Лигатура для обработки стали

ЛИГАТУРА ДЛЯ ОБРАБОТКИ СТАЛИ, содержащая редкоземельные металлы, железо и никель, отличающаяся тем, что, с целью повышения усвоения редкоземельных металлов и уменьшения загрязненности стали неметаллическими включениями, она дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Редкоземельные металлы 10 - 20
Железо 5 - 12
Кальций 6 - 12
Никель Остальное

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к лигатурам, используемым для обработки сталей и сплавов в процессе электрошлакового переплава.
Известна лигатура для обработки стали, содержащая редкоземельные металлы, никель и железо [1].
Недостатками этой лигатуры являются высокий угар легирующих компонентов и большое содержание в стали неметаллических включений.
Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является лигатура [2] для обработки стали следующего состава, мас.%:
Редкоземельные металлы 50-80 Никель 18-48 Железо Остальное
Недостатками известной лигатуры являются низкое усвоение редкоземельных металлов и значительное загрязнение стали неметаллическими включениями.
Целью изобретения является повышение усвоения редкоземельных металлов и уменьшение загрязнения стали неметаллическими включениями.
Для достижения поставленной цели предложена лигатура для обработки стали, содержащая редкоземельные металлы, железо и никель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Редкоземельные металлы 10-20 Железо 5-12 Кальций 6-12 Никель Остальное
Плотность предлагаемой лигатуры (7,3-8,5 т/м³) существенно выше плотности шлаковых расплавов (2-4 т/м³) и жидкой стали или сплава, вследствие чего она быстро проходит шлаковый слой и погружается в нижние горизонты металлического расплава. В результате этого РЗМ и кальций взаимодействуют со всем объемом металла. Так как кальций и РЗМ в твердой лигатуре связаны в соединение (Са, РЗМ) Ni₅, они практически не взаимодействуют со шлаком.
Железо в количестве 5-12% связано с РЗМ в интерметаллическое соединение Fe₅(РЗМ), растворенное в (Са, РЗМ)Ni₅. Железо не растворяет кальций и этим повышает его активность по сравнению с РЗМ. Повышение активности кальция предохраняет РЗМ от окисления, снижает их угар и создает предпосылки для первоочередного взаимодействия с растворенными в металле серой и кислородом кальция.
Если железа 12%, то активность кальция резко возрастает и он интенсивно испаряется из лигатуры в процессе получения и до растворения лигатуры в металле. Если железа меньше 5%, то эффект изменения активности кальция в лигатуре не наблюдается.
При содержании железа более 12% наблюдается снижение стойкости лигатуры при хранении, что снижает эффективность использования РЗМ при модифицировании стали.
Редкоземельные металлы (10-20% ) и кальций (6-12%) обладают высоким сродством к кислороду и сере и поэтому образуют в жидкой стали комплексные оксиды и сульфиды. Этим обеспечивают глубокое рафинирование расплава от растворенных в нем кислорода и серы. Неметаллические включения, состоящие преимущественно из оксисульфидов кальция и РЗМ, имеют меньшую плотность, чем плотность оксисульфидов РЗМ, поэтому они быстрее удаляются из металла. Кальций имеет низкую температуру кипения, поэтому не связанный в оксисульфиды кальций испаряется, что способствует перемешиванию металла газовыми пузырьками и флотации образующихся неметаллических включений.
Если содержание кальция в лигатуре меньше 6%, то выделения пузырьков кальция в объеме стали практически не происходит, вследствие чего отсутствует флотация неметаллических включений из ванны. Если содержание кальция более 12% , то его испарение происходит интенсивно, кальций не эффективно используется на раскисление и десульфурацию стали.
Если содержание РЗМ менее 10%, то эффект модифицирования оказывается недостаточным. При содержании РЗМ в лигатуре более 20% происходит интенсивное окисление РЗМ и снижается их использование.
П р и м е р. В индукционной печи емкостью 20 кг выплавляют лигатуры, содержащие никель, кальций, РЗМ, железо. Лигатуры разливают на слитки толщиной 30-40 мм. После дробления на щековой дробилке производят фракционный рассев лигатуры и используют для легирования фракцию 5-8 мм.
На установке ЭПШ с кристаллизатором диаметром 220 мм переплавляют электроды из стали 38ХН3МФА и в процессе переплава на поверхность флюса равномерно присаживают лигатуры из расчета введения в сталь 0,05% кальция и 0,01-0,06% РЗМ от массы стали.
В стали после электрошлакового переплава контролируют содержание РЗМ и загрязненность неметаллическими включени- ями. Содержание неметаллических включений определяют металлографическим методом П по ГОСТ 1778-70. По остаточному содержанию РЗМ в стали определяют угар РЗМ. Результаты определений приведены в таблице.
Как следует из приведенных в таблице данных, предложенная лигатура в сравнении с известной обеспечивает снижение содержания в стали неметаллических включений и повышает усвоение редкоземельных элементов более чем в 2 раза.