до 2,23 — намного вы­ ше, чем в обычных. Известно, что это отношение обу­ славливает содержание a -фазы в структуре металла, что имеет большое значение для его пластичности.

На двух плавках производили оценку a -фазы по ЧМТУ 8058 и исследование неметаллических включе­ ний. Образцы вырезали из проб, отобранных из блюм­ сов А, Б, X от оси до края.

Количество a -фазы находится в пределах 3,0—3,5 балла и существенно не изменяется по высоте слитка. Однако форма выделений a -фазы на плавках, моди­ фицированных церием, иная: они имеют ветвистое строение, в то время как на обычных плавках распо­ лагаются в виде сплошных участков вдоль оси прока­ та. Вероятно, это свидетельствует также о замедле­ нии диффузионных процессов при кристаллизации стали с присадками церия.

На трех плавках № 371543, 371551, 373253 произ­ водился контроль a -фазы на литых пробах магнит-

67

Рым методом, по ходу плавки и в ковше (табл. 14). Приведенные данные не подтверждают мнения, что присадки церия влияют на количество а-фазы в сторону уменьшения. Наши результаты согласуются с данными Ю. В. Кряковского с сотрудниками и не по­ казывают связи между присадкой РЗМ и содержани­

ем а-фазы в металле.

* Некоторые колебания в содержании a -фазы до и после при­ садки церия связаны, по-видимому, с недостаточным усреднением химического состава проб.

В опытных плавках так же, как и в обычных, без присадки церия, имеется много неметаллических включений. Большая их часть — карбосульфиды ти­ тана. Включения этого типа в виде тонких образова­ ний окаймляют выделения а-фазы.

Обогащенные сульфидами марганца включения в виде глобулей также значительно чаще встречаются в плавке № 373289. Их состав непостоянен: в различ­ ных количествах и сочетаниях присутствуют сульфи­ ды титана и оксисульфиды церия.

В обеих плавках обнаружены строчки, состоящие из карбидов и карбосульфидов и окислов титана, с отдельными включениями твердого раствора окислов титана и церия. В некоторых включениях присутству­ ет окись кремния, а также примеси титана и, возмож­ но, церия.

Состав включений показывает, что присадка це­ рия мало изменила состав и количество неметалличе­ ских включений. Присутствие церия во включениях

68

незначительно, что объясняется недостаточной раскисленностью металла перед присадкой ферроце­ рия,— раскисление металла алюминием перед присад­ кой церия не производилось.

Алюминий для раскисления металла в стали Х18Н9Т не применялся, чтобы избежать повышения содержания a -фазы. Поэтому в дальнейшем перед присадкой ферроцерия металл необходимо более пол­ но раскислять, используя для этой цели металличе­ ский кальций или силикокальций.

Плавки с присадками ферроцерия имели среднее содержание никеля 8,54 процента (против 9,3 на обычных плавках).

Все опытные плавки показали удовлетворитель­ ную пластичность при прокатке на стане «950» (за иск­ лючением одной плавки № 373289, которая имела рва­ нины) .

Чистота поверхности блюмсов 10 опытных и 201 обычных плавок характеризуется следующими пока­ зателям:

Категории чистоты поверхности, %;

(III категория характеризует самую худшую вговерхность стали Х18Н9Т).

Таким образом, чистота поверхности опытных и обычных плавок практически одинакова.

Отлиты две плавки по технологии выплавки и раз­ ливки сталей 0Х23Н18 и Х23Н18. Их прокатка показа­ ла улучшение технологической пластичности при при­ садках церия в количестве 2 кг/т в печь за 15—20

минут до выпуска плавки.

Выплавка и разливка стали Х5М производилась по существующей на заводе технологии с присадками ферроцерия в количестве 1 ; 2 ; 3 кг/т за 10 минут до

выпуска.

При оценке качества металла, а также данных по выходу труб первого сорта на Первоуральском Ново­ трубном заводе оптимальным признан вариант с при­ садкой ферроцерия 1 кг/т в печь за 15—20 минут до>

выпуска плавки, что экономило ферроцерий, увеличе--

69

ние добавки которого до 2 кг/т (по данным трубного

завода) существенно не улучшает качества труб.

По этому варианту выплавлялись плавки с допол­ нительным модифицированием стали бором и силикокальцием. Ферробор присаживался на 0,003—0,004 процента бора по расчету в одном пакете с ферроце­ рием на штанге. Силикокальций давали в ковш. Луч­ шие результаты по прошиваемости трубной заготовки и выходу труб 1 -го сорта показали плавки с присад­ кой ферроцерия в количестве 1 кг/т и бора на 0,003

процента по расчету.

Анализ неметаллических включений в стали Х5М также показал, что церий действует в направлении уменьшения количества включений и изменяет их ка­ чественный состав.

В плавках обычной технологии основными видами кислородных неметаллических включений являются глинозем, алюмосиликаты с магнием, хромом, тита­ ном, небольшое количество сложной шпинели и вклю­ чения переходного типа. Сульфиды — пластичные, железомарганцовистые.

Присадка ферроцерия в количестве 1 кг/т незна­

чительно повлияла на количество включений, которые представляли собой алюмосиликаты с кальцием и церием в различных соотношениях. В небольшом ко­ личестве во включениях присутствовал магний. Встре­ чаются оксисульфидные образования.

При увеличении добавки ферроцерия до 2—3 кг/т

загрязненность строчечными включениями снизилась и изменился их состав. Основным видом включений при раскислении стали ферроцернем (2 кг/т) были окси-

сульфиды сложного состава.

Встречались строчки из кристаллов алюмосилика­ тов и небольшого количества шпинели. Этот вариант раскисления характеризовался присутствием оболо­ чек сульфидов церия на кристаллах алюмосиликатов и отдельных образований сульфидов церия.

При добавке 3 кг/т ферроцерия включения пред­

ставляли собой оксисульфиды с кальцием и церием в различных соотношениях и мелкие кристаллические силикаты кальция с церием. В небольшом количестве встречались сульфиды церия.

Присадка бора несколько улучшает пластичность

70

плавок с церием, но не влияет на состав включений. В последнее время проводятся работы по улучше­ нию технологической пластичности двухфазных ста­ лей путем присадки РЗМ таких, как Х17Н2 [73, 74]. У стали Х17Н2 цикл термообработки перед прокат­ кой— более 150 часов, поэтому возможность переде­ ла ее слитков путем отправки их горячими в прокат имеет большое экономическое значение. Хотя слитки стали, модифицированной церием, и не прошли ука­ занной термообработки, все они имели хорошую по­

верхность после проката.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СВОЙСТВ СТАЛЕЙ ОХ23Н18 И Х23Н18, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЦЕРИЕМ И БОРОМ

Ряд заводов выплавляет стали 0Х23Н18 с микро­ легированием бором. Бор улучшает технологическую пластичность стали 0Х23Н18 в горячем состоянии и другие характеристики. Однако эффективность дейст­ вия РЗМ и бора на одну и ту же сталь в условиях од­ ного завода прежде не сравнивалась. В 1966 году на Златоустовском заводе проведена подобная работа

[75].

Выплавка и разливка производилась по усовер­ шенствованной технологии. На первой партии (20 плавок) ферробор присаживали за 10— 15 минут до выпуска на 0,004 процента по расчету. Анализ пока­ зал, что содержание бора в готовом сорте металла в пределах — 0,003—0,004 процента. Учитывая опыт за­ вода «Красный Октябрь» и данные института элект­ росварки им. Патона о том, что на свариваемость де­ талей не влияют концентрации бора в металле до 0,0015 процента, было решено присадку бора в даль­ нейшем производить на 0,002 процента по расчету.

Макроструктура деформированного металла про­ верялась в сечениях кв. 225 мм и 170X260 мм по вы­ соте слитка и в готовом сорте сечением кв. 10 0 мм и

28X250 мм.

Все опытные плавки имели годную макрострукту­ ру с небольшой пористостью 0,5— 1 балл.

71

талл в профиле 170X260 мм) показывает, что присад­

ка бора в меньшей степени, чем присадки церия, спо­ собствует измельчению включений и уменьшению их общей площади.

Качественная оценка включений показала, что ос­ новной их тип — алюмосиликаты с кальцием, магни­ ем и хромом; в отдельных включениях встречается 'титан, глинозем. Много мелких глобулярных включе­ ний с кальцием, кремнием, хромом. Встречаются не­ большое количество сульфидов марганца и хрома, нитриды хрома. Таким образом, при модифицирова­ нии стали бором качественный состав включений практически не изменяется.

Боридной эвтектики не обнаружено. Это означа­ ет, что количество присаживаемого бора не превыша­ ло допустимой концентрации с точки зрения пластич­ ности.

Ранее установлено ,[44], что верхний допустимый предел концентрации бора — 0,006—0,007 процента, после чего сталь может потерять пластичность, вслед­ ствие образования боридной эвтектики по границам зерна. Поэтому многократный переплав отходов с микролегированием бором, ошибка во взвешивании ферробора при легировании или сильная ликвация бора могут вызвать понижение пластичности стали при прокатке. В этом существенный недостаток при­ менения бора для улучшения технологической плас­ тичности стали.

Лучшая пластичность стали — в интервале темпе­ ратур 1100— 1150°; при температурах 1000, 1200, 1250°

она низкая (табл. 15). На этом основании температу­ ра нагрева слитков в колодцах стана «950» была сни­

1150° плавки, микролегированные бором, имеют тех­ нологическую пластичность на уровне плавок с цери­ ем. Но интервал этих температур очень узкий, что увеличивает вероятность перегрева и потери пластич­ ности. На плавках с церием (рис. 5) при повышении температур до 1250° пластичность повышается. Более широкий интервал оптимальных температур, при ко­ торых металл имеет хорошую пластичность, необхо­ дим в условиях массового производства (табл. 15).

72

Т а б л и ц а 17

Механические свойства стали Х23Н18, микролегированной бором *

Рост зерна на плавках с церием начинается не­ сколько раньше, но идет не так интенсивно, как с бо­ ром. Это подтверждается также испытаниями на го­ рячее скручивание.

Межкристаллитная коррозия проверялась на 2-х образцах от плавки. Влияния бора на эту характерис­ тику не обнаружено.

При изучении технико-экономических показателей были статистически обработаны 32 плавки с бором и

74