Способы повышения качества стали.

- Легирование стали. Его проводят для придания ей необходимых свойств. Если легирование проводят элементами, у которых сродство с кислородом меньше чем у железа (никель, кобальт, молибден, медь), то их можно вводить в любой момент плавки. Обычно легирующие элементы вводят вместе с шихтой. Если легирование проводят элементами, у которых сродство кислороду больше чем у железа (кремний, марганец, алюминий, хром, ваннадий, титан и др.), то их вводят в металл после или одновременно с раскислителями, в конце плавки, а иногда непосредственно в ковш.

- Обработка металла синтетическим шлаком. Синтетический шлак содержащий 55% оксида кальция, 40% оксида алюминия, немного окиси кремния и марганца и минимум окиси железа, выплавляют в электрической печи и заливают на дно ковша. Затем в ковш заливают сталь. При перемешивании стали и шлака поверхность их взаимодействия резко возрастает и реакции между ними протекают гораздо быстрее. Благодаря этому улучшается пластичность и прочность стали.

- Электрошлаковый переплав. Переплаву подвергают выплавленный в печи и прокатанный на круглые прутки металл. Капли расплавленного металла проходят через основной шлак, нагретый электрическим током.

Ток подводится через расплавляемые электроды (прутки). Прохождение капель расплавляемого электрода через шлак способствует их активному взаимодействию. Под слоем шлака образуется ванна расплавленного металла, которая превращается в слиток под действием кристаллизатора. Металлическая ванна пополняется расплавленными каплями электрода. Постепенная и направленная кристаллизация способствует удалению из стали газов и неметаллических включений, слиток получается плотным, однородным, с хорошим качеством поверхности. В результате электрошлакового переплава содержание кислорода в металле уменьшается в 1,5 – 2 раза, снижается концентрация серы, в 2 – 3 раза уменьшается содержание неметаллических включений, они становятся меньше и равномерно распределяются по всему объему. Электрошлаковый переплав позволяет получать высококачественные и жаропрочные стали.

- Вакуумно-дуговой переплав. Применяется в целях удаления из металла газов и неметаллических включений. Процесс происходит в вакуумных дуговых печах с расходуемыми электродами. При подаче напряжения между расходуемым электродом – катодом и заготовкой – анодом возникает дуга. Сильное охлаждение слитка и разогрев дугой ванны расплавленного металла способствуют направленной кристаллизации слитка. В результате этого неметаллические примеси концентрируются в верхней части слитка, а усадочная раковина мала. Слитки, полученные вакуумно-дуговым переплавом отличаются высокими механическими свойствами и равномерностью химического состава.

Строение стального слитка.

После затвердения стали, залитой в изложницы, в полученном слитке наблюдаются три зоны (рис. 9): зона 1 вблизи поверхности — плотный слой мелких кристаллов, зона 2 — крупнокристаллическая, столбчатые кристаллы которой расположены перпендикулярно оси слитка, зона 3 — кристаллы, беспорядочно ориентированные в слитке.

В нижней части слитка металл находится в рыхлом состоянии, а в верхней —образуется усадочная раковина. Это объясняется тем, что скорость остывания разных слоев слитка неодинакова.

В слитках стали встречаются газовые раковины, возникающие вследствие того, что газы, поглощенные металлом во время плавки, не успевают выделиться при охлаждении металла и остаются в нем, образуя внутренние пузыри.

Слиток неоднороден по своему химическому составу. Это неравномерное распределение составляющих сплава в различных местах сплава называется зональной ликвацией.

Масса кристалла металла также химически неоднородна. Это явление называют внутрикристаллической ликвацией. Ликвацию уменьшают разными способами: ускорением затвердевания слитка, соответствующей последующей термической обработкой металла и др.