книги из ГПНТБ / Шведов Л.И. Хромоникельалюминиевая жаростойкая сталь

Микроструктура стали ЗХ15Н13ЮЗ в литом состоя­ нии представляет аустенитный твердый раствор с вклю­ чениями карбидов. Ввиду неравномерного состава кар­ биды располагаются в отдельных местах как по грани­ цам, так и внуДри зерна, а большая часть поля шлифа представляет однородный аустенит (рис. 26, а).

При уменьшении содержания никеля ниже 12% или увеличении количества алюминия выше 3,3% и кремния выше 1,0% в структуре появляются включения феррита. На рис. 26, б показана микрофотография структуры стали, содержащей 3,54% алюминия (см. табл. 10, плав­ ка 145). Наряду со светлыми включениями карбидов хро­ ма, расположенных по границам зерен, видны черные мелкие выделения феррита. При медленном охлаждении отливки карбиды выпадают из феррита в виде довольно крупных пластинок. Такое их выделение нежелательно, так как ведет к снижению пластичности стали. Феррит ухудшает ее жаропрочность, снижает сопротивление ползучести, и детали во время работы при высоких тем­ пературах деформируются под нагрузкой (прогибаются, коробятся). По выделение феррита в малом количестве благоприятно влияет на термостойкость, так как его участки имеют высокую пластичность при повышенных

сложная многофазная структура. В процессе длительной эксплуатации при высоких температурах и значительных нагрузках происходит распад аустенитного твердого раствора с выделением в мелкодисперсном состоянии Р'-фазы и в более крупной форме карбидов.

На рис. 26, в показана микроструктура стали ЗХ15Н13ЮЗ с 3,0% алюминия после работы в течение 3 месяцев в закалочно-отпускном агрегате при температу­ ре 850 °С. Она представляет собой аустенит с включения­ ми р'-фазы и карбидов, образовавшихся при распаде у- твердого раствора. Частицы р'-фазы расположены по всему зерну, а карбиды — в основном по его границам. Встречаются отдельные их включения и по телу зерна. На поверхности отливки карбидных включений значи­ тельно больше вследствие, видимо, выгорания алюминия

102

и диффузии хрома в поверхностные слои во время рабо­ ты. На рис. 26, г представлена микроструктура стали у поверхности. Как видно из рисунка, белые карбидные включения располагаются преимущественно у поверхно­ сти и по границам. Имеются места с выделениями карби­ дов в виде грубой сетки. По границам зерен между кар­ бидными прожилками в местах усиленного окисления видны поры и микротрещины. В условиях высоких тем­ ператур и резких периодических охлаждений в этих участках начинается разрушение деталей. Вначале идет окисление стали возле образовавшихся включений кар­ бидов и р'-фазы, а затем в этом месте зарождается тре­ щина. Разрушение носит межкристаллитный характер. Пониженная коррозионная стойкость стали вблизи ско­ плений частиц карбидов и р'-фазы обусловлена тем, что при образовании этих соединений соседние участки обед­ няются хромом, алюминием и никелем.

На рис. 26, д дана микроструктура стали (плавка 388) после б месяцев эксплуатации в качестве материала поддона, работающего в условиях нагрева до 880 °С, за­ калки в воду и отпуска при 650 °С. На фотографии наряду с основной структурой видны включения сложного строе­ ния, особенно в левой нижней части. Они состоят из р'-фа­ зы серого цвета, которая слабо травится в реактиве Мар-

сильно травится. Феррит не однороден. На нем видны серые мелкие включения р'-фазы. Образование феррит­ ных включений связано с повышенным содержанием кремния в этой плавке стали (1,14%). Структура стали ЗХ25Н19С2 после длительной эксплуатации (рис. 26, е) состоит из аустенитной основы и выделений карбидов, более мелких по телу зерна и более крупных по границам. Карбидные частицы здесь значительно крупнее, чем интерметаллидные у стали ЗХ15Н13ЮЗ. Это говорит о том, что коагуляция их происходит быстрее, а следовательно, сталь ЗХ25Н19С2 разупрочняется раньше при высоких температурах, чем сталь ЗХ15Н13ЮЗ. Развитие трещин в этой стали идет также по границам зерен.

104

3. Экономический эффект от внедрения стали ЗХ15Н13ЮЗЛ взамен стали ЗХ25Н19С2Л

Технологический процесс плавки и разливки стали ЗХ15Н13ЮЗЛ несущественно отличается от процесса плавки других марок жаростойкой стали. Трудоемкость се выплавки несколько повышается, потому что перед загрузкой в ковш чушковый алюминий (примерно шесть чушек на плавку в 2 г) нужно разрезать на куски весом около 2 кг, подогреть в ковше газовой горелкой до 500 °С пли загрузить чушки целиком и подогреть их до начала расплавления (650—670 °С), а затем всыпать в ковш 14— 16 кг криолита для защиты алюминийсодержащего жид­ кого металла от окисления.

105

Т а б л и ц а 15

Плановая калькуляция шихты на сталь ЗХ25Н19С2Л

Плановые калькуляции шихты для выплавки 1 т год­ ного металла из стали ЗХ15ШЗЮЗЛ и ЗХ25Н19С2 в це­ нах 1971 г., по данным МТЗ, приведены в табл. 14 и 15. Выход годного металла для стали ЗХ15Н13ЮЗ принят несколько заниженным — 63%; для стали ЗХ25Н19С2 он составляет 65 %• В действительности выход годного ме­ талла для стали ЗХ15Н13ЮЗ получается более высокий, чем для стали ЗХ25Н19С2, по двум причинам. Во-первых, удельный вес стали ЗХ15ГПЗЮЗ в среднем на 2% мень­ ше, чем удельный вес стали ЗХ25Н19С2, что связано с содержанием в первой около 3% алюминия, имеющего

106

Прилошенио

ИНСТРУКЦИЯ НА ВЫПЛАВКУ ЖАРОСТОЙКОЙ СТАЛИ ЗХ15Н13ЮЗЛ

В ДУГОВОЙ э л е к т р о п е ч и С КИСЛОЙ ФУТР.РОВКОН

1. Химический состав.

1.1. Химический состав стали ЗХ15Н13ЮЗЛ (%) дол­ жен соответствовать нормам, указанным ниже Г

пробе, взятой с плавки, по ГОСТ 7565—66. 2. Шихтовые материалы.

2.1. Для получения жароупорной стали применяются следующие шихтовые материалы: стальные пакеты или лом марок А2, А4, А5, А6 по ГОСТ 2787—63; феррохром

ГОСТ 849—70; металлический лом внутризаводских по­ ставок по ГОСТ 2787—63; ферросилиций марки ФС45 по ГОСТ 1415—70; алюминий первичный марки Al, А2 по ГОСТ 295—60; камень известковый по ГОСТ 10726—64; песок формовочный марки 1К02 по ГОСТ 2138—56; фер­ роцерий или силикомишметалл; руда железная марте­ новская (в случае использования высокоуглеродистых материалов); криолит.

2.2. Расчет шихты следует производить в соответст­

108

плавку, обеспечивая получение химического состава, указанного в пункте 1.1.

2.3. Все шихтовые материалы не должны иметь окалины, влаги, масла, земли и других загрязнений.

3. Оборудование, инструмент, приспособления долж­ ны быть в необходимом количестве и в исправном со­ стоянии.

4. Подготовка печи к плавке.

4.1.После выпуска плавки из печи открыть заслонку рабочего окна и разделать с помощью лома порог рабо­ чего окна и выпускного отверстия. Подину и откосы тщательно очистить от остатков шлака и металла. Очист­ ку от шлака производить с помощью скребка, предва­ рительно прогретого в рабочей зоне печи, а очистку от остатков металла — забрасыванием на зеркало металла формовочного песка, перемешиванием его с металлом и скатыванием в сторону рабочего окна.

4.2.Проверив состояние подины, приступить к за­

правке печи. Заправочная смесь приготавливается со­ гласно рецептуре ТУ 108—67.

4.3.Проверить состояние свода, электродов и систе­ му водяного охлаждения.

4.4.Подготовить шлакообразующие и раскисляющие

материалы — известковый камень, формовочный песок, ферросплавы. Все материалы, загружаемые в печь, должны быть обязательно сухими. Ферросплавы, вводи­ мые в расплавленный металл, предварительно подогреть на пороге рабочего окна.

4.5. Время выплавки в печи ДСН-1,5 по операциям составляет, мин:,

5. Подготовка шихты и загрузка печи.

5.1. Шихта должна быть тщательно отсортирована по содержанию серы и фосфора, так как в печи с кислой футеровкой эти элементы из металла не удаляются. По

109

содержанию углерода шихта подбирается в пределах на 0,05± 0,10% выше номинального содержания углерода

ввыплавляемой марке стали.

5.2.Металлозавалка должна быть компактной и в

следующем порядке: на подину загрузить стальной лом и возврат собственного производства, феррохром уло­ жить на откосы, затем забросить лопатой никель.

5.5.Перед загрузкой составляющие шихты взвесить на весах.

5.6.По окончании завалки шихты заделать выпус­

кное отверстие и дверцу рабочего окна.

5.7.Алюминий загрузить в ковш на одну плавку и греть газовой горелкой до расплавления.

6.Расплавление шихты (окислительный период).

6.1.Во время расплавления шихты необходимо:

а) проверить подачу воды в экономайзеры, сводовое кольцо п другие охлаждаемые части печи;

б) опустить электроды и подать напряжение на печь, г.ключнв автоматическое регулирование дуги;

в) форсированно вести расплавленные шихты; г) по мере образования лужиц жидкого металла под

электроды давать небольшими порциями сухой формо­ вочный песок, чтобы к концу периода расплавления ван­ на имела шлаковый покров в количестве не более 4% от веса плавки (консистенция и жпдкоподвижность шла­ ка регулируются присадкой известняка);

д) к концу периода расплавления своевременно стал­ кивать крючком нерасплавившиеся куски шихты с отко­ сов в жидкую ванну; перед сталкиванием шихты о отко­ сов отключить печь н поднять электроды;

с) окончательное расплавление устанавливать про­ щупыванием ванны по всей глубине штангой.

6.2. После полного расплавления шихты следует от­ ключить печь и поднять электроды. Сухой, предвари­ тельно подогретой в рабочей зоне печи и ошлакованной ложкой перемешать ванну п взять пробу металла на экспресс-анализ для определения углерода.

ПО

6.3.При получении завышенного содержания угле­ рода в стали нужно провести процесс его выжигания добавками в ванну прокаленной железной руды. Желез­ ную руду бросать лопатой небольшими порциями.

6.4.При выгорании углерода кипение ванны должно быть энергичным и равномерным, без выплеска металла

пшлака через порог рабочего окна. После дачи послед­ ней порции железной руды ванна должна прокипеть не менее 10 мин (скорость выгорания углерода 0,005— 0,008% в 1 мин. С повышением температуры и количест­ ва СаО в шлаке она повышается в этих пределах).

6.5.По мере надобности для наведения шлака в печь

движности шлака. По окончании окислительного перио­ да черный шлак скатывается и наводится белый, состоя­ щий из извести п плавикового шпата в пропорции 6:1.

7. Восстановительный период.

7. !. Металл нагреть до температуры 1540—1580 °С.

7.2.Осторожно бросить в печь лопатой расчетное количество ферромарганца.

7.3.После расплавления ферросплава металл следу­ ет тщательно перемешать и нагреть до температуры

1660—1700 °С.

8. Модифицирование и выпуск металла.

8.1. Для выпуска металла из печи подается стопор­ ный ковш емкостью 2 г по ГОСТ 7358—63, подготовлен­ ный согласно инструкции.

8.2.На дно ковша следует забросить расчетное ко­ личество чушкового алюминия п подогреть газовой го­ релкой до расплавления. Затем засыпать криолит в количестве 16 кг. Если алюминий предварительно поре­ зан или переплавлен на мелкие чушки весом 2,0—2,5 кг, то подогревать ковш следует только для удаления влаги.

8.3.Для модифицирования жаростойкой стали сле­ дует давать ферроцерин или силнкомишметалл в количе­ стве 0,3% от веса металлозавалки в ковш. (Процесс модифицирования не сопровождается пироэффектом или газовыделением и не требует специальных предохрани­ тельных мер).

8.4.Исправный, сухой н подогретый ковш должен

устанавливаться с помощью крана под желоб печи за 5 мин до слива металла.