Раскисление и легирование стали

как    *_1с] = Р_соЛсНО]>    откуда    [0) = P_CQ/K_c    М-    Снижение

давления  приводит к уменьшению концентрации кислорода в металле, а также  к некоторому снижению концентрации углерода. Существует даже термин "углеродно-вакуумное" раскисление или просто "углеродное" раскисление. Под этим понимается удаление из металла кислорода при понижении давления (при вакуумировании) вследствие его реакции с углеродом.

  При обработке вакуумом снижается не только содержание растворенного кислорода, но и количество оксидных неметаллических включений вообще вследствие протекания реакций типа МеО + [С] = СО_газ + Me, равновесие которых сдвигается вправо при понижении давления, В тех случаях, когда металл раскислен ферросилицием и алюминием, образуются прочные оксиды Si0₂ и Al₂0₃, разрушить которые можно только под очень глубоким вакуумом в специальных вакуумных печах.

  Следует иметь в виду, что при обработке  металлов вакуумом одновременно с разрушением оксидных включений удаляются также растворенные в них азот и особенно водород.

Легирование стали

   Легированием  называют процесс присадки в сталь  легирующих элементов, чтобы получить так называемую легированную сталь, т.е. такую сталь, в составе которой  находятся специальные (легирующие) примеси, введенные в нее в определенных количествах для того, чтобы сообщить стали какие-либо особые физико-химические или механические свойства.

  Легирующими могут быть как элементы, не встречающиеся  в простой стали, так И элементы, которые в небольших количествах содержатся во всякой стали (С, Mn, Si, P, S). Очень часто операцию легирования совмещают с операцией раскисления (особенно если металл легируют марганцем, кремнием или алюминием).

247

   С точки зрения влияния на свойства стали легирующие элементы делят на две большие группы:

  1-я  — легирующие элементы, расширяющие  у-область твердых растворов. В эту группу входят как элементы, обладающие неограниченной растворимостью в железе (никель, марганец, кобальт), так и элементы, образующие сплавы, в которых гомогенная область непрерывного ряда твердых растворов ограничивается гетерогенной вследствие появления новых фаз (углерода, азота, меди).

  2-я  — легирующие элементы, суживающие  у-область. Сюда входят как элементы, образующие с железом сплавы с полностью замкнутой у-областью (бериллий, алюминий, кремний, фосфор, титан, ванадий, хром, молибден, вольфрам), так и элементы, образующие сплавы с суженной у-областыо (ниобий, тантал, цирконий, церий).

  Столь различное действие легирующих элементов  на полиморфизм железа объясняется главным образом строением их собственной кристаллической решетки.

  В 1-ю группу входят в основном элементы, схожие по форме (изоморфные) строению    у-железа.

Во 2-ю группу - элементы, изоморфные а-железу.

  Для сталеплавильщиков также важно  знать поведение легирующей примеси при плавке стали для того, чтобы выплавить металл нужного состава (попасть в анализ) с минимальными потерями легирующих материалов. Главное при этом — избежать ненужного взаимодействия легирующих примесей с кислородом, чтобы уменьшить потери ("угар") легирующих и обеспечить получение в стали минимума продуктов окисления легирующих - неметаллических включений, загрязняющих стали и снижающих их качество.

  В зависимости от степени сродства к кислороду легирующие элементы также делят на две большие группы:

  1-я—  легирующие элементы, сродство к кислороду у которых меньше, чем у железа (никель, кобальт, молибден, медь). Они в условиях плавки и разливки практически не окисляются и поэтому могут быть введены в металл в любой момент плавки. Обычно эти элементы вводят в металл в начале плавки вместе с шихтой. Отходы, образующиеся при выплавке и прокатке (ковке, штамповке) сталей, содержащих эти элементы, а также отходы изделий, изготовленных из этих   сталей,   следует   хранить   и   использовать   отдельно,   так

248 

как, во-первых, экономически выгодно загружать  в печь не чистые никель, медь и т.п. (или их сплавы), а отходы шихты, содержащие эти примеси; во-вторых, если такие отходы загружать в печь при выплавке стали любой марки, то эта сталь при выпуске будет содержать никель, медь и т.д., а это не всегда полезно (иногда вредно).

  2-я  — легирующие элементы, сродство  к кислороду у которых больше, чем у железа (например, кремний, марганец, алюминий, хром, ванадий, титан). Чтобы избежать большого угара этих элементов при легировании, их вводят в металл после раскисления или одновременно с раскислением в самом конце плавки (часто даже в ковш, а иногда и непосредственно в изложницу или кристаллизатор).

  Кроме легирующих этих двух основных групп  применяют легирующие, введение которых в металл связано с возможной опасностью для здоровья, так как пары этих металлов или их соединений вредны.

  К таким элементам относятся сера, свинец, селен, теллур. Эти элементы вводят в металл непосредственно в процессе разливки стали и при этом принимают специальные меры безопасности. Легирующие примеси вводят в металл или в чистом виде (бруски чистой меди, чистого алюминия, никеля и др.), или в виде сплавов (ферросилиций, ферромарганец, ферроалюминий и др.), или в виде соединений (оксиды ванадия, марганцевая руда, молибдат кальция и др.).

  Во  всех случаях для удешевления  стали стремятся использовать максимальное количество дешевых отходов (шлак, руду), содержащих нужный элемент.

  Иногда  для легирования и раскисления стали применяют так называемые экзотермические брикеты. В состав таких брикетов могут входить содержащие легирующий элемент оксиды (например, оксиды хрома, марганцевая руда), порошкообразные раскислители и восстановители (например, алюминий, магний) и окислители (например, селитра). При выпуске металла в ковш, в который загружены подобные брикеты, они "зажигаются", при реакции между восстановителями и окислителями выделяется необходимое количество тепла, легирующие примеси, входящие в состав оксидов, восстанавливаются.

Металл при  таком методе работы не охлаждается.