Все о металле, его обработке и переработке
Партнеры
  • на нашем сайте www.etalonpribor.ru предлагается купить электрооборудование в москве.

РАЗЛИВКА НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Глава XI

ОСНОВЫ РАЗЛИВКИ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ

1. ОБЩИЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗЛИВКИ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Разливка нержавеющих сталей имеет ряд существен­ных отличий, связанных с физико-химическими свойст­вами металла, и во многом определяет качество проката, выход годного и другие технико-экономические показа­тели.

Лптейные свойства легированной стали определя­ются по существу влиянием отдельных элементов. При однозначном влиянии элементов оно усиливается, при противоположном итоговое влияние оказывает ведущий элемент. Хромистая сталь отличается высокой динами­ческой вязкостью. Практическая жидкотекучесть сталей с содержанием 8—25% Cr, а также 5—18% Ni значи­тельно возрастает по мере снижения хрома и одновре­менного повышения никеля. Углерод оказывает еще большее влияние на жидкотекучесть, чем никель.

Жидкотекучесть улучшается с ростом содержания кремния. Например, разливка таких сталей, как Х18Н25С2 и т. п., значительно облегчена. Однако поло­жительное влияние на жидкотекучесть кремния исполь­зуется только при литье кислотоупорной и жаростойкой стали, где содержание кремния доводят до 1 % добав­ками ферросилиция и силикокальция. При разливке ме­талла в изложницы содержание кремния обычно огра­ничивается в связи с ухудшением деформируемости ме­талла и повышением хрупкости. Введение марганца благотворно влияет на жидкотекучесть хромистой и хро — моникелевой стали.

225

Элементы, образующие карбиды, окислы и нитриды в нержавеющей стали, снижают ее жидкотекучесть.

15-27

T а б л и ц а 27

Понижение температуры плавления при присадке 1% элемента к жидкой фазе

Элемент

Понижение температуры плавления, град

Элемент

Понижение температуры плавления, град

Углерод….

90

Никель….

2,9

Алюминий. . .

5,1

Кремний….

6,2

Бор……………………….

100

Титан……………………

17

Хром…………………….

1,8

Ванадий. . . .

1,3

Кобальт….

1,7

Вольфрам. .* .

<1

Медь……………………..

2,6

Фосфор….

28

Марганец….

1,7

Сера………………………

40

Молибден. . .

1,5

В связи с тем, что химический состав нержавеющих сталей имеет относительно узкие пределы и тенденция к сужению пределов будет продолжаться, использо­вать влияние отдельных элементов на жидкотекучесть не представляется возможным. Это влияние должно учитываться при разработке технологии разливки.

Одним из существенных факторов, влияющих на жидкотекучесть стали, является температура металла. Температура ликвидуса сплавов с различным содержа­нием хрома и никеля приведена в работе [164]. Влия­ние других элементов на температуру плавления стали приведено в табл. 27.

Перегрев металла над температурой плавления оп­ределяет не только качество поверхности слитка, но и внутреннюю структуру металла, загрязненность стали неметаллическими включениями и газами, ее плотность и другие физико-механические свойства.

Особенно велика роль температуры металла при производстве литых изделий. Снижение температуры ме­талла увеличивает степень окисления хрома, титана и алюминия, а также продолжительность разливки, что отрицательно влияет на качество поверхности слитков.

Уменьшение склонности к образованию окисной пленки на поверхности металла при увеличении темпе­ратуры перегрева и скорости разливки показывает, что, помимо физико-химических процессов (вторичное окис­ление), большое влияние оказывают теплофизические процессы. Фактически при разливке протекают одно­временно два процесса: окисление и затвердевание.

Чрезмерное увеличение температуры металла при­водит к снижению и нестабильности усвоения титана, ухудшает стойкость ковшей и изложниц и снижает ка­чество металла. Оптимальные температуры выпуска и разливки металла подбираются экспериментальным пу­тем в зависимости от марки стали (ее химического со­става), емкости электропечи, способа разливки (сифо­ном или сверху, в изложницы или на установках непре­рывной разливки, под регулируемым давлением и т. п.), развеса слитков, скорости разливки, требований к каче­ству макроструктуры и загрязненности неметаллически­ми включениями.

Зачастую приходится для обеспечения меньшей за­грязненности металла неметаллическими включениями и газами и ликвидации связанных с этим дефектов (воло­совин, ликвационного квадрата, крупного зерна и т. п.) снижать температуру металла по ходу плавки и на раз­ливке, а ухудшение качества поверхности слитков ком­пенсировать применением специальных зачистных или обдирочных средств. Таким образом, температурой, как и химическим составом, нельзя варьировать в широких пределах.

Известно, что слитки стали, легированной хромом, и особенно алюминием и титаном, получаются с плохой поверхностью вследствие заворотов образующейся кор­ки окислов. Образование корки на поверхности металла в изложнице связано с окислением стали атмосферным кислородом, а также с образованием и всплыванием нитридов титана и алюминия и продуктов раскисления стали, с окислением струи при выпуске стали в ковш и разливке металла, с инжектированием при этом возду­ха в металл.

На процесс окисления металла, помимо его состава и температуры, влияет парциальное давление кислорода в изложнице, наличие, величина и длительность контак­та поверхности металла с атмосферой изложницы, ком­пактность струи металла.

15*

227

В практике разливки нержавеющих сталей применя­лись различные способы снижения содержания кислоро­да в атмосфере изложницы (разливка в вакууме, в ар­гоне, с четыреххлористым углеродом, петролатумом, антраценом и другими углеводородными соединениями,

С магниевыми сплавами и магнием и т. д.). Эти способы будут описаны ниже. Уменьшению окисления металла способствует сокращение длительности контакта металла с кислородом. Это достигается повышением скорости разливки стали за счет увеличения диаметра стаканчика в ковше (например, 70 мм вместо 60 мм), диаметра от­верстий в центровой трубке н сифонной проводке, уста­новкой на поддоне значительно меньшего количества слитков.

Эти мероприятия дают определенный эффект, однако при очень высокой скорости разливки возникает опас­ность привара слитков к изложницам, особенно при раз­ливке сверху и неблагоприятном вводе металла в излож­ницу. Кроме того, при больших скоростях разливки воз­можно появление трещин в хромистой ферритной и фер — ‘ рито-аустенитной (мартенситной) сталях.

Наконец, при разливке в смазанные изложницы смазка не успевает полностью сгорать и на поверхности металла образуется глубокая «оспа». Этот дефект при­водит к ухудшению поверхности проката. Общие осно­вы разливки изложены в работах [165—169].

В последние годы разработаны и широко внедрены новые способы разливки нержавеющих сталей, обеспе­чивающие практически полное отсутствие контакта жидкого металла с атмосферой изложницы. Речь идет о разливке под жидким синтетическим шлаком, обра­зующимся в результате сгорания экзотермических сме­сей или брикетов, а также под слоем теплоизолирующих веществ.

Для отливки слябов нержавеющей стали получил развитие и метод разливки под регулируемым давле­нием.

Из года в год расширяется объем и сортамент не­ржавеющих сталей, отливаемых на установках непре­рывной и полунепрерывной разливки.

Наряду с достижениями в области снижения голов­ной части слитков новые методы разливки позволили су­щественно повысить выход годной стали из слитка, ши­ре применить передачу слитков горячим всадом (без ре­монта) и сократить расходы и трудоемкость строжки и зачистки проката. Однако даже при использовании са­мых передовых способов разливки нержавеющих сталей потери металла достигают 10—30%. В связи с этим поиск новых более совершенных методов получения изделий


Должен быть продолжен. Важную роль в этом должны сыграть исследования, проводимые совместно металлур­гами и машиностроителями.

2.ОСОБЕННОСТИ И СЛУЖБА ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ РАЗЛИВКЕ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Как правило, для нержавеющих сталей применяется то же литейное оборудование, что и для других марок стали. В частности, ковши футеруют в обычном поряд­ке шамотным или высокоглиноземистым кирпичом.

При разливке хромистых и хромоникелевых сталей стойкость ковшей составляет 9—15 плавок. Присадка металлического титана в ковш приводит к большему из­носу футеровки и снижению количества наливов (на две-три плавки). Большой износ ковшей наблюдается и при разливке хромомарганцевых сталей. При этом для обеспечения удовлетворительной работы стопора необ­ходимо применять пробки из цирконовых огнеупоров, так как шамотные быстро разъедаются и уже при раз­ливке второго и третьего кустов изложниц разливка мо­жет идти при некроющем стопоре.

При разливке нержавеющей стали типа Х18Н10Т после наполнения первого поддона не следует с усилием закрывать стопор, так как в этом случае пробка стопо­ра «примораживается» к стакану ковша. Опытные раз­ливщики плавно опускают стопор, не боясь подтека ме­талла из-под ковша при переезде с поддона на поддон, и даже делают специальную прокачку путем небольшо­го и кратковременного открытия стопора. Естественно, что во избежание попадания брызг металла в изложни­цы последние должны быть закрыты крышками.

При разливке нержавеющих сталей сталкиваются также с явлением затягивания канала стакана ковша окислами и нитридами титана, в результате чего сокра­щается струя, замедляется разливка и ухудшается по­верхность слитков. Поэтому целесообразно при разлив­ке стали Х18Н10Т в середине или перед окончанием разливки при переезде промыть канал стакана ковша струей кислорода.

Для отливки слитков нержавеющей стали применя­ются изложницы различной конфигурации и объема. Развес по существу определяется условиями дальней­шего использования металла.

При наличии обычных ковочных молотов с массой падающих частей до 5—7 т отливают слитки массой 1 — 1,5 т. Для обжима на прокатных станах — блюмин­гах отливают слитки массой в 2—10 т, на слябингах про­катывают слитки массой до 20 т. Более крупные слитки деформируют на мощных прессах. Сифоном обычно от­ливают слитки массой до 20 т, сверху—-до 100 т.

Исследования крупных слитков аустенитной нержа­веющей стали Xl 8Н 10Т (массой до 40 т) и феррито-аусте — нитной стали Х21Н5Т массой 15,0 г показали, что мак­роструктура литого металла плотная [170—172]. Для аустенитной структуры характерна глубокая транскри­сталлизация, слиток феррито-аустенптной стали имеет у поверхности зону мелких кристаллов (до 50 мм) и затем крупнозернистую структуру, укрупняющуюся от периферии к оси. Более подробно вопросы качества слитков нержавеющих сталей рассмотрены в конце дан­ного раздела.

Для некоторых нержавеющих сталей в связи с об­разованием специфических дефектов или плохой дефор­мируемостью ограничивают массу слитка и используют специальные изложницы [173].

Например, хромистые стали типа Х17Н2 рекомендуют отливать в изложницы с двойной конусностью для лик­видации осевых трещин. В работе [174] приведены дан­ные, показывающие существенное влияние применитель­но к стали 12Х11В2МФ (ЭИ756) геометрии изложницы и массы слитка на качество его макроструктуры и от­браковку металла в трубной заготовке и трубах.

Замена слитков массой 4,5 т и конусностью 1,07% на слитки массой 2,8 т и конусностью 4,25% уменьшила загрязненность стали крупными неметаллическими включениями и позволила снизить брак в трубах по внутренним пленам с 32,0 до 6,6%.

Для ликвидации осевых трещин в слитках стали ЭИ736, ЭИ961 предложен плоский слиток массой 750 кг. Сталь ЭИ481 для обеспечения плотности макрострукту­ры поковок следует отливать в изложницы с HjD= 1,68 и конусностью до 10% н получать слитки массой 0,7— 2,0 т [175]. Для высоконикелевых сталей и сплавов ре­комендовано снижать толщину стенки изложницы. Вы — сокохромнстые ферритные стали (например, Х28) отли­вают обычно в слитки 0,5 г, так как они весьма склонны к образованию продольных трещин.

На большинстве заводов при разливке нержавею­щей стали сифоном применяют предложенные А. К. Пет­ровым и Б. П. Охримовичем [176, 177] надставки, уши­ренные внизу. При этом нижнее основание прибыли шире верхнего сечения слитка на 7,5—10 мм для слитка 2,8 т и 15 мм для слитков 3,6—4,6 т. В обычных надстав­ках получается обратный уступ шириной до 15 мм. При применении уширенных надставок корочка окислов при входе металла в прибыль не подворачивается сразу, а свободно поднимается в надставку. Уширенные надстав­ки обеспечили также «самострипперование» слитков.

Проведенные нами работы [178] показали целесо­образность повышенного утепления прибыльной части слитка при применении уширенных надставок: футеров­ки надставок слоем асбеста п 40-мм шамотным кирпи — ¦ чом или пористым кирпичом БЛ 1,3, а также засыпки люнкерита в количестве 3 кг/т.

В. связи с высокой стоимостью нержавеющей стали проводились многократные и разносторонние исследо­вания, направленные на снижение головной обрезп слитка.

Для стали ряда марок оказалось возможным, приме­нение удлиненных слитков с соотношением H/D (сред­ний) более 3,5. В частности, на Ижевском металлурги­ческом заводе применяют слитки с отношением H/D (средний) от 3,5 до 4,17 [168]. Подробные данные о конструкции и применении удлиненных слитков приве­дены в работе [179].

Многочисленные исследования проведены по изуче­нию эффективности различных методов утепления при­были [180—182]. Такие способы, как электродуговой, индукционный и газовый обогрев прибыли слитка, опро­бованные на многих заводах Союза, не были внедрены при производстве нержавеющих сталей в связи со слож­ностью и трудоемкостью обогрева, удлинением произ­водственного цикла и нестабильными результатами.

Для теплоизоляции верха слитка кое-где получили распространение засыпки из отходов слюдяного произ­водства в количестве 1—2 кг/т.

В связи с тем, что около 90% тепла металла прибыли расходуется на нагрев ее футеровки и корпуса и пере­дается в окружающую среду надставкой, основное вни­мание было уделено снижению теплопроводности и теп­лоемкости надставки.

Применение легковесного кирпича на практике встре­тило трудности из-за его низкой стойкости. На Челябин­ском и Златоустовском металлургических заводах опро­бовали экзотермический обогрев боковой поверхности прибыли.

Молотый кокс (50%) смешивали с древесным углем и опилками (25+20%) и смачивали водным раствором селитры, после чего затворяли теплой водой. Перед об­мазкой к смеси добавляли водный раствор жидкого стек­ла. Массу наносили вручную слоем толщиной около 30 мм на внутреннюю поверхность прибыльной надстав­ки при температуре 250—300° С и сушили в течение 8—16 ч. Затем для предохранения металла от науглеро­живания наносили тонкий слой обычной массы. Как пока­зал опыт ЧМЗ, на слитках стали Х18Н9Т массой 4,5 т величина головной обрези может быть снижена с 18 до 15%.

За последние годы в металлургическую практику многих стран Европы и Америки внедрены способы утепления прибыли теплоизолирующими или экзотер­мическими вставками разового действия.

Эти способы применяются и на заводах Советского Союза. Теплоизолирующие вставки должны обладать высокой огнеупорностью, низкой теплопроводностью, малой объемной массой, низкой стоимостью, точностью размеров, отсутствием вредных выделений при разлив­ке. Рецепты изготовления вставок весьма разнообразны и запатентованы в различных странах. Как правило, используются такие дешевые материалы, как песок, гли­на, асбестит, целлюлоза, древесные опилки и др. В каче­стве связующего употребляется раствор сульфитной ще­лочи. Материалы перемешиваются до и после увлажне­ния и затем поступают в прессы, где производится фор­мовка фигурных плит-вставок.

На одном из заводов применяли на одну надставку комплект из четырех плоских и четырех угловых вставок клиновидной формы. После формовки вставки сушатся в специальных печах при 100—150° С. Применя­ют также литые вставки на основе самотвердеющих смесей.

Применение теплоизолирующих вставок при разлив­ке стали Х18Н10Т, ЭИ448, Х23Н18, 1—2X13 и др. в слит­ки массой 3,2 т позволяет за счет меньшей высоты на­лива прибыли (на 260—300 мм вместо 380—400 мм) сни­зить массу головной части слитка на 4,7% и повысить выход годного на 3—4%.

Исследование макроструктуры, химического состава подголовных штанг, механических свойств и склонности к коррозии, содержания феррита и неметаллических включений, а также ультразвуковой контроль всех штанг не выявили каких-либо отклонений от обычных показа­телей. Более того, было достигнуто повышение стабиль­ности качества макроструктуры: количество темплетов с дефектами при отливке с теплоизолирующими встав­ками стали марок Х18Н10Т, ЭИ448, Х18Н12Т составило 1,5—5,8% против 6,2—13,8% при разливке с обычными надставками, а стали марок 1—2X13 соответственно 3,7 и 10,1%.

Применение экзотермических вставок может быть оправдано только при разливке малых слитков, когда требуется сохранять тепло в прибыли в течение более короткого времени. Изготовлять экзотермические встав­ки сложнее, и стоимость их значительно выше, чем теп­лоизолирующих.

Применение экзотермических вставок позволяет сэко­номить до 6—8% металла. Внедрение экзотермических и теплоизолирующих вставок требует осуществления значительных капитальных затрат на заводах (стрби — тельство зданий, оснащение их специальным оборудова­нием по хранению, размолу, перемешиванию, формовке и сушке материалов). Существенному изменению долж­на подвергнуться конструкция изложницы, неполностью решены вопросы стрипперования слитков с малой высо­той прибыли. На ряде марок стали необходимо дорабо­тать технологию с целью ограничения повышенной лик­вации.

Однако разливка со вставками, безусловно, перспек­тивна и получает всеобщее распространение, в первую очередь при отливке нержавеющих и других дорогостоя­щих сталей.

3. РАЗЛИВКА НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ СИФОНОМ

Указанные выше особенности разливки нержавеющей стали обусловили многообразие технологических при­емов разливки этого металла, связанных также с конк­ретными требованиями к форме и массе слитков и тех­нологией их передела.

Наиболее часто нержавеющую сталь разливают си­фоном, так как при этом легче обеспечить лучшую по­верхность слитка.

Выше отмечалось, что для улучшения поверхности слитка нержавеющей стали, в первую очередь стали с титаном, устранения подворотов и титанистой короч­ки в макроструктуре, необходимо иметь достаточно вы­сокую температуру металла, облегчить свободный выход корочки в прибыльную надставку, применять высокие скорости наполнения слитков.

Применение различных смазок для покраски излож­ниц: лака, лаколя, лака+лаколя, меляссы в смеси с по­рошком ферросилиция и алюминия и т. п. не позволяет существенно улучшить поверхность слитков, так как сго­рающая смазка лишь частично снижает парциальное давление кислорода и не в состоянии отогнать тяжелую и плотную корку окислов и нитридов.

Практика одного из заводов показала, даже целесо­образность отливки мелких слитков нержавеющей стали в хорошо вычищенные и несмазанные изложницы при большой скорости их наполнения, так как в этом случае на поверхности отсутствовали газовые пузыри, образо­вывающиеся из-за запоздалого сгорания смазки из­ложниц.

Деревянные рамки, несколько уменьшая р0г, эффек­тивно действуют лишь при разливке среднелегированной стали.

Проведенные на заводе «Днепроспецсталь» опыты по разливке нержавеющей стали со сплошными деревянны­ми рамками (крышками) не дали ощутимых результа­тов. На одном из заводов испытали смазки трех харак­теристик: жирные, нормальные и сухие [183]. В качест­ве жирной смазки на стенки изложниц наносили смесь парафина и серебристого графита (55 : 45), второй смаз­кой служила смесь каменноугольной смолы и серебри­стого графита (70:30); сухую смазку готовили из смеси талька, воды и сульфитной щелочи. Однако эффекта не достигли при всех смазках.

В качестве смазки при разливке нержавеющей стали были опробованы десятки веществ: бура, перманганат калия, поваренная соль, хлористый магний, нафталин (0,9—1 кг/т), смесь лаколя с бурой, политетрафторэти­лен (280 г/т) и др. [184].

На ряде заводов некоторое время применялась раз­ливка металла в несмазанные изложницы, в которые за 20—30 сек до начала заполнения данного сифона зали­вали четыреххлористый углерод в количестве около 100—150 смг/т стали, после чего изложницы закрывали плотными крышками. Сущность способа заключается в том, что образующиеся при нагреве от жидкой стали пары CCl4 вытесняют из изложницы воздух, благодаря чему устраняется дефект «титановая пористость». Одна­ко ухудшение условий труда, повышенный расход излож­ниц и относительно небольшой эффект улучшения по­верхности слитка препятствовали широкому внедрению этого способа.

Значительный эффект был получен при разливке не­ржавеющей стали с петролатумом [183]. Обезвоженный петролатум, представляющий смесь твердого парафина и церезина с высоковязким минеральным маслом (ГОСТ 4096—54), забрасывали непосредственно перед разлив­кой в несмазанные изложницы в количестве 0,3 кг/т стали.

При входе металла в изложницу петролатум загора­ется и горит сильным коптящим пламенем. Полезное действие петролатума, помимо создания восстановитель­ной атмосферы в изложнице, видят в том, что сажа, от­лагающаяся на стенках изложницы, не смачивается ме­таллом н к ней не прилипают, а следовательно, п не под­ворачиваются корки окислов. Определенный эффект дает и тепловыделение при горении петролатума. Исследова­ние состава газов в изложнице при разливке с петрола­тумом показало значительное снижение содержания кис­лорода (до 2%).

При разливке с петролатумом изложницы не следует охлаждать водой, температура изложниц должна нахо­диться в пределах 60—120° С. Поскольку разливка ве­дется без наблюдения (крышки на изложницах снима­ются только при входе металла в надставку), весьма важным является выбор оптимальной температуры ме­талла и скорости разливки. Рекомендуемые параметры разливки с петролатумом приведены в работе [183]. При той же температуре скорость разливки с петролатумом должна быть ниже, особенно в первый период наполне­ния изложниц. Применение петролатума позволило су­щественно улучшить поверхность слитков. Количество слитков нержавеющей стали, назначаемых на обдирку, снизилось примерно на 20%, существенно (на 20—30%) уменьшилась трудоемкость зачистки слитков, сократи­лась отбраковка проката.

Слитки хромистой нержавеющей стали, отлитые с петролатумом, были пригодны для прокатки с горя­чего посада.

К недостаткам разливки с петролатумом следует от­нести значительное ухудшение условий труда разливщи­ков и крановых машинистов из-за выделений дыма и пламени. Хотя при разливке с петролатумом, по-види­мому, не происходит существенного наводороживанпя металла, все же известны факты, когда нержавеющая сталь, имеющая при выплавке близкое к критическому содержание водорода, «выростала» в изложницах при смазке петролатумом.

Известны, наконец, факты, когда применение петро — латума приводило к интеркристаллитной коррозии не­которых высоколегированных сталей. И, главное, использование петролатума не решило кардинально во­прос улучшения качества поверхности слитков нержа­веющей стали с титаном.

В настоящее время на заводах применяются следую­щие методы сифонной разливки стали: в атмосфере арго­на, со стружкой магниевых сплавов и главным образом под слоем жидкого шлака, образующегося при сгорании экзотермических смесей и брикетов.

Разливка в атмосфере аргона

Опыты по разливке высоколегированных сталей про­водили в атмосфере аргона, содержащего 0,14—0,25% N, 0,006—0,007% О, следы углекислоты и серы.

Первоначально опыты осуществляли в специальных камерах (рис. 66). Куст изложниц 3 помещали в герме­тически закрытую камеру 1, из которой через патрубок 2 насосами откачивали воздух, после чего камеру заполня­ли аргоном. Между ковшом и камерой расположен гер­метически закрытый затвор 7, который обеспечивает за­щиту струи от окисления кислородом воздуха при выте­кании металла из ковша в центровую или в изложницу.

Предварительная эвакуация воздуха из камеры поз­воляла иметь минимальное количество кислорода в ат­мосфере изложницы и соответствующее минимальное окисление металла. При открывании стопора струя ме­талла прожигала алюминиевую пластинку 6 и попадала в центровую. Выделявшиеся из металла газы, а также избыток аргона, получавшийся при его нагреве и запол­нении изложниц металлом, удаляли из камеры через клапан 5.

На такой установке было проведено несколько опыт­ных разливок. Недостатками этой установки являлись большая трудоемкость таких операций, как подготовка куста из­ложниц к разливке и разборка канавы; от­сутствие надежного контроля за наполне­нием изложниц метал,- лом, вследствие чего нередко изложницы и их прибыльную часть наполняли неправиль­но; возможность залив­ки жидким металлом резинового уплотне­ния 4\ трудность цент­ровки ковша при за­ливке второго и после­дующего кустов из­ложниц, особенно если эта операция происхо­дит при некроющем стопоре.

Из-за сложности опытов и указанных недостатков конструк­ции камер разливка стали в них не могла быть внедре­на достаточно широко, несмотря на то что качество по­верхности слитков, отлитых в камере, было лучше, чем отлитых обычным способом.

В сталеплавильных цехах были проведены массовые опыты по применению аргона при разливке хромистых и хромоникелевых нержавеющих сталей. При вводе ар­гона рассчитывали, что более тяжелый аргон (плотность 1,78 кг/м3) будет вытеснять из атмосферы изложниц бо­лее легкий воздух (плотность 1,29 кг/м3).

Рис. 66. Камера для разливки металла с аргоном

Аргон подавали от рампы через аргонопровод и ре­зиновые шланги по двум вариантам:

1. За 3—4 мин до начала разливки начинали подачу газа в изложницы сверху при помощи специального «пау­ка» (система железных трубок диаметром 12,7 и 19 мм). Во время разливки подача аргона в изложницы не пре­кращалась до подхода металла в прибыльную часть слитка.

2. Аргон подавали через центровую до начала раз­ливки, а во время разливки при помощи «паука» в из­ложницы. После вытеснения воздуха через центровую изложницы накрывали плотными крышками с отверстия­ми в центре для трубок «паука», который устанавливали на надставках.

При подаче аргона в изложницы во время разливки значительно охлаждалась поверхность поднимающегося металла, что вызывало образование грубых корок.

Поэтому в дальнейшем аргон подавали только через центровую за 10—15 мин до начала разливки и после прекращения подачи аргона быстро начинали разливку металла. До начала разливки все центровые закрывали деревянными пробками, через которые проходили желез­ные трубки диаметром 19 мм для подачи аргона.

Для стандартизации расхода аргона на каждый куст за вентилем у коллектора были установлены ограничи­тельные шайбы вначале диаметром 1,8, затем 1,3 мм. Это было вызвано тем, что вследствие субъективной оценки количества введенного аргона, неточного регулирования его подачи в атмосфере изложниц оставалось 6—12% О. Расчеты показали, что при установке шайбы диаметром 1,8 мм и четырех изложниц на поддоне, расходе аргона на одну изложницу (слиток 2,8 т) 0,6 м3 и времени вво­да аргона 15 мин, скорость аргона при входе в излож­ницу составляет 0,53 м/сек. При такой скорости в из­ложнице создается турбулентный поток, способствую­щий перемешиванию воздуха с аргоном и затрудняющий удаление кислорода.

Чтобы определить содержание кислорода в атмосфе­ре изложницы, сделали анализ газа, отбирая пробы через две резиновые трубки, опущенные в изложницу на глу­бину 800 мм. Анализ вели на газоанализаторах Орса.

Проведенные опыты показали, что при ограничитель­ной шайбе с отверстием диаметром 1,8 мм и давлении аргона в коллекторе 0,35—1 Мн/м2 (3,5—10 ат) через 4 мин среднее содержание кислорода в изложнице со­ставляет 6%.

Учитывая получившийся перерасход аргона, замени­ли ограничительные шайбы на меньшие с диаметром от­верстия 1,3 мм. Для получения стандартных условий от­бора проб применили сдвоенные газозаборные трубки, позволяющие отбирать газ на уровне стыка надставки с изложницей и на 200 мм ниже — в изложнице.

Из проведенных опытов следует, что после 6 мин по­дачи аргона через центровую на куст из четырех излож­ниц среднее содержание кислорода в изложнице состав­ляет 4—5 %.

Дальнейшее снижение кислорода в атмосфере излож­ниц возможно при значительном повышении расхода ар­гона и увеличении времени продувки. Для эффективно­го применения аргона необходимо уплотнять изложницы ровными плотными крышками толщиной 3—4 мм. При производственных плавках расход аргона колебался в пределах 0,4—0,6 м3/т. Изложницы смазывали тонким слоем лаколя. Полное вытеснение воздуха из излож­ниц контролировали факелом.

Разливка нержавеющих сталей, в том числе легиро­ванных титаном, в атмосфере аргона обеспечивала опре­деленное улучшение качества поверхности слитков, заго­товок и сорта (табл. 28).

При разливке металла с применением аргона число дефектных по макроструктуре штанг снижается, осо­бенно у стали марок 1X13—4X13. Общий брак металла

Таблица 28 Качество поверхности заготовки и сорта1

Марка стали

Вид проката

Число пла­

Состояние поверхности проката по категориям, %

Вок

1

II

III

IV

1X13-4X13

Заготовка

15 13

29,9 9,1

19,2 21,6

21,5 35,5

29,4 33,8

1Х18Н9Т

Заготовка

11

4

40,2 22,5

24,2 13,2

22,2 38,9

13,4 25,4

1Х18Н9Т

Сорт

3 1

36,3 0

15,5 0

10,3 41,8

37,9 58,2

1 В числителе даны плавки, отлитые с аргоном; в знаменателе — рядовые плавки.

На переделах по маркам стали 1X13—4X13 с примене­нием аргона при разливке был ниже на 1,48%, в том числе на 1,29% по макроструктуре, а выход годного вы­ше на 3,1%, чем при обычных плавках. Аналогичные данные были получены в работе [175] применительно к стали 13Х12НВФМА. По стали Х18Н10Т не получено заметного уменьшения брака металла и повышения вы­хода годного.

Таким образом, была показана определенная эффек­тивность применения аргона при разливке хромистых не­ржавеющих сталей без титана, особенно при получении мелких слитков, где удается лучше вытеснить воздух из изложницы. Эта технология на ряде заводов внедрена в производство, в частности при отливке особо низкоуг­леродистых нержавеющих сталей в слитки 0,7—1,0 т.

Разливка со стружкой магниевых сплавов

Разливка со стружкой магниевых сплавов основана на том, что магний эффективно соединяется с кислоро­дом и азотом, выделяя большое количество тепла. При 650° С магний плавится, при IlOO0C кипит. Температу­ра воспламенения магния зависит от его размеров. В ви­де стружки или порошка он воспламеняется при 450— 500° С. Плавится окись магния при температуре около 2800° С. При соприкосновении с расплавленной сталью магний горит ослепительным пламенем с выделением бе­лого дыма, состоящего из мелкокристаллического бело­го порошка магнезита. В стали магний почти не раство­рим, а его пары оказывают полезное влияние на качест­во металла.

Таким образом, физико-химические свойства магния позволяют его применять при разливке стали для соз­дания восстановительной атмосферы в изложнице, так как при его горении поглощаются кислород и частично азот. Уменьшение парциального давления кислорода и азота в изложнице при горении магния быстро ком­пенсируется в основном резким повышением давления при подогреве оставшейся атмосферы изложницы и вы­теснении газов поднимающимся металлом. Поэтому за­метного подсоса воздуха в этот момент не происходит.

Использование магния исключает необходимость смазывания изложниц и способствует исчезновению при быстрой разливке «оспы».

Расход магния определяется количеством кислорода атмосферы изложницы и составляет 65 г/т. С учетом то­го, что 10—15% Mg может связываться с азотом, опти­мальный расход магния составит 75 г/т.

Применение чистого магния [186] показало опреде­ленное улучшение качества поверхности слитков, однако внедрения на металлургических заводах этот способ не получил из-за следующих недостатков: бурная реакция магния с кислородом ухудшала стойкость изложниц (образовывались раковины), заплески металла распрост­ранялись на большую высоту слитка. Наконец, приме­нение чистого магния невыгодно по экономическим и ор­ганизационным причинам.

На заводе «Днепроспецсталь» получила распростра­нение разливка с применением стружки магниевых спла­вов МЛ-5 и МЛ-7, являющейся отходом машинострои­тельного производства.

Процесс горения стружки магниевых сплавов проте-, кает более спокойно. Исходя из состава этих сплавов, расход стружки должен составлять 80—85 г/т слитка. Наличие примесей в сплавах не может оказать вредного влияния на качество металла из-за — их малого количест­ва и быстрого испарения.

Опыты проводили при отливке слитков нержавеющей стали Х18Н10Т массой 2,85 т сифоном в квадратные из­ложницы.

В результате проведения многочисленных опытных плавок было установлено, что оптимальным вариантом является ввод дробленой стружки магниевых сплавов в заранее продутые воздухом сухие изложницы в коли­честве 80 г/т слитка. Температура изложниц может быть значительно повышена без ухудшения качества поверх­ности слитков. Это ускоряет оборачиваемость изложниц. Надставка должна быть накрыта плотными ровными крышками. Открывать стопор и начинать разливку сле­дует медленно до того, как загорится стружка (через 5—7 сек после начала разливки).

241

При горении стружки происходит светлая вспышка. Чем ниже в изложнице будет металл при вспышке, тем ниже соответственно будет поражена мелкими брызгами поверхность слитков. Вспышка совершенно безопасна. После нее необходимо наполнять изложницы металлом как можно быстрее, на полную струю с тем, чтобы со­хранить до конца наполнения изложницы на поверхно-

16—27

Сти поднимающегося металла небольшую пленку с ран­том чистого зеркала. Наполняют прибыльную часть мед­ленно, как обычно.

Указанные особенности технологии разливки нержа­веющей стали со стружкой магниевых сплавов позволя­ют при обычных колебаниях температуры металла зна­чительно улучшить качество поверхности слитков. Толь­ко нижняя часть слитков (около Vs высоты) поражена неглубокими пленами и заплесками металла. Остальная часть слитков получается совершенно чистой. Изложни­цы после разливки имеют корольки металла на внутрен­ней поверхности около дна, которые можно легко очи­стить ломиком. На внутренней поверхности изложниц остается тонкий налет магнезии. Поэтому под разливку нержавеющих и других сталей желательно выделить спе­циальные составы изложниц.

Слитки массой 2,85 т нержавеющей стали марки Х18Н10Т подвергали зачистке или обдирке. Если рань­ше за 8-ч смену выработка одного рабочего — наждач — ника составляла 0,7—1,2 слитка, то при новой техноло­гии в тех же условиях выработка увеличилась до двух — трех слитков, так как зачистке подвергалась в основном только нижняя часть слитков; полезное время на зачист­ку одного слитка составляло 302 и 105 мин соответствен­но. Снизился расход наждачных камней и потери ме­талла в виде пыли.

Обдирали только низ слитка на расстоянии 200— 250 мм на глубину 10—12 AtAt, а остальную часть остав­ляли неободранной и незачищенной. Затруднений в об­дирке металла не было. Слитки теряли в массе 1,0—1,5%, а отлитые по обычной технологии 6%. Производитель­ность токарных станков возрастала в 1,5—2 раза.

В табл. 29 приведено сопоставление качества заго­товки опытных и рядовых плавок по категориям.

Таблица 29 Качество заготовок в зависимости от способа разливки

Метод разливки

Число плавок

Качество поверхности заго­товки по категориям, %

I

II I III I IV

Со стружкой магниевых спла­вов…

Со смазкой………………………………..

6 8

36,9 9,85

17,6 6,7

14,8 35,2

30,7 48,25

В табл. 30 показано сравнение выхода годного прока­та при опытных и рядовых плавках, которое свидетельст­вует об увеличении выхода годного при опытных плав­ках на 3,5—3,7%.

16*

243

Таблица 30 Выход годного проката из опытных и рядовых плавок

Масса, I

О

Схема прокатки

Способ разливки

J Число плавок

Число слитков

Черных слитков

Годного проката

Брак,

T

Выход ГОДНОГО П[ ката из черных слитков, %

Через заго­товку на

С магниевыми сплавами . .

6

46

128,524

86,41

0,070

68,9

Сорт

Со смазкой. .

8

79

220,546

145,05

0,30

65,4

На крупный сорт

С магниевыми сплавами . .

6

51

142,494

91,78

1,040

64,7

Со смазкой. .

7

63

176,022

106,92

5,25

61,0

Магний в сортовом металле не обнаружен спект­ральным методом. Длительное применение стружки маг­ниевых сплавов при разливке нержавеющей стали пока­зало отсутствие какого-либо изменения' механических и других свойств металла.

Качество макроструктуры в подприбыльных штангах определялось исключительно условиями разливки, типом надставки и ее утеплением, а также фактической об - резью головной части слитка в прокатном цехе и не за­висело от смазки изложниц и применения стружки маг­ниевых сплавов. Макроструктура штанг Н-дефектов не имела.

Стойкость изложниц при разливке со стружкой маг­ниевых сплавов возросла на два-три налива.

Низкая стоимость стружки (0,18 руб/кг), простота подготовки состава изложниц и самой разливки, хоро­шие результаты по качеству металла обеспечили быстрое внедрение указанной технологии. Однако применение стружки магниевых сплавов все же не позволило решить

Главную задачу: прокат слитков нержавеющей стали с титаном горячим всадом без существенного ремонта металла на первом переделе. Эта технология в настоящее время имеет ограниченное применение и была постепен­но вытеснена разливкой под жидким шлаком.

Разливка стали под слоем жидкого шлака

В последние годы разработан наиболее прогрессив­ный способ разливки нержавеющих и других сталей, обеспечивающий получение хорошей поверхности всего слитка — способ разливки под слоем шлака.

В первый период разработки этой технологии жидкий синтетический шлак расплавляли в водоохлаждаемом тигле с токопроводящей подиной на гарниссаже [187—• 188]. Шлак сливали в нефутерованный сварной ковш при температуре 1350—1500° С после выдержки в тигле 15— 30 мин для обеспечения его однородности, а из ковша выливали на зеркало металла, поднявшегося в излож­нице, примерно на 150 мм.

Шлак должен был исключить образование корки окислов и ассимилировать окислы, находящиеся в ме­талле.

Чтобы синтетический шлак обладал такими свойст­вами, он должен был: а) иметь низкую температуру плавления и хорошую жидкотекучесть при температуре 1300° С; 0,4—0,8 н-сек/м2 (4—8 пз)\ б) хорошо раство­рять тугоплавкие окислы и нитриды хрома и титана; в) хорошо смачивать поверхность металла и изложни­цы; г) быть химически нейтральным к металлу и не со­держать окислов железа; д) состоять из дешевых и Iie — дефицитных материалов.

Наилучшим был признан шлак, состоящий из 35— 40% CaF2, 35—40% SiO2, 10—15% Al2O3 и 10—15% CaO.

Расход шлака составил примерно 4 кг/т стали. В про — > цессе разливки стали Х18Н10Т шлак изменялся следую­щим образом, %:

SiO2

CaO MgO

TiO2

Cr2O3

Перед разливкой. .

35,4

37,12 0,31

0,35

0,48

После разливки. . .

32,72

35,99 1,50

6,17

1,74

FeO

Al2O3

F

Na

Перед разливкой. .

0,11

11,42

14,30

2,12

После разливки. . .

0,97

13,16

13,40

1,00

Поверхность слитков была чистой н находилась в тон­кой шлаковой рубашке. Остальные качественные показа­тели практически не менялись.

Этот метод прошел промышленную проверку на за­воде «Красный Октябрь»- и др., в результате которой выявились некоторые недостатки этого способа: необхо­димость специального агрегата для расплавления шла­ка, трудоемкость работ по транспортировке и заливке шлака в каждую изложницу и возможное запутывание шлака в металле при отклонении от оптимального со­става и температуры шлака и режима разливки. Эти трудности были преодолены путем разработки способа получения шлака в изложнице при разливке стали из порошкообразных смесей специального состава — экзо­термических смесей. Впервые этот способ был опробован на металлургическом комбинате им. Серова совместно с Институтом проблем литья АН УССР [189].

Характерная особенность этого способа — одновре­менность протекания процесса горения смеси и разливки стали. В связи с этим смесь должна быстро воспламе­няться при соприкосновении с жидким металлом, а фор­мирование шлака завершаться в возможно короткий срок в начальной стадии разливки. Особенно большое значение скорость горения имеет при разливке стали сверху.

После больших исследовательских работ, проведен­ных на ряде металлургических заводов Советского Сою­за с использованием широкого диапазона смесей, для практического использования были рекомендованы со­ставы, указанные в табл. 31.

Для приготовления экзотермических смесей потребо­валось создание отдельных помещений с соответствую­щим оборудованием. Исходные материалы просушива­ют при 150—800° С Ii размалывают по фракциям 0,5—1,5 мм. При приготовлении смесей соблюдают спе­циальные меры противопожарной и противовзрывной безопасности. В смесительное устройство, исключающее возможность самовоспламенения смеси от трения, уда­ра или искрения, загружают сначала инертные материа­лы, затем окислители и лишь в конце — горючие.

Готовые смеси расфасовывают в плотные многослой­ные бумажные мешки. Содержание влаги в готовой сме­си ограничено 0,3—0,5%, а срок хранения готовой смеси одними-тремя сутками. При изготовлении брикетов до-

Таблица 31 Составы экзотермических смесей и брикетов

Компоненты

Хромистые и другие нержа­веющие стали без Ti и Al

I

Нержавеющие стали типа Х18Н10Т

Нержавеющие стали типа Х13Ю4 (брикеты)

Компоненты

Хромистые и другие нержа­веющие стали без Ti и А]

Нержавеющие стали типа Х18Н10Т

Нержавеющие стали типа Х13Ю4 (брикеты)

Алюмомагниевый

Плавиковый шпат

Порошок ПАМЗ-4

+

+

Ф 75-92 ………………..

+

+

+

Алюминиевый по­

Флюоритовый кон­

Рошок………………….

+

+

+

Центрат….

+

Порошок силико­

Силикатная глыба

+

+

+

Кальция….

+

Доменный шлак.

+

Марганцевая руда

+

+

Жидкое стекло

+

Натриевая селитра

+

+

Калиевый хромпик

+

Бавляют жидкое стекло и увлажненную смесь формуют ручным или машинным способом.

После двухчасовой воздушной сушки брикеты допол­нительно сушат в специальной печи при температуре 150—250° С до получения влаги не выше 0,5 % — Излож­ницы для разливки под шлаком не смазываются, а толь­ко чистятся.

Установлена необходимость тщательной очистки из­ложниц для удаления остатков шлакового гарниссажа от предыдущей разливки. При наличии такого гарниссажа происходит значительное налипание на него нового шла­ка и толщина шлаковой корки настолько возрастает, что резко изменяются условия -кристаллизации. При этом возможно образование дефектов поверхности в виде прорыва корки и заплеска металла, понижения пластич­ности из-за роста зерна в корковой зоне слитка. Темпе­ратура изложниц перед закладкой смеси (за 20—30 мин до выпуска плавки) 80—120° С. Расход смеси составля­ет 4—4,5 кг/т слитка.

Во избежание образования плен в нижней части слитка разливку начинают приторможенной струей. Че — щ

Рез 20—30 сек после начала разливки смеси сгорают, о чем свидетельствует прекращение выделения из-под крышек интенсивного дыма и пламени, и далее скорость разливки регулируют по поведению шлака в контроль­ной изложнице.

Рекомендуемые скорости наполнения тела слитка для нержавеющих сталей приведены в табл. 32. Длитель­ность наполнения прибыльной части слитка составляет 70—100% от продолжительности наполнения тела слит-

Таблица 32

Длительность наполнения изложниц при разливке с экзосмесями

Группа сталей

Марка стали

Развсс слитков, T

Длитель­ность напол­нения излож­ниц, сек

I

0—4X13, X17, ЭИ961, ЭИ962, ЭП410У, ДИ-6, ЭИ878

1,0 2,6—2,8

3 3 9,0—17,0

80—140 150—230 160—240 150—270

Ii

12—25Х5МА, Х5М, Х5ВФ, Х8, Х8ВФ

2,08

2,8

3,3

150—210 170—230 190—260

Hi

ЭИ481

2,1

150—200

IV

1—2Х17Н2, ДИ-1, ЭИ736

2,08 2,8

140—190 150—200

V

4Х9С2, 4Х10С2М

2,8

160—200

VI

(0)Х18Н9, (O)XlSbIlO, 2Х18Н9, (0)Х23Н18, ЭИ69, ННЗ(Б)

1,0 2,8—3,3 9,0—17,0

70—130 120—220 160—290

VII

(0)Х18Н9Т, (0)Х18Н10Т, ЭИ448, X17H13M2-3T, ЭИ811, 0Х18Т1, ЭИ580, (0) X! 7Т

1,0 2,8 3 3 9,0—17,0

60—90 90—140 100—150 120—260

VIII

ДИ-11, Х14Г14Н4Т

2,8 3 3 9,0—17,0

90—140 100—150

120—260

Ix

ЭИ654, ЭИ759

1 ,0

60—110

Таблица 33

Влияние разливки под шлаком на параметры затвердевания слитка массой 3,5 т (#/D = 3,17, конусность 3,5%) [190]

Способ отливки

Расход смесн, кг/т

Время на­полнения слитка, мин—сек

Толщина шлаковой рубашкн,

MM

Время за — твердева — ния тела слитка, мин—сек

Коэффи­циент за­твердева­ния,

0,5

См/мин

Со смазкой. . .

85-55

2,92

С быстросгораю — щей экзосмесью

4

2—25

1—2

92—15

2,82

С тлеющей смесью[4]

6

4—05

0,5—1,25

85-55

2,92

1 Состав тлеющей смеси: 5% Al, 5% силикатной глыбы, 5% натриевой се­литры, Ю% марганцевой руды, 20% древесных опилок, 20% нефелинового кон­центрата, 35% плавикового шпата.

Технология

Таблица 34 Качество поверхности слитков нержавеющей стали, разлитых под жидким шлаком

Количество слитков с поверхностными дефектами, %


X18H10T

Х23Н18

Х18Н12М2-ЗТ


35,5 2,0

68,2 6,5

48,5 Нет

Бычная од шлаком


Сравнительные данные по качеству поверхности про­ката также свидетельствуют о высокой эффективности разливки под шлаком (табл. 35).

Таблица 35 Качество поверхности проката нержавеющей стали

Марка стали

Доля бездефектных заготовок (%), разлитых

Отбраковано до поверх­ностным дефектам, %

Обычным способом

Под шлаком

Разливка обычная

Разливка под шлаком

Х18Н10Т

17,3

82,5

XI8HI2M2T

25,0

48,7

Х18Н12МЗТ

33,3

55,5

Х23Н18

12,9

36,4

2—4X13

1,0

0,45

Х5М

2,03

0,50

Значительно улучшилось при новом методе разливки и качество макроструктуры. Исследование влияния раз­ливки стали под шлаком на загрязненность металла не­металлическими включениями показало, что при этом способе разливки запутывания шлака в металле не про­исходит. Этому препятствует высокая температура шла­ка и металла, а также малая адгезия шлака к металлу.

В нержавеющих сталях с титаном средний балл по карбонитридным включениям снизился с 2,98 до 2,62 и 83% плавок имели средний балл по этому виду вклю­чений не более 3,0. На 70% плавок загрязненность ок-


Сидными, силикатными и сульфидными включениями не превышает балл 2,0. Лишь единичные плавки имеют средний балл по оксидам 3,1.

Уменьшение загрязненности неметаллическими вклю­чениями при разливке под шлаком высоколегированных сталей без титана видно из данных, приведенных в табл. 36.

Таблица 36

Загрязненность стали неметаллическими включениями в зависимости от способа разливки

Марка стали

Технология разливки

Средний балл загрязненности включений

Оксиды точеч­ные

Оксиды стро­чечные

Суль­фиды

Сили­каты

08Х20Н10Г6

Обычная. . . Под шлаком. .

2,3 1,8

3,16 1,5

2,17 1,8

2,3 2,0

07Х23Н13

Обычная. . . Под шлаком. . .

2,0 1,3

0,5 0,3

1,16 1,0

3,0 2,0

Положительные результаты были получены и при разливке под шлаком крупных листовых слитков стали Х18Н10Т массой до 17 т. Применение экзотермических смесей позволило на 3,5% повысить выход годной стали и существенно снизить затраты на зачистку и обдирку слитков, заготовки и листа.

На ЧМЗ с успехом применили разливку нержавеющей стали с экзотермическими брикетами, имевшими теплоту сгорания 1,7 Мдж/кг (400 ккал/кг). При расходе брике­тов 4,5—5,0 кг/т время наполнения тела слитка массой 1,15 т составляло 130—180 сек [191].

По сравнению с разливкой с петролатумом новый спо­соб разливки позволил при зачистке сократить потери металла в пыль с 12 до 2,6 кг/т, снизить расход абразив­ных кругов с 3,5 до 0,8 шт/т и уменьшить отбраковку металла на 30%.

Дальнейшее усовершенствование технологии разлив­ки под шлаком, изыскание новых более экономичных способов получения шлака и улучшение его физико-хи­мических свойств позволят дополнительно повысить эф­фективность разливки нержавеющей стали.

Глава XII

РАЗЛИВКА НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ СВЕРХУ И ОСОБЫЕ ВИДЫ РАЗЛИВКИ

1. РАЗЛИВКА НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ СВЕРХУ

Как правило, сверху отливают слитки нержавеющей стали, предназначенной для кузнечного передела, так как качество поверхности слитка не влияет на качество поверхности изделия вследствие больших припусков на обработку и возможности вырубки дефектов по ходу пе­редела. Обычно это слитки массой более 3 т, имеющие повышенное отношение H/D, как правило, восьмигран­ные.

Большое значение имеет аккуратная сборка комплек­та: изложницы, поддона и надставки (особенно при при­менении плавающих надставок) и строго вертикальное направление струи.

При разливке сверху успешно опробовались все ука­занные выше способы разливки нержавеющей стали. Особенностью их применения является необходимость резкого замедления начала разливки (до вспышки маг­ниевых сплавов, до сформирования жидкого шлака).

Ниже приведены особенности отливки сверху слитков нержавеющей стали массой 24—42 т.

Вкладыш для поддона изготовляют литым из мало­углеродистой или нержавеющей стали (обычно отлива­ют в цехе накануне из остатков металла), торцовую ра­бочую поверхность вкладыша зачищают от грязи, шла­ка, ржавчины. Вкладыш устанавливают на поддон с за­делкой зазора шнуровым асбестом.

Для лучшего утепления прибыльной части и получе­ния плотной макроструктуры слитка надставки футеру­ют менее теплопроводным — пористым шамотным кир­пичом марки БЛ-1,3. Внутреннюю поверхность надстав­ки облицовывают обычным шамотным кирпичом па плашку. Между пористым шамотом и металлическим каркасом надставки прокладывают листовой асбест. Из­ложницы смазывают тонким слоем лаколя.

Для создания защитной атмосферы в изложнице при­меняют аргон, которым вытесняют воздух до начала разливки. В зависимости от скорости наполнения излож­ницы и поведения металла для получения слитков 42 и 36 т металл разливают или через стакан диамет­ром 70—80 мм или через два стакана диаметром 60— 70 мм (двухстопорный ковш) с расстоянием между центрами стаканов 300 мм. Разливку ведут без примене­ния воронки. Наполняют кюмпельную часть слитка мед­ленно через один стакан. После этого разливку продол­жают через два стакана. Скорость разливки регулирует­ся в зависимости от вида металла, который должен под­ниматься спокойно, без бурления и заворотов. Во время наполнения изложницы подают в нее при малом давле­нии аргон. При поступлении металла в надставку струю немного сокращают, но при этом нельзя допускать заво­рота или потопления корки в металле. Сразу после от­ливки слитка прибыльную часть засыпают люпкеритом в количестве 2 кг/т. Если во время кристаллизации слит­ка, т. е. в течение 12 ч после разливки, корка люнкерита проваливается и обнажается металл, последний засыпа­ют люнкеритом слоем 30—50 мм.

Слитки массой 36 т охлаждают в изложнице с над­ставкой в течение трех суток, а слитки массой 42 т — пяти суток.

Кривые охлаждения слитков стали марки Х18Н9Т массой 42 и 24 т приведены на рис. 67. Для плавочного контроля металла при отливке таких крупных слитков


О M во 120 Г, Ч

•с

Вор

UOO

Рнс. 67. Кривые охлаждения слитков нержавеющей стали X18H9T мас­сой 42 т (/) и 24 г (2)

Ггоо


Таблица 37

Скорость наполнения изложниц, сек, при разливке нержавеющих сталей сверху

Развес слитков, т

Марка стали

3—3,8

4.1— 5,8

6,0— 7,8

8—10

10,5— 12,5

17-19

2-1—26

ЭП56, ЭИ756, 1—4X13

90— 150

90— 150

ННЗ, ННЗБ, ННЗФ, ННЗБФ

180— 230

200— 250

(0)Х18Н10Т, Х18Н12Т, ЭИ953

60—90

70— 100

90— 120

120— 150

130—

160

150— 210

250— 330

Х18Н9, 0Х18Н10,

Х16Н11МЗ,

04Х17Н10М2

70- 110

80— 130

100— 170

130— 190

140— 200

160— 220

ЭИ954

70— 100

80— 120

100— 160

Дополнительно отливают слиток массой 0,3—0,5 т. После перекова металл контролируют на интеркристаллитную коррозию по ГОСТ 6032—58.

Указанная технология разливки крупных слитков не­ржавеющей стали обеспечивает вполне удовлетворитель­ное качество металла. Аналогичным образом готовятся к разливке нержавеющей стали сверху в восьмигранные изложницы для кузнечных слитков различного развеса, однако разливка ведется только с применением проме­жуточных воронок со стаканом диаметром 26—65 мм. Рекомендуется следующая длительность отливки тела слитка при разливке нержавеющей стали сверху в вось­мигранные изложницы (табл. 37).

Длительность выдержки слитков до первого толчка определяется по времени полной кристаллизации слит­ка, рассчитываемой по формуле В. М. Тагеева: т== = 0,112 R2, где т — период полной кристаллизации слит­ка, мин; R— радиус слитка, см.

Положительные результаты были получены при раз­ливке высоколегированных хромоникелевых сталей свер­ху под слоем шлака [169]. Например, при отливке свер­ху слитков 3,8 т в восьмигранную изложницу присажива­ли экзотермическую смесь в количестве 18—20 кг на слиток, что соответствовало толщине слоя шлака на дне изложницы 80—90 мм. Разливку производили через во­ронку с диаметром стакана 50 мм сначала приторможен­ной струей, а после прогорания смеси уровень металла в воронке поднимали до нужного предела и поддержи­вали его неизменным в течение всей разливки. Хотя при разливке сверху под шлаком не удалось полностью устранить поверхностные дефекты, трудоемкость зачист­ки слитков снизилась в 1,8—2 раза.

Освоение разливки сверху под слоем шлака, уточне­ние состава смесей для этого вида разливки ставят на повестку дня вопрос о переходе на отливку сверху круп­ных листовых и блюминговых слитков нержавеющей стали, которые в настоящее время отливаются исключи­тельно сифоном.

2. РАЗЛИВКА СТАЛИ ПОД РЕГУЛИРУЕМЫМ ДАВЛЕНИЕМ

Разливка стали под регулируемым (низким) давле­нием позволяет исключить стадию производства слитков и получить полупродукт в виде заготовок (сляб, блюм и др.) для прокатки. Начав примерно 15 лет назад с применения регулируемого давления для производства колес, фирма «Ciriffin Wheel Со» (США) получила этим способом заготовки 100Х Ю0Х1800 мм с высоким ка­чеством поверхности. Промышленные установки для по­лучения слябов нержавеющей стали эксплуатируются в Хьюстоне и Балтиморе (США) общей мощностью 225 тыс. т слябов в год.

Сущность нового метода разливки заключается в сле­дующем. Ковш с жидким металлом 1 (рис. 68) устанав­ливают в герметизированную камеру 2, которую’накры­вают специальной крышкой 3 с предварительно подогре­тым до температуры 900—IlOO0C металлопроводом 4. Металлопровод погружают в жидкую сталь почти до дна ковша. Верхний торец металлопровода стыкуют с литни­ковой системой заполняемой формы 5, которая выполне­на из графитовых блоков таким образом, что ее полость соответствует размерам отливаемой заготовки. При по­даче в камеру сжатого газа (воздуха) последний по­степенно вытесняет жидкую сталь из ковша через метал­лопровод в полость формы. Скорость истечения металла легко регулируется путем управления скоростью измене­ния давления газа на зеркало жидкого металла в ковше установки.

После заполнения формы жидким металлом произво­дится отсечка его при помощи специального устройства, после чего стравливается давление газа в установке и затвердевание протекает при атмосферном давлении.

Для получения более плотных отливок форму не отсека­ют и металл кристаллизуется под давлением.

При разливке под низким регулируемым давлением обеспечивается высокое качество поверхности, которое в ряде случаев позволяет отказаться от обдирки перед прокаткой. В результате выход годного достигает, по американским данным [192—193], 90—97%. Наличие осевой пористости не является браковочным признаком, так как она заваривается при прокатке уже при четырех — пятикратном обжатии. Перспективность этого метода для обеспечения однородного металла убедительно пока­зана в работе [194]. Большим преимуществом разливки под давлением является высокая производительность. Так, процесс заливки формы 16-т сляба размером 250Х X Ю00Х9000 мм составляет 90 сек, а через 9—12 мин сляб уже удаляется из формы. Сразу же после удаления сляба форма охлаждается водой (5—6′мин) и после по­крытия специальной обмазкой (5 мин) вновь собирается и поступает под заливку.

В перспективе возможность метода разливки под низким давлением (регулируемым) по производительно­сти оценивается до 300 т/ч на одну установку. Стойкость графитовой формы оценивается в 1000—1200 заливок при условии переточки рабочих поверхностей по 5— 10 мм через каждые 100—150 заливок. Металлопроводы в ряде случаев выдерживают разливку из 100—120 30-г ковшей.

В Советском Союзе уже длительное время работают полупромышленные установки для разливки под низким давлением. Проектируется крупная промышленная уста­новка для получения этим методом электродов для элек­трошлакового и вакуумно-дугового переплавов.

На заводе «Днепроспецсталь» совместно с Институ­том проблем литья АН УССР были проведены опыты по заливке нержавеющих сталей типа Х17Н2, ДИ-1, ЭИ961 и др. в футерованные графитовыми блоками формы, установленные под углом к полу цеха около 15°. Металл из ковша заливали сверху, через воронку, установленную над более низким концом формы. Заполнение формы за­канчивали при выходе металла в выпор. При массе за­ливаемого металла около 1,8 т (сечение 200X200 мм, длина 6000 мм) длительность наполнения формы состав­ляла около 100 сек. Полученные электроды после зачист­ки поверхности использовали для последующего электро­шлакового переплава.

Проведенные исследования качества металла до и после ЭШП позволили установить отсутствие наугле­роживания металла при разливке в графитовую форму, а также удовлетворительное качество стали ЭШП по макроструктуре, механическим свойствам и загрязненно­сти неметаллическими включениями.

Для массового внедрения указанного способа разлив­ки необходимо решить вопрос увеличения стойкости по­верхностных слоев графита, а также улучшения качества поверхности отливки.

Сварки им. Е. О. Патоиа и Челябинским металлургиче­ским заводом [195]. В медной водоохлаждаемой излож­нице нерасходуемым электродом расплавляют шлак спе­циального состава и затем заливают жидкий металл в изложницу. Во время разливки и после нее шлак нахо­дится под током, благодаря чему поддерживается требу­емая его температура и другие свойства. В отличие от электрошлакового процесса ЭШО обладает значительно большей производительностью: отливка слитка массой 5—7 т производится в течение 7 мин, а общее время установки под током 70—150 мин.

Разливка через слой активного шлака в медный во — доохлаждаемый кристаллизатор, электрошлаковая под­питка верхней части слитка обеспечивают получение удовлетворительной поверхности и структуры слитка, по­вышение его чистоты по неметаллическим включениям и газам, снижение потерь металла при переделе на

10-15%.

В табл. 38 представлены данные по содержанию в сталях Х18Н10Т и ЭИ961 газов и неметаллических включений.

Таблица 38

Содержание газов и неметаллических включений в сталях Х18Н10Т и ЭИ961 после ЭШО

Марка стали

Содержание газов, 10 [5] %

Содержание неметаллических включений, IO-4 %

N

О

H

Нитриды I оксиды I всего

Х18Н10Т ЭИ961

30—60 100—130

28—90 25—35

1,0

1,0—2,0

16—64 90 4

25—122 1160 30

41—168 1250 34

21

120

141

Примечание. В знаменателе приведены данные для стали обычной выплавки.

Глава XIII

НЕПРЕРЫВНАЯ И ПОЛУНЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Последнее двадцатилетие ознаменовалось бурным развитием непрерывной и полунепрерывной разливки стали, которая позволяет закончить цикл комплексной механизации и автоматизации в металлургии, а также обеспечить значительное улучшение технико-экэномиче — ских показателей. К 1968 г. в мире действовало 190 уста­новок НРС. При этом наряду с отливкой углеродистой, мало — и среднелегированной стали накоплен определен­ный опыт и по разливке нержавеющих сталей, в том чис­ле легированных титаном.

В СССР работы по полунепрерывной разливке не­ржавеющей стали типа Х18Н10Т были начаты на’ заводе «Красный Октябрь» [196]. При разливке встретились с обычным окислением и подстуживанием поверхности металла в кристаллизаторе и образованием корки окис­лов, которая, попадая внутрь слитка, приводила впослед­ствии к грубым пленам и расслоениям в листах. Состав корки был характерным для нержавеющей стали. Ниже приведено содержание элементов, %:

TOC \o "1-3" \h \z Титаи Кислород Азот

Корка…………………………….. 1,38 0,30 0,26

Металл…. 0,53 0,05 0,015

При вводе аргона и обеспечении над уровнем метал­ла содержания в атмосфере 0,1% О и 0,4% N корка на поверхности металла все же образовывалась (кислород эжектировался струей жидкой стали, аргон охяаждал поверхность металла).

Для устранения эжекции воздуха из промежуточно­го ковша применяли специальное разливочное устрой­ство, создающее замкнутую литниковую систему метал­ла от ковша до кристаллизатора.

Поверхность металла в кристаллизаторе прикрывали деревянными брусками. При отливке по такой техноло­гии нержавеющей стали Х18Н10Т в кристаллизатор се­чением 150X500 мм скорость разливки составляла 1,1 — 1,2 м/мин, при температуре металла в промежуточном ковше 1530—1540° С.

Поверхность литых слябов прострагивали на глубину до 5 мм и далее выборочно зачищали дефекты на абра­зивных станках. В готовом листе выявили отдельные расслоения и крупные шлаковые включения — результат потопления корочки и шлака при разливке.

В сечении горячекатаных листов встречали неодно­родную макроструктуру. Темные полоски представляли собой группы неметаллических включений (в основном окислов и нитридов титана). Имелась также разнозерни — стость, которая, однако, может быть снижена термообра­боткой. Образцы с повышенной травимостью по механи­ческим свойствам и при специальных испытаниях на хо­лодное скручивание показали те же результаты, что и металл с однородной травимостью.

Качество поверхности холоднокатаного листа было получено удовлетворительное. По однородности резуль­татов испытаний механических и антикоррозионных свойств металл, отлитый на УПНРС, был лучше.

Степень неравномерности распределения элементов по сечению слитка стали Х18Н10Т сечением 175X300 мм, по данным [197], составляет: 25% С; 16% Si; 24% Р; 15% S; 10% Cr; 9,5% Ni; 10% Ti.

На заводе фирмы «Atlas Steel» (Канада) на УНРС в кристаллизаторы сечением 380X215 мм и 610X170 мм отливаются в основном хромоникелевые нержавеющие стали без титана и лишь частично стали типа Х18Н10Т и X18H11Б [198].

В табл. 39 приведены рекомендуемые параметры раз­ливки нержавеющей стали Х18Н10.

T а б л и ц а -39 Параметры разливки стали Х18Н10 на УНРС

Параметры

Размер заготовок, мм

610X170

475X100

485X75

430 X 65

Температура разливки, °С.

1521

1521

1521

1521

Скорость вытягивания, м/мин..

1,14

1,52

1,78

2,03

Скорость разливки, кг/Мин

907

580,5

490

435,5

Продолжительность разлив­ки:

35-г плавка……………………………

35

55

65

73

50-7- плавка………………………….

50

78

17*

259

Температура разливки стали типа Х18Н10Т 1520— 1530° С, стали типа Х23Н18 1505—1515° С, стали Х25 1535—1545° С, стали Х17 1540—1560° С. По данным Л. Немети и др. [198], условия разливки должны обес­печить на выходе из кристаллизатора минимальную тол­щину корочки—12,7 мм, при этом предотвращаются прорывы.

Крайне важным является стандартизация усло­вий разливки: температуры металла, скорости вытяги­вания, расхода охлаждающей воды в кристаллизаторе и на вторичное охлаждение. Последнее оказывает су­щественное влияние и на образование трещин. Так как все нержавеющие стали, особенно аустенитного класса, показали значительную тенденцию к столбчатой кри­сталлизации, их чувствительность к растрескиванию выше.

При непрерывной разливке нержавеющей стали острее чувствуется влияние водорода, которое может приводить к образованию подкорковых пузырей, цен­тральной пористости, внутренним трещинам и прорывам. Некоторые специалисты считают, что отливать непре­рывным способом нержавеющую сталь, содержащую бо­лее 0,0008% Н, нецелесообразно. В связи с этим органи­зуется экспресс-определение содержания водорода в ста­ли перед выпуском.

На УНРС в Капфенберге (Австрия) успешно отлива­ют слябы сечением 165X1050 и 140X480 мм, круглые заготовки диаметром 130—150 мм и квадратные сечени­ем 90X90 и 115X115 мм аустенитной хромоникельмо — либденовой стали, стабилизированной и нестабилизиро — ванной ферритной хромистой стали и высоколегирован­ной хромоникелевой стали.

При скорости разливки 0,6—3 м! мин литые заготовки имеют более мелкие столбчатые кристаллы, чем обыч­ные слитки.

Использование электромагнитного перемешивания (ЭМП) жидкого металла в кристаллизаторе позволяет уменьшить зону столбчатых кристаллов, повысить горя­чую деформируемость металла и снизить его склонность к трещинам. Применение ЭМП весьма перспективно и расширяется с каждым годом [199].

Исследование свойств синтетических шлаков позво­лило А. И. Колпакову и др. [200] рекомендовать раз­ливку стали Х18Н10Т и Х23Н18 под силикатными шла­ками. При этом улучшена поверхность и макроструктура слитков.

Большим шагом вперед во внедрении непрерывной разливки нержавеющих сталей, безусловно, является разработанная ЦНИИЧМ и Горьковским металлургиче­ским заводом (ГМЗ) технология, при которой после на­полнения кристаллизатора металл поступает через глу — ходонный («безнапорный») огнеупорный стакан, погру­женный нижней своей частью под уровень металла

Рис. 69. Схема безнапорного подвода металла затопленной струей под слоем шлака:

А — непосредственно из ковша через стакан;/ —стакан; 2 — поверхность жидкого металла в кристаллизаторе; б — через специальное устройство; / — промежуточный ковш; 2 — кристаллизатор; 3 — устройство для под­вода металла под уровень; 4— жидкий синтетический шлак

[201, 202]. Из стакана через боковые отверстия, распо — оженные под углом 7—12° к горизонту, металл выходит атоплеиными струями в кристаллизатор, в который пе­риодически подается экзотермическая шлаковая смесь (8% SiCa, 14% Al, 10% NaNO3, 22% CaF2, 26% Na2SiO3, 0% железной окалины) и подводится пропан-бутан (рис. 69).

Опыт отливки 7500 т нержавеющей стали Х18Н9-10Т на ГМЗ по указанной технологии показал значительное лучшеиие качества слябов сечением 180X400—500 мм; 7,2% темплетов не имели поверхностных дефектов про — ив 1 % по старой технологии, а количество дефектов с глубиной более 4% снижено было вдвое. Соответствен­но сократился расход металла при строжке слябов с 91 до 45—55 кг/т, снизился объем зачистки сутунки в два раза.

Макроструктура поперечных и продольных темпле — тов литого металла была плотной, без значительной осе­вой пористости и других дефектов. В слитках обоих ва­риантов зона транскристаллизации распространялась до оси слитка.

Новая технология позволила также существенно сни­зить загрязненность непрерывных слитков (табл. 40).

Таблица 40

Загрязненность включениями непрерывных слитков стали Х18Н10Т, отлитых по старой и новой технологии

Вариант технологии

Среднее содержание вклю­чений 10~1 % (электро­литическое выделение)

Площадь групповых включений,

MKM2IMMi

Шлифа

Нитриды титана

Окислы титана

Старая — открытая струя.

576—925

859—2169

4430

Новая — безнапорный под­воя под шлаком….

3-19

14—31

2120

Меньшее падение температуры металла от промежу­точного ковша до кристаллизатора при разливке по но­вой технологии (на 30—35 вместо 60—80 град ранее) позволило снизить на 20—30 град температуру разлива­емого металла (до 1540—1550° С в промежуточном ков­ше) и уменьшить угар титана. Повысилась стойкость футеровки и стопоров разливочных и промежуточных ковшей.

Развитие новых способов производства стали — элек­трошлакового, вакуумно-дугового, электроннолучевого и плазменно-дугового переплавов со всей очевидностью продиктовало необходимость широкого внедрения полу­непрерывной разливки стали для получения электродов. На этих установках в СССР уже отливаются хромистые и хромоникелевые нержавеющие стали в кристаллизато­ры сечением 150X1504-370X370 мм и диаметром 170— 530 мм. Оптимальные скорости вытяжки и режимы

Таблица 41

Параметры разливки литых электродов крупных сечений на УПНРС

Сечение электро­да, MM

Скорость разливки, м/мин, в период

Расход воды, м-Уч

Примечание

Началь­ный

Основ­ной

Выведе­ние усадки

На кри­сталли­затор

На первую

Секцию вторично­го охлаж­дения

Круг 235

0,2—

0,7

0,4—

170

14,0

Смазка кри­

0,3

0,3

Сталлизатора —

Рапсовое масло

Круг 405

0,24

0,30—

0,2

230

14,0

Разливка под

0,35

Уровень с при­

Менением жид­

Кого шлака

Квадрат

0,2

0,35—

0,25—

270

14,0

То же

370

0,4

0,3

Охлаждения при отливке электродов представлены в табл. 41. Несомненно, что непрерывная разливка не­ржавеющих сталей будет интенсивно развиваться и рас­ширяться в ближайшие годы.


Раздел четвертый КАЧЕСТВО И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Глава XIV

ДЕФЕКТЫ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Улучшение качества продукции и снижение брака металла позволяют существенно улучшить технико-эко­номические показатели производства на металлургиче­ских заводах и заводах-потребителях. Наряду с необхо­димостью непрерывного улучшения технологии и орга­низации производства, соблюдения технологической дис­циплины важное значение в борьбе с браком имеет пра­вильная классификация дефектов.

Понятие дефекта является в некоторых случаях отно­сительным и качественно и количественно зависит от предъявляемых к металлу требований. Отдельные виды дефектов являются бесспорным браком, другие же нор­мируются количественно в государственных стандартах и технических условиях.

Дефекты нержавеющих, равно как и других, сталей могут быть выявлены в стадии слитка, а также в проме­жуточных и окончательных профилях после прокатки, прессования или ковки. Некоторые дефекты выявляются у потребителя при изготовлении деталей и в процессе эксплуатации.

1. ДЕФЕКТЫ, ВЫЯВЛЯЕМЫЕ В СЛИТКЕ

Наиболее часто встречающимся дефектом слитка не­ржавеющих сталей являются плены и завороты на по­верхности. Технологические пути устранения этих дефек­тов были рассмотрены выше.

Для удаления этих дефектов производят полную или частичную обдирку слитков на глубину 2—6 мм на то­карных станках либо сплошную или выборочную зачист­ку на абразивных станках. За рубежом применяется так­же обдирка горячих слитков на специальных фрезерных станках. На крупных слитках поверхностные дефекты удаляют огневым способом.

Как вынужденная мера, удаление дефектов произво­дится в заготовке после проката неотремонтированных слитков. Чаще всего такая технологическая схема при­меняется в тех случаях, когда при охлаждении слитков возникают трещины, а также при прокатке слитков с крупнозернистым строением. Сохранение мелкокри­сталлического поверхностного слоя облегчает, например, деформацию ферритных сталей (сихромаль и др.).

На поверхности слитков встречаются продольные и поперечные трещины. Продольные трещины наиболее часто встречаются на слитках круглого сечения хроми­стых сталей, особенно легированных кремнием и молиб­деном. Отливка в слитки квадратного или прямоугольно­го сечения, снижение температуры металла и скорости разливки позволяют устранить трещины. Термические продольные трещины устраняются путем обеспечения оп­тимального режима охлаждения и термообработки слитков.

Поперечные трещины, как правило, вызваны наруше­ниями в технологии подготовки и сборки изложниц, что приводит к зависанию слитков. На слитках стали X17H13M2-3T массой 9—17,0 т встречали мелкие трещи­ны, расположенные в средней части слитка. При огневой зачистке этих слитков возникали дополнительные тре­щины, которые при прокатке приводили к грубым рва­нинам в слябах.

Для исключения трещин необходимо выдерживать оптимальные условия разливки (температура металла в ковше 1540—1560° С, длительность наполнения тела слитка 120—150 сек, охлаждение слитков в изложницах не менее 12 ч) и применять микролегирование металла ферроцерием в количестве 1 кг/т [123].

При разливке стали под жидким шлаком, а также при электрошлаковом переплаве на поверхности слитков стали типа Х18Н10Т встречаются дефекты в виде зали — вин металла за шлаковый гарниссаж. Дефект образует­ся при замедленной кристаллизации поверхностной кор­ки слитка, которая не может выдержать давление жидкой металлической ванны. Выше указывалось, что при раз­ливке в изложницы необходима их тщательная чистка от остатков шлака, при ЭШП следует снижать скорость на — плавления.

Одним из серьезных дефектов поверхности слитков являются навары, образующиеся при быстрой разливке горячего металла, высохшей смазке и плохом качестве изложниц. Слябы, полученные из слитков стали Х18Н10Т с наварами, были покрыты мелкими рванинами и чешуй­ками, которые нельзя было удалить на строгальных станках из-за высокой твердости. Химический анализ чешуек металла (после травления) показал, что в них содержание углерода достигало 1,06%, а титана 0,16% при содержании их в центре сляба соответственно 0,10 и 0,55%. Металлографический анализ поверхностной зо­ны показал наличие в металле большого количества карбидов титана и хрома.

Наиболее часто навары бывают в нижней части слит­ка. Чтобы их ликвидировать, необходимо своевременно убрать дефектные изложницы, строго регламентировать скорость разливки и температуру металла, повысить ка­чество подготовки изложниц.

Нержавеющую сталь нельзя разливать в новые из­ложницы, так как в них более высокое содержание угле­рода, чем в применявшихся изложницах, а температура плавления внутренних слоев сравнительно низкая.

2. ДЕФЕКТЫ, ВЫЯВЛЯЕМЫЕ В ПРОКАТЕ

Одним из наиболее частых дефектов, выявляемых в макроструктуре проката, является усадка, которая мо­жет иметь вид полости, иногда заполненной шлаком, рыхлости с развитыми крупными дендритами, трещины, темного пятна, сопровождающегося точечной неоднород­ностью. Характерным отличительным признаком усадки является наличие ликвации и значительное обогащение металла неметаллическими включениями, что легко вы­является при снятии серного отпечатка по Бауману.

Учитывая высокую стоимость нержавеющих сталей, на всех заводах проявляется тенденция производить на этой группе марок минимальную обрезь. Естественно, что при этом необходимо особенно строго выполнять установленную технологию на всех переделах, в частно­сти соблюдать установленную температуру и режим раз­ливки, наполнять надставки не ниже определенного уровня, устанавливать поддоны по уровню, применять горячие надставки и утепляющие засыпки. Наконец, важно обеспечить условия наблюдения и контроля за обрезью в передельных цехах.

При повышенном содержании в металле водорода, а также азота в слитке при кристаллизации образуются! газовые пузыри. Их выявляют при обдирке слитков, ког­да они расположены близко от поверхности, или при контроле макроструктуры проката, где они имеют вид ликвационных пятен или сплюснутых трубочек (закатан­ных пузырей). Пузыри располагаются по сечению заго­товки несимметрично. На микрошлифах вокруг пузырей обычно нет ликвационных загрязнений и структурной неоднородности. Однако в стали Х18Н10Т в местах пу­зырей нами выявлены скопления карбонитридов титана.

Окислившиеся при прокатке газовые пузыри выявля­ются в виде поверхностных волосовидных трещин.

Наиболее склонны к образованию газовых пузырей водородного происхождения нержавеющие стали, леги­рованные кремнием (ЭИ654, Х10С2М, Х25Н20С2 и др.), так как кремний резко снижает растворимость водорода в твердой стали и тем самым увеличивает давление вы­деления водорода при кристаллизация.

На основании опыта и наших исследований ниже приведены критические содержания водорода в нержа­веющих сталях, превышение которых приводит к обра­зованию газовых пузырей:


Марки стали. _. . .

ЭИ654, Х18Н13С4

4—6

Максимально допустимое содержание водорода, обеспечивающее получе­ние плотных слитков, сл3/100 г……

Х18Н10Т, Х18Н13М2Т

10—12


Х18Н25С2, Х120Н14С2

Х28, Х25Т

Марки стали

1—4X13, Х17Н2


Максимально допустимое содержание водорода, обеспечивающее получе­ние плотных слитков, см3/100 г 10-13

Критическое содержание водорода определяется так­же массой слитка, перегревом металла и содержанием свободного азота в стали.

7—10

Как правило, дефекты расположены в верхней части слитка и ближе к одной из сторон. Образование газовых пузырей здесь облегчено меньшим металлостагическим давлением, наличием ликвации водорода и меньшей ско­ростью кристаллизации у стенок изложницы, располо­женных ближе к центровой.

Образование дефекта и отбраковка металла возра­стают в летнее время года, когда увеличивается абсо­лютная влажность воздуха и парциальное давление во­дяных паров и водорода в дуговой печи, влажность шла — кообразующих материалов, ферросплавов и газообразно­го кислорода. Для уменьшения содержания водорода в нержавеющей стали, помимо общетехнологических ме­роприятий (сушки и прокалки материалов, замены изве­сти известняком, осушки кислорода и т. п.), применяют продувку жидкого металла аргоном (в печи или в ков­ше). Например, на заводе «Днепроспецсгаль» при вы­плавке стали марок ЭИ654, ЭИ759, Х102СМ, Х9С2 и т. п. после легирования кремнием производят продувку металла чистым аргоном через трубки диаметром 19—25,4 мм в течение примерно 10 мин. Расход аргона составляет 2—3 м3/т при давлении около 0,2 Мн/м2 (2 ат) в печи. Продувку ведут при погружении конца трубки на глубину 300—400 мм в металл и при переме­щении ее в ванне. В результате продувки снижается со­держание водорода в металле на 1—3 см3/100 г и прак­тически полностью устраняется отбраковка металла по газовым пузырям.

Повышенное содержание азота (выше предела рас­творимости) также приводит к образованию газовой фа­зы в слитке. Известны случаи получения газовых пузы­рей в слитках стали Х23Н13 при применении азотиро­ванного феррохрома [203] и т. д. Для ликвидации брака по газовым пузырям целесообразно производить экс — нресс-анализ металла на водород (а в дальнейшем и на азот) и при необходимости дегазировать металл путем вакуумирования, продувки аргоном или другими спосо­бами.

При разливке нержавеющей стали могут образовы­ваться и подкорковые пузыри, вызванные обильным во­дяным охлаждением изложниц и быстрой разливкой стали в изложницы, смазанные густой смазкой, т. е. на­рушениями общепринятой технологии. В прокате нержа­веющих сталей встречают расслоения в изломе. Как пра­вило, они вызваны наличием грубых скоплений неметал­лических включений. Причиной расслоений в листе может быть и повышенная двухфазность стали. Так, как показали исследования [204], при прокатке листа стали

ЭИ811 вследствие большой скорости деформации и ма­лого времени пребывания при высокой температуре про­исходит различная степень наклепа феррита и аустенита. Существующая при температурах 870—900° С (оконча­ние прокатки) ферритная фаза наклёпывается меньше, так как в ней успевают пройти процессы отдыха. В ре­зультате возникают локальные напряжения, приводящие

Ik надрывам металла, кото­рые идут по границам фаз ; (рис. 70). Устранение подоб­ных дефектов достигается ограничением степени двух — фазности стали и оптималь­ным температурным и ско­ростным режимами ее про­катки.

Характер и природа крае­вых загрязнений (титани­стой пористости) в макро­структуре нержавеющей стали были описаны выше.

В нержавеющей стали, легированной титаном, встречается также общая неод­нородность структуры: рассеянные по полю шлифа скоп­ления окислов и карбонитридов титана. Для устранения этого дефекта необходимо обеспечить более полное рас­кисление металла до присадки титана, а также произво­дить разливку металла при оптимальной температуре.

При контроле макроструктуры заготовок нержавею­щей стали (особенно типа Х18Н10Т и 1—4X13) на попе­речных шлифах достаточно часто выявляется неодинако­вая травимость осевой и периферийной зон. В зависимо­сти от формы слитка форма различно травящейся пло­щади (ликвационного квадрата) может быть квадратной или круглой и иметь резкий или размытый контур, а также чередование светлых и темных полос.

Наиболее легко ликвационный квадрат выявляется в сталях 1—4X13, в хромоникелевых сталях с титаном и ниобием для выявления ликвационного квадрата нуж­но длительное травление.

^ ~v v,, …. : f ‘ *

Рис. 70. Надрывы металла по грани­цам фаз в листе стали Х21Н5Т (ЭИ811)

\

При продолжительном травлении темная зона вы­травливается одинаково интенсивно в заготовках круп­ного и мелкого сечения независимо от условий нагрева и деформации. Природа ликвационного квадрата описа­на в работах [205—208]. Изменение травимости в осевой зоне заготовки объясняют различием в кристаллизации разных зон слитка и неодинаковым отношением к усло­виям деформации этих зон. Поскольку по основным ка­чественным показателям (механическим свойствам, кор­розионной стойкости, чистоте по неметаллическим включениям и т. п.) металл осевой и краевой зон не от­личается, ликвационный квадрат в нержавеющих сталях обычно не считают браковочным признаком. Различие в травимости снижается при предварительной термиче­ской обработке металла (для стали Х18Н10Т нагрев до 1200° С с выдержкой 2—4 ч, для стали 2X13 нагрев до IlOO0C и отпуск при 670° С в течение 6 ч).

Следует отметить, что при направленной кристалли­зации нержавеющих сталей в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе (при ЭШП, ВДП, ЭЛП и ПДП) ликва­ционный квадрат в прокате не выявляется, что свиде­тельствует о получении более однородной структуры слитка.

В поперечной макроструктуре проката некоторых не­ржавеющих (1—2X13, 1Х17Н2) и полуферритных (Х8, Х8Ф) сталей обнаруживают так называемые «паукооб­разные растравы», представляющие участки структур­ной неоднородности в виде цепи плотно прилегающих углублений (точек растрава). В продольном макротем — плете «паук» представляет собой топкие прерывистые нити, тянущиеся вдоль направления прокатки.

Серные отпечатки показали полное соответствие фор­мы отпечатка рисунку растрава. Наши исследования [209, 210] показали в местах «паука» отсутствие нару­шений сплошности, одинаковые механические свойства, содержание газов и неметаллических включений в зоне паука и периферийной зоне. Установлено, что в сталях Х8, Х8ВФ вытравливание происходит по цепочкам суль­фидов балла 3—5. Повышенное количество сульфидов в центре темплета и характер их расположения опреде­ляются главным образом не абсолютным содержанием серы в стали, а условиями выделения ее из раствора.

Было установлено, что паукообразные растравы пред­ставляют собой следы полностью заварившихся меж- кристаллитных трещин, возникающих в осевой части слитка, особенно в зоне теплового центра. Для обеспе­чения более равномерного распределения сульфидов и уменьшения осевых трещин применяют присадку в ме­талл ферроцерия (1 /сг/г). Полное устранение растравов достигается при электрошлаковом переплаве стали [211].

Паукообразные и другие структурные нитевидные не­однородности в хромистых сталях могут также представ­лять собой участки феррита на фоне мартенсита в ча­стично закаленной стали. После термической обработки. темилетов они, как правило, исчезают.

Существующие стандарты не устанавливают норм, ограничивающих степень развития растравов, хотя соот­ветствующие шкалы приведены в ГОСТ 10243—62. При отсутствии расслоений в изломе и удовлетворительных механических свойствах наличие растравов можно счи­тать небраковочным признаком. Характерно, что при на­личии осевых межкристаллитных трещин в слитках хро­моникелевых сталей (ЭИ69, Х18Н12МЗТ и др.) в макро­структуре проката подобные растравы не встречаются.

При изучении макроструктуры слитков и проката не­ржавеющих и других сталей, полученных при ЭШП, ВДП, ЭЛП и ПДП, обнаруживают неоднородную трави — мость металла в виде чередования темных и светлых полос.

В работе [161] была изучена природа послойной кристаллизации в аустенитной нержавеющей стали 00Х16Н15МЗБ и показано, что устранение или снижение интенсивности этого явления возможно при стабилиза­ции электрического режима, выборе массы слитка, флю­са и режима, определяющих максимальный запас тепла в шлаке и меньший теплоотвод через кристаллизатор. Поскольку послойная кристаллизация вызвана только изменением дендритной структуры металла при затвер­девании слитка и не влияет на механические, антикор­розионные, физические и другие свойства стали, она не является дефектом.

При нарушении температурного режима нагрева слитков и деформации перегретого металла, особенно с повышенными обжатиями и редкой кантовкой, возни­кает дефект «осевой пережог», который в макрострукту­ре имеет вид мелких пор или двух параллельных трещин по сторонам ликвационного квадрата. Наиболее часто дефект встречается в сталях 1Х17Н2, ЭИ481 и др. [212].

К дефектам макроструктуры нержавеющих сталей следует отнести и инородные включения (рис. 71), кото­рые при анализе оказались включениями не полностью растворившегося или запутавшегося в шлаке ферронио­бия. Как известно, феррониобий имеет температуру плавления около 1700° С и медленно растворяется в ме­талле. В связи со случайным характером расположения этот дефект чрезвычайно опасен.

Для обеспечения надежного растворения ферронио­бия необходимо его присаживать на голое зеркало ме-

Рис. 71. Инородные включения в стали ЭИ481: й4^ макроструктура; б—микроструктура, XIOO

Талла перед рафинированием, а затем энергично пере­мешивать металл. При выплавке сталей, имеющих пони­женную температуру, необходимо применять железо-ни — обиевую лигатуру, содержащую 20% Nb.

К макродефектам относятся также внутренние воло­совины, выявляемые при контроле ступенчатых образцов или продольных макротемплетов путем травления или магнитным методом (на магнофлоксе). Чтобы выявить настоящие волосовины, а не структурную неоднород­ность металла, образцы следует изготовлять после нор­мализации или полной термической обработки. Исследо­вание волосовин в стали 1—2X13 показало, что они пред­ставляют скопления грубых строчек неметаллических включений, в основном хромитов.

В сталях, содержащих кремний (Х13Н7С2 и др.), встречается в основном большое количество коротких и тонких волосовин. Хромистые стали и стали, содержа­щие более 0,2% Ti, часто имеют на отполированной по­верхности детали длинные, кучно расположенные воло­совины. Для снижения количества и протяженности во­лосовин необходимо улучшить технологию раскисления стали в электропечах.

Одним из дефектов излома шайб является зональная крупнозернистость, которая чаще встречается в сталях ЭИ481, Х9С2, Х13Н7С2, 1Х25Ю5, 4Х14Н14В2М и др. Не­однородность зерна в заготовках (участки крупного зер­на на фоне основного мелкого зерна) образуется в ре­зультате критической степени деформации отдельных объемов металла. В ферритных сталях типа 1Х25Ю5 при большой скорости рекристаллизации металла это приво­дит к самому произвольному расположению зон крупно — зернистости [203]. Исправить такой металл можно толь­ко дополнительной горячей механической обработкой.

Устранение разнозернистости достигается обычно подбором обжатий и температур при горячей деформа­ции металла. Полезным является и введение гомогенизи­рующих режимов нагрева слитков и заготовок. Иногда разнозернистость в макротемплетах металла, имеющая вид серпа, связана с охлаждением горячего раската при порезке его на пилах. Эта ложная разнозернистость устраняется после термообработки (нормализации) проб.

В последние годы к нержавеющей стали предъявля­ются повышенные требования по загрязненности неме­таллическими включениями. В связи с этим было уделе­но значительное внимание изучению природы неметалли­ческих включений и разработке методов их уменьшения. Наиболее полный обзор характерных включений в хро­мистой и хромоникелевой нержавеющей стали, а также их связи с основными свойствами металла выполнен в монографии М. И. Виноград [59].

Рельефная связь между содержанием включений, их распределением и свойствами металла была прослежена на сталях 2X13 (строчки включений, образующих воло­совины), Х18Н10Т (скопления карбонитридных включе­ний, ухудшающих полируемость листов и особо тонко­стенных труб), Х23Н18 (стекловидные включения и хро­миты, резко снижающие пластичность металла при

L8—27 273

Деформации). Наличие неметаллических включений счи­тается браковочным признаком в том случае, если их количество (балл) оговорено техническими условиями, а фактическое содержание превышает установленные нормативы. В тех случаях, когда металл контролируется на неметаллические включения, ужесточается технология выплавки и разливки стали (например, оговаривается выплавка только на свежей шихте, повышаются требова­ния к футеровке печи и ковша, улучшается раскисление металла и шлака и т. п.). Существенное снижение коли­чества и величины неметаллических включений достига­ется при применении новых методов выплавки стали — ЭШП и ВДП. При контроле некоторых аустеиитных не­ржавеющих сталей (например, 00Х16Н15МЗБ) следует обращать ‘большое внимание на методику подготовки шлифов, чтобы исключить попадание на шлиф ложных включений [213].

Отбраковка нержавеющих сталей по механическим свойствам — сравнительно редкое явление, так как уро­вень этих свойств определен химическим составом ме­талла и его термической обработкой. Однако в последнее время были повышены требования по механическим свойствам для некоторых нержавеющих сталей, что выз­вало необходимость доработки технологии. Для обеспе­чения, например, повышенных прочностных свойств ста­ли ЭИ654 необходимо увеличение содержания феррита в этой аустенитной стали, что достигается корректиров­кой химического состава в пределах марки.

Для исключения отпускной хрупкости стали ЭИ811 [снижения ударной вязкости после отпуска при 550° С — 1 ч до не менее 196 Мн-м/м2 (2 кГ-м/см2)] оказалось не­обходимым повысить содержание аустенита в этой фер- ритной стали. Снижение содержания титана и алюминия, ограничение содержания хрома позволили в сочетании с оптимальным температурным режимом деформации стабильно устранить охрупчивание.

Коррозионная стойкость нержавеющей стали практи­чески полностью определяется заданным химическим со­ставом металла и обеспечивается при выплавке стали. Содержание феррита, которое ограничено в аустеиитных сталях типа Х18Н10Т для трубной заготовки и листа, также обеспечивается при выплавке стали путем суже­ния пределов химического состава.

При получении повышенного балла по а-фазе в труб­ной заготовке производят исправляющую термическую обработку — длительную аустенизирующую выдержку при IlOO0C.

18*

275

Нормированные магнитные свойства в некоторых ста­лях также обеспечиваются химическим составом ме­талла.

Глава XV КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Для улучшения качества металла, повышения его служебных характеристик, уменьшения отбраковки ста­ли на металлургическом заводе и у потребителей и повы­шения выхода годного необходима не только тщательная разработка технологии, но и организация действенного контроля за ее исполнением.

Важным элементом в этой системе является также правильная и объемная оценка качества металла в слит­ках, заготовке и особенно при конечном контроле гото­вой продукции, так как по этим результатам и по резуль­татам новых исследовательских работ вносятся коррек­тивы в действующую технологию. Подробно общие вопросы контроля производства и готовой продукции из­ложены в работе [214].

1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ВЫПЛАВКИ, РАЗЛИВКИ И ПЕРЕДЕЛА

Контроль качества нержавеющих сталей имеет ряд особенностей, связанных с назначением металла и осо­бым комплексом свойств. При выплавке нержавеющих сталей серьезное внимание должно уделяться контролю дачества исходных материалов и ферросплавов, так как они в значительной степени определяют ход плавки. Например, из опыта металлургических заводов извест­но, что неправильный подбор шихтовых материалов ве­дет к переназначению или прекращению плавок из-за повышенного содержания молибдена, вольфрама, меди, фосфора, серы. Расширение марочного сортамента ста­лей, легирование их многими элементами, комплексное использование различных сплавов в конструкциях вызы­вают значительные трудности в подготовке (утилизация, складирование и рассортировка) отходов. В связи с этим возникла острая необходимость оснащения копровых цехов металлургических заводов переносными стилоско — пами и многоканальными фотоэлектрическими кванто — метрами для массовой оценки состава прибывающих шихтовых материалов. Объем контроля должен диффе­ренцироваться в зависимости от состава и назначения стали, а также источника поступления отходов. В ряде случаев, безусловно, необходим контроль металлической части шихты на содержание свинца, кобальта и других вредных примесей.

Правильная рассортировка отходов позволяет более грамотно вести шихтовку плавок, обеспечивая мини­мальные добавки ферросплавов по ходу плавки.

При выплавке нержавеющей, как и другой высоко­легированной стали, важным элементом технологии яв­ляется отбор представительных проб и быстрый и пра­вильный их анализ. Особенно это важно для двухфаз­ных сталей. За счет лучшего усреднения металла при применении электромагнитного перемешивания удалось снизить количество плавок стали Х18Н10Т с содержа­нием хрома выше 18% с 30—35 до 12—15%, улучшить пластичность металла, сэкономить феррохром в коли­честве 5 кг/г стали [52]. В результате применения по­следних достижений экспресс-анализа (многоканальных квантометров и квантоваков и ускоренных методик хи­мического анализа) , доставки проб в лабораторию пнев­мопочтой и выдачи анализов по селектору или на све­товом табло существенно сократилась длительность плавки.

Особый интерес при выплавке нержавеющих сталей методом переплава отходов с применением кислорода представляет быстрое определение содержания углеро­да в стали. «Передув» металла, т. е. получение содер­жания углерода в конце продувки ниже допустимого, связан с большими потерями хрома и повышенным уга­ром металла. В настоящее время созданы весьма удоб­ные полуавтоматические приборы для скоростного опре­деления углерода с точностью до 0,001%.

Осуществляя непрерывный контроль содержания СО и CO2 в печных газах, можно своевременно останавли­вать продувку на заданной концентрации углерода. Со­четание таких приборов с дозированным вводом кисло­рода позволяет автоматизировать окислительный пе­риод нержавеющей стали и провести его в оптимальных условиях. При выплавке некоторых нержавеющих ста­лей, помимо обеспечения требуемых пределов содержа­ния химических элементов, необходимо получить строго заданный фазовый состав стали.

Технологические особенности выплавки таких сталей рассмотрены выше.

Для нержавеющих сталей характерны большие коле­бания температуры по ходу плавки (1450—1850°С). Как известно, применяемые для замера температур пла — тина-платинородиевые термопары дают достаточно точ­ные показания до 1600° С, тогда как вольфрамо-молиб — деновые, наоборот, более точны при высоких темпера­турах. В связи с этим целесообразно оборудовать печи, выплавляющие нержавеющие стали, обеими термопара­ми с одним потенциометром и переключателем на две шкалы.

Несмотря на определенные усилия технологов, пол­ностью стандартизировать технологию плавки нержаве­ющей стали, особенно по таким параметрам, как угар шихты и количество присадок ферросплавов, затрудни­тельно.

В связи с трудностью количественного учета ряда параметров возникает острая необходимость во взвеши­вании жидкого металла перед выпуском или в ковше для максимального использования стали при разливке. Устройства для взвешивания жидкого металла разрабо­таны и опробованы на металлургических заводах.

При разливке нержавеющей стали важен контроль качества и состава экзотермических смесей и брикетов, содержания влаги при разливке с различными смазка­ми и органическими веществами и т. п. Ввиду отличий качества поверхности слитков нержавеющей стали на заводах установлены категории для их разбраковки, что позволяет оценить состояние технологии разливки и тех­нически грамотно организовать дифференцированный ремонт слитков.

При переделе слитков нержавеющей стали основны­ми контролируемыми параметрами являются темпера­турный режим нагрева слитков и заготовок, калибров­ка и схема обжатий, а также режим подачи воды на валки, технология охлаждения и термообработки прока­та. Наиболее часто встречающимся дефектом при пере­деле слитков нержавеющей стали являются рванины и трещины в заготовке. Учитывая, что температурный интервал деформации некоторых нержавеющих сталей весьма узок, необходимо периодически проверять не только аппаратуру КИП на нагревательных печах (ко­лодцах), но и оценивать фактическую температуру ме­талла путем посадки в печь контрольных слитков (заго­товок) с вмонтированными технологическими термопа­рами.

Естественно, что такая проверка обязательна при ремонтах и реконструкциях нагревательных средств. Полученные данные позволяют корректировать режим нагрева с учетом изменения перепада температур меж­ду печью (термопарой в печи) и металлом.

Слитки сталей с узким температурным интервалом пластичности рекомендуется нагревать в ближайших к стану колодцах. Особое внимание следует уделять проверке и настройке станов при прокатке уширяющих­ся хромистых нержавеющих сталей, так как в прутках можно получить закаты, морщины, риски.

2. ПЛАВОЧНЫЙ КОНТРОЛЬ СТАЛИ

Для производства нержавеющих сталей характерно разнообразие требований, предъявляемых к отдельным маркам стали, и даже различие требований к металлу одной и той же марки. Дифференциация требований вы­звана неодинаковыми условиями эксплуатации металла. Для организации действенного контроля готовой про­дукции и ее правильной аттестации на заводах преду­смотрен плавочный контроль, заключающийся в провер­ке качества части металла данной плавки.

На контроль обычно назначается металл первого и последнего по разливке слитков. При повышенных тре­бованиях к качеству металла дополнительно контроли­руются и другие слитки (по одному от сифона). Конт­роль макроструктуры производится в пробах от подго­ловных штанг А первого и последнего слитка плавки, где чаще всего встречаются дефекты, для ряда марок сталей необходимо также контролировать пробы от штанг Б.

При контроле плавки в крупном профиле получен­ные результаты распространяются на меньшие профили металла той же плавки и того же нагрева. Обычно при прокатке крупных профилей разрешается для удобства контроля и с учетом использования металла произво­дить переков проб до сечений 90X90 или 100X100 мм и в меньшем сечении определять качество макрострук­туры металла, механических свойств и склонности к кор­розии.

Контроль металла на механические свойства произ­водят также в пробах от подголовных штанг А одного — двух слитков плавки.

Для сталей ряда марок введен контроль горячей пластичности (методом кручения, осадки, разрыва), ползучести и жаростойкости.

Контроль фазового состава нержавеющей стали, маг­нитной проницаемости и сопротивления межкристаллит­ной коррозии может производиться двояким образом: в образцах, изготовленных из пробы, специально отли­той во время разливки плавки; в образцах, изготовлен­ных из проб катаного или кованого металла. При плавочном контроле, как правило, используют первый способ, хотя он при некачественной отливке пробы мо­жет дать ошибочные результаты. В последние годы при стабильной технологии производства справедливо пред­лагают отменить плавочный контроль и установить опре­деление фазового состава и стойкости против коррозии путем оценки этих свойств на основании результатов хи­мического анализа металла.

По данным химического состава можно предсказать с высокой степенью вероятности и механические свойст­ва стали типа Х18Н10Т. На заводе «Днепроспецсталь» рассчитаны формулы зависимости основных характери­стик механических свойств от химического состава и сте­пени обжатия металла.

Плавочный контроль обычно проводят в промежу­точной заготовке. Пробы от поковок и проката отреза­ются в горячем состоянии, литые пробы проковывают на полосу.

При получении неудовлетворительных результатов испытаний производят повторный контроль на удвоен­ном количестве образцов.

Результаты контроля являются основой назначения металла в прокат при удовлетворительной оценке каче­ства, а при неудовлетворительных результатах плавку доиспытывают посифонно и послиточно для последую­щего использования годного металла.

3. КОНТРОЛЬ ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ

Если такие характеристики металла, как макро­структура, механические свойства и стойкость против коррозии, контролируются обычно только в промежу­точном профиле, то загрязненность металла неметалли­ческими включениями, степень двухфазности микро­структуры, излом и волосовины оцениваются в конечном профиле.

Обычные методы испытаний готового металла описа­ны в стандартах и технических условиях, а также в спе­циальной литературе [214]. В последние годы, все шире внедряются новые методы неразрушающего контроля.

Наиболее широкое применение получил ультразвуко­вой метод контроля проката и поковок. Для ультразву­кового контроля поверхность изделия должна быть под­готовлена: ободрана (трубная заготовка нержавеющих сталей обдирается по требованию заказчика, указанно­му в технических условиях) или зачищена по месту дви­жения щупа. Внедряются иммерсионные методы ульт­развукового контроля, которые делают подготовку по­верхности штанг излишней.

Ценным новшеством является внедренный на заводе «Днепроспецсталь» совместно с ЦНИИТМАШ ультра­звуковой контроль трубной заготовки при ее обдирке на станках КЖ-6. Совмещение операций и автоматизация контроля позволили снизить производственные расходы и сократить цикл изготовления металла. Надежность металла, прошедшего ультразвуковой контроль, резко повышается.

Для обнаружения макродефектов применяется и ме­тод просвечивания изделий рентгеновскими лучами. Для обнаружения магнитных или слабомагнитных включений в аустенитной нержавеющей стали применя­ется разработанный УФАН СССР прибор — магнитный полемер.

Все шире применяется и магнитная дефектоскопия: от магнофлокса для выявления волосовин на пробах и деталях до приборов типа ЭМИД, позволяющих от­браковывать прутки с поверхностными дефектами.

Неразрушающие методы контроля позволяют конт­ролировать весь металл, что практически полностью ликвидирует отбраковку металла у потребителей и в процессе эксплуатации. Металлографическая оценка количества а-фазы в аустеиитных нержавеющих сталях все чаще заменяется объективным контролем на фазо­метрах по эталонам, отградуированным на баллистиче­ских установках.

Необходимо отметить, что рост требований по улуч­шению качества металла сопровождается значительным увеличением и усложнением контроля. Например, объ­ем контроля нержавеющих сталей электрошлакового и вакуумного дугового переплава возрастает в расчете на 1 т продукции в 3—10 раз.

В ряде случаев по требованию потребителей вводит­ся контроль металла на пластичность методом горячего кручения. На трубных заводах применяется метод оцен­ки прошиваемости конических образцов. Переход от вы­борочного исследовательского контроля к массовому сдаточному требует унификации приборов, методик от­бора проб и самих испытаний, а также установления критериев годности металла.

Для маломагнитных сталей некоторых марок введен плавочный контроль магнитной проницаемости металла. Усложняется и контроль неметаллических включений. Для некоторых марок нержавеющей стали электрошла­кового и вакуумного дугового переплава устанавлива­ются нормативы не только балльной оценки по шкалам ГОСТ 1778—62, но и пределы общего количества вклю­чений определенной величины. Так, например, для од­ной из аустенитных хромоникелевых. сталей, стабилизи­рованной ниобием, количество оксидных включений размером от 7 до 14 мкм на шести шлифах от плавки не должно превышать 10 шт., а размером от ¦ 14 до 20 мкм — 1 шт. При таких требованиях необходимо, чтобы металлургические заводы были оснащены специ­альными микроскопами, позволяющими автоматически классифицировать и сосчитывать включения с фиксаци­ей полученных результатов.

Разработка физических методов контроля, автомати­зация контроля, внедрение математически обоснованных статистических методов оценки качества являются на­сущными вопросами объективной и оперативной аттес­тации качества продукции.

Раздел пятый ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА И ПЕРЕДЕЛ СЛИТКОВ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Глава XVI