пузырями температура: чем она выше, тем больше растворяется в ме талле газов и, кроме того, тем в большей степени замедляется кри сталлизация, вызывая усиление ликвации и увеличение поражения слитков пузырями. Поэтому температура металла при разливке
должна быть не выше 1590° С.
Другими дефектами электротехнических сталей являются заво роты корочки при разливке, вызывающие образование плен и сни жающие качество поверхности металла, а также образование в слит ках внутренних трещин — «скворечников», возникающих при боль шой скорости охлаждения при температуре ниже 120° С.
ТЕХНОЛОГИЯ ПЛАВКИ
Трансформаторную сталь выплавляют в электропечах емкостью 25—100 т исключительно методом полного окисления. В качестве шихты используют отходы углеродистых сталей, при этом особое внимание обращают на содержание в шихте меди и-никеля. Шихту составляют из расчета содержания углерода в завалке 0,5—0,7%. Для науглероживания в шихту дают 10—15% чугуна, недостающее до расчетного количество углерода вводят в виде электродного боя. На подину перед завалкой загружают 2—3% извести (от массы за валки) и железную руду (1—2%), что способствует удалению большей части фосфора еще в период плавления. В период плавления для уменьшения основности шлака и более глубокого окисления мар ганца иногда присаживают шамотный бой.
Для интенсификации плавки ванну в течение 10—15 мин про дувают кислородом. Совмещение окисления с периодом плавления позволяет уменьшить содержание в металле примесей — марганца, фосфора и хрома, сократить продолжительность плавки и улучшить условия службы футеровки.
По расплавлении металл содержит примерно 0,10—0,15% С, 0,06—0,15% Мп, 0,003—0,015% Р.
Шлак периода плавления скачивает на 70—80% и наводят новый из извести и шпата. Под этим шлаком проводят окислительный пе риод. Окисление лучше проводить газообразным кислородом, так как это позволяет быстро окислить углерод до 0,03%. Более низкие концентрации углерода получать не рекомендуется, так как это при водит к переокислению металла и повышению его температуры, что ухудшает свойства стали (в связи с насыщением металла газами)
ивызывает интенсивное разрушение футеровки.
Вокислительный период шлаки содержат 50% и более закиси железа. Такие шлаки очень жидкоподвижны и интенсивно разрушают футеровку; поэтому чем быстрее проводят окисление, тем менее раз рушается футеровка.
Высокая основность сильно окислительного шлака и его постоян ное обновление позволяют к концу продувки получать металл,
содержащий 0,03—0,06% Мп; 0,003—0,006% Р; 0,02—0,03% Сг.
Температура металла в конце продувки достигает 1620—1650° С. После окончания окислительного периода шлак по возможности полностью скачивают. На зеркало металла присаживают кусковый
260
силикокальций в количестве 4,0—5,0 кг/т марок СКЗО или СК25 и заводят восстановительный шлак смесью извести с плавиковым шпатом (8 : 1). Шлак раскисляют смесью порошков 75%-ного фер росилиция и силикокальция или алюминия.
При получении белого рассыпающегося шлака проводят легиро вание кремнием, который присаживают в виде 75%-иого ферроси лиция в кусках размером 50—150 мм. При производстве трансформа торного листа с ребровой текстурой целесообразно применять фер росилиций с наиболее низким содержанием алюминия.
Вследствие меньшего удельного веса по сравнению с железом кремний плохо распределяется по объему ванны, поэтому после присадки ферросилиция металл необходимо тщательно перемешивать.
После легирования кремнием металл в течение 20—30 мин выдер живается в печи. Высокое содержание кремния способствует глу бокому раскислению и удалению из металла серы. К концу восста новительного периода содержание кислорода уменьшается до 0,005— 0,01 %, а серы — до 0,008—0,015% .
Для лучшей обработки металла шлаком во время выпуска шлак перед сливом разжижают присадками плавикового шпата или шамота и основную часть шлака сливают в ковш без металла. Благодаря этому при выпуске в ковш металла происходит эмульгирование шлака в металл и процессы рафинирования протекают с большой скоростью. Во время выпуска содержание серы уменьшается до 0,005—0,006%.
С целью удаления газов, очищения металла от неметаллических включений и дополнительной десульфурации на ряде заводов металл после выпуска подвергают внепечному вакуумированию или ва- куум-шлаковой обработке. Содержание серы при этом удается пони зить до 0,002—0,003%, и практически исключается возможность возникновения рослости слитков.
На некоторых заводах для получения стандартно низких кон центраций алюминия металл переливают на воздухе из ковша в ковш. При переливе алюминий, поступивший в металл с ферросилицием или перешедший в металл из шлака, окисляется кислородом воздуха до концентраций, обеспечивающих получение ребровой текстуры.
Разливают трансформаторную сталь на слитки массой 0,5—12 т или на установках непрерывной разливки сразу отливают слябы размером 140x630 и 140x1000 мм.
Глава 18
ВЫПЛАВКА НЕРЖАВЕЮЩЕЙ И ЖАРОПРОЧНОЙ СТАЛИ
СВОЙСТВА И ДЕФЕКТЫ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ И ЖАРОПРОЧНОЙ СТАЛИ
Изделия из нержавеющих и жаропрочных сталей предназначены для работы в агрессивных средах при обычных или высоких темпе ратурах, поэтому основным требованием, предъявляемым к сталям этой группы, является коррозионная стойкость (способность про тивостоять против воздействия агрессивной среды при обычной
261
температуре) пли жаростойкость (сопротивление воздействию га* зовой среды или пара высоких температур). Жаростойкие стали, как правило, должны быть и жаропрочными, т. е. противостоять при высокой температуре в течение заданного времени разрушению и ползучести — постепенной и усиливающейся с течением времени де формации под действием постоянной нагрузки.
Стойкость стали против коррозии в различных средах зависит от ее состава, структурного состояния, коррозионной среды и от воздействующих нагрузок.
Коррозионной стойкостью обладают изделия, на поверхности которых в агрессивных средах образуется прочная пассивирующая пленка, препятствующая проникновению агрессивного вещества в бо лее глубокие слои металла и взаимодействию его с этими слоями.
К. наиболее сильным пассивирующим элементам в окислительных средах относят хром. На поверхности нержавеющих и жаропрочных сталей в окислительных средах образуется тончайшая невидимая пленка окислов хрома толщиной в несколько атомных слоев. Плот ность пленки и антикоррозионные свойства стали увеличиваются с повышением содержания хрома. При содержании хрома 12—'13% сталь становится нержавеющей, т. е. стойкой в атмосфере и в окис ляющих средах. Увеличение содержания хрома до 28—30% делает ее стойкой против сильно агрессивных сред.
Хром является ферритообразующим элементом, поэтому стали с высоким содержанием хрома (16—30%) относят к ферритному классу. Стойкость феррита делает их невосприимчивыми к закалке, поэтому они характеризуются невысокими прочностными свойствами, что ограничивает область их применения. Чисто ферритные стали на базе 25—28% хрома (Х25, Х28 и другие) с небольшими добавками титана или азота (для измельчения зерна) используют как жаростой кие, не несущие нагрузок.
Прочность и пластичность металлов зависят от многих факторов: типа кристаллической структуры, энергии связи атомов в кристалли ческой решетке, чистоты металла, химического состава, чистоты гра ниц и других факторов.
По современным представлениям, сопротивление пластической деформации определяется главным образом количеством несовер шенств в строении кристаллической решетки, в первую очередь — дислокациями. Высокую прочность можно получить, если умень шить или, наоборот, значительно увеличить количество дислокаций.
Вопрос создания в практических условиях бездефектных мате риалов пока не разрешен, но упрочнение путем увеличения коли чества дислокаций и других несовершенств используется очень широко. Упрочнение сталей, представляющих твердые растворы, происходит в результате взаимодействия примесных атомов (атомов, не образующих решетку основного твердого раствора) с дислока циями. Однако более значительно упрочняет сталь блокирование сдвигов высокодисперсными частицами другой фазы, появляющи мися в результате легирования и соответствующей термической об работки. \
262
Наибольшему упрочнению соответствует тонкая структура с вы делениями второй фазы размером 20—50 нм (200—500 А), равно мерно распределенными по всему объему' зерна. Рост выделений до 100 нм (1000 А) и более приводит к разупрочнению стали.
В тех случаях, когда одновременно требуются коррозионная стойкость и высокая прочность, применяют хромистые стали мар тенситного класса с пониженным содержанием хрома (12—18%). Эти стали можно закаливать, поэтому содержание углерода в них обычно составляет 0,1—0,4% (стали 1X13—4X13). При необходи мости получения после закалки высокой твердости содержание угле рода может быть повышено до 1% (сталь 9X18).
Стали этого типа используют для изготовления ножей, ножниц, хирургического инструмента, прессформ для пластмасс, а стали с высоким содержанием углерода — для изготовления шарикопод шипников, работающих в коррозионных средах. Но все они непри годны для работы при высоких температурах.
С повышением температуры силы связи атомов в кристаллической решетке ослабевают, увеличивается диффузионная подвижность атомов и упрочняющая фаза (в основном карбиды хрома) переро ждается — укрупняется, сфероидизируется, происходит перераспре деление легирующих элементов между твердым раствором и упроч няющей фазой. Это приводит к разупрочнению стали.
Длительному сохранению прочности при высокой температуре способствует торможение диффузионных процессов, достигаемое оптимальным легированием.
В жаропрочных сталях упрочняющей фазой наряду с карбидами хрома являются карбиды ванадия, молибдена, вольфрама и других элементов, а также интерметаллидные соединения типа А 2В (в ко торых в качестве элемента А входят железо и хром, а молибден, вольфрам, ниобий, титан — в качестве элемента В) или соединения
Ni3 (Ti, Al).
Добавки тугоплавких элементов — молибдена, вольфрама, нио бия, тантала оказывают на упрочняющую фазу стабилизирующее действие, так как эти элементы повышают температуру рекристал лизации и ослабляют диффузионные процессы. Их действие усили вается, если вводится не один, а несколько элементов, ослабляющих диффузию, По этой причине жаропрочные стали легируют, как пра вило, набором разных элементов.
Процессы диффузионного обмена бывают заторможены и тогда, когда сталь не подвергается полиморфным превращениям. Поэтому в качестве жаропрочных сталей очень часто используют сложноле гированные чисто ферритные или аустенитные стали.
Стали ферритного класса до последнего времени использовали лишь как жаростойкие. Однако в последнее время разработали и успешно внедряют и жаропрочные ферритные стали, например сталь 12Х2МВ8ФБ (ЭП503), упрочненную частицами интерметаллидной фазы FeW.
Значительно более высокая жаропрочность свойственна аустенит ным сталям. Особенно широко применяют аустенитные стали (12—
т