Л.Г. Шуб, Р.Г. Усманов
(ООО "НПП "Технология", г. Челябинск)
В.В. Макаров, О.П. Лялин
(ОАО "ИКАР", г. Курган)
На Курганском заводе трубопроводной арматуры исследовали влияние состава металлошихты на химический состав и механические свойства отливок из стали 25Л, в первую очередь, - на показатели еБ хладостойкости.
Особенностью заводской технологии плавки, проводимой в кислой индукционной печи Бмкостью 4 тонны, является переплав шихты в два этапа: на первом — проплавляли основную часть (примерно 80%) металлошихты, состоящую из привозного низкоуглеродистого лома и возврата собственного производства стали 25Л; на втором — после отбора технологической пробы для контроля состава получившегося расплава в него добавляли оставшуюся шихту, но состоящую уже только из возвратного лома. Затем проводили раскисление металла, удаление шлака, выпуск и разливку плавки.
Оценка содержания азота в раскисленном металле перед выпуском его из печи в зависимости от состава шихты показала, что с повышением доли переплавляемого возвратного лома концентрация азота повышается: при 21-30% его содержание находилось в пределах 0,0108-0,015% (в среднем по 5 плавкам — 0,0128%), а при 68-93% возврата оно возросло до 0,0148-0,0162% (в среднем по 4 плавкам — 0,0155%).
По данным этих же исследовательских плавок было установлено, что в технологических пробах первой группы плавок содержание кремния составляло 0,07-0,16% и марганца 0,22-0,37%, а во второй оно повысилось до 0,28-0,40% и 0,37-0,63% соответственно. Указанная особенность объясняется повышенным содержанием кремния (до 0,6%) и марганца (до 1%) в возвратном литье по сравнению с привозным низкоуглеродистым нелегированным ломом.
В развитие полученных результатов было проведено сравнение качественных показателей двух выборок промышленных плавок одного периода производства, но отличающихся составом технологических проб. Из приведенных в таблице 1 данных видно, что на плавках с низким содержанием кремния и марганца, т.е. выплавленных с пониженной долей возвратного лома, показатели хладостойкости значительно лучше по сравнению со второй группой плавок — с повышенным количеством возврата. Полученные результаты послужили основанием для ограничения доли возврата 30-ю % в шихте, предназначенной для производства хладостойких отливок ответственного назначения.
Таблица 1. Зависимость хладостойкости стали 25Л от содержания кремния в технологических пробах
| Содержание, % |
Число плавок |
КС U -60, кгм/см2 |
Выход годных плавок, % | |
| Si техн. |
Mn техн. (средн.) |
|||
| < или = 0,15 | 0,29 | 15 | 4,52 | 60,0 |
| < или = 0,26 | 0,49 | 23 | 3,83 | 21,7 |
Примечание:
1. На годных плавках оба образца по первичным испытаниям имеют
КС U -60 < или = 4 кгм/см2.
2. Содержание алюминия во всех маркировочных пробах 0,03-0,07%.
Дальнейшее совершенствование технологии производства стали 25Л (отработка режимов раскисления, модифицирования и др.) повысило средний уровень КС U -60 до 6-6,5 кгм/см2. С учБтом этого "запаса прочности" и необходимости снизить затраты на покупку стального лома была вновь проверена возможность повышения доли возвратного лома в составе металлошихты. По химическому составу готового металла (16 плавок) это увеличение с 30% до 100% проявилось только в повышении содержания кремния в среднем на 0,14%, что создало, однако, значительные трудности в попадании в заданные пределы (не более 0,52% Si ). С увеличением доли возврата до 50 и 100% при некотором снижении предела текучести уровень остальных механических свойств (σв,-д, ¬ц) практически не изменился, однако при этом ухудшились показатели хладостойкости: средний уровень КС U -60 снизился с 6,1 и 6,7 до 5,5 и 6,3 кгм/см2, а максимальный — с 9,3 и 9,8 до 7,0 и 7,8 кгм/см2 (соответственно при 30, 50 и 100% возврата). Но главное, при повышении доли возвратного лома было отмечено существенное увеличение количества неудовлетворительных испытаний отливок на пневмоплотность, в результате - предельно допустимый уровень возврата был оставлен на прежнем уровне (30%).
Для выявления возможностей, заложенных в использовании высококачественного (крупногабаритного, не окисленного и не загрязнБннного) лома, была проведена серия плавок с применением проката ( диаметр 150 мм) из стали 3сп состава: С - 0,24%; Si - 0,26%; Mn — 0,51%.
В первой группе плавок металлошихта полностью состояла из указанного проката; во второй — при 70% проката в качестве возврата (30%) использовали, отходы первой группы плавок, а в третьей — отходы второй группы плавок, но уже при 70% обычного привозного металлолома. Полученные данные показали (табл. 2) заметное повышение хладостойкости отливок при использовании высококачественного стального лома (проката), что, в первую очередь, связано со снижением содержания в металле всех вредных примесей (ср.гр. 2 и 3) и, дополнительно, с уменьшением загрязнБнности отливок оксидными и оксисульфидными включениями: 0,0036% кислорода во второй и 0,0051% - в третьей группе плавок (данные по 9 плавкам). Содержание азота в металле сравниваемых групп было одинаковое. Одновременно было подтверждено негативное влияние использования даже небольшого количества возврата в составе плавочной металлошихты (ср.гр. 1 и 2 табл. 2).
Таблица 2. Химический состав и хладостойкость стали 25Л в зависимости от вида используемого лома.
| Состав шихты | Число плавок | УсреднБнный химсостав плавок, % |
КС U -60, кгм/см2 (средн.) |
|||||||
| С | Si | Mn | S | P | Cr | Ni | Cu | |||
| Прокат 100% | 23 | 0 , 23 | 0,35 | 0,90 | 0,019 | 0,014 | 0,08 | 0,05 | 0,04 | 6,31 |
|
Прокат 70% Возврат 30 % |
27 | 0,24 | 0,39 | 0,90 | 0,018 | 0,012 | 0,08 | 0,05 | 0,05 | 6,04 |
|
Обычн. лом 70% Возврат 30% |
64 | 0,25 | 0,43 | 0,97 | 0,025 | 0,019 | 0,12 | 0,08 | 0,12 | 5,33 |
Использование в некоторых сериях плавок шихты известного состава и наличие данных по составу расплава этих же плавок (технологические пробы) позволило оценить усреднБнные величины относительного угара углерода, кремния и марганца в процессе плавления металлошихты:
|
Состав шихты |
Число плавок |
Угар элементов, % отн. | ||
| С | Si | Mn | ||
| Прокат 100% | 23 | 15,0 | 50,8 | 32,2 |
|
Прокат 90% Возврат 10 % |
27 | 14,6 | 40,1 | 27,2 |
| Возврат 100% | 16 | 8,1 | 21,2 | 25,0 |
Снижение угара элементов при ухудшении качества металлошихты может быть объяснено тем, что с увеличением доли возвратных отходов возрастает количество вносимой ими формовочной земли и различных засыпок и, соответственно, количество образующегося в печи шлака, играющего защитную роль в процессе плавления лома.
Полученные данные могут быть полезны для расчБта ожидаемого состава расплава при переплаве металлошихты в кислых индукционных печах.
Заключение.
При выплавке стали 25Л в кислой индукционной печи использование возвратного лома в составе металлошихты снижает хладостойкость отливок за счБт увеличения содержания в стали азота и кремния, в результате чего при производстве трубопроводной арматуры ответственного назначения доля возврата ограничена 30%.
Использование высококачественного лома (проката), уменьшая концентрацию в стали вредных примесей и кислорода, приводит к улучшению хладостойкости литого металла.
Показано, что величина угара углерода, кремния и марганца в процессе плавления зависит от состава металлошихты и снижается при повышении в ней доли возвратного лома.