Способы повышения качества стали

Для повышения качества стали разработаны специальные технологические процессы внепечного рафинирования (очистки от посторонних примесей) и переплава ее, которые повышают прочность и особенно пластичность, ударную вязкость, сопротивляемость усталости.

Широкое использование для повышения качества стали нашла вакуумная металлургия. Это связано с тем, что по мере усложнения химического состава сталей и сплавов в них выявляются дефекты в виде несплошностей неправильной формы, которые получили название флокенов. Особенно склонны к флокенообразованию хромоникелевые стали. Флокены обнаруживаются обычно в поковках большого сечения (например, валах) и толстолистовом прокате. Причиной их образования является повышенное содержание водорода. Металл с таким дефектом  подвергают  отжигу — противофлокенной  обработке.

Выплавленную в кислородных конвертерах, мартеновских или электрических печах сталь подвергают вакуумированию в исходном состоянии. Ее выдерживают в ковше в течение 10— 15 мин в специальных вакуумных камерах с остаточным давлением 265—665 Па. При понижении давления растворимость газов в стали (азота, водорода) уменьшается, и они в виде пузырьков всплывают на поверхность, частично захватывая с собой и неметаллические включения. Установлено, что по мере увеличения степени разрежения атмосферы при вакуумной обработке жидкой стали возрастает раскислительная способность углерода, т. е. способность отбирать кислород у расплавленного металла и вместе с ним удаляться из расплава. Чем глубже вакуум, т. е. чем больше разрежена атмосфера над жидким металлом, тем меньше остается в нем кислорода, тем чище и лучше сталь.

Раскисление стали можно производить и другими элементами — раскислителями, более активными, чем углерод. По мере убывания сродства к кислороду их можно располагать в следующем порядке: алюминий, титан, кремний, марганец. Эти элементы, а также ниобий и ванадий при введении в сталь измельчают зерна, но они не дают соединений в виде газа, как это делает углерод, а образуют неметаллические включения оксидов и загрязняют металл. Установлено, что с понижением температуры расплава активность металлов-раскислителей возрастает, а способность углерода связывать кислород, наоборот, уменьшается. Поэтому для получения чистой стали, свободной от неметаллических включений и раскисленной углеродом, нужен дополнительный нагрев расплава при вакуумировании.

Из методов внепечного рафинирования стали широкое применение получила также обработка жидкими синтетическими шлаками. Это наиболее простой и дешевый способ очистки стали от примесей. При обработке синтетическим шлаком в разливочный ковш перед выпуском стали из плавильного агрегата наливают 3—5 % по отношению к массе стали предварительно выплавленного в электропечи жидкого шлака, содержащего 55 % СаО, 42 % Al₂O₃, до 3 % SiO₂ и MgO и не более 1 % FeO. Затем в ковш по возможности с большей высоты мощной струей выпускают сталь. В результате интенсивного перемешивания стали и шлака поверхность их взаимодействия увеличивается в сотни раз по сравнению с той, которая имеется в печи. Поэтому процессы рафинирования резко ускоряются, и для их протекания требуется уже не 1,5—2 ч, как обычно в печи, а примерно столько времени, сколько уходит на выпуск плавки, т. е. 5—10 мин. Рафинированная сталь отличается низким содержанием кислорода, серы и неметаллических включений, что обеспечивает ей высокую пластичность и ударную вязкость.