ПРОИЗВОДСТВО БРИКЕТОВ ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ

Термин «прямое легирование» относится к процессу легирования, который осуществляют с использованием материалов, обычно применяемых для производства соответствующих ферросплавов.

Прямое легирование стали различными элементами, осуществляют с использованием оксидов, фторидов или карбонатов этих элементов и восстановителя, в качестве которого могут быть материалы, содержащие элементы, обладающие высоким сродством к кислороду.

Процесс легирования в сталеплавильном агрегате или сталеразливочном ковше организовывают таким образом, чтобы обеспечить синхронизацию плавления исходных компонентов реакции и самого процесса восстановления. Такая синхронизация достигается строгими технологическими приемами с использованием исходных материалов заданной фракцией.

Железоуглеродистые сплавы находят применение в технике в качестве сталей, содержащих от нескольких сотых процентов до полутора процентов углерода. В то время стали с низким и средним содержанием углерода (примерно до 0,5 %) используются преимущественно как конструкционные высокоуглеродистые стали (примерно от 0,6 % углерода и выше) применяют главным образом в качестве инструментальных сталей. Однако технические углеродистые стали содержат всегда некоторые количества примесей и сопутствующих элементов, так как Si, Mn, P, S, As и другие, и часто, кроме того, незначительное количество легирующих элементов – Cu, Cr, Ni, Mo и другие, попадающих в сталь из скрапа. На свойство стали эти примеси оказывают второстепенное влияние, иногда могут играть существенную роль.

В этой работе представляется уместным сделать обобщающий обзор инструментальных сталей; этой цели служит список инструментальных сталей, приведенных в таблице 1, применяемых в различным странах мира. Свойства, существенные для инструментальных сталей: закаливаемость, износоустойчивость, прочность при сжатии, достаточная вязкость, устойчивость против отпуска и красностойкость [2, c. 543].

Таблица 1.

Классификация и химический состав наиболее важных инструментальных сталей, применяемых в различных странах мира.

Для углеродистых сталей в зависимости от твердости вводят небольшие количества карбидообразующих элементов для изменения прокаливаемости.

Например, при добавлении ванадия при обычной температуре закалки углеродистых сталей уменьшается прокаливаемость, а при добавлении хрома увеличивается. Улучшение прокаливаемости может быть достигнута так же путем повышения температуры закалки; легированная ванадием сталь сохраняем при этом мелкое зерно. Стали этой группы надо закаливать очень тщательно, особенно инструменты сложной формы.

Вследствие более низкого содержания углерода стали второй группы характеризуется большой вязкостью и особенно пригодны для работы при ударных нагрузках.

Стали третьей группы менее чувствительные к перегреву и прокаливаются на большую глубину. Можно, как это делается для стали марки 02, вводить так же немного ванадия для уменьшения чувствительности к перегреву. Эти стали применяют не только для режущих инструментов, но и для отрезных, вырубных и тп штампов.

В группе 4 приведены малодеформирующиеся стали с 12 % хрома. Сталь D2 с 5 % хрома и 1 % молибдена является износоустойчивой, применяемой для вытяжных штампов; она почти не дает поводки при закалке на воздухе; кроме того, она обладает определенной устойчивостью против отпуска. Сталь D5 с 3 % марганца кажется несколько необычной. Стали с высоким содержанием хрома обладают в следствие повышенного количества избыточных карбидов значительным сопротивлением износу при низких и повышенных температурах. Особенно высокими свойствами обладает сталь D5, применяемая так же для горячего деформирования и в литом состоянии для фрез. Хромистые стали обладают несколько лучшей износоустойчивостью и прокаливаются в больших сечениях.

Характерно, что список низколегированных сталей в таблице 1 сравнительно мал; это значит, что считается более выгодным сокращение затрат на производство стали путем уменьшения числа марок. Это соображение и является, очевидно, решающим при определении числа выпускаемых марок стали. В результате число марок высоколегированных сталей, для которых более важным, чем стоимость металла и изготовления, является достижение высокой производительности.

Эта работа относится к металлургии в частности к составу брикетированных ферросплавов, предназначенных для легирования стали хромов в ковше.

Легирование в ковше позволяет снизить на 15-20 % угар хрома, улучшить качество стали, увеличить производительность, облегчая выплавку в конвертере. Однако для этого необходимо обеспечить высокую скорость растворения феррохрома в жидкой стали для получения её равномерного состава и компенсацию тепловых потерь в ковше, что требует применение использование легирующих добавок с особыми свойствами.

Для лучшего усвоения хрома сталью используют брикеты из измельченных ферросплавов [1, c. 127]. Такие брикеты для легирования мартеновской стали содержат 35-55 % хрома, 21,5-46 % кремния, до 2,5 % углерода и изготавливаются из ферросиликохрома либо из смеси ферросиликохрома и феррохрома. В последнем случае количество ферросиликохрома составляет 55-95 %.

Однако для растворения таких брикетов необходимо большое количество тепла из-за высокого соотношения кремния и хрома для стали многих марок они неприемлемые. Известен комплексный ферросплав следующего состава 56,3 % Cr, 17 % Si, 0,19 % C, остальное Fe [2, c. 611]. Однако этот ферросплав с содержанием 0,19 % C не позволяет вести плавку с «передувом» по углероду.

Целью исследования является изготовление брикетов для легирования стали хромом, не требующих термитных добавок, но обладающих высокой скоростью растворения в жидкой стали с минимальными затратами тепла.

Это достигается тем, что брикеты готовят из смеси на основе феррохрома и 12-30 вес.% ферросилиция при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Крупность компонентов предлагаемых брикетов не должна превышать 2мм. В качестве связи может быть использовано жидкое содовое стекло. С увеличением содержания Si сверх 20 % абсолютное тепловыделение возрастает, но удельный тепловой эффект (на 1 грамм смеси) снижается. При наличии Si меньше 11 % снижается как абсолютные, так и удельные тепловые эффекты.

Предлагаемое содержание углерода в брикетах (3-7 %) охватывает интервал наиболее низких температур плавления образующихся из них сплавов в заданных пределах содержаний хрома и кремния. Термическим методом получаемые из брикетов оплавы имеют температуры начала и конца кристаллизации от 1270 до 1170°С, тогда как, например, у ферросиликохрома они равны соответственно 1360 и 1240°С, у феррохрома – 1500°С.

Выделение тепла при взаимодействии компонентов брикетов, пониженная температура образующихся при этом сплавов предопределяют большую скорость их растворения в жидкой стали. Для брикетов массой 130-135 г, при 1600°С она составляет 66-78 г/см² в минуту.

Использование таких брикетов позволяет успешно осуществить внепечное легирование стали хромом и в частности, в мартеновском производстве  полностью переносить его в ковш для выплавки стали ряда распространенных марок (40Х, 55Х, 40ХН и др.).

Важным преимуществом предлагаемых брикетов является благоприятное соотношение кремния и хрома для стали большинства марок, а так же безопасность их производства и применения.

Список литературы:

1. Браун М. П. Влияние легирующих элементов на свойство стали. К.: Государственное издательство технической литературы УССР, 1962. – 190 с.
2. Гудремон. Э. Специальные стали. Том 1. М.: Металлургия, 1966. – 734 с.
3. Гудремон. Э. Специальные стали. Том 2. М.: Металлургия, 1969. – 951 с.