Влияние состава шихты на качество стали 25Л. "Литейное производство", 2004, №6

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.


Другие Сталь: