Раскисление стали

Поволоцкий Д.Я.

Металлургия, 1972 г.

ВЛИЯНИЕ РАСКИСЛИТЕЛЕЙ НА КАЧЕСТВО СТАЛИ

Технологическая пластичность. Высоколегированная сталь

Высоколегированные нержавеющие и жаропрочные стали обладают низкой пластичностью при высоких температурах, и горячая обработка давлением их обычно очень затруднена. Поэтому изучение условий повышения технологической пластичности высоколегированной стали представляет особый интерес, и ему посвящено много работ.

Рядом исследований показано, что низкая горячая пластичность нержавеющей стали обусловлена присутствием в ней неметаллических включений продуктов раскисления хромом. Авторы [204] отметили возможность возникновения микротрещин в местах скопления хромитов. Применив сильные раскислители (силикокальций и РЗМ), изменившие состав неметаллических включений, они повысили пластичность стали 0Х16Н25М6. По данным [205], эти же раскислители оказали аналогичное влияние на состав неметаллических включений в стали 08Х20Н—10Г6, что привело к повышению се горячей пластичности. Авторы [206] также показали, что хорошая пластичность стали Х25Н20 достигается лишь при отсутствии окислов хрома в составе неметаллических включений.

Совместно с Ю. Н. Шелгаевым и Μ. М. Штейнбергом автор изучал влияние РЗМ на пластичность сталей Х18Н10 и ЭИ481 (4Х12Н8Г8МФБ) при высоких температурах. Испытания вели методом горячего кручения.

Технология опытных плавок в индукционных печах с магнезитовым тиглем емкостью 150 кг и дуговых электропечах емкостью 5 г описана выше при рассмотрении влияния РЗМ на характер неметаллических включений в стали. Слитки массой 12 и 17 кг из металла индукционных плавок ковали на заготовки сечением 30x30 мм, а слитки массой 500кг из металла электродуговых плавок —на заготовки сечением 90x90 мм. После закалки с 1150° С в воде из них вырезали образцы диаметром 8 мм и расчетной длиной 40 мм для горячего кручения. Испытания проводили при скорости кручения 60 об/мин с выдержкой образца при заданной температуре 20 мин.

Результаты испытаний, что РЗМ повышают горячую пластичность сталей Х18Н10 и ЭИ481. Независимо от способа введения РЗМ (в печь или в ковш) при содержании 0,04—0,06% церия или лантана горячая пластичность достигает максимума и в 1,5—2 раза выше, чем у металла без РЗМ.

С ростом температуры, когда исходный металл имеет высокую пластичность, эффект положительного влияния РЗМ на горячую пластичность стали Х18Н10 уменьшается. Действие церия на горячую пластичность стали ЭИ481 несколько слабее, чем на сталь Х18Н10, и проявляется при 1100 и 1200° С.

Влияние содержания РЗМ в стали на ее горячую пластичность независимо от способа введения и угара свидетельствует о том, что их действие проявляется не только в изменении характера продуктов раскисления. Выбранная технология окончательного раскисления опытных плавок присадкой в металл 0,1% А1 уже обеспечивала достаточно полное раскисление с восстановлением окислов хрома и образованием дисперсных включений, состоящих в основном из глинозема. Но и в этом случае введение в сталь РЗМ вызывало существенное повышение горячей пластичности, хотя дисперсность включений в стали и их содержание менялись незначительно. Характерно также, что при угаре РЗМ, присаженных в печь, и понижении их содержания до <0,03%   горячая пластичность

0Х18Н10Т и 0Х17Н16МЗТ методом переплава легированных отходов с продувкой кислородом. Ферроцерий (0,1—0,2%) присаживали в печь после титана за 5—10 мин до выпуска плавки. Прокатку трубной заготовки и труб осуществляли в соответствии с принятой на заводе технологией.

Методами металлографии и рентгенографии определяли фазовый состав металла опытных плавок.

Исследование показало, что максимальной горячей пластичностью обладает сталь с ферритной структурой (XI7 и 0Х17Т). Присутствие в структуре металла 40—50% аустенита приводит к снижению пластичности сталей Х17Н4 и 0Х22Н5Т. Мини мальную пластичность имеет сталь с содержанием феррита 10—15% (Х17Н9 и 0Х18Н10Т) и с полностью аустенитной структурой (Х17Н15 и 0Х17Н16МЗТ).

Модифицирование РЗМ приводит к значительному повышению горячей пластичности только у стали с полностью аустенитной структурой. На пластичность ферритной и феррито-аустенитной стали РЗМ не влияли. Лишь некоторое повышение пластичности наблюдалось в стали 0Х18Н10Т с небольшим содержанием феррита.

Полученные результаты, видимо, объясняются различным влиянием РЗМ на упрочнение границ зерен разных фазовых составляющих металла.

Приведенные данные, конечно, не опровергают влияния неметаллических включений на горячую пластичность. Напротив, результаты контроля труб позволяют отметить возможное влияние включений, в частности нитридов и карбонитридов титана, которые составляли основную массу включений в металле промышленных плавок и в стали 0Х17Н16МЗТ с почти сквозной транскристаллизацией. Они распределялись неравномерно, загрязняя осевую часть слитка и соответственно трубной заготовки. В стали с РЗМ эти включения распределяются более равномерно, уменьшая балл загрязненности.

Изменение характера расположения неметаллических включений по сечению трубной заготовки и повышение пластичности стали 0Х17Н16МЗТ при введении РЗМ сказалось на ресурсе прошиваемости металла и на качестве бесшовных труб. Брак труб из этой стали по внутренним пленам составлял 30% на плавках без РЗМ, а на трубах из стали с РЗМ внутренних плен не было.

Влияние неметаллических включений и РЗМ на горячую пластичность высоколегированной стали было выявлено в работе, проведенной автором совместно с Н. В. Мальковым при испытании методом горячего кручения стали с постоянным содержанием никеля (17%) и переменным содержанием хрома. Как и в предыдущих опытах, сталь получали сплавлением армко-железа, металлического хрома и электролитического никеля в индукционной печи с магнезитовым тиглем. Результаты исследования приведены на рис. 50.

Как видно из рис. 50, с повышением содержания хрома в стали без РЗМ возрастает балл по неметаллическим включениям, которые при содержании хрома >5% состоят преимущественно из окислов хрома и хромитов. При введении РЗМ (0,1% ферроцерия) включения в значительной мере измельчаются (балл уменьшается), превращаясь в продукты раскисления РЗМ.

С   повышением    содержания хрома вследствие повышения загрязненное металла   грубыми § включениями существенно уменьшается число оборотов до разрушения образцов   при кручении, достигая при 17% Сr значений,] полученных для стали такого же состава в опытах с переменным содержанием никеля (см. табл.9). С введением РЗМ горячая пластичность стали значительно возрастает,   по-видимому, вследствие исчезновения грубых включений хромитов и упрочнения границ зерен.

Значительное уменьшение количества хромитов в неметаллических включениях при введении сильных раскислителей и РЗМ установили и другие авторы  при выплавке стали 10Х16Н25М6, 08Х20Н10Г6 и 07Х25Н13. Раскисление стали алюминием (0,2%), силикокальцием (0,3—0,5%) и ферроцерием позволило повысить технологическую пластичность и соответственно увеличить выход годных блюмов на 4,4—9% по сравнению с обычным раскислением без РЗМ.

Влиянием неметаллических включений продуктов раскисления, можно объяснить понижение горячей пластичности при введении большого количества РЗМ в сталь. При этом образуются скопления окислов РЗМ, которые вызывают не только понижение пластичности, но и образование специфического дефекта «цериевой пористости».