208 Легирование стали
таком методе легирования используется энергия струи жидкой
стали, падающей в ковш, которая расходуется на размывание ферросплавов и на перемешивание металла в ковше, что обес печивает равномерность его состава.
Во время изучения этого метода легирования стали введение
ферросплавов начинали при наполнениии ковша металлом при мерно на одну треть и заканчивали до появления шлака. Ковш с 'Металлом перед разливкой выдерживали в течение 10—15 мин.
Суммарное количество феррохрома, силикомарганца, ферросили ция и ферромарганца, добавленных в ковш, составляло 2—2,5%
от веса плавки. Такое количество ферросплавов незначительно
охлаждает металл и позволяет производить разливку по сущест вующим нормам. Пробы для определения химического состава металла отбирали после наполнения каждого сифона, т. е. через каждые 5—7 мин.
Изменение состава металла по ходу разливки в случае рас
кисления и легирования в ковше характеризуют данные табл. 61.
|
|
|
|
|
|
Таблица 61 |
|
|
Химический состав металла во время разливки |
|
|||||
Марка |
Садка |
Длитель |
|
|
Содержание элементов, % |
|
|
ность |
№ сифона |
|
|
|
|
||
стали |
печи |
выдержки |
|
|
|
|
|
в ковше |
|
с |
Мп |
Si |
Сг |
||
|
|
мин. |
|
||||
40Х |
120 |
15 |
I |
0,38 |
0,69 |
0,30 |
0,93 |
|
|
|
II |
0,38 |
0,69 |
0,29 |
0,92 |
|
|
|
III |
0,38 |
0,70 |
0,30 |
0,93 |
|
|
|
IV |
0,38 |
0,70 |
0,30 |
0,93 |
|
|
|
V |
0,38 |
0,70 |
0,30 |
0,93 |
40ХН |
50 |
10 |
I |
0,45 |
0,62 |
0,31 |
0,62 |
|
|
|
II |
0,45 |
0,63 |
0,30 |
0,61 |
|
|
|
III |
0,46 |
0,62 |
0,31 |
0,61 |
|
|
|
IV |
0,46 |
0,62 |
0,28 |
0,60 |
40Х |
40 |
8 |
I |
0,37 |
0,66 |
0,28 |
0,87 |
|
|
|
II |
0,38 |
0,68 |
0,26 |
0,87 |
|
|
|
III |
0,37 |
0,68 |
0,25 |
0,87 |
|
|
|
IV |
0,38 |
0,68 |
0,26 |
0,88 |
В наших опытах от момента введения ферросплавов до нача ла разливки проходило 15—25 мин. За это время ферросплавы,
введенные в ковш, успевали не только расплавиться, но и равно мерно распределиться по всему объему металла, вследствие чего состав металла в конце и в середине разливки был такой же, как на первом сифоне. Отличие между максимальным и минималь
Растворение ферросплавов в жидкой стали при раскислении и легировании 209
ным содержаниями основных элементов в пробах металла, отоб ранных в различные периоды разливки, колебалось в пределах
0,02—0,03%.
Следовательно, твердые ферросплавы, введенные в ковш для раскисления и легирования стали в количестве до 2,5% от веса плавки, полностью расплавляются и равномерно распределяют ся по всему объему жидкого металла в течение выпуска и вы держки в ковше за 15—20 мин. Полученный на первом сифоне состав металла является окончательным и в дальнейшем во вре мя разливки не изменяется. На некоторых плавках в конце раз ливки наблюдаются обычные колебания химического состава металла; причина этого — взаимодействие металла со шлаком. Приведенные данные справедливы для всех углеродистых ста
лей, хромистых сталей с содержанием хрома до 1 % и низколеги рованных сталей со средним суммарным содержанием марганца,
кремния и хрома до 2%.
В случае раскисления и легирования стали в ковше тверды ми ферросплавами необходимо, чтобы металл к выпуску имел
температуру не ниже 1GO0—1620°. Размер кусков ферросплавов не должен превышать 100—150 мм в поперечнике. Желательно для введения ферросплавов иметь бункеры, обеспечивающие по степенное равномерное сбрасывание ферросплавов в ковш.
Раскисление и легирование стали, выплавляемой в дуговых печах, производят обычно в восстановительный период плавки. В соответствии с принятой технологией выплавки стали восста новительный период плавки в основных электропечах продолжа ется 1,5—2 часа. За это время ферросплавы, введенные в жид кий металл, расплавляются полностью, даже если их количест во составляет 15—20% от веса плавки, как это имеет место при
выплавке высоколегированных сталей. После введения ферро сплавов в электропечь ванну перемешивают вручную при помо
щи металлических гребков и мешалок и только после этого от бирают пробу для определения химического состава металла. Перемешивание гребками не обеспечивает, однако, полной рав номерности состава металлической ванны, особенно при выплав ке высоколегированных сталей. Вследствие неодинаковой темпе ратуры в различных местах ванны (в результате перегрева ме талла в зоне горения дуг) и отсутствия в восстановительный период электроплавки перемешивания металла легирующие элементы распределяются неравномерно.
Физико-химический процесс растворения ферросплавов в ду говых печах по своей природе не отличается от аналогичного
процесса, происходящего при выплавке стали в мартеновских печах. Расплавление ферросплавов в электропечах происходит за счет тепла, выделяемого при горении дуг и не связано с по терей легирующих элементов в результате окисления, так как
14 Б. X. Хан.
210 Легирование стали
легирование электростали производят ib период рафинировки с последующим восстановлением шлака порошкообразными рас кислителями.
ЛЕГИРОВАНИЕ МАРТЕНОВСКИХ СТАЛЕЙ
В мартеновских печах выплавляют основное количество ле гированной и низколегированной стали. Общее содержание ле гирующих элементов в сталях, выплавляемых в мартеновских печах, обычно не превышает 5%. При выплавке легированной стали в мартеновских печах имеются определенные трудности
(которых нет при выплавке обычной углеродистой стали), свя
занные с получением заданного химического состава стали, с
нагревом металла к выпуску до надлежащей температуры, обес печивающей успешное проведение легирования и разливки ста ли. Легированные стали в большей степени, чем углеродистые, склонны к образованию различных пороков металла, таких, как трещины на слитках, рванины на катаных заготовках, волосо вины на поверхности проката и готовых изделий, а также дефек тов, вызываемых присутствием в стали водорода (флокены, ши ферный излом, свищи и пузыри). Поэтому производство легиро
ванной стали требует от сталеплавильщика внимательности, соз нательного исполнения всех пунктов принятой технологической инструкции, а также изыскания новых технологических приемов ведения плавки с целью сокращения ее длительности, снижения
себестоимости и улучшения качества выплавляемой стали. В современных мощных мартеновских печах с успехом выплавля ют легированные стали разнообразных сортов, причем длитель
ность плавки этих сталей почти не отличается от длительности
плавки обычных углеродистых сталей.
Шихту для выплавки легированной стали выбирают в зави симости от типа выплавляемой стали. Например, при выплавке хромоникелевой стали шихту составляют из отходов этой стали.
При выплавке стали, в состав которой входит молибден, шихту составляют из отходов молибденсодержащей стали. Отходы хромистой стали используются в качестве шихты для выплавки
сталей, в которых содержится хром. Мастер и сталевар учиты вают химический состав шихты, заваливаемой в печь, и прини мают необходимые меры для успешного проведения периода плавления, процессов обесфосфоривания и обессеривания ме
талла, а в случае необходимости снижают содержание хрома в металле до заданных пределов
В сравнении с обычными углеродистыми сталями, легирован ные стали содержат меньше серы и фосфора. Поэтому в шихте,
предназначенной для выплавки таких сталей, не должно быть отходов с. высоким содержанием серы и фосфора. При плавке
Легирование мартеновских сталей |
21V |
качественной стали шлак удаляют из печи и наводят |
новый из |
свежеобожженной извести, добиваясь снижения содержания фосфора и серы в стали до 0,02%. Необходимым условием вып
лавки легированной стали в мартеновских печах является вы сокая температура на протяжении всей плавки. При высокой температуре быстрее .протекают (процессы шлакообразования,
а следовательно, полнее и скорее происходит обесфо-сфоривание
иобессеривание стали; быстрее растворяются ферросплавы, присаживаемые в металл для раскисления и легирования; ин тенсивнее протекает выгорание углерода и перемешивание жид
кого металла в печи; успешнее происходит разливка стали по из
ложницам, меньше металла теряется в виде настылей на дне ковша, центровых и желобе. В основных чертах технологический процесс проведения завалки, плавления, полировки и кипения
плавки легированной стали не отличается от плавки обычной углеродистой стали.
Все элементы, которые вводят в сталь с целью легирования,
можно разделить на легкоокисляюшиеся (Al, Ti, Si, В, V, Мп),
служащие одновременно раскислителями металла, слабоо-кис-
ляющиеся (Сг, W) и совершенноне окисляющиеся в процессе плавки (Ni, Мо, Си). В зависимости от поведения легирующих
элементов выбирают порядок введения их в сталь с целью по
лучения заданного химического состава металла. При этом не обходимо учитывать величину угара каждого элемента.
При выплавке легированных сталей в мартеновских печах
величина угара раскислителей и методы введения их в металл
остаются такими же, как при выплавке простых углеродистых сталей. Ванадий, титан, бор обычносодержатся в стали в не
значительных количествах, и ферросплавы, содержащие эти эле1
менты, вводят в ковш во время выпуска плавки. Титан и бо-р вы горают при этом на 50—60% и их надо вводить в сталь, полно стью раскисленную кремнием, алюминием и марганцем, предо храняя таким образом от взаимодействия с кислородом шлака и металла. Легирование стали кремнием производят в ковше. Чем выше заданное содержание кремния в выплавляемой ста ли, тем более высокопроцентный ферросилиций применяют для
легирования металла. При заданном содержании кремния в ста
ли до 0,5% применяют обычно 45%-ный ферросилиций; при со держании кремния до 1,5%—75%-ный; при более высоком за
данном пределе содержания кремния — 90%-ный. Если в ковш добавляют большое количество ферросилиция, его предвари тельно подогревают газовой горелкой или форсункой до 300— 400°, хотя это не вызывается необходимостью, так как добавки ферросилиция не охлаждают металл. Легирование стали мар ганцем следует производить в ковше. Мартеновские цехи, в ко торых все еще ферромарганец вводят в печи, должны быстрее
*14