Материал: Хан Б.Х. Раскисление, дегазация и легирование стали

ных труб большого диаметра. Внутренние плены могут образо­ вываться из-за недоброкачественности инструмента, применяе­ мого при прошивке заготовок. Как правило, они возникают в местах скоплений неметаллических включений, образовавшихся в результате раскисления стали большим количеством алюми­ ния [16]. Уменьшение количества вводимого в сталь алюминия

позволяет уменьшить величину брака труб по внутренним пле­ нам.

Крупные неметаллические включения выявляются в виде пе­ сочин на обточенной поверхности бандажей, -цельнокатаных ко­ лес, на шейках осей железнодорожных вагонов, в стальном литье. Источником песочин являются экзогенные неметалличе­ ские включения, запутавшиеся в металле 'вблизи поверхности

слитков в про-цессе разливки сифоном, как результат заворота корочки, плавающей на поверхности металла. В стальном литье обнаруживаются продукты разрушения песчаных форм, обра­ зующиеся при заливке расплавленного металла. Для борьбы с песочинами в бандажной и осевой сталях рекомендуется прово­ дить разливку этих сталей с высокими температурой и скоро­ стью, обеспечив при этом необходимые условия, предотвращаю­

щие возникновение горячих трещин.

К порокам, вызываемым экзогенными включениями, относят волосовины, обнаруживаемые на поверхности рельсов. Волосо­

вины, расположенные во внутренних слоях металла и обнару­ живаемые при контроле ступенчатых образцов методом магнит­ ной дефектоскопии, вызываются эндогенными включениями.

Наличие волосовин на поверхности ответственных деталей, из­ готовляемых из конструкционной стали, не допускается. При горячей штамповке таких деталей на поверхность изделия могут выходить сердцевинные слои слитка, наиболее загрязненные не­

металлическими включениями. В результате на чистовой по­ верхности обработанных деталей выявляются волосовины. Чем больше алюмосиликатных включений, характеризуемых общим содержанием кислорода, содержится в стали, тем выше брак деталей по волосовинам. С увеличением содержания кислорода в хромоникельмолибденовой стали с 0,004% до 0,007% брак возрастает с 20 до 100% [17]. Метод магнитной дефектоскопии ступенчатых образцов не дает объективной оценки качества ме­ талла. Для установления зависимостей между качественными

показателями и технологией производства стали иногда целесо­ образно производить стопроцентный контроль деталей, изготов­ ляемых из металла данной плавки.

Неметаллические включения различного типа неравномерно распределены по слитку. Количество и размер всех типов вклю­ чений возрастают от периферии к центру слитка. В нижней части

слитка содержится большее количество алюмосиликатных вклю­ чений, а в верхней—оксисульфидных, выделяющихся при кри­ сталлизации стали. На рис. 19 показано распределение включе­

ний различных типов в слитке шарикоподшипниковой стали ве­ сом 2,6 т. Оценку загрязненности производили в баллах на шли­ фах, отбираемых от штанг диам. 45 мм [18]. Аналогично рас­

пределяются включения в слитках других сталей. В связи с не­

равномерным распределением включений в слитке качество де­ талей, изготовленных из различных частей слитка, различно

'I I

53 i

£

s t

Рис. 19, Распределение неметаллических включе­ ний по высоте слитка стали ШХ15 весом 2,6 7.

Шлифы от штанг диам. 45 мм.:

1 — алюмосиликаты; 2 — оксисульфиды

При изготовлении шатунов для двигателей внутреннего сгора­ ния из хромоникельмолибденовой стали брак .по волосовинам составил для верха слитка 1%, для середины слитка — 1,6%, для нижней части слитка — 8,8% [17]. В некоторых случаях кон­

тролируют чистоту внутренней поверхности изделий. В этом слу­ чае также не удается установить четкой связи между отбраков­ кой деталей по волосовинам, результатами контроля металла методом магнитной дефектоскопии и оценкой загрязненности стали неметаллическими включениями по эталонным шкалам.

Наличие неметаллических включений в шарикоподшипнико­ вой стали является причиной преждевременного разрушения и выхода из строя подшипников качения. Неметаллические вклю-

ми, где зарождаются трещины, вызывающие разрушение шари­

ка или кольца подшипника; при этом происходит так называе­ мое шелушение металла. Особенно вредное влияние на службу подшипников качения оказывают крупные включения глинозема и алюмосиликатов и сульфидные и оксисульфидные включения, деформирующиеся при прокатке и ковке. На рис. 20 показано влияние загрязненности шарикоподшипниковой стали неметал­ лическими включениями, определенной методом подсчета, на предел усталости, число ударов до разрушения и износ при тре­

нии качения. С увеличением загрязненности стали уменьшается

предел усталости и число ударов до разрушения; износ при этом остается без изменения. На рис. 21 показано влияние загрязнен­

ности шарикоподшипниковой стали включениями, определенной методом подсчета, на пластичность, прочность и ударную вяз­ кость С увеличением загрязненности стали включениями ухуд­ шаются как прочностные, так и пластические свойства [19]. По­ лучение шарикоподшипниковой стали с минимальной засорен­

ностью неметаллическими включениями и на сегодняшний день

остается весьма актуальной и в то же время трудно разрешимой

задачей.

Неметаллические включения, содержащиеся в трансформа­

торной стали, ухудшают ее электротехнические характеристики. На рис. 22 показано влияние содержания кислорода, характе­ ризующего количество включений, на электротехнические свой­ ства трансформаторной стали [20]. С увеличением содержания кислорода уменьшается начальная и максимальная магнитная проницаемость, повышается коэрцитивная сила и потери на гистерезис, а следовательно, возрастают ваттные потери.

Повышенное содержание неметаллических включений яв­

ляется причиной возникновения межкристалличеокого излома металла. В большинстве случаев границы аустенитных зерен обладают большей прочностью, чем плоскости легчайшего сдви­ га внутри зерен, потому в обычных условиях разрушение добро­

качественного металла происходит по телу зерен, давая так на­

зываемый вязкий излом.

При исследовании межкристалличеокого излома, связанного с хрупкостью и пониженной прочностью металла, удалось обна­ ружить, что причиной этого явления являются скопления неме­ таллических включений, имеющих форму пластинок и представ­

ляющих собой сложные силикаты.

Включения, содержащие сульфиды, являются очагами, в ко­ торых начинается процесс ржавления и коррозии металла.

В некоторых случаях кислород и неметаллические включения придают металлу полезные свойства. При механической обра­ ботке стали на станках большое значение имеет ее обрабаты-

ваемость. Для улучшения обрабатываемости к стали добавля­ ют серу и фосфор. Сульфидные и фосфидные включения прида­

ют металлу хрупкость и стружка легко обламывается. Содержа­ ние серы в автоматной стали достигает 0,2%; в гаечной стали

Содержание кислорода, %

Рис. 22. Влияние содержания кислорода на магнитные свойства трансформаторной стали:

р.о и НмаКс —начальная и максимальная магнитная проницае­ мость, ecjapCT', Нс — коэрцитивная сила, эрст; Wh — потери на

гистерезис, эрг/см5

ПОДГОТОВКА ВАННЫ К РАСКИСЛЕНИЮ

При выплавке стали в основных мартеновских печах подго­

товка ванны к раскислению начинается после проведения пе­ риода рудного кипения и удаления из металла фосфора и части

углерода. Подготовка ванны к раскислению заключается не в достижении минимально возможного содержания кислорода в металле к моменту раскисления, а в удалении из металла серы, нагреве его до высокой температуры, получении шлака надле­ жащих вязкости и химического состава (основности и содержа­

ния окислов железа).

Во время плавки происходит кипение металла и выгорание

из стали углерода, конечное содержание которого определяется маркой выплавляемой стали.

Вслучае выплавки стали в электропечах окисление углерода производится введением в печь окислителя (железной руды или кислорода), так как атмосфера электропечей не является окис­ лительной по отношению к металлу. В нужный момент окисле­ ние прекращают, окислительный шлак убирают из печи и при­ ступают к раскислению металла.

Вконвертерах окислителем является воздух или чистый кис­ лород. Реакция окисления углерода в конвертерных процессах

пературы и получении сформировавшегося шлака этот процесс протекает самопроизвольно, в результате поступления кислоро­

да к ванне из печной атмосферы. Самопроизвольное кипение ванны в мартеновском процессе выделяют в особый период, на­

зываемый периодом чистого кипения. Началом этого периода принято считать закипание ванны ровным пузырем на 2/3 всей

поверхности ванны. Кипение вызывает интенсивное перемеши­ вание металла и шлака, в результате чего ускоряется теплопе­

редача от факела к ванне и выравнивается состав и температу­ ра металла. Без этого мартеновский процесс был бы невозмо­

жен и нерентабелен. В последние годы для интенсификации мар­ теновского процесса применяют кислород, продувая им жидкий металл или вводя его в факел для улучшения условий сжигания топлива и повышения окислительной способности печей.

Для образования пузырьков в объеме жидкой стали соглас­ но уравнению, данному Н. Н. Доброхотовым [21], необходимо,

чтобы давление газов, находящихся внутри пузырька, было больше суммы атмосферного давления и давления, создаваемого

пузырьком, см;

а —поверхностное натяжение жидкой стали, дин!см-,

г—радиус образующегося пузырька, см.

0,001 см давление в нем на глубине 0,5 м в <момент зарождения должно быть около 8 кг/см2. В момент зарождения пузырьков их размеры, по-видимому, еще меньше, а требуемое давление внутри во много раз больше. Отсюда становится понятным, что вероятность образования пузырьков в объеме металла ничтожно

ошлакованной подине ме­ талл кипит хуже, чем на .новой, имеющей много шероховатостей и углублений, на которых легко происходит зарождение пузырь­ ков окиси углерода. Однако и в этом случае металл должен быть в некоторой степени пересыщен углеродом и кислородом, т. е. при данном содержании углерода концентрация кислорода в металле

должна быть выше равновесной. На рис. 23 показана зависи­

мость между содержанием углерода и кислорода в жидкой ста­

ли. Кривая 1 характеризует соотношение между этими элемен­

тами при равновесии с окисью углерода для случая Рсо= 1 ата,

а кривая 2—в условиях мартеновской плавки. Аналогичная за­ висимость сохраняется и в окислительный период электро-

плавки.

С уменьшением содержания углерода в жидкой стали по­ вышается содержание кислорода.