автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Совершенствование технологии электроплавки сложнолегированных сталей и сплавов на основе электрохимических измерений активности кислорода

моско веки й

ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

На правах рукописи

КОСЫРЕВ Константин Львович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОПЛАВКИ СЛОЖНОЛ ЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ АКТИВНОСТИ КИСЛОРОДА

Специальность 05.16.02 — «Металлургия черных металлов»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1991

Диссертационная работа выполнена в Московском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени институте стали и сплавов.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент СИМОНОВ В. И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук ПАДЕРИН С. Н., кандидат технических наук СМИРНОВ Н. А.

Ведущее предприятие: Центральный научно-исследовательский институт тяжелого машиностроения (отдел металлургии стали)

Защита диссертации состоится 03 октября 1991 г. в/^часов на заседании специализированного совета Д-053.08.01 по присуждению ученых степеней в области металлургии черных металлов при Московском институте стали и сплавов по адресу: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, дом 4.

С текстом диссертации можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан 0£ сентября 1991 г.

Справки по телефону: 237-84-45

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук,

профессор БОРОДИН Д. И.

ОБЩАЯ ШЖТВРИЯИа РАБОТЫ

Актуальность работа; Развитие народного хозяйства обуславливает необходимость но столько увеличения объема выплавки качественных сталей,, сколько повышения их служебных характеристик при одновременном снижении затрат на производство; Решение этих задач требует постоянного совершенствования традиционной технолога!} разработки и ^внедрения экспрессных методов определения контролируемых величин, отраяагацих ход йгаико-хини-ческих процессов, влияющих на качественные показатели выпускаемой продукции*

Одним из перспективных направлений по экспрессному контролированию процессов, протекающих в м&таялургичеоких расплавах, является метод ЭДЗ для определения уровня окислительного потенциала системы. Однако, до настоящего времени он в осношом используется при выплавке сравнительно неслоаного сортамента. Опыт использования измерительных устройств уровня окисленности при производства олоянолегированных сталей и сплавов глубоко раскисленных алжт-иием, титаном кальцием и другши сильными элементами- раснислите-ляыи невелик; Поэтому вопросы, связанные о возможностью использо~ вания данного метода при выплавке этих сталей и сплавов, являются актуальными«

В настоящее время основная доля сяоянолегироваиных сталей и сплавов выплавляется в электродуговых пэчах путем переплава легированных отходов с продувкой кислородом; В связи с переметим характером различных технологических параметров: состава шихты, длительности кислородного рафинирования, интенсивности предварительного раскисления и других, при отсутствии специальных методов юнтроля отмечается нестабильное усвоение легируацих элементов;

что приводит как к получению браса по хтптаескоыу составу, так и к снижению различных служебных характеристик получаемого металла;

Цель работы:

- изучить взаимодействие материала твердого электролита измерительных устройств уровня окислешости /типа УКОС/ с компонентами расплавов некоторых сложнолегированных сталей и сплавов, оценить достоверность измерений при выплавке сталей и сплавов, глубоко раскисленных алюминием, титаном и кальцием;

- изучить механизм влияния кальция на технологическую пластичность сплава Х15Н50. На основании экспериментов определить оптимальные концентрации кальция в изучаемом сплаве и опробовать возможность управления процессами модифицирования расплава металлически,! кальцием;

- определить реальные зависимости усвоения титана от уровня окислительного потенциала металла при производстве жаропрочных сталей ЭИ612 и ЭЙ695;

- на основании результатов исследований разработать варианты совершенствования технологии выплавки сплава ХТ5Н60 и жаропрочных сталей 315612 и ЭЙ396. .

Научная новизна. Сделана попытка теоретически оценить и изучить особенности поведения датчиков окислешости в сложнолегированных расплавах. Рассмотрены вопросы, связанные с механизмом влияния кальция на пластические характеристики сплава Х15Н60, Получены количественные уравнения, позволяющие на основа измерений уровня окислительного потенциала металла рекомендовать рациональные технологические параметры плавки, прогнозировать в процессе выплавки поведение ряда легирующих элементов и ' ."с-вня служебных характеристик готового мета&са;

Практическая значимость и реализация результатов работа. Разработаны и опробованы варианты изменений существующей технологии выплавки сплава Х15Н60 и жаропрочных сталей ЗЖ12 я ЭИ696. При выплавка сплава ХГ5Н60 предложено осуществлять контроль тех-колохчргвской пластичности металла по уровню окнсяешюсти иетал-якчеваого расплава /вместо отковки проб т квадрат с загибом/. Предложено несколько вариантов по легированию жаропрочных сталой етггах-'ом.

Достоверность и надежность полученных результатов обеспечивалась большим объемом лабораторных и промышленных исследований, еонрекзшгкми методами анализа и использованием вычислительной техники для обработки данных.

Апробацяя работы, Основные результата: работы долоэзш:

- на Международном симпозиуме по проблемам использования датеихов окисленности /СССР, г .Новокузнецк, Запсиб» 1989 г./;

~ на III Республиканской научно-технической конференции по техшщескску перевооружению и Енедреншо новых ресурсосберегающих технологий в электросталеплавильном производстве /Днепропетровск, ДШ, 1989 г./

Объем и структура работы. Диссертационная работа выполнена на 162 страницах, состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списяа литературы 80 наименований, 9 приложений, содержит 8 таблиц, 55 рисунков;

Публикации. Основное содержание работы изложено в 4. статьях я тезисах докладов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРВДИЗ РАБОТЫ МЕТОДИКА. ИССЛЕДОВАНИЯ В качестве объекта исследования выбрана технология Еыплавки сплава XI6H60 и сталей ЭИ512 и ЭЙ696. Их выплавка осуществлялась методом переплава легированных отходов с продувкой кислородом в 20 т дуговой сталеплавильной печи завода "Электросталь";

Для измерения уровня окисленности металла использовали измерительные устройства окисленности УКОС-I, изготовленные заводом "Теплоприбор". Электрод сравнения «• смесь порошков Mo4io0g, Твердый электролит ^гО^О^Оз). Расчеты активности кислорода производили по результатам измерений ЭДЗ /Е/ и температуры /Т/ . по уравнению:

а0 = ехр(-|^).((Ро2/с/ + Ре ^¿ехрС- — >- Рв )г /I/

где: <%Po2/c/e -25649/Т + 6,1&1$ фРе= -52600/Т + 12,75; дСре щ -I37II8 + 7,79'Т - для сталей ЭИ512, ЭШ96; лб в -85250 + 9,55*Т - для сплава XI5H60

6 промышленных условиях проведено 50 плавок сплава XI5H60, 12 - ЭШ12 и 10 - ЭИ396 о замерами окисленности металла в различные моменты плавки; Дня изучения влияния кальция на активность растворенного в металле кислорода и качество сплава XI5H60 выплавлено II плавок в лаборатории условиях.

Для выявления влияния кальция на количество и морфологию неметаллических включений на оптичеоком микросвопе "Heophot-21" при увеличениях в 100 и 400 раз проведено металлографическое исследование лабораторных и промышленных образцов металла о раз, - личным содержанием кальция; Влидаиё- калырм на технологическую

пластичность металла оценивали по результатам механических испытаний: кручение /машина на кручение СМЭГ-IOT/, ударная вязкость /маятниковый копер 1Ж-30А/, разрыв /разрывная машина Мор-Фздер-Гафф/. С целью установления механизма влияния кальция на пластические характеристики проведено металлографическое и электронно-микроскопическое исследование образцов, отобранных из готового сорта размером $ 125 мм. Результаты металлографического исследования получены о помощью микроскопа "Heophot-2I" при уьзличе-нии в 250 раз; электронномикроскопического исследования - на электронном микроскопе "Тесла" Ш-540 на экстракционных репликах при ускоряющем напряжении 80 кВ и увеличении в 9000 раз. Отделение реплик от микрошшфов выполнялось электролитическим способом в электролите! 10 HCl на этиловом спирте; Изучение химического состава границ зерен производили на растовсм электронном микроскопе "CämScarvi с0 сканирующей приставкой " Link-860" /Англия/ и обработкой результатов на персональном компьютере с помощью стандартной программ "ZAF-4".

Все виды статистической обработки данных выполнены на персональном компьютере о использованием стандартного пакета программ "STATGRAF".

ОСОВЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ ЭЖГГРОХИЖЕСКИХ ДАТЧИКОВ ОКИСЛЕННОСТИ В СЛОШОЛЕГИРОВАННЫХ РАСПЛАВАХ Взаимодействие двуокиси циркония с некоторыми элементами расплавов сплава XI5H60 и стали ЭИБ96 оценивалось термодинамическими расчетами. Расчеты проводили по реакции /2/, где К. -компонент расплава /кальций, алюминий, кремний и др;/:

у.2г02 + 2»x«Cß3 - У'М + Й.^Оу /2/

о,

Константа равновесия реакции описывается уравнением /3/, где лС - энергия Гиббса:

2 ' / У Г-7 1У

при этом, коэффициент активности ^ оценивали по уравнению Ваг-нера:фЛ= /4/

Параметры взаимодействия ^ для сплава Х15Н60 /никелевая ос-

^ Л

нова/ получены пересчетом из оценочных расчетных параметров £т /А.Я.Стомахин, Г.И.Котельников, Е.С.Григорович/ по уравнении:

/5/

4 * нт 230«М^

где - атомный вес растворителя. 1

Расчеты проводили для чистых оксидов, кроме того был рассчитан состав бинарной оксидной фазы на границе твердый электролит -расплав. Результаты расчета для сплава Х15Н60 представлены на рис.1 и указывают на возможное существенное химическое взаимодействие твердого электролита с металлом. При этом, наиболее сильно должны взаимодействовать с циркониевой керамикой в сплаве Х15Н60 кальций и алюминий, а в стали ЭИ696 - алюминий.

Экспериментальную проверку термодинамической возможности взаимодействия твердого электролита с расплавами проводили путем ' изучения образцов колпачков датчиков УК0С-1 после замеров активности кислорода по ходу исследуемых плавок; Выплавку металла проводили в печи Таммана в алундовом тигле. Для исследования взаимодействия использовали колпачки, отобранные после *?мере-ний активности кислорода в металле с;известным химическим сос-

. тавом. В качестве эталона изучался образец, вырезанный из кера-

'•4У.

о

9

Термодинамика взаимодействия твердого электролита с расплавом сплава Х15Н60

^ -3

-5

/ 'Са У АГ

/

/

-б

-2

ч? к*

2\

\т ч3

\

-4

О

I - Са1 7 2 - Са1 .

¡:8\ о,о1 * 1г о.™*

б - Ъг} 8 - Ох}

Рис Л

мического колпачка, не взаимодействовавшего о расплавом. Из колпачков готовили поперечные пшифы, на поверхность которых в вакууме на установке ЕШ-2 напыляли тонкую углеродную пленку, а для улучшения проводимости и стока электронов между образцом и 'обоймой контактола наносили серебряные дорожки. Образцы подвергали михрорентгеноспектральному локальному анализу на установке МЗ-46 "Сагаеса" с диаметром зонда 1-3 мкм. В'качестве эталонов применялись чистые элементы или соединения с известным химическим составом; Весовое содержание элементов в анализируемом учао-тке определяли по формуле: т А - т А

Аобр. ■'■фона , ,

С. = —X-—- • 100 * /6/

ТА т А Аэт. Афона эт.

где: Сд- весовое содержание элемента А в микрообъеме анализируемого участка, ?4$ 10бр," интенсивность линии характеристического спектра анализируемого элемента А в образце; интенсивность

фона элемента А в образце? интенсивность линии характеристического спектра эталона элемента-А$ интенсивность фона эталона. При использовании в качестве эталона соединений о известным химическим составом отношение интеноивностей умножалось на на 100$, а на процентное содержание исследуемого элемента в эталоне.

Металлографическое исследование колпачков показало, что они теки? зернистое строение е тонкими прослойками связки между верна« ыд; Во всех образцах набящцалось большое количество крупных тр. Изучение состава колпачков позволило установить, ото все исследуемые образцы состоят т зерен, содержащих 60» 2-62,5 % циркония и 12,6-13,4 % иттрия; Это практически "соответствует первоначальному

составу! 83 ZrOg + 17 % YgOg /по стехиометрпескому соотношении керамические колпачки такого состава долл-ш содержать 61,44 $5 2г, 13,39 fi Y и 25,16 5£ кислорода/.

Исследопанио распределения элементов п колпачке-эталоно показало нальлгэ двух типов прослоек связки: светло-серые содержа? кремний, алзсшний, циргсошЛ и небольшое количество кттркя; светлкз-вьгпуклне - алЕсл.^.чЯ и циркопнЛ. Пори заполнены больягал количеством хрома /вносится, по-вндимому, с глитесальноЯ пастой/; Лломинпй и крэмннй в прослойках образуются в результата использования при спекании колпаков спэциального плавня, состоящего из SlOg, AïgOg, KgOj iia^O. При измерении активности ' кислорода в сталях на основа /ЗИ512 и 311695/ наблюдается

ззаимодойствие твердого электролит?. о расплавом. При этом, по краям пор обнаружено железо, небольшое количество шшоля, следа марганца, Внутри пор - большое колстаство хрома. При нзиерошег окисяснности поело введения (шзмшия по всей толприо колпачка отмочено равнонзрноо увеличений со. ,гр.глшгл олвшзтя в прослойгсах связки; Взаимодействия с зернашг, как и наличпэ э колпачках гитана но обнаружено. Поело измерений в сплаво XI5HG0 отмечено вк^читольноэ с5огш;енке пор никелем и в меньиэй.степени келэзом; края пор - xpovjM. Прослойки связки изццу зернами пропитываются кальцием; при этом, значительное иояпчостьо кальция /0,55-0,60$f проникает ira гл^оину 600 мхем в образца, горий провзшкодейство-гал о моталяо'.г содергкгр! 0,054^ Са, i: ка 400 мкм при u,02Ci$ Са.

Наличиэ прггтэеей s твзрдсм электролите, по-видкьгому, долито изменять дояэ его иошюй проводимости; Потому, для опродолегп'л истинного значения птшгоети кислорода в расплаве необход- ю провв;'<эякэ дополнительных исследований по изучению изменена

характеристик твердого электролита в каждом конкретном случае, Однако, в связи с тем, что изменения состава зерен не обнаружено, а пропитка пор и прослоек имеет постоянный характер /в калугой из периодов плавки/, то по полученному значению ЭДС можно говорить о некоторой гипотетической величине активности кислорода /с незначительной относительной ошибкой измерения на различных плавках/, которую молио юпользовать для контролирования технологии вцплавки.

Для изучения погрешности измерений активности кислорода в слолснолегированных распушвах, раскиг. ченнах алюминием и кальцием, проведены две экспериментальные гш.вки по определение сходимости последовательных парных I леров. Установлено, что при измерешш уровня активности кислорода после присадки сильных элементов- -раскислителей бол-шое значение имеет выбор момента замгра, При осуществлении измерения сразу после присадки раскиолителя значения активности кислорода будут занижены) через 3-5 минут после присадки раскислителч и перемешивания ванны активность кислорода несколько повышается и стабилизируется; в случае дальнейше выдержки металла происходит увеличение уровня оки^ленностч расп..ава, связанно з о переходом кислорода из газовой фазы в расплав. Отмечено, что при измерении активности кислорода через 3-5 минут после приладки сильных элементов-раскислителей и перемешивания ванны ошибка последовательных парных замеров в среднем равна *6,4 9*.

ВЛИЯНИЕ КАЛЬЦИЯ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКУЮ ПЛАСТИЧНОСТЬ СПЛАВА Я5Н6Г И УПРАВЛЕНИЕ РЕЖИМАМИ РАСКИСЛЕНИЯ Проведенные исследования показали,0 что. при концентрациях ; >лырщ в егтаг" Х15Н50 0,018-0,026 % он значите;, лго улучшает

пластические характеристики металла» так как в этих случаях наблюдается максимальный внход годного. Кроме того, статистическая обработка промышленных плавок показала, что при содержании кальция меньше 0,020 СЛ плавок проходит передел в прокатной цехе удовлетворительноj при содержании кальция 0,020 - 0,030 % ~ 87,5 при содержании кальция больше 0,030 sí - только 43 Hi Проведенные механические испытания /на уд ''уто вязкость, разрыв, кручение/ образцов подтверждают вывод о значительном улучшешш пластических овойотв металла при данных концентрациях кальция.

Для изучения влияния кальция на состав и вид неметаллических включений, образующихся в сплаве, проведено металлографичсскоэ исследование. Отмечено, что содержание кальция около 0,020*5 наиболее благоприятно сказывается на тип неметаллических включений. Образующиеся в этом случае крупные глобулярные включения могут легко удаляться /всплывать/ в процессе выплавки, выпуска в кош и разливки и в результате не оказывать влияния на пластичность металла при прокатке. При концентрациях кальция б о ль по 0,030 'Л образуются крупные неметаллические включения неправильной форма, ухудшайте пластичность металл^.

Известно, что большое влияние на пластичность монет окарчвать состояние границ зерен, В ходе ояектроиномикроспопического исследования структуры металла било установлено, что по границам серен происходит выделение избыточных фаз. Методом микродифраяцип Енделигшиюя фаза была идентифицирована как карбида xpoua Cr^Ogi' Однако, при оодеряании кальция большэ 0,030Já карбиды, в основном¿ располагались в виде монолитных прослоек? при уменьшении содержания кальция наблюдалось некоторое очищение границ зерен от кар-бццднх прослоен: большэ участков границ зерен имвг') тЕарбиды в виде

отдельных частиц. Используемый метод не позволил определить различий химического состава границ зерен исследуемых образцов. В связи с этим на электронном микроскопе "Салеоап" со сканирующей приставкой "Ыпк-вбО" проведен количественный анализ некоторых &Д8моптов по грашщам зерен. Результаты представлены в тнбл.1.

Табл.1

Результаты исследования химического состава границ зерен сплава ХШ160

концентрация кальция в металле, % содержание элементов, %

Ге N1 С г Са

0,016 ' 57,9 4,6 9,8 27,7

0,024 28,7 6,7 13,0 51,6

0,036 1.2 8,8 14,6 75,5

Отмечено; что при увеличении концентрации кальция в мэталлэ о 0,016Х до 0,036% происходит уменьшение содержания колеза по границам верен с 57,Эй до 1,2«. В то хе время, увеличивается количество хрома с 9,8;» до 14,6% и кальция с 27,1% до 75,БЖ. Техас.! образом, при увеличении кальция в металла происходит ошценга границ зерен от легкоплавких оксидов (тала РоО), потерна ;приводят к ухудшению технологической пластичности сплава. Однако, ври этом происходит увеличение карбидов хрома по границам зерэн, которые при оолыппх ех количествах вы транваятся в конолдтшо прослойки и препятствуют проховдэшш дислокаций при Е.0КЕТК0. Кроме того, при высоких концентрациях кальция (больно 0,03055), но исключена возиокиооть образования го грашцш зерэн кальциевой овтоктшш, что влечет за ообой потерю пластичности шталла прл высоких тешературах.

В связи с тем, что кальций обладает внеошш сродством к

Связь окисленности металла с содержанием кальция

1Л

о

« 3 «

о

«

о

а

о о

м §

и П5

)

1

\ О

о

0,02 0,04 0,06 0,08 концентрация кальция, % Рис.2

Связь выхода годного с активностью кислорода перед выпуском сплава Х15Н60

ьг » 60 о

(ч

0

1 76

¡4

я

/о N „о .......

1 г / / ф и ^ О ос \ V

/ 0 / ои О 0 о О ^ V

0 Ол О ° ооа У 8 с х...... N ) V

о </ / о ¡"4 о Чо о .............1 N...... о о

I 2 . 3

активность кислорода, % 10® Ркс.З

кислороду, било предложено осуществлять контроль за процессом мо;в:;'лп!ирования расплава кальцием, по .' замеру активности растворенного в металле кислорода методом ЭДС, С этой целью проведена серия лабораторных плавок. На рис.2, представлена зависимость активности кислорода после присадки кальций-соло ржацего материала (никель-кальциевой лигатуры) от остаточного содержания кальция в металле.' .. .

Так кок кальций положительно влияет на технологическую пластичность в определенных пределах, а его содержание можно контролировать на основе измеренной величин»! активности кислорода, по данным 50 промышленных плавок была получена зависимость выхода годного сплава Х15Н60 от окисленности металла перед выпуском в ковш (рис.3). При этом, максимальный выход годного наблюдается ъ интервале 1-2-10~5% активности кислорода и в срэднэм достигает 80%. Базовый выход годного изменяется в пределах от 65% до 30% при довольно широком интервале значений окисленности металла: 2-1СГ6 - 3,8*10"5й.

ВЛИЯНИЕ ОКИСЛЕННОСТИ МЕТАЛЛА НА УСВОЕНИЕ ТИТАНА ПРИ ВЫПЛАВКЕ ЖАРОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ ЭИ612 И ЭИ696 • Влияние различных параметров выплавки каропрочных сталей на усвоение титана определяли статистической обработкой проггкшленшх плавок (8Э-ЭИ696, 27-ЗИ612). Получено, что содержание титана в стали зависит от концентрации в металле кремния и алюминия, а такав от температуры расплава. Совокупность всех этих параметров можно учесть, используя информацию об уровне активности кислорода. На рис.4 показаны зависимости угара титана от активности кислорода в различные периода плавки сталей ЭИ612 и ЭИ6Э6. Угар

Связь угара титана с окисленностыо металла в различные периоды плавки сталей 311612 и .:,Ио96

о

ъч.

аз

о.

со ш

Рэ

44 41 38 35

32 29 26

ЗИ6Г2 о

1 1 /в / О , ^^ 2

1 / / ° О

0 о/

и И с 3

Л 1 ® 4е» / О

4 6 8 10 12

о

активность кислорода, ?о 10

14

29

25

э

о

са

3

н н

о,

СО й

21

17

13

л/ о ЭИ396 -- I 0

д/ Оу

>7 | Р о 1 / о / ® ®

1 / 1 - перед скачиванием шлака /о / 2 - после скачивания шлака /о/ 3 - после присацки алюминия /д/ о 1 1 1

¿/о

4 8 12 16

о

- активность кислорода, % 10 РисЛ

титана рассчитывали по уравнению:

ит1=100-[ти-Мж-%Т1/(100-ыт1) ( 7 )

где:' [тц-маркировочное содержание титана, %; ы^-масоа жидкого металла, кг; -содержание титана в используемом материале, %', м^ .¡-масса присаживаемого титана, кг.

На основе зависимости величины угара титана от уровня активности кислорода перед скачиванием шлака разработана программа "Титан", позволяющая по замеру окисленности расплава в этот период рассчитывать необходимое количество титана. Пример расчета для стали ЭИ612 представлен в табл.2.

Табл.2

Расчет необходимого количества титана при легировании стали ЭИ612 ^

активность кислорода перед скач. шлака, % 0,0005 0,0010 0,0020 0,0030 0,004

угар титана, %(отн.) 25,0 29,0 34,0 37,0 40,0

количество титана, кг , 340 360 ■ 336 405 425

количество титана, кг/т. 17,0 18,0 ' 19,3 20,3 21,3

Использование программы "Титан" при выплавке жаропрочных, сталей в цехах, не имеющих компьютерной техники, ке возможно. В этих случаях следует не изменять количество присаживаемого титана, а добиваться заданного уровня окисленности металла путем введения в него переменного количества алюминия. В связи с этим,

I) В расчете принято:

Кц = 20 - масса жидкого металла, т

= 98 - содержаще титана в используемом материале, % [Т±]ЭИ612 _ - концентрация титана в стали ЭИ612, %

экспериментальным путем получены зависимости концентрации

алшшшя от активности кислорода после скачивания шлака и после

присадки алюминия. Зависимости имеют вид:

1ШЭИБ12 = ^ г = _о1?1 ( а )

Ш]ЗИВ96 = 1п(_4>5).а-0^е > г , -0,94 ( 9 )

[А1]ЭИ612 = Ьп(-6,0).а^)|8 , г = -0,90 ( 10 )

и1]ЭК6Э6 = ^(„з.а)^^ , г = -0,90 ( II )

где: &/0/2 ~ активность кислорода после скачивания шлака, а/о/3 ~ акт1шк°с'гь кислорода после присадки алюминия, % Полученные связи мевду активностью киолорода, концентрацией алюминия и величиной угара титана позволила разработать номогра-аш для контролирования процесса легирования жаропрочных сталей титаном. С их помощью удалось стабилизировать угар титана путем веодэ контролируемого количества авшипия. Проверка разработанных моделей хорошо согласуется с экспериментальными данными.

с.

вывода:

' I. Црл птаеренни уровня активности кислорода в сталях па Ре-!И-сг основа (ЭИ612, ЭИ69В) датчиками окисленности типа УКОС наблюдается взаимодействие материала твердого электролита с расплавом. Прл этом, по краям пор п несшюашстей обнаружено еэлозо, небольшое- келнчэство никеля, следи марганца. При измерении уровня сзшслэппостн металлического расплава после введения алгляпля по всей толщине колпачка отмечено равномерное увеличение содержания апшшия в прослойках связки. Взаимодействия элементов расплава о зернами, как. и наличие в Колпачка титгшэ, пэ обнаружено. °

2. При ЯБКзреяпл уровня окисленности в сплаве НбНБО отмечено,

что поры и несгоюшности значительно обогащаются никелем и в меньшей степени железом; края пор - хромом. Прослойки связки мокду зернами пропитываются кальцием; при этом, значительное количество кальция (0,55-0,60S) проникает на глубину 600 мкм при содержании кальция в металле 0,054% и на 400 мкм с 0,020£ кальция в металле.

3.Наличие примесей в твердом электротате, по-видимому» должно изменять долю его ионной проводимости. Поэтому, для определения истинного значения активности кислорода в расплаве необходимо проведение дополштельных исследований по изучению изменения характеристик твердого электролита в каждом конкретном .случае. Однако, в связи с тем, что изменения состава зерен не обнаружено, а пропитка пор и прослоек между зернами носит постоянный характер (в каждый из периодов плавки), то по полученному значению можно говорить о некоторой гипотетической величине активности кислорода (с незначительной относительной ошибкой измерения), которую мокно использовать для контролирования технологи! выплавки. .

4. При замере активности кислорода в металле после присадки сильных элементов-раскислителей (алюминия, кальция и др.) для получения достоверного значения необходимо четкое соблюдение 'методики измерения: осуществление замера необходимо выполнять через 3-5 минут после присадки раскислителя и перемешивания металла.

5. На основании проведенных исследований влияние кальция из пластические свойства сплава XI5H60 представляется следувдим:

- при низких концентрациях кальция, он "работает" только как раскислитель и практически не изменяет уровень пластических характеристик сплава; -

- при достижении оптимальных значений концентрации он, а одной . стороны, изменяет мо]^®ологию неметаллических включений /образуются крупные глобулярные включения, легко удаляете из расплава/, 'с другой стороны, очищает границы зерен от легкоплавких оксидов /типа РеО/. Все это приводит к' значительному улучшению технологической пластичности металла;

- при дальнейшем увеличении концентрации кальция в расплаве образуются труднодеформируемые кальций-содержащие включения неправильной формы, которые удаляются значительно хуже глобулярных включений и, являясь концентраторами напряжений, ухудшают пластичность металла. Кроме того, поочищенным от легкоплавких оксидов границам зерен возможно выпадение как монолитных прослоек карбидов хрома С^/, препятствующих прохождению дислокаций при прокатке, так и непосредственно кальций-содертащей с?пзы эвтектического строения. И то и другое приводит к значительной потере пластичности сплава Н5Н60.

6. Определены оптимальные остаточные концентрации кальция в сплаве ХГ5Н60, которые долхшг находиться в ытервале 0,01'В-0,026?5;

?, По величине активности растворенного в металле кислорода, полученной о поымфыо датчиков окисленности, мокно контролировать процесс модифицирования расплава кальцием; Для получения максимального выхода годного перед выпуском металла в кош необходимо присадками кальция добиваться значений активности кислорода, равных

8. Использование информации об уровне окисленности металлического расплава позволяет оперативно воздействовать на ход физико-химических процессов выплавки жаропрочных сталей ЗЙ612 и ЗЙ596. Используя количественны^. связи величин] угара титана и

уровня активности кислорода перед скачиванием шлака по разработанной программе "Титан", определяются количества титана необходимые для легирования. На основе измерений уровня ошслит-ельного потенциала металла после скачивания шл'чка и присадки алюминия построены номограммы, позволяющие осуществлять контролируемый ввод в расплав алюминия для стабилизации величины угара титана. Проверка адекватности моделей показывает хорошее их соответствие экспериментальным данным.

Основное содержание диссертации отражено в следующих опубликованных работах:

1. ОкислеНность жидкой металлической ванны в процессе плавки в ДСП высоколегированных расплавов /Паршин М.И., Косарев К.Л., Симонов В.И. я др.// Техническое перевооружение и внедрение новых ресурсосберегающих технологий п влектростелоплавяльном производстве: В сб. докладов третьей республиканской научно-технической конференции.-Днепропетровск (ДЛИ).-I989.-0.18-19.

2. Исследование влияния окпслешостй металла на усвоение титана при, выплавке жаропрочных сталей /Ршкавич B.C., Косырев К.Л., Симонов В.И., Ыаташевский Н.Д.// В с0. Коша технология производства спецсталой.-Москва.-tfll СССР.-1990.-с.20-22.

3. Косырев К.Л., Симонов В.И., Ришевач B.C. Влияние окислешостл на качество сплава НБН60. //Кзв.ВУВов. Чорная металлургия.-I99I.-o»8.

4. Косырев К.Л., Симонов В.И., Римкевкч B.C. Контроль легирования каропрочных сталей титаном на базе информации об окислонности расплава. //Изв.ВУЗов. Черная металлургия.-1991.-<Н9.