При выплавке аустенитных нержавеющих сталей необходимо уделять внимание получению такого химического состава металла, который обеспечивал бы однородность структуры. Наличие феррит ной составляющей (a-фазы) в аустенитных сталях затрудняет дефор мацию металла в горячем состоянии. Между тем нержавеющие стали аустенитного класса наряду с аустенитообразующими элементами (никелем и марганцем) содержат в больших количествах элементы (хром, титан, кремний), способствующие образованию феррита. Поэтому необходимо стремиться к тому, чтобы содержание хрома и титана в стали было ближе к нижнему допустимому пределу.
Однако с уменьшением содержания хрома и особенно титана уве личивается склонность стали к интеркристаллитной коррозии. В этой связи приходится находить средние решения. В частности, рекомен дуют иметь в готовом металле содержание хрома в пределах 17,2—- 17,8%, а содержание титана примерно на 0,10—0,15% выше пре дела, определяемого уравнением (79).
ТЕХНОЛОГИЯ ПЛАВКИ НА УГЛЕРОДИСТОЙ ШИХТЕ
Нержавеющую сталь из нелегированных отходов выплавляют лишь в исключительных случаях — при недостатке в цехе леги рованных отходов или при выплавке стали с очень низким «0,03% ) содержанием углерода.
Хромистые нержавеющие стали 1X13—4X13, Х25, Х28 и др. выплавляют на свежей шихте по общей технологии плавки с неболь шими изменениями.
Завалку составляют из углеродистых отходов и чугуна таким образом, чтобы в период кипения окислить 0,3—0,5% С. Недостаю щее количество углерода вводят в виде кокса и электродного боя. В завалку и во время плавления присаживают известь в количестве 2—3% от массы металлической шихты.
Для ускорения плавки в конце плавления металл целесообразно продувать кислородом. С этой целью и углерод также лучше окис лять газообразным кислородом, особенно при выплавке стали с по ниженным содержанием углерода, так как при низком содержании в металле углерода шлак содержит много закиси железа и фосфор, хорошо окисляется во время продувки. При выплавке стали с повы шенным содержанием углерода фосфор окисляют рудой, а закан чивают окислительный период продувкой ванны кислородом. Со держание фосфора в конце окислительного периода не должно пре вышать 0,010%.
По достижении необходимого уровня содержаний фосфора и углерода окислительный шлак скачивают. На зеркало металла при саживают ферромарганец или силикомарганец из расчета введения 0,3—0,4% Мп и шамотным боем наводят глиноземистый шлак в ко личестве 0,6—0,8% от массы металла. Из шамотного боя, закисимарганца, образующейся при раскислении металла марганцем, и окиси магния футеровки образуется небольшое количество полукислого шлака, обладающего большим электрическим сопротивле-
269
ннем. Наличие тонкого слоя такого шлака облегчает нагрев металла и ускоряет проплавление больших масс присаживаемого ферро хрома. Феррохром предварительно хорошо прогревают в нагрева
тельных печах.
В процессе проплавления феррохрома шлак раскисляют молотым 75%-ным ферросилицием в количестве 2—4 кг/т. Иногда для более полного восстановления из шлака окислов хрома для раскисления шлака применяют порошок алюминия.
После полного расплавления феррохрома и нагрева металла ша мотный шлак начисто скачивают и из извести и шпата (2:1) наводят основной известковый шлак. Основной шлак раскисляют молотым
коксом |
и снликокальцием или коксом и ферросилицием. |
За |
5— |
||
|
10 мин до выпуска в печь |
||||
|
присаживают ферротитан или |
||||
|
металлический титан, |
металл |
|||
|
тщательно |
перемешивают и |
|||
|
сливают в ковш. |
|
|
|
|
|
При выплавке стали, со |
||||
|
держащей менее 0,03% С, |
||||
|
возникают |
дополнительные |
|||
|
трудности. |
Чтобы |
получить |
||
|
в готовой стали такое содер |
||||
|
жание углерода |
даже |
при |
||
|
условии легирования самыми |
||||
|
низкоуглеродистыми |
ферро |
|||
Рис. 106. |
Влияние основности шлака на степень сплавами, |
его концентрация |
|||
науглероживания нержавеющей стали |
перед |
началом рафинирова |
||
о,их о—и.ихито. е дуговой печи |
ния |
не |
должна |
превышать |
такие |
концентрации |
углерода |
||
можно получить только продувкой металла газообразным кисло родом.
В процессе плавки необходимо внимательно следить за состоя нием электродов и не допускать падения огарков, ниппелей, отко ловшихся кусков электродов. Для уменьшения науглероживания металла целесообразно использовать известь только газового обжига, не допускать попадания так называемого «пережога» — извести с на летом на поверхности сажистого углерода.
Восстановительный период лучше проводить под полукислым магнезиально-восстановительным шлаком, так как под таким шлаком скорость науглероживания меньше, чем под основным (рис. 106). Но полукислые шлаки не позволяют удалять серу и вызывают повы шенный угар титана. Поэтому для удаления серы приходится пред принимать специальные меры, например продувку металла порош
кообразными десульфураторами, а легирование титаном проводить в ковше.
Глава 19
ВЫПЛАВКА БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ
СВОЙСТВА И ДЕФЕКТЫ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ
Быстрорежущую сталь относят к группе инструментальных сталей, т. е. сталей, используемых для изготовления разнообразного инструмента. Эти стали должны отличаться высокой твердостью,
прочностью и износостойкостью, а в некоторых случаях должны удовлетворять и ряду дополнительных требований, в частности быть стойкими против коррозии, сохранять неизменными размеры и форму инструмента в течение длительного времени, обладать способностью противостоять значительным динамическим нагрузкам.
Строгое разграничение сталей на конструкционные и инструмен тальные возможно лишь по области применения, но не по химиче скому составу. Вследствие высокой износостойкости и прочности инструментальные стали широко используют и для других целей: для изготовления подшипников качения, пружин, деталей топливной аппаратуры, шестерен, ходовых винтов, червяков и других деталей. В то же время для изготовления некоторых инструментов исполь зуют конструкционные, шарикоподшипниковые и другие стали.
В последние годы непрерывно сокращается применение сравни тельно простых по составу инструментальных сталей — углероди стых и легированных одним или двумя элементами и увеличивается использование высоколегированных, отличающихся повышенными твердостью и прочностью, износостойкостью, теплостойкостью, стой костью против коррозии. Значительно возросло число инструмен тальных сталей специализированного назначения, т. е. применяемых в ограниченных условиях эксплуатации, в которых они обеспечивают лучшую стойкость.
К числу инструментальных сталей специального назначения от носят и быстрорежущую сталь. Ее используют главным образом для изготовления металлорежущего инструмента, предназначенного для резания с высокими скоростями. Кроме того, ее используют для из готовления тяжелонагруженных штампов холодного выдавливания, а также для ряда деталей, работающих при нагреве: подшипников качения, игл топливной аппаратуры и т. д.
В готовых изделиях быстрорежущая сталь должна обладать вы сокой твердостью (HRC 63—66, а для резания труднообрабатывае мых изделий — до HRC 66—69), высокой прочностью и сопротив лением пластической деформации, теплостойкостью (красностой костью), а для ряда инструмента — возможно лучшей вязкостью.
Твердость стали определяет сопротивление пластической дефор мации и контактным напряжениям, возникающим в рабочей кромке инструмента. С увеличением твердости возрастает износостой кость, увеличивается возможность получения более чистой и ровной поверхности обрабатываемого металла и самого инструмента, умень шается налипание обрабатываемого металла на поверхность режу щего инструмента. Инструменты, для которых характерна недоста
271
точная твердость, не могут быть использованы для резания или де формирования обрабатываемых ими деталей: они быстро теряют форму и размеры под действием возникающих напряжений.
Твердость определяется химическим составом и структурой стали и зависит от содержания углерода в мартенсите (а-растворе), количества и дисперсности выделившихся карбидов или иитерметаллидов и от количества остаточного аустенита.
Быстрорежущие стали относят к ледебуритному классу. Они содержат более 0,6% С и приобретают высокую твердость и износо стойкость в результате мартенситного превращения при закалке и дисперсионного твердения при высоком отпуске (560—620° С), вызываемого выделением упрочняющей фазы — в основном карбидов вольфрама, молибдена, ванадия.
Твердость инструментальной стали является важнейшим, но не единственным свойством, определяющим эксплуатационные харак теристики инструмента. До 70% мелких режущих инструментов ломаются преждевременно до наступления нормального износа, что свидетельствует об очень важном значении прочности’и вязкости инструментальной стали.
Прочность характеризует сопротивление изгибающему или кру тящему моменту, а вязкость — сопротивление образованию трещин и разрушению под действием ударных нагрузок. При использовании сталей высокой прочности повышается стойкость инструмента и производительность обработки, становится возможным резание с большей подачей и резание материалов большей прочности. Доста точно высокая вязкость в сочетании с высокой прочностью преду преждает выкрашивание, образование трещин и поломку инстру мента.
В отличие от твердости прочность зависит от большего числа фак торов: содержания углерода в а-растворе, напряжений, величины зерна, состояния его пограничных слоев, дисперсности и распреде ления карбидов. Поэтому при одних и тех же значениях твердости прочность может изменяться в широких пределах.
Твердость и вязкость изменяются обьшно в противоположных направлениях: высокой твердости соответствуют низкие значения вязкости.
Однако в отличие от твердости, необходимой в поверхностном слое режущей кромки инструмента, высокая прочность и вязкость должны быть свойственны всему сечению инструмента, так как изги бающие крутящие и ударные нагрузки, испытываемые инструмен том, воспринимаются всем его сечением. Поэтому инструмент целе сообразно обрабатывать так, чтобы поверхности его была свойственна высокая твердость, а сердцевина сохранила необходимую вязкость. Такое состояние инструмента может быть достигнуто специальной закалкой и оптимальным легированием.
Присутствие в быстрорежущих сталях 3,8—4,4% хрома придает им способность закаливаться на воздухе. Повышение вязкости до стигается легированием элементами, образующими устойчивые кар биды, поскольку они способствуют сохранению мелкого зерна. Не
272