Технология производства отливок из перлитных сталей

Выплавка стали

К качеству теплоустойчивых перлитных сталей предъявляются высокие требования, которые могут быть удовлетворены при условии минимального содержания в стали вредных примесей, неметаллических включений и газов. Получение стали высокого качества значительно облегчается, если они технологичны при выплавке.

Перлитные стали отличаются от жаропрочных хромистых сталей ферритного класса и сталей аустенитного класса хорошими литейными свойствами.

Стали для литья и поковок выплавляют в дуговых электропечах, а для трубных заготовок также в мартеновских. Плавки в электропечах ведут на твердой завалке с окислением (с кипом), реже без окисления (переплав). В качестве шихты применяют стальной лом определенного химического состаза, передельный и зеркальный чугуны, необходимые ферросплавы для легирования и раскисления. Все ферросплавы предварительно прокаливают. Шлакообразующие материалы (известь, плавиковый шпат, уголь и т. д.) и железную руду применяют в просушенном состоянии и подготавливают фракционно.

После расплавления шихты содержание углерода в ванне должно быть не менее 0,50% для обеспечения кипа необходимой интенсивности и длительности. Средняя скорость окисления углерода рекомендуется 0,45—0,50% в час. Интенсивный и длительный кип ванны способствует получению стали с минимальным содержанием неметаллических включений и газов. В окислительный период удаляется также фосфор. Этот период плав-i ки предопределяет качественные характеристики плавки и он должен проводиться очень тщательно —с контролем температуры ванны и шлакового режима. Окислительный период при выплавке низколегированных теплоустойчивых сталей обычно ведут без применения кислорода, в результате чего содержание углерода в ванне должно быть меньше нижнего предела содержания его в готовой стали на 0,02—0,03%, а фосфора — не более 0,015-0,018%.

окончания окислительного периода

взять пробу на деформируемость стали, полностью и тщательно удалить окислительный шлак

После окончания окислительного периода рекомендуется выдержать ванну в течение 15 мин., взять пробу на деформируемость стали, полностью и тщательно удалить окислительный шлак. Химический состав шлака, характеризующий нормальный процесс протекания окислительного периода плавки, следующий: 40—50% СаО, 12—20% Si02, 5—10% MgO, 5—10% MnO, 2-4% А120З, 14-28% FeO, 0,5-1,8% Р205.

В период кипа окисляются все легирующие элементы, входящие в состав теплоустойчивых сталей перлитного класса, за исключением никеля и молибдена, поэтому их введение в шихту экономически нецелесообразно. Окислы никеля и молибдена обладают большей упругостью диссоциации, чем железо, и восстанавливаются. Окислы вольфрама, хрома, ванадия, титана, циркония и бора значительно осложняют процесс ведения плавки и получение качественной стали.

Науглероживание ванны после окончания окислительного периода затягивает плавку, создает условия для загрязнения металла неметаллическими включениями и поэтому не рекомендуется. Необходимо тщательно следить за шлаковым режимом, температурным и за режимом марганца, не допуская выгорания углерода больше требуемой нормы.

Ответственным периодом плавки является также и восстановительный период, в процессе которого удаляется кислород и сера, корректируется состав стали путем ввода в ванну соответствующих легирующих элементов, регулируется температура для создания благоприятных условий раскисления, удаления газов и неметаллических включении и обеспечения качественной разливки готовой стали по литейным формам или изложницам.

выплавка низколегированных сталей

раскислять стали рекомендуется диффузионным методом через шлак

При выплавке низколегированных сталей раскислять стали рекомендуется диффузионным методом через шлак. При диффузионном методе реакции раскисления протекают в шлаке и на границе раздела шлак — сталь, вследствие чего весьма существенно уменьшается загрязнение стали неметаллическими включениями. При вводе раскислителей непосредственно в ванну продукты реакций раскисления в значительном количестве остаются в стали; в этом случае рекомендуется применять комплексные раскислители, например силикокальций, силикоалюмомарганец, силикоалюминий и др.

Элементы-раскнслители по возрастающей степени их родства с кислородом (раски.слительной способности) располагаются в следующем порядке: марганец, кремний, цирконий, алюминий, магний и кальций.

Диффузионное раскисление при выплавке хромомолибденовой, хромомолибденованадиевой и других сталей этого класса производится под белым шлаком и не рекомендуется под магнезиально-глиноземистыми шлаками.

При раскислении под белым шлаком после полного скачивания окислительного шлака в ванну присаживают ферромарганец (по расчету) и шлаковую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата в соотношении 4:1. Весовое количество обычно составляет для печей емкостью до 10-г —3,0%. Наведение такого шлакового покрова предохраняет металл от на-углероживания при присадке смеси, образующей белый шлак. Эта смесь состоит из извести, плавикового шпата и молотого, просеянного и хорошо просушенного кокса в соотношении 8:2: 1.

В печь присаживают 3—4 порции восстановительной смеси указанного состава до посветления шлака. Затем в течение 15—20 мин. производят раскисление смесью, состоящей из 4 частей извести, 1 части плавикового шпата, 1 части кокса и I части ферросилиция.

Проба шлака должна быть белого цвета и легко рассыпаться на воздухе, а проба металла должна давать усадку. После этого присаживают феррохром. Белый шлак поддерживается до конца плавки систематическими добавками восстановительной смеси указанного выше состава. Белый шлак вспенивается и прилипает к ложке па 3—4 мм.

Окончательное раскисление металла

рекомендуется производить силикокальцием за 5 мин

Белый шлак должен иметь приблизительно следующий состав: 1% FeO, -0,4% МпО, -60% СаО, 15— 20%' Si02, 10—12% MgO, 2—3% А1203, 5—10% CaF2 и - 1 % CaS.

Окончательное раскисление металла рекомендуется производить силикокальцием за 5 мин. до выпуска из расчета 1 кг/i жидкой стали. Можно окончательно раскислять сталь алюминием из расчета до 1 кг/т в зависимости от метода выплавки.

Порядок ввода легирующих элементов при выплавке теплоустойчивых сталей перлитного класса (в 5-т печи) следующий: ферровольфрам вводят в ванну в начале восстановительного - периода; феррохром — после получения шлака белого цвета, когда металл уже раскислен; феррованадий — за 10—15 мин. до выпуска; ферротитан, ферросиликоцирконий и ферробор— перед выпуском металла из печи; никель и ферромолибден даются в шихту.

Малые добавки — церий в виде мишметалла или кальций в вите силикокальция— вводят обычно в ковш. Церий .и кальций связывают серу и оказывают сильное рафинирующее действие. Кроме того, церий способствует также измельчению зерна литой стали. Цирконий как металлургическая присадка для раскисле-ния, удаления серы и азота может применяться в виде силикоциркония или алюмосиликоциркония.

Влияние малых добавок на содержание газов в хромомолибденованадиевой стали перлитного класса, по литературным данным >и исследованиям ЦНИИТМАШа. В стали, выплавленной в электродуговой основной печи с окислением, общее содержание газов колеблется в пределах 26— 32 смЧ100 г; количество неметаллических включений обычно равно 0,032-0,038%.

сопротивление ползучести

оказывает влияние размер зерна

Кислород, так же как и водород, почти не влияет на характеристики прочности и резко снижает пластические свойства и Ударную вязкость стали. Кислородные соединения вследствие 

уменьшения растворимости с понижением температуры выделяются преимущественно по границам зерен, в связи с чем пластичность стали и ее обработка давлением ухудшаются.

Содержание кислорода в хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых перлитных сталях, выплавляемых в электродуговых печах, обычно не превышает 5—7 c,u3/100 г; содержание азота колеблется в пределах 12—>16 с.м3/100 г.

Развитие вакуумной выплавки многих жаропрочных сталей указывает на ее большую эффективность с точки зрения повышения жаропрочных характеристик и улучшения технологических свойств стали. Сравнительные данные по длительной прочности различных сталей и сплавов, выплавленных в вакуумной

На сопротивление ползучести оказывает влияние размер зерна. При низких температурах (до 450—500 °С), когда ползучесть определяется деформацией самих зерен, сталь с мелким зерном будет иметь более высокое сопротивление ползучести. f Наоборот, при повышенных температурах крипоустойчивость определяется деформацией границ зерен и поэтому сталь с крупным зерном будет иметь более высокое сопротивление ползучести, в связи с чем рекомендуется при выплавке перлитных сталей стремиться получить литую сталь с более крупным зерном (балл 3—5). 36