CC BY
41
УДК 669.24
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ СПЛАВОВ НА НИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ С ПРИСАДКОЙ ХРОМА В ЖИДКУЮ ВАННУ
Б.В. Ощепков, Е.В. Конышева
IMPROVEMENT OF MELTING TECHNOLOGY FOR NICKEL ALLOYS WITH CHROMIUM ADDITION INTO MOLTEN POOL
B.V. Oshepkov, E.V. Konysheva
Изучены причины периодически проявлявшейся низкой технологической пластичности сплавов Х20Н80 и ХН78Т, выплавленных в открытой дуговой печи с присадкой металлического хрома в расплав. Описаны меры по совершенствованию технологии выплавки, основанные на результатах проведённых исследований и позволившие практически полностью исключить брак по пластичности при выплавке указанных сплавов.
Ключевые слова: никелевые ставы, технология выплавки, пластичность.
The reasons of low technological plasticity of some nickel alloys smelted in the open arc furnace with chromium addition into liquid metal are investigated. Technology improvements are described that allow to prevent almost completely rejection of these alloys due to low plasticity.
Keywords: nickel alloys, melting technology, plasticity.
При выплавке сплавов на никелевой основе в открытых ДСП хром может быть введён в сплав двумя способами: присадкой металлического хрома в завалку (на подину печи) и введением металлического хрома непосредственно в расплав. В работе [1] подробно описаны и сопоставлены результаты применения обоих этих способов. Введение хрома в расплав позволяет существенно снизить продолжительность плавки и расход электроэнергии.
Однако внедрение технологии, включающей ввод металлического хрома в расплав, сопровождалось случаями резкого снижения технологической пластичности металла при деформации слитков. Пониженная пластичность металла, выплавленного в ходе этих плавок, подтвердилась и при испытаниях ударной вязкости деформированных образцов сплавов (результаты таких испытаний образцов сплава Х20Н80 представлены на рисунке).
При этом сравнительный анализ химического состава ковшевой пробы металла с различной пластичностью не выявил существенных отличий между образцами с различной технологической пластичностью.
В ходе анализа возможных причин пониженной пластичности было обращено внимание на то, что существенная доля неудачных плавок относилась к т. н. переходным (когда один сталевар начинал плавку, а заканчивал её другой сталевар в следующей смене). Было высказано предположение, что пониженная пластичность металла обусловлена недостаточно тщательной очисткой фу-
теровки ДСП от остатков шлака предыдущей плавки.
Температура, “С
Средние значения ударной вязкости образцов сплава Х20Н80 при различных температурах: 1 - для качественного металла, 2 - для металла с пониженной пластичностью
Для определения того, как может повлиять такой фактор на результаты плавки, был проведён следующий эксперимент.
После выпуска металла очередной плавки из печи в неё сразу (без очистки подины и футеровки ДСП от остатков шлака предыдущей плавки) загрузили шихту для выплавки сплава Х20Н80. В процессе плавления добавили шлак, который смешался с остатками шлака предыдущей плавки. Все
20
Вестник ЮУрГУ, № 34, 2010
О щеп ков Б.В., Конышева Е.В.
Совершенствование технологии выплавки сплавов на никелевой основе с присадкой хрома в жидкую ванну
Химический состав шлаков, %
Проба шлака Содержание, %
FeO Si02 ai2o3 CaO MgO ТЮ2 Cr203 МпО CaF,
Удалённый шлак 0,4 11,9 7,1 36,9 21,9 5,3 4,1 сл. 11,7
Новый шлак 0,3 13,5 4,4 52,4 14,5 1,4 сл. сл. 11,4
пробы металла этой экспериментальной плавки, отобранные в период рафинирования (т. н. «квадраты»), отковались с грубыми рванинами. Часть металла слили из печи, отлив слиток массой 0,85 т. Затем полностью удалили шлак из печи и завели новый. После расплавления нового шлака продолжили плавку. Отобранные на этой стадии пробы показали, что пластичность металла улучшилась. По окончании плавки металл разлили на слитки круг 450 мм массой 1,1 т. В молотовом цехе первый слиток (0,85 т) отковался с грубыми рванинами, остальные продемонстрировали хорошую пластичность.
В таблице представлены результаты анализов химического состава шлаков этой плавки.
Из данных таблицы видно, что первый шлак отличался повышенным содержанием 1^0, ТЮ2, Сг2Оэ и А1203.
Повышенное содержание М§0 в шлаке (обусловленное, очевидно, растворением подины печи в шлаке в ходе предыдущей плавки) могло привести к восстановлению магния в зоне дуг. В пользу такого предположения свидетельствуют результаты химического анализа. В деформированном металле с низкой пластичностью содержание магния составило 0,012% против 0,008-0,010% - в пластичном металле. Высокое содержание магния в ходе кристаллизации металла может способствовать образованию частиц хрупкой интерметаллической фазы, снижающей пластичность металла.
Известно также [2], что фазой, понижающей пластичность, может являться Сг12>8№7_2Ы4. Образование такой фазы возможно при повышенном содержании азота в металле. Азот хорошо связывается кальцием, которым раскисляют никелевые сплавы по окончании рафинирования. Действовавшие технологические инструкции допускали выдержку порядка 20 минут металлического расплава от момента присадки кальция на избыток и взятия горячей пробы на пластичность до подачи под печь разливочного ковша. Однако сопоставление длительности такой выдержки с вероятностью появления брака по пластичности позволило предположить наличие прямой зависимости.
Специально проведённые эксперименты показали, что, хотя горячая проба металла (ХН78Т) отковывается без рванин и после двадцатиминут-
ной выдержки, вероятность того, что слитки, полученные после плавки с выдержкой, будут деформированы в молотовом цехе с образованием рванин существенно выше по сравнению с плавкой без выдержки. Возможно, это связано с тем, что в ходе выдержки расплав, освобождённый от азота кальцием, может вновь насыщаться азотом, содержащимся в печном газе, чему способствует атомизация азота в электрической дуге.
Распоряжение, предписывающее тщательную очистку футеровки ДСП от остатков шлака предыдущей плавки, а также запрещающее задержку выпуска металла из печи после раскисления кальцием и проверки пластичности методом горячей пробы (Златоустовский металлургический завод, ЭСПЦ-2), позволило практически полностью исключить брак по пластичности при выплавке сплавов Х20Н80 и ХН78Т.
Выводы
Изучено влияние различных факторов на появление брака по пластичности при выплавке никелевых сплавов с использованием присадки хрома в жидкую ванну.
Описаны меры по совершенствованию технологии выплавки, основанные на результатах проведённых исследований и позволившие практически полностью исключить брак по пластичности при выплавке сплавов Х20Н80 и ХН78Т.
Анализ и обобщение представленных результатов выполнены в ходе НИР, проведенной в рамках реализации ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (государственный контракт №П1540 от 09.09.2009).
Литература
1. Ощепков, Б.В. Технология выплавки жаропрочных ставов: учеб. пособие для самостоят. работы студентов / Б.В. Ощепков. — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. - 140 с.
2. Разработка технологии производства става Х20Н80 с повышенными пластичностью и живучестью / Б.В. Ощепков, Е.А. Трофимов, Б.И. Леонович, A.B. Григорук // Сталь. - 2008. — № 8. — С. 43-46.
Поступила в редакцию 12 июля 2010 г.
Серия «Металлургия», выпуск 15
21
