Производство марганцевой стали
Для производства аустенитных марганцевых сталей применяются печи исключительно с основной футеровкой. Выплавка марганцевой стали в кислых печах не производится вследствие быстрого разъедания кислой футеровки. Например, высокочастотная печь с кислой футеровкой выдерживает 160 плавок обычной углеродистой стали. При выплавке же в ней марганцевой стали футеровка печи не выдержала и 20 плавок. Причиной этого является активное восстановление окиси кремния футеровки марганцем стали согласно уравнению 2Mn + Si02 = 2MnO-f-Si, что вызывает, с одной стороны, сильную эрозию и, с другой стороны, загрязнение стали окислами марганца. Поэтому марганцевую сталь выплавляют в основных печах: высокочастотных, электродуговых и мартеновских.
При ее выплавке нужно учитывать, что содержание углерода не должно быть высоким из соображений уменьшения количества газов и неметаллических включений в ванне, образующихся при взаимодействии углерода с другими элементами; вместе с тем в качестве присадок желательно применять дешевые и в первую очередь ферромарганец с большим содержанием углерода. Этим требованиям вполне удовлетворяют дуговые электропечи и мартеновские печи. Высокочастотные печи являются менее подходящими, так как для получения нужного соотношения Мп: С = 10 нужно применять шихту, состоящую только из мягкой стали и присадок с низким содержанием углерода. Эти печи для производства аустенитных марганцевых сталей используется очень редко.
До того как электропечи нашли широкое применение в промышленности, марганцевые стали обычно изготовлялись в мартеновских печах. В последних можно получить сталь высокого качества, но вследствие затруднений при раскислении стали после удаления фосфора и углерода эти печи используются только в тех случаях, когда для изготовления очень крупных отливок электропечи не в состоянии выдать достаточного количества стали. На одном чехословацком металлургическом заводе за последнее время был введен дуплекс-процесс. В мартеновской печи изготовляется сталь, а в вагранке плавят ферромарганец. Жидкая сталь и расплавленный ферромарганец затем сливаются в ковш, чем и заканчивается процесс изготовления марганцевой стали.
На другом заводе применили другой способ. В небольшой вагранке расплавляли ферромарганец, в другой вагранке плавили шихту, состоящую из чугуна и стального скрапа. Расплавленный чугун переливался в бессемеровский конвертор, в котором углерод выжигался до содержания его 0,1%. Полученная таким образом мягкая сталь смешивалась с расплавленным ферромарганцем в литейном ковше. Этим способом часто невозможно получать марганцевую сталь, содержащую менее 1,5% углерода при содержании 0,14% фосфора. Интересно, что этот старый способ, не применявшийся в последнее время, снова используется в Англии при производстве различных деталей шарнирных цепей.
Можно утверждать, что аустенитная марганцевая сталь изготовляется в настоящее время главным образом в дуговых электропечах. Процесс производства сталей этого типа в электропечах происходит следующим образом: шихта составляется из стальной стружки и кускового скрапа в соотношении 1: 4. Обычно в такой шихте уже содержится 4 — 6% присадок, создающих шлак. После расплавления определяется содержание углерода и марганца в стали, затем удаляется шлак и на зеркало ванны забрасывается железная окалина или железная руда. Таким образом, производится раскисление, дегазация и дефосфорация стали. Для получения максимального содержания углерода (максимум 0,05%) снимается окислительный шлак и в печь забрасывается кокс, антрацит или электродный бой с небольшим количеством ферромарганца. После успокоения ванны и предварительного определения содержания углерода и марганца плавка завершается присадкой необходимого количества ферромарганца.
Технология литья. На основании производственного опыта было определено, что оптимальная температура выпуска стали из печи в ковш должна быть равной 1520 — 1570 градусов, а температура стали при заливке форм — 1440 — 1500 градусов (температуры измерялись термопарой погружения). В действительности температура плавления высоко марганцевой стали значительно ниже.