Полуспокойная сталь
Для уменьшения химической и структурной неоднородности металла, повышения выхода годного и получения более однородных механических свойств листов по высоте слитка применяют полуспокойную сталь, которая по степени раскисленности является промежуточной между кипящей и спокойной.
Полуспокойную сталь выплавляют по технологии кипящей стали с последующим дополнительным раскислением металла в ковше или изложнице. Чаще всего для раскисления стали применяют кремний пли алюминий. Раскислители вводят в сталь с таким расчетом, чтобы в слитке в процессе кристаллизации выделялось ограниченное количество газовых пузырей и обеспечивалось рассредоточение их с учетом компенсации естественной усадки металла без роста головной части слитка.
О степени раскисленности полуспокойного металла обычно судят по интенсивности газообразования при кристаллизации и форме головной части затвердевающего слитка. Слиток полуспокойной стали считается нормально раскисленным, если металл во время наполнения изложницы искрит, а после наполнения застывает с образованием ровной или слегка выпуклой головной части.
Если металл искрит долго и наблюдаются разрывы верхней корочки с вытеканием жидкого металла и выходом газов, то, следовательно, происходит повышенная интенсивность газообразования в слитке, что указывает на недостаточную раскисленность стали.
При переокислении металла из-за недостаточного количества образующихся при кристаллизации слитка газов металл почти не искрит и верхняя корочка слитка образуется слегка вогнутой. В таких слитках, как правило, образуется слегка сосредоточенная глубокозалегающая усадочная полость [43].
На одном из заводов совместно с ЦНИИЧМ разработана и внедрена технология производства полуспокойной раскисленной алюминием стали с наружной кипящей корочкой, что позволяет получить хорошее качество поверхности листов. Сердцевина слитка также получается успокоенной и однородной по химическому составу и механическим свойствам («двухслойная» сталь). Первоначально на заводе была опробована технология производства полуспокойной стали с раскислением металла алюминием в ковше. Раскисленная в ковше сталь отличалась повышенной однородностью по химическому составу. Так, в горячекатаных листах из стали Ст.Зпс максимальные отклонения от норм не превышали: по углероду ±7% и по сере ±25% против ±25% по углероду и +7,0 и —43% по сере в кипящей стали Ст.Зкп. Однако качество поверхности листов в этом случае было неудовлетворительным из-за большого количества мелких плен. Плены образовались из-за близкого залегания сотовых пузырей в слитке, часть из которых выходила на поверхность. Производство полуспокойной стали с раскислением металла в ковше алюминием при отсутствии оборудования для зачистки оказывается нерентабельным. Более рациональной технологией производства полуспокойной стали является раскисление кипящей стали алюминием во время наполнения изложницы. При этом технология выплавки полуспокойной стали ничем не отличается от технологии выплавки кипящей стали.
Сталь выплавляют в типовых печах с продувкой ванны кислородом в период доводки. Продувку ванны кислородом начинают при содержании 0,5% С и заканчивают при содержании 0,10—0,11% С. Содержание закиси железа в конечном шлаке составляет: 13—25% (основность не менее 2,5) для стали типа 08 и 8—14% (основность не менее 2,0) для стали типа Ст.З.
В ковше сталь раскисляют ферромарганцем, при этом, как показали исследования, содержание кремния в ферромарганце не должно превышать 1%, в противном случае сталь имеет пониженную пластичность. В том случае, когда сталь при выпуске содержит углерода не более 0,09%, вводят алюминий в количестве 100—200 г/т.
Температура металла перед выпуском составляет 1585—1600°С для одножелобных печей и 1590—1615°С для двухжелобных. Сталь разливают сифоном в слитки массой 11,2—18,1 г через сталеразливочные стаканы диаметром 35—40 мм со средней линейной скоростью 0,25—0,35 м/мин. Опыты, проведенные в последнее время, показали, что разливку можно вести и через стакан диаметром 60 мм без ухудшения качества металла.
Полуспокойную сталь с кипящей корочкой (двухслойную) получают за счет дополнительного раскисления кипящего металла алюминиевой дробью фракции 10—12 мм через центровую в изложницу в конце ее наполнение за 50—100 мм до уровня налива.
Необходимое количество алюминиевой дроби, вводимой для раскисления стали, на нервом поддоне определяют (100—400 г/т) в зависимости от предполагаемого содержания углерода в стали, ее температуры на выпуске и содержания закиси железа в шлаке перед раскислением. На последующих поддонах расход алюминиевой дроби уточняют в зависимости от поведения металла в ранее отлитых изложницах. Для оценки степени раскисления полуспокойной стали алюминиевой дробью по внешнему виду головной части слитка на одном из заводов разработана четырехбалльная шкала (рис. 9). Баллу I соответствует нормально раскисленный слиток. Нормально раскисленный слиток после наполнения изложницы искрит в течение 30—50 сек, зеркало слитка быстро покрывается корочкой и имеет после затвердевания слегка выпуклую или бугристую поверхность.
Допускаются отдельные разрывы корочки с образованием небольших наплывов высотой до 70 мм.
Нормально раскисленный слиток состоит из беспузыристой кипящей корочки толщиной 15—25 мм и полуспокойной сердцевины. В головной части такого слитка находятся равномерно распределенные большие и малые неокисленные пузыри, которые свариваются при прокатке. При перераскислении в головной части слитка образуются большая усадочная раковина и подусадочная рыхлость, поражающая слиток до половины от верха. При недораскислении слитка происходит большое газовыделение с разрывами корочки головной части слитка, в результате чего степень химической неоднородности в головной части растет.
Шкала баллов (I—IV) для оценки степени раскисленности слитков по-луспокойной стали алюминиевой дробью по виду головной части слитка
Рис. 9. Шкала баллов (I—IV) для оценки степени раскисленности слитков полуспокойной стали алюминиевой дробью по виду головной части слитка:
I и II — умеренная выпуклость верха слитка, нормальное раскисление; III —плоский верх слитка, незначительное перераскисление; IV—вогнутый верх слитка, значительное перераскисление