Материал: Основные направления развития горно-металлургического комплекса в кратко- и долгосрочной перспективе

Рисунок 1 - Влияние углерода на механические свойства стали

.4.4 Влияние постоянных примесей

Кремний и марганец вводятся в сталь для раскисления, то есть удаления кислорода из стали.

+ Mn → Fe + MnO FeO + Si → Fe + SiO2

Положительное влияние марганца - устраняет вредное влияние серы, образуя соединения MnS с температурой плавления 16200С.

Марганец и кремний несколько повышают прочность стали, поэтому содержание марганца должно быть не более 0,4%, и кремния не более 0,5%.

.4.5 Влияние вредных постоянных примесей

Сера. Сера вредная примесь делает сталь красноломкой, то есть хрупкой в горячем состоянии (при высоких температурах).

Сера находится в стали в виде сернистой эвтектики с температурой плавления 9880С. эта эвтектика располагается по границам зерен при нагреве металла под горячую пластическую деформацию (температура нагрева выше 12000С). Поэтому содержание серы в стали, должно быть ограничено не более 0,025%.

Фосфор делает сталь хладноломкой - хрупкой в холодном состоянии. Фосфор растворяется в феррите охрупчивает его, поэтому содержание фосфора в стали должно быть ограничено не более 0,035%.

Газы (кислород, азот) образуют неметаллические включения в стали, которые снизят режущую способность инструмента.

.4.6 Технические требования

Химический состав стали должен соответствовать требованиям таблицы 1.

Таблица 1 - Химический состав стали марки Р6М5, % (ГОСТ 19265-73)

В готовой продукции допускаются отклонения по химическому составу, указанные в таблице 2.

Таблица 2 - Отклонение по химическому составу

Сталь должна изготовляться отожженной с твердостью по длине прудка, указанной в таблице 3.

Таблица 3 - Твердость стали марки Р6М5

В макроструктуре прутков и полос не должно быть рыхлот расслоений скворечников, посторонних включений, пузырей и трещин.

При оценке макроструктуры допускаются:

центральная пористость - не более балла 1 - для прудков диаметром или толщиной до 50мм включительно; не более балла 2 - для прудков диаметром или толщиной свыше 50 до 100мм включительно;

подусадочная ликвация - не более балла 1.

В шайбах не должно быть рыхлоты расслоений, скворечников, трещин, пузырей, посторонних включений.

В изломе полос прудков диаметром или толщиной до 100мм включительно после однократной закалки и отпуска, обеспечивающих твердость не менее НRС 62 не должно быть блесток, характерных для нафталинистого излома.

Карбидная неоднородность прутков и полос в зависимости от размеров поперечного сечения не должна превышать норм.

Глубина обезуглероженного слоя (феррит + переходная зона) горячекатаной кованой и калиброванной стали не должна превышать на сторону 0,5мм плюс 1% от диаметра круга, стороны квадрата, толщины полосы.

Красностойкость стали должна обеспечивать твердость не менее НRС 58 после четырехчасового отпуска при температуре 6200С.

.5 Расчет шихты для выплавки стали марки Р6М5 (ГОСТ 19265-73)

Таблица 4 - Требуемый химический состав, %

Таблица 5 - Расчетный химический состав стали (садка 1000кг)

Таблица 6 - Химический состав шихтовых материалов, %

Таблица 7 - Расчетный состав шихтовых материалов, кг

Таблица 8 - Расчет химического состава стали, кг и %

2. Специальная часть

.1 Способы улучшение качества Р6М5

Широкое развитие за последнее время получили новые методы производства стали: вакуумно-дуговой (ВДП) и электрошлаковый переплавы (ЭШП), которые открыли определенные возможности для повышения качества инструментальных сталей, и, в первую очередь быстрорежущих. При ВДП происходит очистка металла от газовых примесей (кислорода, водорода), уменьшается содержание марганца, содержание серы и фосфора остается на том же уровне. Поскольку ВДП происходит постепенное заполнение жидким металлом кристаллизатора, это обеспечивает лучшие условия кристаллизации и отсутствие многих дефектов, характерных для слитков обычной выплавки.

Если при вакуумных процессах (ВДП и др.) зеркало жидкой ванны открыто и вакуум создает условия для испарения «газовых» примесей, то при ЭШП металл покрыт шлаком, который имеет более высокую температуру, чем жидкий металл, и на поверхности раздела металл-шлак активно протекают реакции десульфурации, а также раскисления. ЭШП резко снижает содержание серы, уменьшает содержание кислорода, но не в такой степени, как при ВДП.

Поскольку при переплавах уменьшается содержание серы и кислорода, то естественно ожидать при этом уменьшение сульфидов и оксидов; уменьшается также и содержание нитридов; причем ЭШП наиболее активно уменьшает сульфидные включения, а ВДП оксидные.

Направленная, последовательная кристаллизация при переплавных процессах приводит к уменьшению в размерах и к более равномерному распределению включений по сечению слитка.

В целях подготовки производства проволоки из быстрорежущей стали, пригодной для изготовления биметаллических ленточных пил с применением электронно-лучевой сварки в вакууме по лицензии шведской фирмы «Сандвик» Златоустовскому металлургическому заводу поручилось изготовить и отгрузить Белорецкому металлургическому комбинату опытную партию заготовки кв. 83 мм из быстрорежущей стали Р6М5 с пониженным содержанием кислорода, азота и неметаллических включений.

Предъявили следующие требования к качеству стали: содержание кислорода не должно быть более 0,003%, азота - не более 0,025%, сульфидные включения не должны превышать 3 балла; регламентируются также оксидные включения. Фирма рекомендует определять содержание кислорода и азота в стали на специальных пробах, отбираемых от плавок перед разливкой в слитки.

Допускаемые отклонения для готовой проволоки по содержанию кислорода + 0,025. Для достижения низкого содержания кислорода предлагается применять раскисление алюминием и вакуумирование. Содержание алюминия в стали должно быть в пределах от 0,01 до 0,06% (номинальное 0,03). Загрязненность стали сульфидными включениями предлагается уменьшить не только за счет снижения содержания серы, но также за счет содержания марганца.

Учитывая положительное влияние рафинирующих переплавов на уменьшение загрязненности, стали, целесообразно для изготовления проволоки использовать металл (заготовка кв.83 мм), полученный метод ЭШП или ВДП.

Целью настоящей работы явилось освоение технологии изготовления заготовки кв.83 мм из быстрорежущей стали марки Р6М5с низким содержанием кислорода и азота.

Получение более чистой по содержанию газов и неметаллических включений стали Р6М5 достигалась путем применения рафинирующих переплавов - ЭШП и ВДП. Изготовление заготовки кв.83 мм производилось из стали следующего состава указанный в таблице 9.

Таблица 9 Содержание элементов марки Р6М5

Примечание:1 Допускаемые отклонения по массовой доле элементов в готовой заготовке - по ГОСТ 19265-73, по углероду +0,03,(-) 0,01%; 2 Содержание алюминия должно быть 0,010-0,060%; 3 Рекомендуемое фирмой «Сандвик» содержание газов в стали при выплавке: кислорода не более 0,003%, азота не более 0,025%

.2 Методика проведения работы по исследованию качества металла

Опыты по выплавке, переплаву и ковке быстрорежущей стали Р6М5 проводили на промышленном оборудовании ЭСПЦ №3 и молотового отделения ЭСПЦ №2. Для исследования качества металла применяли макроанализ, металлографический, газовый и химический анализы.

Наряду со стандартными методами исследования был использован новый метод оценки неметаллических включений, разработанный шведской фирмой «Сандвик». Сравнительное исследование качества опытного металла различных способов выплавки (Индукционного открытого переплава, ЭШП и ВДП) проводили на товарной заготовке кв. 83 мм.

.2.1 Выплавка исходного материала

Выплавку осуществляли в однотонной открытой индукционной печи ИСТ-1.В качестве шихты использовали отходы стали Р6М5, феррохром, ферровольфрам, ферромолибден, феррованадий и специально выплавленную шихтовую болванку.