Лигатура

ЛИГАТУРА, содержащая кальций и никель, отличающаяся тем, что, с целью повышения усвоения кальция и улучшения свойств стали, она дополнительно содержит железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кальций 5 - 12
Железо 1 - 10
Никель Остальное

Изобретение относится к металлургии, в частности к ферросплаву и лигатурам, применяемым для обработки стали в процессе электрошлакового переплава (ЭШП), и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах, имеющих установки ЭШП.
Известны различные кальцийсодержащие лигатуры. Наиболее широко распространены сплавы кальция с кремнием - силикокальций. Они содержат 10-30% кальция, 6-25% железа, 1-2% алюминия, кремний - остальное [1].
Эти лигатуры позволяют раскислять и модифицировать стали в ходе обычных металлургических процессов. Недостатки указанных лигатур - низкие плотность и температура плавления.
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является лигатура, содержащая, мас.%: Кальций 5-20 Никель 80-95 [2]
Однако эта лигатура не обеспечивает достаточно полного усвоения кальция в процессе легирования при ЭШП, обусловливает низкую степень обработки стали, неоднородность механических свойств слитка.
Целью изобретения является повышение усвоения кальция и улучшение свойств стали.
Поставленная цель достигается тем, что лигатура, содержащая кальций и никель, дополнительно содержит железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: Кальций 5-12 Железо 1-10 Никель Остальное
Лигатуру получают в индукционной печи сплавлением металлических компонентов. Лигатуру измельчают на щековой дробилке до фракции 5-10 мм и вводят в сталь в процессе электрошлакового переплава. Вследствие высокой (8,6-8,8 т/м³) плотности, достигнутой введением никеля, частицы лигатуры быстро проходят через слой шлака, не взаимодействуя с его компонентами. Вследствие того, что лигатура обладает повышенной теплопроводностью, расплавления поверхностных слоев не происходит. На поверхности кусочков лигатуры наращивается слой шлака, который защищает ее от химического взаимодействия с жидким шлаком. В шлаке лигатура нагревается, при погружении в жидкую металлическую ванну растворяется и компоненты лигатуры равномерно и полностью распределяются в объеме металлической ванны.
Усвоение лигатуры сталью происходит без потерь кальция, так как его активность в лигатуре понижена вследствие наличия химической связи с никелем. Кальций и никель входят в состав лигатуры в виде прочного химического соединения, обладающего плотностью 8 т/м³.
Кальций в пределах 5-12% обеспечивает оптимальные условия получения повышенных механических свойств стали. Если содержание кальция ниже 5%, то вводится повышенное количество балластного никеля (сверх стехиометрической пропорции в соединении Ni₅Ca), что приводит к снижению механических свойств стали. Если кальция больше 12%, то происходит его растворе- ние в шлаке, испарение в атмосферу и нестабильное усвоение его сталью.
Соединение кальция с никелем взаимодействует с серой и неметаллическими включениями жидкой стали, образуя оксисульфиды кальция. Никель усваивается жидкой металлической ванной. Низкое поверхностное натяжение капель лигатуры обеспечивает их диспергирование и равномерное распределение компонентов лигатуры в объеме жидкого металла. Образующиеся в жидкой стали в процессе обработки стали лигатурой оксисульфиды кальция равномерно распределены в объеме металла. При этом получаются дисперсные включения округлой формы.
Железо в количестве 1-10% обеспечивает обработку кальцием нижних горизонтов стали вследствие повышения температуры плавления лигатуры на 20-30^оС.
П р и м е р. Выплавленные в индукционной печи лигатуры опробовали при переплаве стали 38ХН3МФА на установке ЭШП А-550. Опробовали присадку лигатур (см. таблицу) предложенной (варианты 1-3) и известной (вариант 4), измельченных до фракции 5-10 мм. Лигатуры присаживали порциями с интервалом в одну минуту из расчета введения 0,005% Са. По высоте слитка стали после ЭШП отобрали пробы металла. Степень усвоения кальция сталью из лигатуры определили из отношения фактического его содержания в слитке стали к расчетному из условия полного растворения кальция лигатуры в стали. Кальций расходуется на взаимодействие со шлаком, усваивается сталью, где расходуется на раскисление, десульфурацию, и переходит в раствор. Чем ниже степень усвоения кальция сталью, тем больше его израсходовано на процессы, проходящие в шлаке.
Металл после ЭШП контролировали металлографически на загрязненность его неметаллическими включениями, а также определяли его механические свойства.
Результаты опробования лигатур показывают, что усвоение кальция повышено на 113,3% , кальций равномерно распределен по высоте наплавляемого слитка. Степень усвоения никеля составила 100%, кальция 25,3-28,0%. В слитке ЭШП выявлено улучшение морфологии неметаллических включений. Количество неметаллических включений в стали при обработке ее предложенной лигатурой на 10-15% меньше, чем известной.