Файл: Пути улучшения качества сталей и сплавов..pdf

лавке стали Р6М5. При этом увеличилось усвоение и

шое количество кремния и марганца, что требует за­ тем продувки металла газообразным кислородом и по­ вышает угар вольфрама, ванадия и хрома.

В феррованадии, полученном непосредственно иг

при выплавке быстрорежущих сталей с низким содер­ жанием марганца. Применение же такого сплава при выплавке конструкционных сталей с содержанием ва­ надия до 0,35 процента возможно.

Ниобий. Количество марок электростали, легиро­ ванных ниобием, систематически возрастает [103].

В нержавеющих и жаропрочных сталях ниобий по­ вышает коррозионную стойкость, пластические свойст­ ва и свариваемость. В виде небольших добавок нио­ бий используется для улучшения некоторых служеб­ ных характеристик ряда конструкционных сталей.

Чаще всего для легирования применяют ферронио­ бий, хотя его использование несколько затруднено вследствие высокой температуры плавления этогс сплава и чрезвычайно плохой растворимости в жид­ кой стали [104].

Поэтому зачастую форрониобий дают в прока­ ленном состоянии на чистое зеркало металла в кусках размером не более 2 0 мм, не позднее, чем за 1 час

50 минут до выпуска плавки. При более позднем вве­ дении феррониобия отдельные кусочки не успевают полностью раствориться и обнаруживаются в прока­ танных или кованых заготовках |[ 105].

Плохая растворимость феррониобия в жидкой ста­ ли вызывает необходимость поиска оптимальных сос­ тавов лигатур с ниобием (табл. 24. 25).

Заслуживает внимания состав лигатуры МНб-1, по­ лученной в результате совместной исследовательской работы Златоустовским факультетом ЧПИ, Златоус­ товским металлургическим заводом и Ключевским за­ водом ферросплавов [106, 107, 108].

92

Т а б л и ц а 24

Химический состав ниобийсодержащих лигатур

Для определения температур плавления промыш­ ленных сплавов феррониобия, а также ряда лигатур, полученных путем сплавления феррониобия с мягким железом, никелем, марганцем (в различных соотноше­ ниях), использовали наиболее распространенный ме­ тод фиксирования температурных кривых при нагреве и кристаллизации сплавов [109]. Плавление сплавов вели в печи сопротивления с графитовым нагревателем в атмосфере аргона. Охлаждали сплавы также в печи, с уменьшением подводимой мощности, что обеспечи­ вало скорость охлаждения сплавов не более 30°С в ми­ нуту. Особую трудность для экспериментаторов пред­ ставлял выбор тиглей, так как промышленные алундовые и корундовые тигли не имели необходимой стой­ кости при плавлении таких тугоплавких сплавов, как феррониобии, с содержанием ведущего элемента 50— 60 процентов.

93

Поэтому были изготовлены специальные толсто­ стенные магнезитовые тигли с крышками, имеющими отверстие для термопар (рис. 6 ). Крышка предохраня­

ет сплавы от взаимодействия с углеродом нагревате­ ля, что в условиях данного эксперимента очень важно, так как ниобий образует тугоплавкие карбиды.

Приведенные данные (табл. 26) показывают, что температура плавления промышленных сплавов ферро­ ниобия намного выше, чем стали ЭИ481 (1390°С), а промышленных сплавов ниобия несколько выше, чем двойных сплавов железо—ниобий. Это связано с при­ сутствием тантала. Значительно понижает температу­ ры плавления сплавов с ниобием введение никеля.

Кинетику растворения сплавов ниобия в жидкой стали ЭИ481 изучали методом полубесконечных ци­ линдров. В центральный цилиндр магнезитового тигля вкладывали термопару для замера температуры. В ос­ тальных цилиндрах расплавляли сталь ЭИ481 с оста­ точным содержанием ниобия 0 , 1 процента (такое ко­

личество его обычно расплавляют при переплаве ле­ гированных отходов с применением кислорода). Раз­ мер цилиндров (длина 100 мм, диаметр 5 мм) исклю-

94

бия,30 процентов марганца, 15 процентов железа (ос­ тальное—кремний, алюминий, титан и другие при­ меси).

Аналогичные результаты получены при анализе скорости растворения сплава методом отбора проб че­ рез равные промежутки времени. Сплав ниобия с 30 процентами марганца быстрее дает расчетную концен­ трацию ниобия. Скорость растворения указанной лига­ туры примерно в два раза выше, чем феррониобия.

Получение скорости растворения различных спла­ вов ниобия не связано прямой пропорциональной за­ висимостью с температурой их плавления. Скорость растворения сплавов зависит от их физико-химических и технологических свойств. Высокая скорость раство­ рения лигатуры ниобий — марганец — железо обуслов­ лена, на наш взгляд, меньшей прочностью интерметал­ лических соединений марганец — ниобий и ускоренным растворением в присутствии марганца тугоплавких оксидных пленок, образующихся на сплавах с нио­ бием.

Результаты исследований проверяли в полупро­ мышленных и промышленных условиях.

Опробована выплавка лигатуры железо — нио­ бий— марганец в индукционной высокочастотной печи емкостью 70 кг. Вначале расплавляли металлический марганец (30 процентов), затем в нем растворяли фер­ рониобий (70 процентов). Слитки полученной лигату­ ры были хрупкими и легко дробились. Их использова­ ли для проведения опытных промышленных плавок в 10-тонной дуговой электропечи. Концентрация ниобия при применении лигатуры достигает расчетной (0,35—0,36 процента) через 7—8 минут после ее при­ садки, а при легировании стали промышленным ферро­ ниобием— через 16— 18 минут. Отметим, что во время опытных плавок лигатуру присаживали в кусках 50 мм, феррониобий — 20 мм. Это обстоятельство немаловаж­

но, так как при дроблении феррониобия теряются 2— 3 процента дорогостоящего сплава.

Таким образом, в результате исследования кинети­ ки растворения сплавов ниобия, найден такой состав лигатуры с ниобием, который позволит существенно увеличить скорость растворения последнего при леги­ ровании нержавеющих и жароупорных сталей, сокра­

97

тить продолжительность восстановительного периода электроплавки, уменьшить потери сплава при дробле­ нии. Лигатура ниобий — марганец — железо может быть получена алюмотермическим процессом на фер­ росплавном заводе и методом сплавления материалов в индукционной печи непосредственно в электростале­ плавильных цехах.

Изучение характеристик феррониобия и лигатуры

Термографические исследования показали способность лигатуры меньше окислиться при прокаливании (по сравнению с феррониобием), что также способст­ вует более высокой скорости растворения и уменьша­ ет потери сплава.

Промышленная партия лигатуры, выплавленная алюминотермическим способом, имела следующий хи­ мический состав (%):

Содержание вредных примесей, определенное спект­ ральным методом, было следующим (%):

Zn

Sn Р B'i Sb As менее

сл. 0,04 сл. сл. 0,016 0,001

Лигатура имела хорошую дробимость. Для про­ мышленного опробования применяли фракцию 50— 100 мм, составлявшую более 90 процентов от общего веса лигатуры.

Промышленное опробование лигатуры провели при

98