Способ выплавки азотсодержащей быстрорежущей стали

 

1. СПОСОБ ВЫПЛАВКИ АЗОТСОДЕРЖАЩЕЙ БЫСТРОРЕ35СУТЦЕЙ СТАЛИ, включающий расплавление, раскисление, охлаяление металла, присадкуазотсодержащих ферросплавов, вьздержку ивыпуск расплава в ковш, от л и ч а к) щ и йс я тем, что, с целью улучшения структуры твердого металла и повышения технологической пластичности в переделе, металл раскисляют при 1600-1670°С с последующим снижением температуры до 1540-1580°С путем присадки карбидообразукицих элементов, выдерживают расплав в печи 5-15 мин, а охлаждают в ковше со скоростью 2-8° С/мин до температуры разливки после достижения разрежени н в камере в лределах 0/5-20,0 ГФ. рт.ст. путем продувки метсшла нейтральные газсил под давлением 0,1-1,5 ата через днище ковша. . 2. Способ по П.1, отличающ и и с я тем, что одновременно или (Л после азотсодержаишх ферросплгшов в печь присажиьают шамотный бой в количестве 5-15 кг/т.

COOS СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3(59 С 21 С 7 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3462222/22-02 (22) 05.07.82 (46) 23.12,83. Бюл. 9 47 (72) В.И.Лапин, В.М. Кунгуров, В.Ф.Меркулов, К.К.Жданович, Б.A.Áàóì, Г.В.Тягунов, В.С.Цепелев, B.М.Рябчиков, Е.A.Ïîïêîâ, 3.Х.Абдулхаков, Г.И.Мартышко, В.И.Уршанский и В.В.Палей (53) 669 ° 046.517(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 539961,. кл. С 21 С 7/10, 1974.

2. Бородулин Г.М. и др. Нержавеющая сталь. — М., "Металлургия", 1973, с. 183-186. (54 ) (57) 1 ° СПОСОБ HblHJIABKH A30TCOДЕРЖАЩЕЙ БЫСТРОРЕ@УЩЕИ СТАЛИ, включающий расплавление, раскисление, охлажление металла. присадку азотсодер,жащих ферросплавов, выдержку и выпуск расплава в ковш, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения структуры твердого металла и повышения технологической пластичности в переделе, металл раскисляют при

1600-1670 С с последующим снижением температуры до 1540-1580 С путем присадки карбидообразующих элементов, .выдерживают расплав в печи 5-15 мин, а охлаждают в ковше со скоростью

2-8 C/ìèí до температуры разливки после достижения разрежения в камере в пределах О, 5-20,0 ьж рт.ст. путем продувки металла нейтральны(газом под давлением 0,1-1,5 ата через днище ковша.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю — (е

С2 шийся тем, что одновременно или после азотсодержащих ферросплавов в печь присажиьают шамотный бой в коли честве 5-15 кг/т.

1062280

Постанленная цель достигается тем, что согласно способу выплавки азотсодержащей быстрорежущей стали, включающему расплавление, раскисление Охлаждение металлаi присадку 50 азотсодержащих ферросплавов, выдержку и выпуск расплава н ковш, металл раскисляют при 1600-1670 С с послеО дующим снижением температуры до

1540-1580 С путем присадки карбидообразующих элементов, выдерживают . расплав в печи в течение 5-15 мин, а охлаждают в ковше со скоростью

2-8ОС/мин .до температуры разливки после достижения разрежения н камере в пределах 0,5-20,0 мм рт.ст. 60 путем продувки металла нейтральным газогл под давлением 0,1-1,5 ата через днище ковша.

Кроме того, одновременно или после азотсодержащих ферросплавон в 65

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве быстрорежущих и инструментальных стаЛей ледебуритного класса, легированных азотом.

Известны способы выплавки сталей и сплавов, включающие выпуск из печи перегретого металла и последующее охла>кдение его до.температуры разливки с использованием различных прие-. мов (1) .

Однако при выплавке металла эТим способогл скорость охлаждения расплава до температуры разливки превышает

10 С/глин, что не обеспечивает улучшения структуры твердого металла при 1.5 выплавке быстрорежущих сталей, при этогл снижается технологическая пластичность н переделе и режущие свойства готового инструмента.

Наиболее близкигл к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки азотсодер>кащей быстрорежущей стали, включающии расплавление, раскисление, охлаждение метал: а, присадку азотсодержащих ферросплавов, выдержку и выпусг - расплава в ковш.

Азотсодержащие ферросплавы присаживают при температуре ниже 1430 С, чем ограничивается выделение азота из металла (2) .

Однако легиронание азотом быстрорежущих сталей по известному способу не обеспечивает равномерного распределения карбонитриддв в структуре литого металла. Образование скоплений карбонитридов, особенно н межосных участках, приводит к ухудшению технологической пластичности в переделе и режущих свойств готового инструмента. 40

Цель изобретения — улучшение структуры твердого металла и повышение технологической пластичности в переделе. печь приса>кивают шаглотный бой в количестве 5-15 кг/т.

Раскисление глеталла при 16001670 С изменяет характер нзаимодейО ствия между углеродом и карбидообразующими элементами и обеспечивает быстрое протекание и завершение процесса разупорядочения карбидоподобных комплексов. Диссоциация карбидоподобных комплексов повышает однородность расплава перед присадкой азотсодержащих ферросплавов, а также повышает активность карбидоподобных элементов в расплаве, что приводит к повышению степени усвоения азота из азотсодержащих ферросплавов и улучшению структуры твердого металла.

Раскисление металла при температуре ниже 1600 С они>кает скорость процесса разупорядочения, не обеспечивается полное его протекание.

Это ухуцшает структуру литого и деформированного металла. Раскисление при температуре выше 1670 С не вызыо вается практической необходимостью, однако снижается стойкость футеровки печи и затрудняется дальнейшее ведение плавки. Это снижает качество гото>зогв глеталла.

Последуюцее снижение температуры металла до 1540-1580 С путем присадо ки карбидообразующих элементов быстро снижает температуру на 130 С и о обеспечивает однородное распределе ние присаживаемых карбидообразующих элементов в расплаве перед присадкой азотсодержащих ферроспланов.

Присадка азотсодержащих ферросплавов при 1540-1580ОС создает условия для высокого усвоения азота металлом и однородного распределения азота в объегле расплава, что улучшает структуру тнердого металла, повышает технологическую пластичность н переделе и режущие свойства готового инструмента.

Присадка азотсодержащих ферросплавов при температуре выше 1580 С не дает повышения однородности расплава, однако снижает усвоение азота из ферросплавов. Это ухудшает технологическую пластичность н переделе и режущие свойства инструмента. Присадка азот-. содержащих ферросплавов при температуре ниже 15400С приводит к появлению в структуре твердого металла скоплений карбонитридов, ухудшению пластичности в переделе и снижению режущих свойств инструмента. Образование карбидоподобных комплексов, повышающих микронеоднородность расплава, обусловлено усилением связей

Ме-С при температуре ниже 1540 С.

Выдержка в печи в течение 5-15 мин после присадки азотсодержащих ферросплавов .и выпуск в ковш при этой

1062280 температуре позволяет реализовать благоприятные условия, создаваемые при присадке азотсодержащих материалов при 1540-1580ОС и улучшить структуру твердого металла.

Выдержка расплава менее 5 мин не обеспечивает полного расплавления азотсодержащих ферросплавов и равномерного распределения азота в структуре металла. Выдерх<ка расплава более

15 мин не вызывается практической не- 10 обходимостью, однако приводит к уда:лению азота иэ расплава, снижению, пластичности и режуыих свойств инст румента.

Выпуск расплава из печи в ковш при15

1540-1580 С реализует имеющиеся условия для однородного распределения азота B расплаве эа счет интенсивного перемешивания.

Охлаждение металла со скоростью

2-8OC/ìèí до температуры разливки позволяет сохранить однородное распределение азота в расплаве, несмотря на усиление связей <1е-С в укаэанном интервале температур. 25

Уменьыение скорости охлаждения менее 2 C/мин приводит к образованию скоплений карбонитридон в структуре твердого металла, снижению пластичности в переделе и режущих свойств готового инструмента. Повышение скорости охлаждения более 8 С/мин вью зывает повышен ие материальных з атрат., особенно при увеличении садки металла. а также приводит к ухудшеР

35 нию стру <туры твердого металла.

Охлаждение расплава до температуры разливки в вакууме с одновременной продувкой нейтральным газом под давлением 0,1-1,5 ата после дости жения разрежения в камере в пределах 40

0,5-20,0 мм рт.ст. позволяет обеспечить указанную скорость охлаждения, .улучыить качество структуры твердого металла за счет рафинирования и интенсивного перемешивания расплава в . 45 процессе охлаждения, повысить пластичность металла н переделе и режущие свойства инструмента.

Снижение давления неитрального газа менее 0,1 ата резко снижает 50 интенсивность перемешивания расплава и не обеспечивает скорость охлаждения расплава в указанных пределах, при этом ухудшается структура твердого металла. Повышение давления нейтрального газа более 1,5 ата такt же снижает интенсивность перемешивания и,при этом возможны выбросы металла и шпака из ковша. Подача нейтрального газа в металл после достижения разрежения в камере в укаэанных пределах обеспечивает стабильные условия регулирования процесса продувки, исключающие выброс металла или шлака из ковыа и создание аварийной сетуации. Стабильные условия регулирования процесса охлаждения обеспечивает улучыение структуры твердого металла, технологической пластичности в переделе и режущих свойств инструмента. Повышение разрежения в камере более 0,5 мм рт.ст не достигается на имеющемся оборудовании.

Снижение разрежения менее

20 мм рт.ст. ухудшает условия перемешивания расплава и регулирования продувки, снижает качество структуры твердого металла.

Одновременная или последующая после азотсодержащих ферросплавов присадка ыамотного боя в количестве

5-15 кг/т снижает основность шпака и растворимость в нем азота. Это приводит к увеличению содержания азота в жидком и твердом металле.

Присадка шамотного боя в количестве менее 5 кг/т не предотнращает частичного удаления азота после при- . садки аэотсодержащих ферросплавов.

Присадка шамотного боя в количестве более 15 кг/т не влияет на удаление азота из расплава,.однако даль- нейшее снижение основности шлака ухудшает его десульфурирующую способность и качество металла.

Пример. Способ осуществлен при производстве стали Р6АМ5 в открытой дуговой 30-тонной электропечи.

Шихтовка,эавалка, плавление и распланление опытных плавок проводили по известному способу. Температура раскисления, температура присадки азотсодержащих ферросплавон, количество

ыамотного боя, продолжительность выдержки после присадки азотсодержащих ферросплавов, скорость охлаждения расплава до температуры разливки и параметры обработки расплава в вакууме варьировались в широких пределах.

После охлаждения расплава до температуры разливки металл разливали сифонным способом в слитки весом

1060 кг. Структуру литого металла изучали на металле центровой штанги диаметром 90 мм. Оценивали качество микроструктуры, морфологию роста эн,тектической составляющей по видам, распределение карбонитридон и размер карбидного зерна. Технологическую пластичность в переделе оценивали по результатам испытаний на кручение и по выходу годного на стане

850. Режущие свойства готового инструмента оценивали в результате проведенных стойкостных испытаний. Результаты испытаний приведены в таблице.

1062280 о

l ф х(оо

0 3 4 (C .

ОФСО04 р ДXOIC

1 1 1 (>, А аю (ч (ч 1-1 о oooo и ((х 3 о о с с ч(о о (ч ((о о о о с с о а, (ф а ь (н н н ь с Q о н (ч н(Оъ о о с с (ч (ч н а

° (н(D с ф

О о

Цою о х хЦлоо ((3 44 ф. ul Н с с н о ф

Л Л 0 ю а со с с °

CO ф 0Ъ л а (ч с с о а ф (00 с

D л

e4 ао а (ч

° \ с с с ф н о а ф

I

I

1

I

I,. v

1 49i Х Да( а((мох фООФВ(9

&Циmхф(о

Ч»

«(ч (ч <ч ао О ао ю о ф Щ(В g c (.аоэм

ОЭф(Ы

ОФМЭфф

М WOÕm(о с с

Ю ф с(С Ъ о а (ч н с с с с а w Ch ф ф ф Ch

Л Ch с с ф оа

CO ф а. ч( с с ю а

° Э ф

О с

CO о о E с а н л ( ф

l6 а 9

Э О

I МХ

Ф

ФХ(1 ах ом

49ОРу ица(ф

В(Ф М ж О дфцыхц

9 о ж

I ф I I

В (0 В В

1 ((ю 1 I

Ф

О х ((I - I

9 В

Р(1

I 1

В В

I I ф

\

Н(О,ai аО

ЧЬ Ч(an

О D О о о о с с с

D (aD о (ъ а

ЧЭ аО

О О

О О с с о о н Ф

ЧВ аО о о о о с \ о о

РЪ л

Л сс о о о о с о о

an

ЧЪ

О

D с

D о о а а о о о о с с о о

Ю

an о ь с

Х 1

Э ((9 1

О I Xe 1 (о 1 хж I

en(90 аН! 3»4

ОВ(1 Фа I

О 199 с Ц I

Ф 0в! 1

Х 1 CCЭ I

aO I ах 1 аф(их (((1 la 9 1 (ф I ам 1 е

0 и

О О о (o o о н с о

I 1

1 1 1 I

9 1 $ 1 I

an с о

1 I 1 1 с Х

«(3м1 о и ц х хОХФ и (4O Cru ь а ч ю

I I цм йх е о о о н4 н н(н

ВЪ an

° 1 о о о о л о а чъ а а а а

° -(н н н о о е Ф

° «4 н4 о о о о

<л ф л н ф I о (a(1 -» (((1

4 1 -"

Э

М 1 х

9 1

И 1 а 1((91D

Ц

О(1 1 I

I 963

И! Цф

I О

9 t айх а(g4x

0ь (!

Ь(ОМ а! a(I Х

Ф I а9

gIХО

Ф I а м

Е

Е о

1 о (i1 1

<6 1

I

l

1

I 1 1 1 I 1 ч(л а м и (ч о

ao ao 1О 10 ао ю чъ ю

CO CO C0 ф CO CO О ф Ч((. 00

О О О О О О О О о о о о с с с с с с с с с с о о ь о о о о о о о о о о а е а н н н co ch м о î о о о о о о ю ю а ф а (ъ о ч> а а а а а an ч(а н н (н.

О О О D О О О О О О О О

ch D а (оъ э чъ (ъ ° е а ч а

in ю ю ч(О чъ Ю Ю О Ю Ю 1О н (ч (н н н

1062280

3!

И

Ц х, 1Р 1

04 1 н(1 l

el

g l

y l

3, о! ц!

ol !

4! д 1

1! „l

1 I

iI

1

l;

1(I

li

1 Ю

1 о сч

1

1

l 1 ч

1 !.

4Ч

Ct с

1

I

I

I

l ) с

Да0I хннн ооох

НОХ9 оххй о о с с а-4 а (") сФ г4 о о с с гЧ Ф М

° .4 е4

Ct с

00 с3

%-!

4с4 I а41

CO CO с о

00 CO

CO г4 с с

CO 4с4

1 цож о х

1 ос !!! I4

I

I

I ..

I

I

I

Ф

1и

ot ttt

О Оа

О с

Д сЗ

Ю

Ul с !

СО ь (с4 с с

00 О

Ch а4 с4 с с е о

Ctt с-4 с

О\ СО

01

dt

Cl с

I 1 а а

1 1

1 I

I 1

1

Д 1

О1

tt) 1

9 1! — 1

1 ! Ю--Л

0} l х х

td

И и l l — l

91С ц с-л

О!

u l

Ch Ch о о с с о о

CO С, о о с с ь

СО

Cl с

CO о с

Ю в о а м о о о о с с о о а 4 а а о о о о с с о о

CO Ф о

Ю с о

О\

Ю

Ct о с о

tO ь о

1

I

tA о с ь а с о 1 а ь

1 1 а с о ь а.4 I

I I

ГЧ 4

Ю а а

%-4 о о и1

lA tlt 4 о о

° Ф tA а а

%4 % 4 ь

tA иъ

% 4 о о а

tO М 4 %4 о о

4Ч О

Ю tCt чт4 е4 о !

l Д Н

5O)I Х

О9 ОО!

Х 0 3 Х 1О Х

I A 9 Х

a!4

9оо i доо@5

Е4ДХ m X

О д Я Х Х с хна,oem

ЦО9Д

О9Н9ДХ хр охран

l 9

9 Х 1 I ах ох

И 9 1О !4 оц!4нд

tt1 е 0! х о

04 Ц !0 х

Х 1 н 1e0!

Ot01 XX

1ОН ХО

t0 t0 i 914 а. I t:a

1о с! Д Ф

oei 9

I Р а»i

Н A l

9 03 !

Д 1 Х 9

1 !4Х

ИД I ttt Х

rd I 0! 9 ! otk

l с Х

Амхх

1 н0!хX о о х х хо!4e

ug,o цр

1 1 1 цАЫх и: хдц

1 l

et0 и

u l t: t0 о

О О ,! ХС4ХО

to!0õõÿ

f4 l 1: 1а Х 0!

Н 1 I о х

Qg 9 х

91 09 х v

9 1 С4Х ч1ИХ

1 1 1 1 о с о с с с

° 0 4 О с-!

\ Ч % 4 о а о с с с а

<"З 00 4 Ъ .

tD Ю Юс

\О а tA с с с

co Lo а !

00 l

1 I 1

В 0 В

1 1 1

00 CO о о о с с с о о о о

\Р Ilt 10 о о о о о о с с с о ь о а а о с с с1 4%4%! о о а с.4 4с4 4Ч а а а а tn о о о а а и1 а tA

t 4 еЧ о о чф а О р ф 1О 4 еЧ ь

1 о

4.4

Cl сФ

% 4

Cl

4Ч

1

1

1

I

I

t

1

1

1

l

1

I

I

1

I

1

1

1

i

I

I

1 !

I

1

I

10

1062280

Составитель Г.Прусс

Редактор Г.Беэвершенко ТехредМ.Гергель Корректор A.Ильин

Заказ 10161/29 Тираж 568 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Исследование качества металла показало, что предлагаемый способ обеспечивает значительное улучшение микроструктуры, иэмельчение и однороднце распределение карбонитридов, получение благоприятной морфологии эвтектической аюставлякюцей, измельчение размера карбидного зерна, повышение пластичности металла, особенно в интервале температур 1180-1200 С, повы-. шение стойкости готового инструмента.

Экономический эффект от примене-;. ,ния изобретения эа счет снижения браI

ica при переделе и повышения стойкости режущего инструмента составит

40 руб/т.