Раскисление стали и модифицирование неметаллических включений

Ицкович Г.М.

Металлургия, 1981 г.

6. ТЕХНОЛОГИЯ ВВОДА РЗМ В ЖИДКУЮ СТАЛЬ

При различных способах ввода усвояемость РЗМ колеблется от 5 до 90%, что указывает на значение выбора способа ввода и необходимость обеспечения угара в узких пределах. Редкоземельные металлы можно вводить как в ковш, так и в изложницу с варьированием приемов. При всех способах ввода необходимо обеспечить глубокое раскисление алюминием с остаточным его содержанием не менее 0,3%, а также защиту струи при разливке.

При вводе силицидов РЗМ в мешках или в струю в изложницы было отмечено [355, 375] образование корок, состоящих из РЗМ и приводящих к расслоениям в готовом прокате. При вводе мишметалла в виде дроби даже с применением защиты струи металла при разливке в готовом прокате обнаруживают у поверхности скопления крупных включений типа оксидов, сульфидов и оксисульфидов РЗМ в сочетании с глиноземом.

Мишметалл ввиду его большой плотности (6,2— 7,0 г/см³ при 96% суммы РЗМ) и меньшего объема присадок имеет явные преимущества по сравнению с силицидом, содержащим 35% суммы РЗМ и 35% Si.

Мишметалл вводят также в виде подвешенных прутков, помещенных в тонкие стальные трубы при сифонной разливке. Для предотвращения окисления РЗМ атмосфера в изложнице регулируется продувкой аргоном и создается газовый затвор (рис. 91). Такой способ позволил добиться высокого и относительно стабильного усвоения РЗМ на заводе Fukuyama фирмы «Nippon Кокаn» [333]. РЗМ вводят также погружением в виде проволоки или штанг, покрытых специальной бумагой или картоном.

В работе [358] был применен ввод РЗМ и силикокальция в экзотермические брикеты при сифонной разливке. При этом остаточная концентрация РЗМ составляла 0,005%, и коэффициент анизотропии по ударной [вязкости составил 1,9—2,2. При вводе ферроцерия в кусках, заформованных в брикетах в процессе их изготовления, количество глобулярных сульфидов составило 50%, т. е. только половина сульфидов марганца была модифицирована. Применение сплавов или лигатур, содержащих также испаряющиеся элементы, обеспечивающие барботаж металла и облегчающие всплывание неметаллических включений, по мнению авторов, должно повышать эффективность использования РЗМ. Ввод РЗМ месте с изолирующими флюсами в изложницу приводит (550, 375) к снижению вероятности захватывания металла образующейся накипи в изложнице при разливке в жидкой стали с повышенным содержанием серы.

Существенным недостатком способа ввода РЗМ в божницу является необходимость проверять каждый  шток для контроля модифицирования включений.

Одним из наиболее эффективных методов ввода и лучшего их усвоения является перелив из ковша в ковш и использование мишметалла при вакуумной обработке стали в ковше. Применяют также присадку РЗМ в открытое зеркало металла при его продувке аргоном в ковше. При вводе устраняются подкорковые дефекты слитков, однако усвоение РЗМ снижается вследствие их высокой реакционной способности к кислороду и сере, а также взаимодействия с футеровкой ковша, шлаком и неметаллическими включениями. При этом образуются тугоплавкие окислы с высокой плотностью. По-видимому, предварительное раскисление в печи или конверторе при всех условиях должно предшествовать вводу РЗМ в ковш. Более предпочтительно предварительное раскисление алюминийсодержащими сплавами. Учитывая возможность повторного окисления РЗМ при контакте с огнеупорами и шлаком, предусматривает основную футеровку ковшей и отсечку шлака или пониженное содержание кремнезема в шлаке.

Следует отметить высокую эффективность и экономичность способа принудительного погружения РЗМ после выпуска плавки в ковш [334], применяемого на заводах с крупными кислородно-конверторными, электросталеплавильными и мартеновскими цехами при производстве высокопрочных низколегированных сталей, в частности для труб магистральных газопроводов. Применяют канистры или контейнеры с мишметаллом, в который, если не предусмотрено перемешивание инертным газом или электромагнитное, вводят магний- или кальцийсодержащие сплавы в количестве, обеспечивающем достаточное перемешивание, но без чрезмерного бурления и выплескивания. Усвоение РЗМ достигает 75%. Этот способ позволяет применять редкоземельный силицид совместно с SiCa или другим кальцийсодержащим сплавом, чаще с соотношением 1 : 2. В данном случае получены лучшие результаты, чем при вводе РЗМ с магнием. Имеются все основания считать способ принудительного погружения весьма перспективным.

При выборе способа ввода РЗМ должна быть установлена стандартная технология, обеспечивающая воспроизводимые результаты для всех групп марок стали при оптимальном сочетании чистоты и свойств готового проката, стоимости и производственных возможностей.

7. ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА СТАЛЕЙ И ОПТИМАЛЬНЫЕ ПРИСАДКИ РЗМ

Для зависимостей всех свойств сталей от добавки РЗМ характерным является явно выраженный максимум, указывающий на то, что улучшение свойств происходит до определенного количества присадки, выше которой свойства стали понижаются. Таким образом, присадки РЗМ для каждой марки стали в конкретных условиях ее производства должны определяться экспериментально. Следует отметить различное действие РЗМ на структуру и свойства одних и тех же сплавов и марок стали при сопоставлении отдельных исследований, связанное с рядом факторов:  несовершенством способов ввода РЗМ и колебаниями в их усвоении, отсутствием контроля за концентрацией алюминия, кислорода, серы, РЗМ и их соотношением, взаимным влиянием РЗМ, а также влиянием РЗМ на другие элементы и др.

В работе [319] указаны оптимальные присадки РЗМ (0,1—0,2%), обеспечивающие наивысший уровень механических свойств литой и катаной стали. Согласно данным работы [377], для среднеуглеродистой стали рекомендуется 0,3% РЗМ. Я. Е. Гольдштейн [378] предлагает для среднеуглеродистых марок стали присадку, состоящую из 0,15—0,20% ферроцерия, 0,03—0,05% алюминия и 0,2—0,3% силикокальция. Б. Б. Гуляев и др.  оптимальную присадку РЗМ в зависимости от содержания серы без достаточного обоснования, как ниже будет показано, определяют Се : S = 8-10.

Добавки РЗМ для улучшения свойств некоторых металлов известны давно и их используют для  повышения пластичности нержавеющих, кислотостойких и жаропрочных сплавов при горячей обработке. Влияние РЗМ на свойства высоколегированных сталей и сплавов, а также нейтрализация вредного влияния повышенного содержания легкоплавких примесей (мышьяка, свинца, сурьмы, олова и др.) в металле рассмотрены в монографии М. В. Приданцева [307].