Анализ технологических схем производства коррозионностойких сталей

Мировое потребление нержавеющих сталей растёт на 6% в год, начиная с середины 20-го века. Сочетание хороших механических свойств и производственных характеристик, которые имеет нержавеющая сталь, делает их незаменимым. 

Основными задачами при выплавке коррозионностойких сталей, являются получение низких концентраций углерода при минимальном угаре хрома. Совместное окисление хрома и углерода при выплавке нержавеющей стали описывается уравнением (1):

[C]+1/4Cr₃O₄=3/4[Cr]+CO (1)

      \(lgK = lg (\frac { [Cr]^{3/4} f_{cr}^{3/4} p_{CO}}{[C]f_Ca_{Cr3O4}^{1/4}})=- \frac {11520}{T}+7.64 \) (2)                               

Согласно уравнению (2) наибольшую величину отношения концентраций хрома к углерода можно получить при низких давлениях или высоких температурах. . На рисунке 1 показана полученная соотношение концентрации хрома к концентрации углерода в расплаве в интервале температур 1550 – 1850 ^oС. На данный момент  существует 3 основные технологии производства нержавеющей стали: выплавка в дуговой сталеплавильной печи, выплавка стали методом аргон-кислородного и  вакуум-кислородного обезуглероживания. 

Рисунок 1 - Зависимость отношения концентраций хрома к углероду от температуры при разных остаточных давлениях

Были проанализированы производственный плавки ОАО "Электросталь", где применяется технология выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, основанная на получении высокой температуры в процессе окислительной продувки. Это позволяет достигнуть содержание углерода до 0,04%. На рис.2 представлен хронометраж выплавки стали в ДСП-20 и на установке АКОС.

Рисунок 2 - Хронометраж выплавки стали 08Х18Н10Т на ОАО "Электросталь"

Рисунок 3 - Отношение концентраций хрома и углерода до и после окислительной продувки

Как видно из рис.3, отношение концентраций после продувки ниже равновесного, однако достигают значений 300-400 на момент окончания обезуглероживания.

Данная технология выплавки стали 08Х18Н10Т позволяет использовать более дешевый углеродистый феррохром, что снижает себестоимость продукции. Недостатками этого способа выплавки является быстрая изнашиваемость футеровки.

Также в работе было проанализировано получение этой стали методом вакуум-кислородного обезуглероживания. При таком способе выплавки коррозионностойкой стали возможно получение более низких содержаний углерода (до 0,02%), уменьшение угара хрома. 

Научный руководитель -  д.т.н., проф. Семин А.Е.