Материал: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие.

содержанием вредных примесей, в первую очередь фосфора и серы. Количество этих примесей ограничивается, и в зависимости от назна­ чения стали должно быть не более 0,025—0,04% для каждой из них.

Углеродистые стали характеризуются низкой прокаливаемостью, в связи с чем для них высокие механические свойства после терми­ ческой обработки могут быть получены только в поверхностном слое. Для получения необходимой структуры и увеличения прокаливае­ мое™ улучшаемых сталей в них вводят хром, никель, молибден, вольфрам, марганец, кремний, ванадий и другие легирующие эле­ менты.

Высокую ударную вязкость придает стали никель. В сочетании с хромом добавки никеля позволяют получать и глубокую прокали­ ваемое™, которая определяет способность стали к равномерному улучшению свойств по всему сечению. Поэтому хромоникелевые улучшаемые стали широко применяют для изготовления крупных тяжелонагруженных изделий (оси, валы, муфты).

Недостатком хромоникелевых улучшаемых сталей является их склонность к отпускной хрупкости, которая устраняется введением 0,20—0,40% молибдена. При этом повышаются также и прочностные свойства стали.

Хромоиикелевые и хромоиикельмолибденовые стали широко при­ меняют для изготовления крупных цементуемых изделий (шестерен, валов, шатунов). Карбиды хрома и молибдена придают цементирован­ ному слою высокую износостойкость, а никель улучшает прочность

ипластичность этого слоя и уменьшает отрицательное влияние хрома

имолибдена на повышение содержания в цементуемом слое углерода. В результате высокая прочность цементированного слоя сочетается с высокой прочностью, пластичностью и вязкостью сердцевины.

ВСССР наблюдается тенденция к замене дефицитного молибдена вольфрамом. Присадка вольфрама существенно повышает предел прочности, пластичности и вязкость сталей, легированных с хромом

иникелем, .а также устраняет склонность к отпускной хрупкости. Вместо хромоникельмолибденовых сталей широко используют стали

30Х2Н2ВА, 35X3BA, 40Х4ВА. Особенно широкое применение для изготовления тяжелонагруженных изделий получила сталь

18Х2Н4ВА.

Имеется группа стали конструкционных марок, которые легируют алюминием. Применение для легирования стали алюминия обусло­ влено его большим сродством к азоту. Образуя в процессе изготовле­ ния стойкие нитриды, алюминий позволяет получать сталь с очень высокой твердостью на поверхности (до HRC 70) и высоким сопро­ тивлением истиранию, причем при содержании алюминия 0,5—1,5% это сочетается с хорошей вязкостью сердцевины.

Высокую прочность сердцевины термообработанных изделий из легированных алюминием конструкционных сталей можно получить, если одновременно сталь легировать еще и хромом. Но при этом повы­ шается склонность стали к отпускной хрупкости. Этот недостаток у легированных хромом и алюминием сталей устраняют добавками молибдена или вольфрама и ванадия.

В СССР получили распространение конструкционные стали трех марок, содержащие от 0,4 до 1,1 % А1: 38ХЮА, 38ХМЮА и 38ХВФЮА Склонную к отпускной хрупкости сталь 38XIOA применяют для деталей, не подвергающихся высоким нагрузкам. Стали 38XMIOA. н 38ХВФЮА применяют для ответственных деталей турбиномоторостроения, работающих при температурах до 450° С (гильзы, цилиндры толкатели, шестерни), а также изделий сложной конфигурации, от которых требуется высокая поверхностная твердость, износостой­ кость и повышенный предел выносливости.

Для изготовления рессор и пружин используют конструкционные стали, легированные одним кремнием (1,5—2,0%). Повышая пределы прочности п текучести и способствуя образованию волокнистой струк­ туры, кремний улучшает свойства рессор и пружин. Улучшению закаливаемости и уменьшению склонности к обезуглероживанию рессорно-пружинной стали способствуют добавки марганца. Кроме кремнемаргаицовпстых сталей, для этих целей применяют также хромокремнистые стали.

Высокими пределами прочности и текучести в сочетании с устой­ чивостью против отпуска отличаются стали с кремнием, легирован­ ные дополнительно хромом и марганцем. Эти стали (20ХГСА, ЗОХГСА и др.), содержащие 0,90—1,20% Si, используют вместо хро­ моникелевых и хромоникельмолпбдеповых. Так как кремний увели­ чивает и износостойкость, такие стали применяют для изготовления шестерен, зубчатых колес, различных валов и осей.

Наиболее распространенным дефектом конструкционной стали являются описанные выше флокены (см. рис. 93).

Очень распространены также дефекты, вызванные описанными в разделе IV ликвацпонными явлениями. Эти дефекты в продольных темплетах слитка проявляются в виде полос повышенной травнмости или темных полос на серных отпечатках (рис. 98). Обычно эти полосы наклонены с уширенпем книзу («усы»). Но иногда они имеют и противоположный наклон с уширенпем кверху.

На поперечных темплетах из катаных заготовок после травления и на серных отпечатках из таких темплетов лпквационпая неодно­ родность проявляется в виде пятнистой ликвации (рис. 99) или ликвационного квадрата (рис. 100).

В изделиях из конструкционных и других сталей иногда выявля­ ются дефекты в виде тонких нитей — волосовин, свидетельствующих о несплошности металла. Располагаются эти линии в направлении течения металла при горячей обработке давлением. Волосовины встре­ чаются на поверхности катаных или кованых заготовок или чаще во внутренних слоях металла, выходя на поверхность лишь в про­ цессе изготовления деталей, в частности при ступенчатой обточке.

Поверхностные волосовины являются следствием разных причин, связанных главным образом с образованием плохой поверхности

слитков при разливке. Их удаляют зачисткой поверхности заго­ товок.

Внутренние волосовины образуются вследствие скопления не­ металлических включений — продуктов раскисления, вытянутых

242

в направлении течения металла в процессе горячей обработки давле­ нием. Чаще всего это включения силикатов.

В слитках малоуглеродистой легированной стали ряда марок (18Х2Н4ВА, 25Х2Н4ВА, 12ХНЗА и др.) часто образуются межкристаллитные трещины. Этот дефект усадочного происхождения распо­ ложен обычно по оси слитка (рис. 101), но не доходит до его головной и нижней зон. На поперечных темплетах заготовок трещины после травления являются в виде извилистых линий — «пауков».

Перечисленные дефекты вызывают ухудшение качества конструк­ ционной стали, н для их предотвращения в процессе выплавки и раз­ ливки стали принимаются специальные меры.

хромомолибденовых, хромоннкельмолибденовых, хромомарганцево­ молибденовых и углеродистых сталей. Чтобы предотвратить значи­ тельные потерн хрома с окислительным шлаком и образование густого хромистого шлака, шихтовку составляют из расчета получения по расплавлении не более 0,40% Сг. Это ограничивает возможность использования большого количества легированных отходов, поэтому в металл приходится дополнительно вводить никель, молибден и хром.

Шихтовку рассчитывают таким образом, чтобы в окислительный период была возможность окислить 0,30—0,40% С. Никель и ферро­ молибден (или закись никеля и молибдат кальция) обычно дают в за­ валку. Высокую окислительную способность закиси никеля иногда используют для окисления углерода, присаживая ее в начале окисли­ тельного периода.

Выплавку стали ряда марок этой группы (20Х, 40Х, 40ХН и др.) можно проводить без восстановительного периода, используя опи­ санную выше технологию.

При выплавке с восстановительным периодом феррохром присажи­ вают в ванну сразу после скачивания окислительного шлака перед введением шлакообразующих.

Рафинирование металла целесообразно начинать с предваритель­ ного глубинного раскисления металла сильными раскислителями (кремнием, алюминием или комплексными сплавами), присаживае­ мыми на зеркало металла. После этого наводят восстановительный известковый шлак, который с самого начала интенсивно обрабаты­ вают и углеродом, и кремнием.

На некоторых заводах по традиции еще сохранилась технология с длительным диффузионным раскислением. В этом случае восстано­ вительный период начинают с наведения шлака, который сначала раскисляют углеродом, а затем кремнием. Стали, содержащие до

244

карбидных шлаков. Во второй половине восстановительного периода карбидный шлак обязательно переводят в белый.

Как уже отмечалось, такая технология раскисления, не имея заметных преимуществ в отношении качества получаемого металла, требует в то же время длительного пребывания металла в печи, что ухудшает технико-экономические показатели работы агрегата.

К концу восстановительного периода шлак должен содержать не более 0,40% закиси железа и не менее 55% окиси кальция, а ме­ талл должен быть хорошо раскислен. Достаточное раскисление ха­

За 2—3 мин до выпуска в металлическую ванну вводят на штанге алюминий в количестве 0,5—0,6 кг/т при выплавке средиеуглеродистых сталей и 0,7—0,8 кг/т при выплавке малоуглеродистых сталей.

Выплавку методом переплава целесообразно проводить с приме­ нением газообразного кислорода. В этом случае шихта должна со­ стоять на 60^-75% из отходов выплавляемой стали или стали близ­ ких к ней марок стали, остальное — углеродистые отходы. В завалку вводят также 2—3% извести. В конце плавления ванну продувают кислородом так, чтобы окислить не менее 0,20% С. По достижении необходимого содержания углерода продувку прекращают и окисли­ тельный шлак скачивают. Рафинирование проводят, как и на плавках с полным окислением.

Заметное улучшение качества конструкционных сталей может быть получено при внепечной дегазации и при обработке металла в ковше жидким синтетическим шлаком. При таком способе умень­ шается содержание в металле газов, серы и неметаллических вклю­ чений, что благоприятно отражается на пластических характеристи­ ках стали и значительно повышает изотропность свойств металла (отношение значений свойств в поперечных и продольных образцах).

с полным окислением, так и переплавом. Нужно иметь в виду, что многократный переплав легированных отходов стали типа 18Х2Н4ВА приводит к ухудшению качества металла, в частности к снижению механических свойств в поперечных образцах. При контроле излома металла, полученного на таких плавках, чаще встречаются дефект­ ные участки со своеобразным мелкозернистым строением более свет­ лого оттенка по сравнению со здоровым металлом.

Этот вид дефекта, называемый «площадками», образуется по ме­ стам слабины вдоль направления прокатки. Установлено, что «пло­ щадки» образуются при повышенном содержании окислов и нитридов титана. При многократном переплаве, особенно с использованием титансодержащих отходов, количество этих включений в металле увеличивается. Переплав отходов с частичным окислением газо­ образным кислородом предотвращает накопление в металле азота; ухудшения качества металла в этом случае не наблюдается.-Тем не менее для ответственных заказов сталь 18Х2Н4ВА выплавляют преимущественно с полным окислением.

245