Раскисление стали

 

 

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».