Важное влияние на свойства стали и, в том числе, на значения ее
усталостной выносливости и чувствительности к надрезам оказывают условия выплавки. Именно особенности выплавки, раскисления и разливки стали предопределяют чистоту стали, степень ее газонасыщенности, величину зерна (первичного и вторичного), наличие и характер распределения многих вредных примесей (S, Sn, Sb, Pb и др.).
Не имея возможности останавливаться на всех этих вопросах, рассмотрим только некоторые из них и, прежде всего, влияние способа выплавки на свойства высокопрочной конструкционной стали. Ранее (в гл. II), уже отмечалось влияние степени чистоты стали на ее свойства и, в том числе, на склонность к необратимой отпускной хрупкости. Резкое снижение чувствительности к необратимой отпускной хрупкости у высокочистых легированных сталей, выплавленных в вакуумных печах, подтверждается работами многих исследователей, например [184].
Вакуумирование конструкционной стали в большинстве случаев приводит также к повышению
пластических свойств и значений
ударной вязкости стали, отпущенной при температурах, лежащих вне интервала отпускной хрупкости. Так, по данным Левиса [220], относительное сужение вакуумированной стали SАЕ 4340, определявшееся на продольных образцах, в два раза превосходило относительное сужение невакуумированной стали.
Еще более отчетливо положительное влияние вакуумирования проявляется при испытании поперечных образцов. Так, у стали с
пределом прочности в 200 кГ/мм
2 величина относительного сужения поперечных образцов составляла: у невакуумированной стали 6 % и у вакуумированной 18%. Предел выносливости этой стали отвечал следующим значениям: при испытании продольных образцов у невакуумированной стали 63 кГ/мм
2; у вакуумированной стали 80 кГ/мм
2; у вакуумированной стали на поперечных образцах 74 кГ/мм
2.
Исследование свойств стали 300М (С=0,4%; Mn=0,75%; Si = 1,5%; Ni=2,0% ; Cr=1,0% ; Мо=0,4%) привело [185] к выводу о малом влиянии способа выплавки стали на
механические свойства продольных образцов. Значительно больше способ выплавки повлиял на пластические свойства и чувствительность к надрезам (при испытании на
усталость) у поперечных образцов. Максимальная величина отношения σ
b(н)/σ
b(г) - оказалась у стали индукционной вакуумной плавки (буква н обозначает надрезанный образец, г — гладкий).
Электрошлаковый метод производства стали, разработанный в Институте электросварки им. Е. О. Патона, представляет собой сварочный процесс переплава стали («расходуемого электрода») в специальных кристаллизаторах под слоем расплавленного шлака. Плавление электрода и кристаллизация расплава осуществляются параллельно в одном плавильном пространстве, в отсутствии огнеупорных материалов в зоне плавки. В течение всего процесса переплава существуют и затвердевшая часть слитка и чашеобразная ванна жидкой стали, покрытая толстым слоем расплавленного шлака. Поскольку процесс кристаллизации протекает направленно — снизу вверх — процесс ликвации не получает здесь развития, а неметаллические включения в значительной мере успевают всплыть и удалиться в шлак.
Электрошлаковый метод переплава исключает процесс разливки, как самостоятельную технологическую операцию, устраняет такие дефекты слитка, как образование усадочной раковины, осевой рыхлости, зональной ликвации, подкорковых пузырей и др.
Трехлетний опыт электрощлакового переплава — выплавки нескольких тысяч тонн стали более чем 45 марок на заводе «Днепросталь» характеризуется получением металла плотной структуры, лишенного каких-либо дефектов [125].
При электрошлаковом переплаве ликвидируются подкорковые пузыри и другие источники образования волосовин (включения глинозема, силикатов и др.), что позволяет рекомендовать применение этого процесса для производства сталей, склонных к таким порокам. Сталь марки 15Х2ГН2ТРА, по данным ее авторов [50], склонна к образованию волосовин. Применением электрошлакового переплава этот недостаток был полностью устранен.
Электрошлаковый переплав заметно повышает пластичность и ударную вязкость конструкционных сталей, повышая однородность ее механических свойств в продольном и поперечном направлениях. Все это позволяет рассчитывать на значительное расширение этого метода производства конструкционной стали ответственного назначения, в настоящее время сдерживаемого малым количеством специализированных установок и повышеннбй стоимостью такой стали.