Технические науки-1

                                                        Дробот А. В.

Днепропетровский национальный университет им. О.Гончара

Влияние рафинирующих переплавов на газонасыщенность, загрязненность вредными примесями и технологические свойства стали СП28 открытой дуговой выплавки.

 

         В качестве объекта исследования использован серийный промышленный металл.

         Исходную электродуговую плавку (ОДВ) стали СП28 выплавили по действующей технологии (инструкция ТИ-Э3-26-62) в основной дуговой печи емкостью 10 т. Нагрев и ковку слитков на электроды для ЭШП (электрошлаковый переплав), ВДП (вакуумно-дуговой переплав), ВДП+ВФП (двойной вакуумно-дуговой переплав) производили в молотовом отделении по инструкциям МЦ-1-65 и МЦ-5-65.

         Электрошлаковый переплав (ЭШП) электродов сечением 210х210 мм производили на однофазной печи с кристаллизатором Ø420 мм по инструкции ТИ-ЭШ-1-65.

         Вакуумно-дуговой и двойной вакуумно-дуговой переплавы производили по инструкции ВД-11-67 и ВД-3-68.

         Ковку слитков производили на прутки Ø150 мм. Степень укова для слитков ОДВ-7, ЭШП-7,6, ВДП и ВД+ВДП-7,1. Из слитков и прутков Ø150 мм отобраны образцы для исследования газонасыщенности, загрязненности вредными примесями и технологических свойств стали СП28.

         Содержание газов (кислорода, водорода, азота) определяли методом вакуумплавления на экскалографе  «Бальцерс».

         Количество вредных примесей (сурьмы, олова, свинца, мышьяка, висмута) определяли путем фотокалориметрического анализа проб.

         Важным критерием оценки технологических свойств металла является пластичность при горячей деформации.

Пластичность стали СП28 определяли в интервале температур 850о –1250оС через 50оС методом кручения образцов. На каждую точку испытывали по 5 образцов. Образцы диаметром 8 мм и рабочей длиной 40 мм испытывали на кручение на машине, обеспечивающей постоянство скорости вращения активного захвата и исключающей продольное перемещение образца при испытании. Образец нагревали в электропечи, смонтированной на машине и нагретой до заданной температуры в течение 15 минут.

Пластичность металла оценивали количеством оборотов активного захвата до разрушения образца.

 Установлено, что рафинирующие переплавы уменьшают содержание газов: кислорода – ЭШП на 33%, ВДП – на 71%, ВДП+ВДП – на 90%; водорода – ЭШП – на 31%, ВДП – на 48%, ВДП+ВДП – на 56%; азота – ЭШП – на 20%, ВДП – на 56%, ВДП+ВДП – на 77%. Влияние способа выплавки на содержание газов в деформированном металле имеет ту же зависимость, что и в литом.

         Анализ результатов исследования показал, что общая газонасыщенность металла ОДВ после рафинирующих переплавов уменьшается при ЭШП на 26,9%, при ВДП на 62,7%, при ВДП+ВДП на 81,5%.

         Установлено, что рафинирующие переплавы уменьшают содержание серы в металле ОДВ: при ЭШП на 51,2%, при ВДП на 11,2%, при ВДП+ВДП на 21,2%. На содержание фосфора в металле ОДВ рафинирующие переплавы влияния не оказывают, что находится в соответствии с литературными данными [1,2].

         Рафинирующие переплавы позволяют снизить в металле ОДВ содержание: мышьяка – на 5% (ЭШП), на 50% (ВДП) и на 75% (ВДП+ВДП);

свинца – на 16,6% (ЭШП), на 50% (ВДП) и на 66,6% (ВДП+ВДП);

олова – на 8,3% (ЭШП), на 58,3% (ВДП) и на 66,8% (ВДП+ВДП);

сурьмы – на 3% (ЭШП), на 57,5% (ВДП) и на 63,6% (ВДП+ВДП);

висмута – на 20% (ЭШП), на 60% (ВДП) и на 80% (ВДП+ВДП).

         Общая загрязненность металла ОДВ вредными примесями при рафинирующих переплавах уменьшается при ЭШП на 10,1%, при ВДП на 45%, при ВДП+ВДП на 61,8%.

         Влияние способа выплавки на загрязненность вредными примесями деформированного металла имеет ту же зависимость, что и в литом. Рафинирующие переплавы повышают пластичность при горячей деформации во всем исследуемом интервале температур. Так при 900оС литой металл ЭШП в 2 раза пластичнее ОДВ, ВДП – в 3 раза, ВДП+ВДП – в 4 раза. Значительное повышение пластичности при низких температурах металла после рафинирующих переплавов можно объяснить уменьшением загрязненности неметаллическими включениями и вредными примесями.

         Неметаллические включения имеют другие коэффициенты теплового расширения по сравнению с аустенитной матрицей. Вследствие этого вокруг крупных неметаллических включений создается локализованное поле напряжений, значения которых превышают предел прочности и обуславливают возникновение надрывов в матрице.

         Повышенная пластичность металла ВДП и ВДП+ВДП по сравнению с металлом ЭШП объясняется более полным очищением его от кислородных включений. Кислородные включения , как концентраторы напряжений, являются более опасными при горячей деформации, чем другие неметаллические включения.

         При температурах 1200о – 1250оС металл ЭШП имеет более высокую пластичность по сравнению с металлом ВДП и ВДП+ВДП. Это объясняется тем, что при ЭШП достигается более полная очистка металла ОДВ от сульфидов, около которых в этом интервале температур появляется жидкая фаза.

         Результаты исследования деформированного металла показывают, что и в этом случае рафинирующие переплавы увеличивают пластичность металла при горячей деформации. Сравнение результатов исследования литого и деформированного металла показывает, что предварительная деформация повышает пластичность при горячей деформации.

         Рафинирование металла ОДВ от серы при ЭШП происходит в результате взаимодействия сульфидов с компонентами шлака [3-5].

         Удаление газов из металла ОДВ происходит в результате осевого или радикально-осевого роста кристаллов слитка ЭШП.

         Рафинирование металла ОДВ при ВДП и ВДП+ВДП происходит в результате дегазации и испарения примесей с открытой поверхности жидкого металла [2]. Примеси цветных металлов испаряются из-за того, что они имеют более высокую упругость паров в вакууме, чем железо [1,6]. В вакууме повышается раскисляющая способность углерода, что создает возможность восстановления неметаллических включений, находящихся в металле ОДВ [7].

         Обогащенные фосфором места имеют повышенную легкоплавкость. Фосфор сообщает стали склонность к возникновению хрупкого излома, вследствие чего заметно повышается порог хладноломкости. Особо следует отметить, что фосфор повышает чувствительность к отпускной хрупкости даже при самых малых количествах. Фосфор повышает склонность к трещинообразованию в сварных соединениях. Свинец в стали практически не растворяется: при комнатной температуре не ухудшает свойства, однако при повышении температуры ≥327оС включения свинца плавятся, и вследствие этого пластичность и вязкость резко снижаются.

         Вредное действие мышьяка заключается в том, что усиливается склонность к отпускной хрупкости.

         Азот в стали находится в основном в составе нитридов. Отрицательное действие водорода на свойства стали связано с образованием флокенов.

         Из рассмотренных материалов следует, что рафинирующие переплавы снижают содержание вредных примесей, газов и повышают пластичность при горячей деформации стали СП28 открытой дуговой выплавки.

 

 

         Литература:

1.Голиков.И.Н. и др. Перспективы развития технологии черной металлургии. – М.: Металлургия, 1973. – 567с.

2.Гуляэв А.П. Чистая сталь.- М: Металлургия, 1975. – 183с.

3.Латаш Ю.В., Медовар Б.И. Электрошлаковый переплав. – М.: Металлургия, 1970. – 239с.

4.Медовар Б.И. и др. Электрошлаковый переплав. – М.: Металлургия, 1963. – 170с.

5.Лейбензон С.А. Электрошлаковый переплав и качество металла. – М: Металлургия. 1965. – 62с.

6.Чернявская С.Г. и др. Сравнение качества и свойств нержавеющей стали 1х16НЧБ, полученной методом ЭШП, ВДП и ЭЛП. – В сб. – Состояние и перспективы развития специальных методов производства сталей и сплавов. ЧТ, ДСП. М.: Чернетинформация, 1974, с 15-18.

7.Явойский В.И. Теория производства стали. – М.: Металлургия. 1967. – 792с.

 

 

 

Статья оплачена