Файл: Пути улучшения качества сталей и сплавов..pdf

малые скорости движения кристаллитов в расплаве под действием гравитационных сил исключают это явление.

Возможность транспортировки такими кристалли­ тами неметаллических включений была проверена на плавках мягкого железа с титаном и азотом. На обычном слитке никаких закономерностей распреде­ ления нитридов титана в объеме не наблюдалось, в верхней части слитка было замечено скопление круп­ ных частиц включений размером 0,4—4 • 10~4 см. На

центробежном слитке при вращении изложниц со скоростью 460 об/мин, когда скорости «всплывания»

частиц включений были увеличены примерно в 60— 90 раз, в нижней части слитка был замечен своеоб­ разный конус. Он легко выявлялся визуально в виде

корковом слое, который кристаллизуется достаточно быстро, находили включения всех размеров.

При уменьшении скорости вращения изложниц до 390 об/мин в период кристаллизации слитка в кону-

соидальном скоплении нитридов наблюдались части­ цы более крупных включений 0,6— 1,4 • 10~4 см.

Таким образом, расположение скоплений нитри­ дов титана в центробежном слитке совпадает с рас­ положением кристаллитов, оседающих в «нижнюю» часть центробежного слитка, причем с увеличением скорости вращения изложниц размер частиц, наблю­ даемый в конусообразном скоплении включений, уменьшается.

Полученные данные убедительно доказывают, что кристаллиты, образовавшиеся в «верхних» слоях слит­ ка, «тонут» и увлекают за собой частицы твердых неметаллических включений. Образуются они, по-види: мому, не сразу, а по мере охлаждения жидкого ме­ талла после начала кристаллизации столбчатых кри­

32

Г Л А В А III

ВЛИЯНИЕ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ НА СВОЙСТВА

НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

Нержавеющие стали занимают все больший удель­ ный вес в сортаменте заводов качественных сталей. Поэтому проблема улучшения качества и технико­ экономических показателей их производства являет­

бенности технологии производства этих сталей на ме­ таллургических заводах. Как правило, их разливают в слитки малого развеса и подвергают ковке.

34

На большинстве заводов эти стали выплавляют й дуговых печах средней и малой емкости с основной футеровкой, методом переплава легированных отхо­ дов с применением газообразного кислорода, а иног­ да и методом полного окисления на углеродистой шихте.

В процессе ковки слитков на заготовку возникает большое количество дефектов в виде грубых плен и рванин, поэтому большое количество сортовой заго­ товки отбраковывалось. Передельная заготовка про­ катывается на сортовых станах.

Сложность и трудоемкость передела (мелкий сли­ ток, ковка), относительно низкий выход годного и большие убытки от брака при производстве сталей типа Х23Н18 вызывают необходимость постоянных исследований, с целью установления оптимальной технологии выплавки и передела металла.

Исследования, проведенные в 50-х годах на одном из заводов нашей страны, показали некоторую зави­ симость пластичности слитков стали Х23Н18 при про­ катке на блюминге от химического состава, литой структуры, поверхности слитка и степени химической неоднородности литого металла. Была показана воз­ можность улучшения пластичности стали Х23Н18 путем присадки ферроцерия в количестве 2 кг/т на

струю металла при выпуске.

На Златоустовском металлургическом заводе в 1957 и 1961 гг. также была сделана попытка устано­ вить оптимальную технологию выплавки, разливки и передела стали Х23Н18. Было установлено, что про­ катка слитков весом 2,7 тв два этапа (сначала на кв. 300 мм с зачисткой заготовки и последующей прокат­ кой на кв. 220 мм) дает некоторое увеличение выхода

годного. Отмечено улучшение пластичности при при­ садке ферроцерия в количестве 2 кг/т в ковш (на не­

которых плавках).

В последние годы некоторые заводы для улучше­ ния деформируемости сталей ОХ23Н18 и Х23Н18 стали применять микродобавки бора (на 0,0015— 0,005% по расчету) {41, 42, 43]. Это позволило повы­ сить выход годного и улучшить все технико-экономи­ ческие показатели производства сталей ОХ23Н18 и

Х23Н18.

35

Недостаток такой технологии выплавки сталей ОХ23Н18 и Х23Н18 в том, что накопление бора в шихте или его неправильная присадка могут приве­ сти к резкому ухудшению пластичности сталей, о чем свидетельствует опыт Златоустовского металлургиче­ ского завода [44].

На заводе проведено исследование по примене­ нию РЗМ для улучшения качества этих сталей {45, 46].

УСОВЕРШЕНСТВОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ ТИПА Х23Н18

До 1964 г. стали Х23Н18 и ОХ23Н18 выплавля­ лись на Златоустовском металлургическом заводе ме­ тодом полного окисления по следующей технологии:

Шихту составляли из углеродистых отходов и ни­ келя. Окисление производилось рудой (без примене­ ния газообразного кислорода) до содержания углеро­

ма шамотный шлак снимался начисто и заводился из­ вестковый. Металл перед выпуском раскислялся ку­ сковым алюминием в количестве 0,5 кг/т.

Согласно сложившейся на заводе практике, плав­ ки велись одновременно в двух 5-тонных печах, из

ром 450 мм (вес слитка составляет 1,17 т) сифонным

методом. Смазка изложниц — петролатум или лакойль + смола. Слитки охлаждали на воздухе, часть их перед ковкой подвергали обдирке.

На опытных промышленных плавках (по двум ва­ риантам) по указанной выше технологии за 15 ми­ нут до выпуска плавки в металл на штангах вводили ферроцерий (1 кг/т по расчету), а непосредственно

перед выпуском — алюминий кусковой в количестве

0,5 кг/т.

36

Для выявления оптимальных технологических па­ раметров выплавки и разливки стали Х23Н18 по су­ ществующей технологии была проведена статисти­ ческая обработка 130 плавок. Зависимости брака по дефектам поверхности и макроструктуры от темпера­ туры и раскисленности металла (содержание крем­ ния в ковшевой пробе) установить не удалось. Ваку­ умирование стали Х23Н18 в ковше после выпуска также не дает существенного улучшения качества металла.

На следующем этапе были выплавлены две серии плавок стали ОХ23Н18: с присадками ферроцерия перед выпуском плавки (1 кг/т); без присадок ферро­

церия и с добавками бора на 0,004 процента по расчету. Однако в этом случае брак оставался высоким, и средний выход годного трубной заготовки составлял

40процентов.

Для определения влияния различных модифика­

торов на состав и количество неметаллических вклю­ чений подсчитывали количество и площадь включе­ ний на плавках с церием, бором и без присадок мо­ дификаторов.

Существенной разницы в количестве и составе не­ металлических включений установить не удалось. Од­ нако металл с церием показал, что при добавке по­ следнего имеется тенденция к уменьшению площади неметаллических включений.

Присутствие окислов хрома и титана в составе включений металла изученных плавок свидетельству­ ет о значительной степени окисленности металла.

В местах отдельных дефектов имеются скопления неметаллических включений типа силикатов и хроми­ тов, что указывает на связь последних с процессом раскисления и разливки стали.

Однако обдирка перед ковкой не привела к улуч­ шению пластичности и резкому снижению количест­ ва дефектов на поверхности заготовок. Это позволи­ ло предположить, что дефекты поверхности слитка не являются основной причиной возникновения рва­ нин при ковке.

Анализом литой структуры образцов, вырезанных из центровых литников, установлена разница в вели­ чине дендритов и зерна на плавках с присадками це­

37

рия, бора и обычной. На плавках с церием зерно и дендриты значительно мельче, чем на плавках с бо­ ром и обычной. Существенной разницы в температу­ ре металла между плавками не было.

Таким образом, предварительный анализ металла плавок, выполненных по старой технологии, показал, что присадки церия несколько снижают количество неметаллических включений и измельчают литое

зерно.

Проведенные исследования свидетельствуют, что для получения удовлетворительных результатов при выплавке стали необходимо добиваться:

фектов поверхности за счет разливки в крупные слит­ ки, что, в свою очередь, снижает стоимость передела металла.

Учитывая вышеизложенное, была предложена тех­ нология выплавки стали (0) Х23Н18 методом пере­ плава легированных отходов с применением кислоро­ да, с присадкой ферроцерия перед выпуском плавки и силикокальция в ковш в количестве 2 кг/т, разлив­ ка стали в слитки весом 2,7 тс опробованием прокат­

ки на блюминге.

Для отработки методики ввода РЗМ и выбора оп­ тимального варианта раскисления, а также изучения влияния некоторых факторов на свойства и структу­ ру стали ОХ23Н18, выплавка последней производи­ лась в высокочастотной индукционной печи, емко­ стью 30 кг, с магнезитовым тиглем. Шихта для вы­

плавки лабораторных плавок составлялась из мягкого

38

из отходов хромоникелевых сталей типа Х23Н18, стружки нимоник, отходов нержавеющих сталей типа Х18Н9Т, углеродистых отходов, мягкого железа и ни­ келя.

Шлак после продувки металла кислородом рас­ кисляли молотым 75%-ным ферросилицием в смеси с известью.

Восстановительный период проводили под извест­ ковыми шлаками: вначале присаживался металличе­ ский или среднеуглеродистый марганец, известковый шлак раскисляли порошками 75%-ного ферросили­ ция (7 кг/т) и алюминия (2 кг/т).

Температура металла составляла перед выпуском

2.Пять плавок с присадкой ферроцерия в печь за 15—20 минут до выпуска в количестве 2 кг/т.

3.Две плавки с присадкой ферроцерия в печь за

15—20 минут до выпуска в количестве 1 кг/т.

4. Две плавки без присадки ферроцерия.

В процессе исследования изучалось влияние при­ садок церия на концентрации кислорода, азота, се­ ры, поведение неметаллических включений, а также изменение концентрации церия по ходу плавки.

На рис. 4 приведено изменение содержания церия, серы, азота и кислорода в металле по ходу одной из опытных плавок с присадкой церия в печь (2 кг/т).

Введение последнего не оказало заметного влияния

39