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

Примерная шихта па выплавку стали ЗХ151ИЗЮЗЛ имеет следующий состав, %:

кисления в минимальной дозе, так как значительное ко­ личество кремния может восстанавливаться алюминием из футеровки печи и ковша.

Технологический процесс введения плавки следую­ щий. В печь загружаются расчетное количество аморти­ зационного лома, возврат собственного производства хромоникелевых сталей, стальной лом (ст. 30 или ст. 45), никель и феррохром. Процесс расплавления проводится интенсивно, на высоком напряжении. После расплавле­ ния берется проба на экспресс-анализ по углероду и на­ водится шлак присадками известняка и сухого кварцево­ го песка. Перед выпуском металл раскисляется присад­ кой ферросилиция и марганца и доводится до требуемой температуры. Выпуск металла осуществляется при тем­ пературе 1720—1680 °С в один прием в стопорный ковш с подогретым алюминием и криолитом. (Температура металла во время выпуска и заливки замерялась оптиче­ ским пирометром ОППИР-45). Понижение температуры выпуска стали ЗХ15Н13ЮЗ до 1650—1670 °С способству­ ет уменьшению дефектности литья по горячим трещинам. При этом жидкотекучесть ее остается на достаточно вы­ соком уровне.

Чушковой алюминий, порезанный на куски не более 2—3 кг, загружается вместе с криолитом в ковш и подо­ гревается пламенем газовой горелки до температуры 400—500 °С. Горелка отключается перед самым выпус­ ком металла из печи. Такой метод введения с подогре­ вом до указанной температуры позволяет достичь самого высокого усвоения алюминия — до 85%. Если невоз­ можно порезать алюминий, чушки загружаются в ковш целиком и нагреваются до начала плавления. Затем на­

80

грев отключается. Жидкий алюминий при затвердевании схватывается с футеровкой ковша и не всплывает в шлак при его заполнении. После этого в ковш засыпается кри­ олит и он подается под заполнение. Баланс металлозавалки, химический анализ и угар алюминия при вве­ дении его указанными методами приведены в табл. 8. Из таблицы видно, что при введении алюминия без порезки на мелкие куски (плавки 1—5) угар получается значи­ тельно больший и составляет 34—40%, В порезанном виде усвояемость алюминия значительно выше (плавки

240—288). Угар 15—21%.

Сталь модифицируется в ковше при выпуске расплав­ ленного металла из печи. После заполнения, приблизи­ тельно 1/5 ковша, под струю металла вводится ферроце­ рий вместе с силикокальцием или силикомишметалл.

Для того чтобы ферроцерий и алюминий не задержи­ вались в шлаке и лучше распределялись по всему объ­ ему металла, выпускное отверстие разделывается таким образом, чтобы при значительном наклоне печи шел сначала чистый металл без шлака. Ферроцерий, приме­ нявшийся для модифицирования, имеет следующий со­ став, %: церий—52, лантан—17, другие РЗМ и ж елезоостальное; силикомишметалл состоит из РЗМ (церий, лантан, ниодим) — 31—33, кремния — 48—50, кальция— 2—4, алюминия — 2—5, железа — остальное. Вес жидко­ го металла одной плавки в среднем —2 г.

Металл разливается из стопорного ковша в сырые формы, изготовленные машинной формовкой. Мини­ мальная толщина стенки отливок— 12 мм . Температура начала заливки— 1650—1550 °С. Выбивка литья произ­ водится на выбивной решетке, обрезка литниковых си­ стем — электросварочным аппаратом с помощью элект­ рода, зачистка литья — на подвесных и маятниковых наждаках. После контрольного осмотра годные детали отправляются в различные цехи завода, имеющие терми­ ческие агрегаты, на производственные испытания и для использования в качестве жароупорных деталей на дей­ ствующем производственном оборудовании. При прове­ дении производственных испытаний для сравнения пока­ зателей свойств одновременно отливались жароупорные детали из сталей ЗХ25Н19С2, ЗХ18Н11С2 и ЗХ18Н25С2.

Т а б л и ц а 9

ЗХ25Н19С2Л и ЗХ18Н11СЛ, из которых были отлиты экспериментальные партии деталей для сравнительных испытаний. Плавки 294 и 380 модифицировались ферро­ церием, остальные выплавлялись без модификаторов.

В табл. 9 включен ряд плавок стали ЗХ15Н13ЮЗ, выплавленных в литейном цехе МТЗ на дуговой печи ДСН-1,5, с различным содержанием кремния (от 0,20 до 1,66%). Из таблицы видно, что во многих плавках име­ ются отклонения химического состава по кремнию (содержание его превышает 1,0%). Несмотря на это, крупные партии различных деталей, отлитых из этих пла­ вок, прошли производственные испытания и показали

Т а б л и ц а 10

Химический состав плавок сталей ЗХ25Н19С2Л и ЗХ18НПСЛ, из которых были отлиты экспериментальные партии деталей для сравнительных испытаний, %

не менее длительный срок службы, чем партии деталей из стали ЗХ25Н19С2. Повышенное содержание кремния объясняется тем, что в производственных условиях амор­ тизационный лом и возврат собственного производства сталей ЗХ25Н19С2Л, ЗХ18Н11СЛ и ЗХ15Н13ЮЗЛ не всегда разделялись по маркам. А при кислом процессе ведения плавки содержание кремния в металле не умень­ шается. Снижения кремния в жидкой стали можно до­ биться, выплавляя металл в печи с основной футеровкой, которая позволяет окислить его, перевести в шлак и провести все операции рафинирования. Как известно, при производстве качественного литья из специальных сталей сложного состава значительно лучшие результаты получаются при плавке в основной печи.

Некоторые плавки выпускались без защитного криолитового флюса. При этом увеличивается количество шлака в ковше и кремния в металле. Увеличение шлака происходит за счет окисления незащищенного криолитовым флюсом алюминия, растворенного в жидком метал­ ле. Содержание кремния в металле возрастает за счет восстановления его из шлака алюминием. Поэтому жела­ тельно перед выпуском металла из печи скачивать кис-

84

лип шлак, чтобы он не попадал в ковш, а в ковше наво­ дить криолитовый.

Отдельные плавки имеют пониженное содержание алюминия (76, 106, 250, 261, 347, 350, 308 и 334). Это объясняется в основном недостаточным подогревом алю­ миния перед введением его в жидкий металл, окислением из-за малого количества защитного криолитового флюса н несовершенством методики определения его содержа­ ния в стали.

7. Свойства стального литья, полученного различными методами

Из металла экспериментальных и производственных плавок отливались трефовидные заготовки для изготов­ ления образцов на механические испытания, жаростой­ кость, термостойкость и шлифов на мнкроструктурные исследования. Результаты испытаний некоторых плавок приведены в табл. 11. Образцы плавок 408, 409, 439 п 440 были отлиты в кокиль, остальные в земляную форму.

Полученные результаты испытаний механических свойств при комнатной и высоких температурах показы­ вают, что предел прочности при 20 и 900 °С достаточно высокий. При отливке в землю он получается несколько ниже, особенно при высоких температурах. Относитель­

имеют преимуществ. Некоторые преимущества в механи­ ческих свойствах отливок, полученных в кокиль, связаны с образованием более мелкозернистой структуры с мень­ шим количеством выделений карбидных и интерметаллидных частиц. Наиболее высокий предел прочности получен у образцов плавки 7, которая не включена в эту таблицу. Он составляет 57,5 кгс./лш2.

Проведены также испытания образцов стали, отлитой различными методами после длительного отжига. Отлив­ ка производилась в земляную форму, в кокиль и методом намораживания. Последний заключается в наращивании слоя металла в виде трубы на внутренней поверхности

85

* Увеличение массы образцов дано среднее за первые 100 ч.

поступательно движущегося водоохлаждаемого крис­ таллизатора [68]. Основным достоинством метода явля­ ется строго направленное затвердевание при интенсив­ ном охлаждении, обеспечивающее хорошие условия питания отливки [69]. Плавка проходила в индукцион­

комнатной температуре наблюдалось у отливок, изготов­ ленных методом намораживания. Это объясняется полу­ чением более плотной структуры с меньшим количеством дефектов благодаря обильному питанию нарастающей корки жидкой фазой при высокой интенсивности охлаж­ дения. После отжига прочностные свойства повышаются, а пластичность и ударная вязкость снижаются. Это объ­ ясняется выпадением в структуре упрочняющих фаз (интерметаллидной и карбидной) во время отжига и охлаждения отливок с печью. При высокой темиератуое механические свойства стали в литом и отожженном состоянии практически одинаковы. Отмечена только несколько более высокая пластичность и жаростойкость у отливок, полученных методом намораживания, что связано с получением бездефектной более плотной струк­ туры. При сравнительных испытаниях жаростойкости ка-

Т а б л и ц а 12

Свойства стали ЗХ15Н13ЮЗЛ при различных видах отливки

87

таиых труб из стали Х23П18Т и труб, отлитых методом намораживания из сталей Х23Н18 и ЗХ15Н13103, получе­

сталь Х15Н13ЮЗ обладает более высоким сопротивлени­ ем окалинообразованию при высоких температурах в воз­ душной среде, чем широко применяемая сталь Х23Н18 в литом и катаном состоянии.

Приведенные данные показывают, что сталь ЗХ15Н13ЮЗЛ, выплавленная в кислой дуговой или ин­ дукционной электропечи, имеет достаточно высокие характеристики прочности, пластичности, ударной вяз­ кости, жаростойкости, термостойкости и технологических свойств и может успешно работать в качестве жаростой­ кого литейного материала, несущего значительные тер­ мические п механические нагрузки при высоких ч ком­ натных температурах. При выплавке этой стали в основ­ ной печи можно ожидать получения более высоких характеристик. Плотность стали ЗХ15ШЗЮЗЛ при литье в землю составляет 7,58 г/см3, при литье в кокиль — 7,60, при получении деталей методом намораживания — 7,66 г/см3. Температура ликвидуса— 1460 °С, солпду-

с а — 1420 °С.

Для выплавки стали в дуговой электропечи с кислой футеровкой в производственных условиях разработана технологическая инструкция, которая дана в конце мо­ нографии в виде приложения.

Испытания стали в деформированном состоянии про­ ведены на образцах свободной ковки. Они показали, что сталь ЗХ15Н13Ю является днсперсионно-твердеющим сплавом. Твердость ее после закалки при 1200° составля­

88