Введение к работе
Актуальность работы. Ввод редкоземельных элементов в . состп» сплавов на осново железа или хрома получил широкое распроотршш нио в практико моталлургвд благодаря благотворному влиянию ЮМ но механические и слукобшо свойства легируемых сплавов. Известные способи легирования редкоземельными элементами не обоспочлвотт их стабильного усвоения.
Электрошлаковый переплав, разработанный в Институте электросварки им. Е.О.Патона АН Украины, позволяет получать слитки мо талла высокого качества и осуществлять легирование металла в процессе переплава. Легирование редкоземельными з-лэмонтами я процессе ЭШ осуществляют по двум основным схемам: дозированный ввод чистых РЗМ или их сплавов в плавильную . зону Э1Ш1 и легирование переплавляемого металла из шлаковой фазы. Легированно переплавляемого металла из шлака.обладает рядом преимуществ: исключается применение дорогостоящих сплавов РЗМ, отсутствуют трудоемкая под- готовка расходуемого электрода или логирувдего компонента и необходимость установки дозирующего оборудования. Однако, процессы легирования редкоземельными элементами из шлака при ЭШ изучены недостаточно полно.
Введение редкоземельных элементов в тугоплавкие и активные металлы, к которым относится хром, является сложной технической задачей и применение существующих способов не обеспечивает гаро нтированного содержания РЗМ в сплавах на основе хрома. Для получения высококачественных слитков хромовых сплавов, является перс пективным изучение возможности легирования сплавов на основе хре ма редкоземельными моментами в процессе. ЭШП.
Цель работы. Исследовать процесс легирования переплавляемого металла редкоземельными элементами при злектрошлаковсм ітарепл-чв и разработать технологию получения оталей я сплавов на оспов хрома с гарантированным содержанием РЗМ при их равномерном гпо пределении в объеме слитка.
Научная новизна. На основе анализа диаграмм фазовых равнегт
'«$ соответствующих бинарных систем рассчитаны величины изменогтп
энергии Гиббса реакций растворения- редкоземельных злементоп в
гадком хромэ. . . . - '
Оценена раскислягаая способность редкоземельных РЛ'>мкіг;<г.п у-жидком хроме, определены концентрашт иттрия, лантана и церия -системах Сг-0-Y,.-Сг-0-Іл, Ог-О-Се. обеспечивающие миним''льиол
_ 4 -
содержание растворенного кислорода.
Проведен термодинамический анализ влияния окислиішости хрома на коэффициент распределения редкоземельных элементов между металлом и шлаком. Рассчитаны зависимости коэффициентов потерь родкозвмелы'чх 'олемонтов на испарение из расплава хрома от парциального давлении кислорода в газовой фазе.
На основе термодинамического анализа диаграммы фазовых равновесий системы фторид кальция - фторид церия определены избыточные функции смешения, коэффициенты активности компонентов.
Рассчитана зависимость равновесного содержания церия в спла
вах на основе железа от концентрации фторида церия в шлаке и
окислешюсти металла. .
На экспериментальном материале проанализировано влияние технологических параметров ЭШП (род тока и его полярность, состав флюса, атмосфера переплава) на усвоение и распределение РЗМ в объеме слитка хрома и среднеуглеродистой стали.
Разработаны конкретны технологические приемы, способствующие получешгс качественных слитков ЭШП с гарантированным содержанием РЗМ при их равномерном распределении в объеме слитка и обеспечив "*щие сниженио потерь РЗМ в процессе легирования.
Практическая цеішость. Разработана ' технология легирования металла в процессе Э1Ш редкоземельными элементами из шлаковой фазы, позволяющая получать высокое гарантированное содержанш. РЗМ в металле при равномерном распределении их в объеме слитка. Переплав по разработаг,лай технологии обосшчивзот получение заданного Содержания РЗМ в слитках хрома в дианэзоно 0,02 + 0,08 мае, стали - 0,02 + 0,20. мае.
Разработана технология, сочетащая элоктрошлаковое рафинирование хрома кальцийсо. ржощими шлаками в инертной атмосферо с порционным лог"ровашюм переплавляемого металла РЗМ, которая отличается высокой степенью усвоения РЗМ и стабильностью получаемых результатов. Типово содержание примесей в получаемом хроме: [СЗ = 0,008 4 0,014 мае, [S] = 0,005 + 0,006 мае, СО] = 0,002 + 0,010 мае, Ш] - 0.00І + 0,009» мас, обеспечивает высокие механические'характеристики металла: микротвердость- 140 + 150 кг/мм2; температура хладноломкости - -20 \ 0С'С; относительное удлинение при 20С - 5 4 log; предел прочности при 20С - 10 4 15 кг/мм2.
Раализ'йция работы. По разработанной технологии в ПНИЛ ДЛИ из литых ^готовок ялшинотермнческого хрома виплавлена опытно-
промышленная партия слитков. При гітом металл ЭШП, с содержанием РЗМ 0,05 > 0,Т?,Ж мпс, по содержанию примесей и механическим характеристикам сравним с ліпим хромом, промшлошю получаемым всжуумно-дуговим пероплпвом раеходупмнх электродов, ИЗГОТС'їЛОШПІХ из электролитического рафинированного хрома. Ожидавши экономический эффект от зпмоны слитков хромо В.ЯП СЛИГКПМИ ЭШП состопит 15,64 руб/кг в ценах 1990 г.
Апробация роботи. Материалы диссертации били долохегш и обоуждепн на VI Всесоюзной научной конференции'' по совремошшм проблемам электрометаллургии стали (г.Челябинск, Г987 г.), на II Всесоюзной научно-технической конференции с участием клостратгах специалистов "Совершенствование металлургической техно, лчіи в машиностроении" (г.Волгоград, 1991 г.), на научно-технической конференции ДЛИ по завершенным нпучио-исслодовптольским работам (г.Донецк, 1992 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, получено Б авторских, свидетельств СССР.
Структура и обьом работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной'литоратури из 167 наименЬваний и приложений. Работа изложена на 164 стр., включал 23 рисунка, 38 таблиц.