Файл: Пути улучшения качества сталей и сплавов..pdf

выплавке стали марок ЭИ993 (2 плавки), ЭП-56 (3 плавки) и ЭИ481 (2 плавки). Выплавку проводили в 10-тонных дуговых электропечах (табл. 27).

С учетом условий взвешивания шихты и ферроспла­ вов можно считать, что усвоение ниобия из лигатуры близко к 100 процентам (рис. 7).

Расчетное содержание его получено через 5 минут после присадки лигатуры на плавке № 7 (металл пос­ ле присадки перемешивали) и через 16 минут на плав­ ке № 6 (металл не перемешивали). Аналогичны ре­ зультаты выплавки и других марок стали.

^ аео

§0,20 о

Рис. 7. Скорость растворения в стали ЭИ 481 ниобия, вводимого в печь в виде лигатуры.

Ранее проведенные контрольные плавки показали, что промышленный феррониобий (с 60%-ным содержа­ нием ниобия) даже при энергичном перемешивании жидкого металла растворяется через 20—30 минут пос­ ле присадки.

В пробах литого металла, отобранных по ходу плавки и из ковша, нерастворившихся частиц лигату­ ры не обнаружено.

Макроструктура, жаропрочность, механические свойства плавок с применением железо-ниобий-мар- ганцевой лигатуры полностью удовлетворяли требова­ ниям технических условий и ГОСТов.

Промышленное опробование лигатуры железо — ниобий — марганец подтвердило более высокую ско­ рость ее растворения по сравнению с феррониобием. При этом следует еще раз подчеркнуть, что размер кусков феррониобия по действующей технологии не превышает 30 мм. Лигатуру присаживали в кусках

99

50— 100 мм,так как необходимость дробления ее до топкой фракции -отпадает — это приводит к сокраще­ нию потерь дорогостоящего сплава на 2—3 процента.

Применение лигатуры железо — ниобий — марга­ нец оптимального состава для легирования ииобийсодержащих сталей и сплавов повышает однородность распределения ниобия в объеме жидкой стали, улучша­ ет коэффициент использования сплава, вследствие со­ кращения потерь при дроблении, создает условия для сокращения восстановительного периода плавки и рас­ хода электроэнергии.

Следует отметить, что ниобийсодержащие сплавы с марганцем в последнее время применяют во многих зарубежных странах i[ 110— 112].

Челябинским научно-исследовательским институ­ том металлургии (НИИМ) опробовано легирование стали в ковше экзотермическими брикетами с ниобием на Златоустовском металлургическом заводе i[113]. Брикеты изготовляли из мелкодробленого (менее Змм) феррониобия марки Нб-1 или пятиокиси ниобия марки ПНО, хромата кальция, плавикового шпата, алюминия первичного, силикокальция и 75%-ного ферросилиция.

Промышленное опробование экзотермических сме­ сей с ниобием проводили при выплавке стали ЭИ649 в индукционной печи емкостью 1 т и сталей ЭИ402 и

ОХ19НЮБ— в 10-тонной дуговой печи.

Усвоение ниобия сталью при легировании экзотер­ мическими брикетами в ковше составило 95,0—98,5 процента.

Ниобий, обладая значительным сродством к кисло­ роду, легко окисляется при продувке металла кисло­ родом. Более полное усвоение ниобия из отходов нио­ бийсодержащих сталей имеет большое экономическое значение вследствие высокой стоимости ферронио­ бия.

В таблице 28 показано изменение содержания нио­ бия в металле и шлаке при выплавке стали ЭИ481 в 10тонной дуговой электропечи методом переплава леги­ рованных отходов с применением газообразного кис­ лорода.

Колебания степени восстановления ниобия из шла­ ка связаны с различным расходом раскислителей и из­ менениями температуры стали и шлака. То есть при

101

Т а б л и ц а 28

Содержание ниобия в металле и шлаке (% ) при выплавке стали ЭИ 481

* Время отбора проб: 1 — расчетное содержание; 2 — в конце плавления; 3 — начало горения углерода при продувке металла кислородом; 4 — конец продувки; 5 — после раскисления проду­ вочного шлака порошком 75% -ного ферросилиция.

тщательном раскислении продувочного шлака можно достичь 80%-ного усвоения ниобия из отходов. По дан­ ным i[114], степень усвоения ниобия из отходов состав­ ляет 30 процентов.

Потребление сплавов ниобия для производства ка­ чественных сталей возрастает высокими темпами ([115]. Поэтому основные исследования в области леги­ рования ниобием направлены на изыскание сплавов оп­ тимальных составов с целью обеспечения быстрой растворимости ниобия и его равномерного распределе­ ния в жидкой стали.

Титан. Чаще всего титан применяют при производ­ стве нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов как сильный карбидообразующий элемент, существен­ но уменьшающий межкристаллитную коррозию метал­ ла. Легирование конструкционных сталей малым коли­ чеством титана может улучшить их механические свой­ ства.

Наибольшие технологические трудности представ­ ляет легирование титаном электростали. Это связано с высоким (до 70 процентов) и нестабильным угаром ти­ тана при легировании, что может привести к сущест­ венному отклонению от заданного химического сос­ тава.

Легирование производится в основном сплавами ТиО и Ти1, Ти2, с содержанием титана 28—35 процен­ тов, сплавами Тив и Тив1 с содержанием титана не ме­ нее 60 процентов и отходами сплавов на основе титана

102

(металлическим титаном). Кроме того, могут приме­ няться титановая губка ,[116] и различные лигатуры, например, Ni—Ti (28 процентов Ti), пригодные для од­ новременного легирования нержавеющих сталей тита­ ном и никелем ;[ 117].

Наряду с большим количеством сплавов, применяе­ мых для легирования титаном нержавеющих сталей, разработано несколько технологических вариантов та­ кого легирования:

1.В печи, за 5— 10 минут до выпуска плавки через жидкоподвижный высокоосновный шлак, который мо­ жет быть известково-флюоритовым или известково­ глиноземистым. При этом предпочтение отдается из­ вестково-глиноземистому шлаку, так как он обеспечи­ вает лучшее усвоение титана. При легировании через шлак его раскисляют алюминиевым порошком (2,0— 3,0 кг/т) в момент легирования или при растворении

ферротитана в жидкой стали.

2.В печи, на чистое зеркало металла (с предвари­ тельным скачиванием шлака) и наводкой нового из­ вестково-глиноземистого или известково-флюоритово-

го шлака. Такой вариант применяют редко из-за повы­ шенной трудоемкости технологии (дополнительное снятие шлака) и снижения при этом производитель­ ности дуговой электропечи.

3. В ковше, при выпуске плавки. Этот прием дает высокое усвоение титана, повышение производитель­ ности, снижение содержания алюминия и кремния в готовом металле, что приводит к экономии никеля (без изменения содержания a -фазы в структуре стали типа 18-8, влияющей на технологическую пластичность слитков) ,[118, 119, 120].

Повышение и стабильность усвоения титана, как отмечалось,— главная проблема при легировании элек­ тросталей титаном. Поэтому изучаются факторы, влия­ ющие на величину угара титана ,[121 — 127].

Важнейшими из них являются:

1. Печная атмосфера. Кислород воздуха окисляет

титан в шлаке (а через шлак и в металле). По мнению большинства исследователей, этот фактор является ос­ новным. Герметизация печного пространства приводит к снижению угара титана i[ 128], однако на крупных пе­ чах она не может быть надежной. Наиболее эффектив­

103

ным способом предотвращения окисления титана кис­ лородом воздуха считается применение шлаков с мень­ шей кислородной проницаемостью и большой вязкос­ тью. Оптимальны, с этой точки зрения, известково-гли­ ноземистые шлаки.

ТЮ2 в шлаке увеличивает угар титана {[121 — 123]. На ЗМЗ широко используют отвальный шлак — побоч­ ный продукт алюмотермического способа получения

1,9% FeO). Усвоение титана при этом увеличивается за счет повышения концентрации глинозема в шлаке. Кро­ ме того, имеющиеся в шлаке корольки металлического титана служат дополнительным источником легирую­ щего элемента.

2. Состав шлака. Основное требование к составу

шлака — низкое содержание кремнезема и закиси ж е­ леза. Не только FeO, но и S i0 2— сильные окислители по отношению к титану. Химический состав шлака, кроме того, должен обеспечивать минимальную кислородопроницаемость.

3.Температура металла и шлака. Легирование ти­

таном необходимо проводить при минимальных тем­ пературах, обеспечивающих удовлетворительную раз­ ливку жидкой стали и чистоту поверхности слитков. Установлено, что коэффициент распределения титана между металлом и шлаком увеличивается с повышени­ ем температуры.

4.Потери титана в виде «корольков» в шлаке. Ус­

тановлено, что до 20 процентов титана запутывается в печном шлаке и окисляется при выпуске плавки i[ 126]. Увеличение объемного веса ферротитана и уменьшение смачиваемости его шлаками приводит к улучшению усвоения титана (табл. 29).

В большинстве случаев среднее усвоение титана по описанным вариантам легирования — 50 процентов; применение известково-глиноземистого шлака повыша­ ет его до 60 процентов.

В литературе отмечается большая эффективность применения 70%-ного ферротитана вместо 30%-ного. Это достигается, в основном, за счет уменьшения со­ держания алюминия и кремния в стали, что позволя­ ет без ухудшения ее качества снизить содержание ни-

104

келя, повысить усвоение хрома при раскислении про­ дувочного шлака.

На Горьковском металлургическом заводе каждая тонна стали Х18Н9Т, выплавленная с высокопроцент­ ным ферротитаном,— на 10 рублей дешевле [118]. На ЗМЗ получен экономический эффект более 300 тысяч рублей в год.

Применение титановой губки (4% Fe, Ti — осталь­ ное; С, S, N — следы) для легирования нержавеющих сталей показало, что усвоение титана металлом со­ ставляет 45—46 процентов ,[116]. Температура металла при легировании возрастает на 50—80°С. Это позволя­ ет сократить восстановительный период плавки на 10 минут и снизить расход электроэнергии на 90 квт-ч/т. Так же, как и при использовании 70%-ного ферротита­ на, снижается содержание a -фазы в готовом металле.

При производстве ряда электросталей титан при­ меняют как модифицирующую добавку. Например, при выплавке нержавеющих сталей ферритного класса ти­ па ОХ13, Х28 и т. д. перед выпуском плавки присажи­ вают ферротитан на 0,2 процента Ti без учета угара, что способствует измельчению литого зерна.

При выплавке стали 18Х2Н4ВА вводят ферротитан на 0,03 процента Ti по расчету. Это снизило брак по угловым трещинам слитков.

В производстве бористых сталей ферротитан при­ меняют в качестве сильного нитридообразующего ма­ териала, повышающего усвоение бора.

Следует отметить, что все марки стали, легирован­ ные или модифицированные титаном, требуют специ­ альных мер во время разливки (защита струи аргоном, разливка с петролатумом и под слоем жидкого шлака),

105