» » Влияние вакуумирования и электрошлакового переплава на содержание газов и неметаллических включений в стали
25.12.2014

В работе исследовано содержание газов и неметаллических включений в стали ШХ15, выплавленной по обычной технологии, а также переплавленной методами: электрошлаковым, двойным электрошлаковым, вакуумнодуговым и электрошлаковым с последующим вакуумно-дуговым переплавом.
Цель работы — проверка загрязненности газами и неметаллическими включениями металла всех видов плавок.
Исходная сталь ШХ15 плавилась в открытой электропечи на заводе Днепроспецсталь. Для электрошлакового переплава слиток исходного металла прокатывался до диаметра 170 мм. Полученная штанга переплавлялась на электрошлаковых установках в кристаллизатор диаметром 300 мм, высотой 1650 мм. При переплаве применялся флюс АНФ-6 химического состава: 78% CaF2, 20% Аl2О3, остальное примеси SiO2, FeO, MnO и т. д.
Вакуумно-дуговой переплав стали проводился в вакуумно-дуговой печи типа ЦЭП-359 с кристаллизатором диаметром 280 и 380 мм. Рабочий вакуум 10в-8 мм рт. ст. При переплавах химический состав стали ШХ15 практически не изменялся.
Анализ неметаллических включений проводился металлографическим и химическим методами.
Влияние вакуумирования и электрошлакового переплава на содержание газов и неметаллических включений в стали

При металлографическом исследовании было отмечено, что основными включениями, встречающимися в стали ШХ15, являются корунд, магнезиальная шпинель, силикатные глобули и нитрид титана. При переплавах включения не исчезают, но количество их уменьшается и они становятся мельче. Включения после переплава распределяются в металле более равномерно.
В исходном металле преобладают корунд, магнезиальная шпинель, нитрид титана, силикатные глобули. В одноразовом электрошлаковом переплаве — корунд, нитрид титана, в двухразовом — магнезиальная шпинель, нитрид титана. В вакуумно-дуговом переплаве — глобулярные включения, корунд. В комбинированном переплаве (электрошлаковый с последующим вакуумно-дуговым) — силикатные глобули и корунд.
Для химического анализа осадок неметаллических включений выделялся электролитически в электролите Фиттерера. Выделившиеся с неметаллическими включениями карбиды разрушались азотнокислым методом и способом мокрого галлоидирования. Далее определялся общий процент неметаллических включений по отношению к растворенному металлу и проводился анализ осадка по составляющим: SiО2, Аl2О4, ,FeO, MnO, Сr2О3, CaO, MgO, TiN (табл. 1). Количество неметаллических включений при переплавах уменьшалось. Изменялся также состав включений. В частности, вакуумно-дуговой переплав оказался более эффективным в отношении удаления окиси алюминия, а электрошлаковый переплав — силикатов.
Влияние вакуумирования и электрошлакового переплава на содержание газов и неметаллических включений в стали

В работе также сопоставлялись результаты химического анализа неметаллических включений с анализом газов в стали. Анализ газов в металле исследуемых плавок проводился методом вакуум-плавления. Результаты анализа приведены в табл. 2. Общее содержание газа уменьшалось при переплавах. Сопоставление результатов химического анализа неметаллических включений (пересчет окислов на кислород дан в последней графе табл. 2) с результатами газового анализа показывает, что кислород в стали находится в связанном состоянии в виде окислов.
Можно отметить, что все три метода (металлографический, химический и газовый анализ) исследования неметаллических включений и газов дают результаты, согласующиеся друг с другом.
Влияние вакуумирования и электрошлакового переплава на содержание газов и неметаллических включений в стали

Неметаллические включения и газы нарушают кристаллическую структуру, вызывая возникновение различного рода напряжений, что сокращает срок службы изделий.
Сравнивалась механическая прочность (относительная ее величина по отношению к исходной плавке) стали для подшипников.
Результаты сравнения сведены в табл. 3 и представлены на рис. 1. Чем меньше неметаллических включений в стали, тем дольше срок службы подшипника.
Влияние вакуумирования и электрошлакового переплава на содержание газов и неметаллических включений в стали

Зависимость между количеством неметаллических включений и относительным сроком службы подшипника аналитически может быть выражена соотношением
y = AXв,

где А = 0,55; в = -1,06; X — % неметаллических включений в металле, у — относительный срок службы подшипника, %.