Раскисление спокойной мартеновской стали |
65 |
локнистые включения прилипают к поверхности стакана и вы зывают его затягивание, особенно в случае применения магне зитовых стаканов, обладающих повышенной теплопроводно стью. Затягивание стакана при разливке происходит иногда да же при очень горячем металле и создает большие неудобства.
Для устранения этого явления надо уменьшить количество алю миния, вводимого в ковш. Например, при выплавке сталей, в
которые вводится большое Количество ферросилиция (хроман-
силь, рессорная сталь, трансформаторная сталь) или ферроти тана (18ХГТ, ЗОХГТ и др.) дополнительное введение алюминия не требуется, так как в составе этих ферросплавов уже содер жится достаточное для раскисления металла количество алюми
ния. При отказе от дополнительного введения алюминия в ука занные сорта стали случая затягивания стакана во время раз ливки прекратились, качество слитков улучшилось, а количе ство брака сократилось [46].
В зависимости от количества введенного в сталь алюминия
изменяется характер расположения в затвердевшей стали суль фидных включений. При малом количестве алюминия оксисульфидные включения имеют вид разрозненных глобулей, далеко отстоящих друг от друга (рис. 15, а). При большом количестве введенного в сталь алюминия 'оксисульфиды образуют мелкие разобщенные глобули, располагающиеся в металле беспорядоч но как внутри, так и по 'границам зерен. При некотором среднем количестве алюминия оксисульфидные включения располага ются в виде легкоплавкой эвтектики по границам аустенитных зерен и имеют форму цепочек и пленок (рис. 15, б). Такое рас положение оксисульфидов является нежелательным для метал ла, так как усиливает склонность его к образованию трещин и
рванин при прокатке и ковке [47]. Количество алюминия, вводи мого в сталь, при котором большинство оксисульфидных вклю
чений выпадает в виде цепочек и пленок по границам зерен, называется «критическим». Это количество различно для сталей разных марок. На рис. 30 показано влияние алюминия, при саживаемого в ковш для раскисления, на количество цепочко образных включений в структуре литой стали [48].
Критическое количество алюминия составляет 800 г'/т для стали 20; 900 г/т для стали 10; 500 г/т для среднеуглеродистой стали. Количество алюминия, вводимого в металл, не должно равняться критическому и определяется требованиями, предъ являемыми к готовым изделиям. Расчет оптимального количе ства алюминия производят по вышеприведенным формулам.
В сталь для фасонного литья либо для производства катаных изделий, подвергающихся электросварке или испытаниям на ста рение, следует вводить алюминий в ковш в количестве 1—2 кг/т.
Плокингер и Розегер исследовали раскисление углероди-
5 Б. X. Хав
66 Раскисление стали
стой стали кремнием и различным количеством алюминия [49]. Они сообщают, что в случае раскисления одним кремнием или кремнием и алюминием в количестве 400 а*/т содержание неме
таллических включений в стали составляет 0,07—0,13% по весу, а сами включения получаются крупными. В случае раскисления
той же стали кремнием и алюминием в количестве 2 кг/т или одним алюминием в количестве от 1,8 до 6,5 кг/т содержание неметаллических включений в стали составляет только 0,01—
0,02%. В этом случае включения -получаются весьма мелкими
Рис. 30. Влияние алюминия, присаженного в ковш для раскисления, на количество иепочкообразных включений
вструктуре литой стали
иравномерно распределяются по высоте слитка. Авторы иссле дования делают вывод, что -введение в металл большого количе ства алюминия (до 6,5 кг/т) не только не увеличивает загряз ненность стали, а наоборот, способствует очищению ее от неме таллических включений. Это может быть объяснено тем, что в результате раскисления стали большим количеством алюминия образующиеся продукты раскисления либо состоят из чистого глинозема, либо содержат большое количество'глинозема.. Та
кие включения плохо смачиваются жидкой сталью, а поэтому легко и быстро всплывают, в результате чего металл получает ся весьма чистым по оксидным включениям. Сульфидные вклю чения измельчаются и становятся разрозненными, что снижает склонность стали к образованию горячих трещин и рванин. Эти интересные исследования показывают, что сложившиеся взгля ды на процесс раскисления стали алюминием должны быть пе
ресмотрены и норма алюминия для ряда сталей может быть
увеличена до 1,5—2,0 кг/т.
В некоторых случаях для улучшения качества металла при меняют вместо алюминия в качестве раскислителя основной стали силикокальций. В табл. 15 приведены сравнительные дан-
Раскисление спокойной мартеновской стали |
67 |
ные о браке колесного |
металла, |
раскисленного алюминием и си- |
||||
ликокальцием [50]. |
|
|
Таблица |
15 |
||
|
|
|
|
|||
Брак |
цельнокатаных колес для разных вариантов раскисления |
стали |
|
|||
|
Количество |
|
Распределение брака колес по видам, |
% |
||
|
Количество |
общий бракЧ- |
неметаллические |
|
|
|
Раскислитель раскислителя |
плавок |
пузыри |
||||
|
кг/т |
|
Н-некондиция |
включения |
||
Si Са |
1,о |
109 |
1,62 |
0,64 |
0,57 |
|
А1 |
0,3 |
216 |
4,32 |
2,98 |
3,40 |
|
В случае раскисления стали силикокальцием суммарный брак колес уменьшается.
На Макеевском металлургическом заводе им. Кирова про ведено испытание раскисления основной мартеновской стали ферроалюминием, полученным сплавлением чугуна с алюминием
в дуговой электропечи емкостью 5 т [51]. Выплавляли углероди стые стали марок Ст.5—6, трубную сталь 10 и др. Было установ лено, что применение ферроалюминия для раскисления спокой ной стали в ковше имеет следующие преимущества по сравнению с раскислением алюминием:
а) лучшее усвоение алюминия и снижение его расхода при мерно в два раза;
б) уменьшение количества неметаллических включений и
улучшение пластических свойств стали поперек волокон; в) получение более мелкого природного зерна при одинако
вом расходе алюминия (вследствие лучшего его усвоения);
г) возможность точно дозировать присадку алюминия в ковш.
Методика раскисления кислой мартеновской стали отличает ся от раскисления основной мартеновской стали. Кислая сталь содержит в 1,5—2 раза меньше водорода, чем основная. Малое содержание водорода уменьшает общую газонасыщенность ме талла, вследствие чего кислая сталь в незначительной степени склонна к образованию газовой пористости в слитках. Это поз-,
воляет отказаться от введения в кислую сталь таких больших; количеств алюминия, как в основную.
Количество алюминия, присаживаемого в кислую сталь, зави сит от типа процесса. На заводе «Красный Октябрь» длительное-
время выплавляли шарикоподшипниковую сталь в кислой мар теновской печи кремневосстановительным процессом. Для полу чения стали, чистой по неметаллическим включениям, алюминий вводили в количестве всего 70—80 г/т [52]. На заводе им. Серова ту же сталь выплавляют активным процессом. В этом случае оп тимальное количество алюминия составляет 250 г/т [53]. Количе>
*5
68 Раскисление стали
сиво алюминия, 'присаживаемого в конструкционные и углероди стые стали, выплавляемые в кислых печах, составляет 200—
300 г/т.
Вследствие низкого содержания водорода кислая сталь ме нее флокеночувствительна, менее загрязнена неметаллическими
включениями оксидного характера и обладает более высокими
пластическими свойствами в тангенциальном или поперечном направлениях, чем основная. Совершенно неверно объяснять пре имущества кислой стали ее якобы меньшей окисленностью, т. е. меньшим содержанием кислорода. Содержание кислорода в кис лой нераскисленной стали такое же, как в основной, и определя ется содержанием углерода.
В кислых мартеновских печах сейчас выплавляют только вы
сококачественную конструкционную сталь ответственного назна чения и шарикоподшипниковую сталь. Плавку ведут активным или кремневосстановительным процессом. При активном процес се кремний восстанавливается до 0,1%, а при кремневосстанови тельном—до 0,25% и выше. При ведении плавок активным про цессом заданное содержание кремния получают путем введения
вковш 45%-ного ферросилиция. Ферромарганец также вводят
вковш.
Кислые мартеновские печи сохранились сейчас только на не которых, главным образом машиностроительных заводах.
РАСКИСЛЕНИЕ КИПЯЩЕЙ И ПОЛУСПОКОЙНОЙ МАРТЕНОВСКОЙ СТАЛИ
В настоящее время кипящую сталь выплавляют с содержа нием углерода 0,02—0,27%. Из кипящей стали изготавливают ли
сты, трубы, сортовой прокат, проволоку, арматурное железо. Из делия из кипящей стали предназначены для изготовления неответ
ственных конструкций, используемых в условиях малых напряже ний и низких скоростей. Выплавляют кипящую сталь преимуще ственно в основных мартеновских печах. В слитке кипящей стали нет сосредоточенной усадочной раковины, поэтому разливают ее в изложницы, уширяющиеся книзу, без утепляющих прибыльных надставок.
Под раскислением кипящей стали следует понимать снижение содержания растворенного в металле кислорода до пределов, обеспечивающих нужную интенсивность реакций образования га зообразной окиси углерода при кристаллизации металла в излож нице. От протекания этой реакции зависит строение слитка кипя щей стали и качество готовой продукции. Обычно кипящую сталь раскисляют только марганцем, раскисляющее действие которого
проявляется преимущественно в процессе кристаллизации слит ка. На некоторых заводах для регулирования процесса кипения стали в изложницах в ковш добавляют небольшое количество алюминия, в среднем 50 г/т.
Раскисление кипящей и полуспокойной мартеновской стали |
69 |
Дробленый алюминий забрасывают на поверхность зеркала крупных слитков, ограничивая длительность кипения металла. Это дает возможность уменьшить степень ликвации элементов и хи мическую неоднородность слитка.
Основными требованиями, предъявляемыми к строению слит
ков кипящей стали, являются:
а) залегание сотовых пузырей на глубине 12—20 мм от на
ружной поверхности слитка, б) |
минимальная величина рослости |
|||||||
и отсутствие |
усадки |
голов |
|
|
||||
ной части слитка, в) не |
|
|
||||||
значительная |
|
химическая |
|
|
||||
неоднородность |
|
металла |
|
|
||||
(сегрегация серы, фосфора |
|
|
||||||
и углерода). |
|
|
|
|
|
|
||
?се перечисленные фак |
|
|
||||||
торы определяются кипени |
|
|
||||||
ем металла в изложнице. |
|
|
||||||
Установлена |
связь |
между |
|
|
||||
толщиной |
здоровой |
кор |
|
|
||||
ки слитка |
и |
величиной |
|
|
||||
рослости |
головной |
|
части |
|
|
|||
(рис.31). С увеличением |
|
|
||||||
рослости |
слитка |
глубина |
|
|
||||
залегания |
сотовых |
пузырей |
|
|
||||
уменьшается. Величина рос |
|
|
||||||
лости головной |
части |
слит |
Рис. 31. Взаимосвязь между рослостью |
|||||
ка может служить, при про |
||||||||
кипящего слитка и глубиной |
залегания |
|||||||
чих равных условиях (способ |
сотовых пузырей (цифры у |
точек — ко |
||||||
разливки, |
размер |
слитка, |
личество плавок) |
|
||||
марка стали, скорость на-
полнения изложниц), косвенным показателем для оценки глу бины залегания сотовых пузырей. Слитки кипящей стали могут давать усадку («голенище») или застывать почти без измене
ния первоначальной высоты, полученной в процессе наполнения
слитка (нормальное застывание).
Следовательно, содержание марганца в металле должно быть
таковым, чтобы сталь в изложницах кипела интенсивно, обеспе чивая застывание слитков без рослости и без усадки.
Чем выше содержание углерода в кипящей стали, тем ниже содержание кислорода, но тем не менее с увеличением содержа ния углерода реакция образования окиси углерода протекает ин тенсивнее при охлаждении металла, поступающего в изложницу.
Регулирование интенсивности кипения металла в изложнице дос тигается поддержанием концентрации марганца в стали на опре деленном уровне. В изложницах металл кипит, окисляясь кисло
родом воздуха и кислородом, растворенным в металле.