Технология низкоуглеродистого феррохрома

Карноухов В.Н., и др.

Екатеринбург, 2001 г.

СОСТАВ И ПРИМЕНЕНИЕ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОГО ФЕРРОХРОМА

В соответствии с требованиями ГОСТ 4757—91 "Феррохром", марки и химический состав низкоуглеродистого феррохрома должны соответствовать требованиям, указанным в табл. 1.1.

Содержание углерода в феррохроме разное, что позволяет использовать его для выплавки большого сортамента хромсодержащих сталей.

Феррохром и промышленный металлический хром используются в производстве высокопрочных конструкционных, кислото-, жароупорных, нержавеющих, инструментальных (включая быстрорежущую) и других специальный сталей. Сплавы хрома с углеродом и кобальтом или никелем (стеллиты) употребляются для изготовления режущего инструмента, двойные хромоникелевые сплавы (нихромы) — проволок сопротивления в нагревательных устройствах и термопарах. Из медно-хромовых сплавов с добавкой кремния и цинка получают проволоку для контактной электросварки; хромсодержащие медные сплавы широко применяются при изготовлении троллейбусных и телеграфных проводов, электрических контактов, пружин и катаного полуфабриката для химической промышленности [1].

Концентрация хрома в стали зависит от назначения и предъявляемых к ней требований и изменяется от десятых долей процента до 30—40 %.

Подразделяются следующие группы сталей и сплавов: низколегированные жаропрочные стали, высоколегированные хромистые, аустенитные стали с карбидным упрочнением, аустенитные стали и сплавы с карбидно-интерметаллидным упрочнением, жаропрочные сплавы на основе никеля, а также никеля и железа.

Наибольший сортамент представляют коррозионно-стойкие стали: хромистые, хромоникелевые и хромомарганцевые. В хромистых среднелегированных сталях содержание хрома составляет 5—10 %, хромокремнистых (типа Х9С2, Х10С2М и др.) 6—10 % Сr, хромистых сталях мартенситного класса 10—17 % Сг, в высокохромистых сталях с азотом (Х28АН) 17—30 % Сr. Хромоникелевые стали аустенитного (25 % Сг, 18 % Ni, 6,1 % Mo, 0,7 % Си и 0,2 % N) и аустенитно-ферритного классов предназначены для изготовления оборудования, работающего в морской воде при добыче нефти и газа.

Хром входит в состав инструментальных сталей, быстрорежущих (P18, Р9), штамповых для холодного (Х12М, Х6ВФ) и горячего (5ХНМ, 5ХНСВ) деформирования. В конструкционных сталях содержится 1—2 % Сr.

Разнообразный сортамент хромсодержащих сталей требует применения различных марок феррохрома, в которых содержание углерода изменяется от 0,01 % до 8 %, а концентрация фосфора, серы и примесей цветных металлов минимальна.

Коррозионная стойкость нержавеющей стали, которая в сочетании с высокой прочностью материала, простотой изготовления, а также жаростойкостью и теплостойкостью, выделила группу нержавеющих сталей в особо важную продукцию для решения большинства производственных задач начиная с химической и нефтехимической отраслей промышленности и кончая целлюлозно-бумажной. Ценные свойства нержавеющей стали позволили использовать ее в качестве материала для производства товаров народного потребления: кастрюли и сковороды, ножевые изделия, кухонные столы и барабаны стиральных машин обычно изготавливают из нержавеющих сталей типа А131—304. Эта марка аустенитных сталей составляет около 60 % мирового потребления и содержит примерно 18 % хрома и 8 % никеля.

Основное требование, предъявляемое к сталям группы нержавеющих и жаропрочных, — коррозионная стойкость (способность противостоять воздействию агрессивной среды при обычной температуре) или жаростойкость (сопротивление воздействию газовой среды или пара высоких температур). Коррозионная стойкость зависит от наличия на поверхности изделия в агрессивных средах прочной пассивирующей пленки, которая препятствует проникновению агрессивного вещества в более глубокие слои металла и процессу взаимодействия с ним [2]. К наиболее сильным пассивирующим элементам в окислительных средах относится хром. Образующаяся пленка оксидов хрома имеет толщину в несколько атомных слоев. Плотность ее и антикоррозионные свойства стали увеличиваются с повышением содержания хрома. При содержании хрома 12—13 % сталь становится нержавеющей, т. е. устойчивой в атмосфере и в окислительных средах. Увеличение содержания хрома до 28—30 % делает сталь устойчивой в агрессивных средах.

В жаропрочных сталях упрочняющей фазой наряду с карбидами хрома являются карбиды ванадия, молибдена, вольфрама и других элементов, а также интерметаллидные соединения, в состав которых входят железо и хром, молибден, вольфрам, ниобий, титан. Добавки тугоплавких элементов (молибдена, вольфрама, ниобия, тантала) оказывают на упрочняющую фазу стабилизирующее действие. Оно усиливается, если вводится не один, а несколько элементов. По этой причине жаропрочные стали легируют, как правило, одновременно несколькими элементами.