Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Производство конструкционных сталей

Хромоникелевые и хромоникельмолибденовые стали.
Производство конструкционных хромоникелевых и хромоникельмолибденовых сталей проводят на свежей шихте и переплавом.

При выплавке с полным окислением шихта состоит из отходов хромомолибденовых, хромоникельмолибденовых, хромомарганцевомолибденовых и углеродистых сталей. Чтобы предотвратить значительные потери хрома с окислительным шлаком и образование густого хромистого шлака, шихтовку составляют из расчета получения по расплавлении не более 0,40% Сr. Это ограничивает возможность использования большого количества легированных отходов, поэтому в металл приходится дополнительно вводить никель, молибден и хром.

Шихтовку рассчитывают таким образом, чтобы в окислительный период была возможность окислить 0,30—0,40% С. Никель и ферромолибден (или закись никеля и молибдат кальция) обычно дают в завалку. Высокую окислительную способность окиси никеля иногда используют для окисления углерода, присаживая ее в начале окислительного периода.

Производство конструкционной стали ряда марок этой группы (20Х, 40Х, 40ХН и др.) можно проводить без восстановительного периода, используя описанную технологию в статье "методы плавки стали в дуговых печах".

Конструкционная сталь
Рисунок.1 Конструкционная сталь

При производстве конструкционных сталей с восстановительным периодом феррохром присаживают в ванну сразу после скачивания окислительного шлака перед введением шлакообразующих.

Рафинирование металла целесообразно начинать с предварительного глубинного раскисления металла сильными раскислителями (кремнием, алюминием или комплексными сплавами), присаживаемыми на зеркало металла. После этого наводят восстановительный известковый шлак, который с самого начала интенсивно обрабатывают и углеродом, и кремнием.

На некоторых заводах по традиции еще сохранилась технология с длительным диффузионным раскислением. В этом случае восстановительный период начинают с наведения шлака, который сначала раскисляют углеродом, а затем кремнием. Конструкционные стали, содержащие др 0,25% С, рафинируют под белым шлаком, а при производстве сталей с более высоким содержанием углерода возможно использование карбидных шлаков. Во второй половине восстановительного периода карбидный шлак обязательно переводят в белый.

Как уже отмечалось, такая технология раскисления, не имея заметных преимуществ в отношении качества получаемого металла, требует в то же время длительного пребывания металла в дуговой сталеплавильной печи, что ухудшает технико-экономические показатели работы агрегата.

К концу восстановительного периода шлак должен содержать не более 0,40% закиси железа и не менее 55% окиси кальция, а конструкционная сталь должна быть хорошо раскислена. Достаточное раскисление характеризуется спокойным затвердеванием металла в стаканчике с образованием хорошо заметной усадки.

За 2—3 минуты до выпуска в металлическую ванну вводят на штанге (алюминий в количестве 0,5—0,6 кг/т при производстве конструкционных среднеуглеродистых сталей и 0,7—0,8 кг/т при выплавке малоуглеродистых сталей. Выплавку методом переплава целесообразно проводить с применением газообразного кислорода. В этом случае шихта должна состоять на 60—75% из отходов выплавляемой стали или стали близких к ней марок стали, остальное — углеродистые отходы. В завалку вводят также 2—3% извести. В конце плавления ванну продувают кислородом так, чтобы окислить не менее 0,20% С. По достижении необходимого содержания углерода продувку прекращают и окислительный шлак скачивают. Рафинирование проводят, как и на плавках с полным окислением.

Заметное улучшение качества конструкционных сталей, может быть получено при внепечной дегазации и при обработке металла в ковше жидким синтетическим шлаком. При таком способе уменьшается содержание в металле газов, серы и неметаллических включений, что благоприятно отражается на пластических характеристикax конструкционной стали и значительно повышает изотропность свойств металла (отношение значений свойств в поперечных и продольных образцах).

Технология производства конструкционных сталей - хромовольфрамовые стали

Производство конструкционных хромовольфрамовых сталей проводят как с полным окислением, так и переплавом. Нужно иметь в виду, что многократный переплав легированных отходов стали типа 18Х2Н4ВА приводит к ухудшению качества металла, в частности к снижению механических свойств в поперечных образцах. При контроле излома металла, полученного на таких плавках, чаще встречаются дефектные участки со своеобразным мелкозернистым строением более светлого оттенка по сравнению со здоровым металлом.

Этот вид дефекта, называемый «площадками», образуется по местам слабины вдоль направления прокатки. Установлено, что «площадки» образуются при повышенном содержании окислов и нитридов титана. При многократном переплаве, особенно с использованием титаносодержащих отходов, количество этих включений в металле увеличивается. Переплав отходов с частичным окислением газообразным кислородом предотвращает накопление в металле азота. Ухудшения качества металла в этом случае не наблюдается. Тем не менее для ответственных заказов конструкционная сталь 18Х2Н4ВА выплавляется преимущественно с полным окислением.

Шихтовку из отходов углеродистых сталей, чугуна и никеля осуществляют так, чтобы по расплавлении содержание углерода в металле было не менее 0,60%. Для раннего формирования шлака по ходу плавления в ванну присаживают 1,0—1,5% извести. После полного расплавления шихты шлак частично скачивают и обновляют, а в хорошо нагретую ванну присаживают железную руду. В окислительный период корректируют содержание в металле никеля. В конце окислительного периода температура металла должна быть несколько выше температуры выпуска. Содержание углерода в металле должно составлять 0,09—0,11%, фосфора — не более 0,010%.

По классическому варианту диффузионного раскисления, еще применяемому на некоторых заводах, восстановительный период производства конструкционной стали 18Х2Н4ВА начинают с введения присадок на вновь наведенный шлак порошка кокса с последующим (спустя 30—50 мин) раскислением ферросилицием. В начале восстановительного периода присаживают ферровольфрам, а после значительного раскисления шлака — феррохром. После феррохрома присаживают сплав АМС.

Более прогрессивной является технология плавки с глубинным раскислением металла в начале восстановительного периода. По этой технологии в начале восстановительного периода в ванну присаживают сплав АМС (3 кг/т), ферровольфрам, феррохром и шлакообразующую смесь из извести, плавикового шпата и шамотного боя (3,0—3,5%). На расплавленный шлак присаживают порошок кокса. Чтобы предупредить науглероживание металла, шлак необходимо поддерживать в жидкотекучем состоянии присадками плавикового шпата.

После просветления шлак раскисляют молотым 75%-ным ферросилицием (4,5—5,5 кг/т), присаживаемым в несколько приемов. Заканчивается рафинировка под белым шлаком, рассыпающимся при охлаждении в белый порошок.

Перед выпуском стали в металл вводят на штанге алюминий в количестве 0,5—0,6 кг/т. Сразу после алюминия в ванну присаживают ферротитан (из расчета введения 0,06—0,07% Ti), который, связывая азот и измельчая зерно, улучшает механические свойства стали. Во время выпуска после наполнения 1/3 ковша под струю металла вводят силикокальций (примерно 1 кг/т). Этим достигается уменьшение загрязненности стали строчечными включениями глинозема и некоторое улучшение механических свойств ее (главным образом ударной вязкости). Кроме того, при раскислении силикокальцием конструкционная сталь получается более жидкотекучей, в результате чего улучшается поверхность слитка.

При производстве конструкционной стали 18Х2Н4ВА методом переплава шихту составляют из отходов хромоникелевых сталей (60—70%), углеродистых отходов с низким содержанием фосфора, ферромолибдена и никеля. Содержание углерода в шихте должно быть таким, чтобы по расплавлении его содержание в металле было не менее 0,25%; при этом во время окисления можно окислить 0,15—0,16% С. Содержание никеля должно соответствовать нижнему пределу в готовом металле; а хром шихтуют, ориентируясь на его среднее содержание. Ферромолибден можно вводить в завалку или присаживать в конце плавления.

По окончании продувки ванны кислородом шлак скачивают начисто. Рафинировку проводят так же, как и при выплавке методом с полным окислением.

Стали, содержащие алюминий.

Условия производства конструкционных сталей, легированных алюминием, в значительной мере определяются образованием в них специфических дефектов. К ним относят пятнистую ликвацию, грубое шиферное строение излома, повышенное загрязнение неметаллическими включениями и волосовинами. Хромоалюминиевым сталям свойственно и низкое качество поверхности слитков и заготовок, что объясняется повышенной вязкостью их в жидком состоянии и плохими литейными свойствами. При разливке зеркало поднимающегося металла бывает покрыто пленками окислов и корками, ухудшающими поверхность слитков.

Установлено, что пятнистая ликвация и шиферный излом в значительной степени вызываются образованием при кристаллизации стали нитридов алюминия и ванадия. Поэтому технология выплавки этих сталей строится таким образом, чтобы обеспечивалась высокая степень рафинирования от образующихся при введении алюминия окисных включений и ограничивалась возможность выделения нитридов при охлаждении стали в изложницах.

Конструкционные стали этой группы выплавляют преимущественно с полным окислением. Окислительный период проводят без существенных изменений обычной технологии. Окисление заканчивают при содержании углерода 0,17—0,20%, фосфора не более 0,015%.

В начале восстановительного периода шлак обрабатывают коксом и порошком ферросилиция. Феррохром присаживают в раскисленный металл. Легирование алюминием проводят в дуговой печи после полного удаления шлака. Если шлак не удалять, то алюминий восстанавливает кремнезем шлака, в связи с чем возникает трудность в получении металла необходимого состава.

Чушковый алюминий вводят на поверхность металла, и ванну выдерживают при выключенном токе до полного расплавления алюминия. После чего из извести и плавикового шпата заводят шлак. Для расплавления шлака и подогрева металла печь включают на 15—20 мин, после чего металл сливают.

Если в металле должен содержаться и ванадий, то феррованадий присаживают после легирования алюминием.

Образующийся после этого печной шлак (25—30% Аl2O3, 50— 60% СаО, 8—10% MgO, 0,05—1,0% FeO и 1,5—2,0 SiO2) по своим физико-химическим свойствам приближается к известково-глиноземистому синтетическому шлаку и обладает высокой рафинирующей способностью. Выдержка металла в дуговой сталеплавильной печи под таким шлаком и обработка им жидкого металла в ковше во время выпуска плавки обеспечивает снижение в 2—3 раза содержания серы и удаление большей части неметаллических включений.

Пораженность легированной алюминием конструкционной стали дефектом, носящим название «пятнистой ликвации», уменьшается, если в металле содержится сравнительно мало азота и при кристаллизации отсутствуют условия для выделения нитридов. Поэтому стали этой группы целесообразно выплавлять в электропечах большой емкости (при этом содержание азота в металле будет несколько ниже) и разливать в сравнительно небольшие изложницы (в этом случае в меньшей мере развиваются ликвационные процессы). Для получения удовлетворительной поверхности слитков металл при разливке необходимо защищать от воздействия атмосферы.
Стали, содержащие кремний (30ХГСА).

В электропечах выплавляют хромокремнистомарганцовистые, хромокремнистые и другие легированные кремнием конструкционные стали ответственного назначения, из которых изготавливают детали самолетов, трубы переменного сечения и другие ответственные изделия.

Конструкционные стали содержащие кремний выплавляют как с полным окислением, так и методом переплава. Окислительный период плавки для рассматриваемых сталей бывает обычным.

Восстановительный период начинают с присадки на голое зеркало металла силикомарганца, феррохрома и комплексных сплавов (например силикохрома). После присадки ферросплавов наводят известковый шлак, раскисляемый одновременно порошками 75%-ного ферросилиция и кокса.

За 3—4 мин до выпуска металла из печи в него присаживают алюминий. При повышенном содержании алюминия в стали могут появиться дефекты излома — «сколы», возникновение которых обусловлено выделением по границам зерна нитридов алюминия. Поэтому при производстве конструкционной стали 30ХГСА и 30ХГСНА в заготовках крупного сечения присадки алюминия не должны превышать 0,5 кг/т. Поскольку, однако, повышенная присадка алюминия (до 1 кг/т) уменьшает поражение этой стали волосовинами, при производстве профилей сечением менее 150x150 мм, когда вследствие значительных обжатий в процессе прокатки пленки нитридов разрушаются, количество присаживаемого алюминия может быть увеличено.

Во время выпуска в ковш присаживают силикокальций в количестве 2—3 кг/т.

Существенно улучшить качество металла типа конструкционной стали 30ХГСА можно обработкой плавки в ковше жидкими синтетическими шлаками. После такой обработки содержание серы в готовом металле может быть уменьшено до 0,005%; значительно уменьшается загрязненность стали неметаллическими включениями, улучшаются пластические свойства на поперечных образцах, уменьшается поражение волосовинами. При этом, однако, следует учитывать, что обработка кремнийсодержащих сталей синтетическим шлаком сопровождается заметным восстановлением из шлака алюминия.

Источник [4] → список литературы.


Вернуться в начало раздела: Плавка стали в открытых электропечах
Вернуться на главную: Черная металлургия