Способ производства азотсодержащей штамповой стали

 

1. СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА АЗОТСОДЕРЖАЩЕЙ ШТАМПОВОЙ СТАЛИ, включающий расплавление шихты, окисление примесей, диффузионное рафинирование, ковшевое раскисление алюминием в количестве 0,3-0,5 кг/т и/или силикокальцием в количестве 1,5 кг/т, отличающийся тем, что, с целью снижения себестоимости производства стали, повьшения стабильности усвоения азота и сужения пределов его содержания в стали, повышения качества металла, его физикбмеханических свойств и эксплуатационной стойкости штампов., после полного прекращения кипения ванны окислительного периода металл легируют литыми азотированными ферросплавами в количестве 5-10 кг/т, за 15-35 мин до выпуска металла вводят феррованадий в количестве 2,0-3,0 кг/т, в ковше сталь модифицируют ферротитаном с содержанием титана 20-30%, в количестве 1,0-2,0 кг/т при температуре меS талла, на 110-150 0 превышающей тем (Л пературу ликвидус. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве литого азотированного ферросплава исполь35ПОТ литой азотированный феррохром с содержанием азота 1-2%. 3.Способ по п. 1, отлича юю щ и и с я тем, что добавки ферроваО5 надия, ферротитана и алюминия в пределах указанных количеств выбирают со из соотношения 05 FeV/FeTiMl 1,25 - 1,43. 4

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН

ÄÄSUÄÄ 1261964 (sg 4 С 21 С 5/52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3865436/22-02 (22) 11.03.85 (46) 07.10.86. Бюл.. Ф 37 (72) Ю.С.Бабаскин, С.Я.Шипицин, В .Н .Лебедев, В .С.Пуховский, Б.Г.Восходов, И.В.Юрченко, К.К.Жданович, В.Ф.Меркулов, С.И.Белорусов, А.И.Зубков, С.И.Жульев и Г.Д.Семеняка (53) 669.187.25(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 377333, кл. С 21 С 5/52, 1971.

Ав то рс к ое с виде тель с тво ССС P

У 261425, кл. С 21 С 7/00, 1968.

Авторское свидетельство СССР

И- 631539, кл. С 21 С 5/52, 1980.

Позняк Л.А., Скрынченко Ю.М., Тишаев С.И. Штамповые стали.

M. Металлургия, 1980, с. 181-182. (54)(5 7) 1. СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА АЗОТСОДЕРЖАЩЕЙ ШТАМПОВОЙ СТАЛИ, включающий расплавление шихты, окисление примесей, диффузионное. рафинирование, ковшевое раскисление алюминием в ко- личестве 0,3-0,5 кг/т и/нли силикокальцием в количестве 1,5 кг/т, отличающийся . тем, что, с целью снижения себестоимости производства стали, повышения стабильности усвоения азота и сужения пределов его содержания в стали, повышения качества металла, его физикЬмеханических свойств и эксплуатационной стойкости штампов, после полного прекращения кипения ванны окислительного периода металл легируют литыми азотированными ферросплавами в количестве 5-10 кг/т, за 15-35 мин до выпуска металла вводят феррованадий в количестве 2,0-3,0 кг/т, в ковше сталь модифицируют ферротитансм с содержанием титана 20-30Х в количестве 1,0-2,0 кг/т при температуре металла, на 110-150 С превышающей темМ С> пературу ликвидус.

2. Способ по и. 1, о т л и ч.ающ в В с в тем, что в качестве лмтсго азотированного ферросплава используют литой азотированный феррохром с содержанием азота 1-2Х. мищи

3. Способ поп. 1, отличаю- р шийся тем, что добавки феррованадия, ферротитана и алюминия в пределах указанных когичеств выбирают из соотношения

FeV/FeTi+A1=1 25 — 1 43.

Ф ф °

1 12

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству азотсодержащей штамповой стали 5ХНМАФ в электродуговых и мартеновских печах, Целью изобретения является снижение себестоимости производства азотсодержащей стали, повышение стабильности усвоения азота и сужение пределов

его содержания в стали, повышение качества металла, его физико-механичес-. ких свойств и эксплуатационной стойКости штампов.

Спосрб производства штамповой стали предполагает расплавление шихты, окисление примесей, диффузионное рафинирование, ковшевое раскисление алюминием в количестве 0,3-0,5 кг/т и./или силикокальцием в количестве

1,5 кг/т. После полного прекращения кипения вaHHû окислительного периода металл легируют литыми азотированными ферросплавами в количестве 5i0 кг/т. За 15-35 мин до выпуска металла вводят феррованадий в количестве 2,0-3,0 кг/т. В ковше сталь модифицируют ферротитаном с содержанием титана 20-30% в количестве 1,0—

2,0 кг/т при температуре металла на 110- 150 С превышающей температуру ликвидус.

В качестве литого азотированного ферросплава используют литой азотированный феррохром с содержанием азота 1-2%.

Добавки феррованадия, ферротитана и алюминия в пределах указанных количеств выбирают из соотношения

FeV/I åÒ1+À1=1, 25 — 1,4 3 .

Существенное улучшение физико-меха нических свойств и эксплуатационной долговечности кузнечно-прессового,инструмента без ухудшения технологических свойств сталей и дополнительного их легирования дорогостоящими дефицитными элементами {вольфрамом, молибденом) достигается нитридванадиевым модифицированием и упрочнением стали. При этом стабильность физикомеханических свойств и Повышение эксплуатационной долговечности зависят прежде всего от соответствия содержания в стали азота, ванадия, их соотношения и температурно-временных параметров термической обработки штампов. В промышленных условиях это соответствие достигается только в случае введения в сталь ванадия с точностью «+0,02% и азота с точ20

55 в стали связано только с процессам насыщения азотом расплавов при выплавке и разливке из . атмосферы.

Штамповые c TBJIH содержат хром, и поэтому в качестве литого азотированного ферросплава целесообразно использовать литой азотированный феррохром с содержанием азота 1 — 2%. Его применение в отличие от литого азоти1 ров анн ого фе р ров ан адия по зн о пяе т лов лучать более строгое соотношение в стали азота и ванадия, так как можно варьировать добавками как азата, так и ванадия раздельно.

Введение литого азотированного феррохрома менее 5 кг/-, не обеспечивает повышение физико-механических свойстг стали, а введение более

10 кг/т вызынает склонность к закалочным трещинам и хрупкому разруше— нию штампов при эксплуатации. Кроме того, возможно образование газовой пористости в отливке и слитке.

Ванадий, необходимый для образовав ния упрочняющей нитридной фазы, вводится феррованадием за 15-35 мин до выпуска металла из печи в ковш. Г(ри вводе его более, чем за 35 мин до выпуска резко повышается угар ванадия, а при вводе менее чем за 15 мин феррованадий может не полностью рас гвориться и ванадий не достаточно равномерна распределится в объеме расплава „ слитка, отливки, что приведет к анизотропии свойств кузнечно-прессового инструмента и снижению его эксплуатационной долговечности.

При вводе феррованадия менее

2,0 кг/Ф эффект нитридного упрочнения мал, а при вводе более 3,0 кг/т про61964 ностью +О, 002Z . Кс.п 1 IIpo!1blll!!IE. .пны( способы легирования нанадие.4 обеспечивают требуемую точность, то известные способы легиронания азотом, про— дувкой газообразным азотом ипи введением ферросплавов с твердофаэной азотацией имеют точность +0Ä0067.

При этом колебание содержания в ста— ли азота составляет 0,015-0,022%, что для штампоных creeé недопустимо.

Требуемая точность введения азота достигается только при использовании литых азотиронанных ферросплавон, которые не пересыщены азотом по отношению к жидкому состоянию и не обра— зуют газового пузыря (молекулярного азота) при их введении H расплав стали. Усноение азота при этом практи— чески полное и колебание азота

126!964 исходит снижение вязкости METBJfJIR> повышается склонность к хрупкому разрушению.

Обработка стали в ковше ферротитаном связана с необходимостью модифицирования первичной структуры стали, особенно крупных слитков, степень укова которых незначи-.ельна (- 3).

В присутствии азота титан в расплаве образует нитриды, оказывающие .!О эффективное модифицирующее влияние, тормозя линейную скорость роста твердой фазы при кристаллизации и миграцию средне- и высокоугловых границ в остывающем металле слитка. Эффективность модифицирующего влияния зависит от количества, дисперсности и характера распределения нитридов титана. С целью улучшения этих параметров титан вводится ферротитаном с содержанием титана 20-307..При использовании ферротитана с большим содержанием титана вследствие локального пересыщения расплава титаном происходит образование конгломератов 25 крупных нитридных частиц, эффект моди1фицирования резко уменьшается и свойства стали могут снизиться ниже исходного уровня. При использовании

I ферротитана с содержанием титача ме- Зо нее 207 его добавка увеличивается настолько, что вызывает значительное

;охлаждение металла в ковше и затруд— няет разливку стали в изложницу.

При вводе ферротитана в количестве менее 1,0 кг/т эффект модифицирования мал, а при вводе в количестве более 2,0 кг/т (остаточное содержание титана при этом будет на уровне 0,217) возможно развитие процесса 4 коагуляции нитридтитановых частиц, уменьшение их количества и увеличение размеров, что также снижает эффективность модифицирования.

Дисперсность нитридов титана и характер их распределения зависят также от температурй расплава при введении ферротитана, При температуре расплава ниже температуры ликвидус + 100 С в местах локального переь сыщения расплава титаном (возле кусков ферротиФана) возникают термодинамические условия зарождения и быстрого роста отдельных нитридов титана, что приводит. к уменьшению количества

:и увеличению р"змеров нитридных час тиц в затвердевшей стали, а это, как уже отмечалось, rííæàåò их модифицирующее действие.

Повышение температуры расплава в ковше вь.ше температуры ликвидус +

+ 150 С приводит к повышенной загрязненности стали неметаллическими вклю-, чениями (разрыв футеровки печи и ковша) и повышает дефектность слитков по горячим трещинам вследствие повыпения склонности металла к транскристаллизации и повьппенных термических напряжений.

Для обеспечения одновременного эффекта нитридванадиевого дисперсионного упрочнения и модифицирования первичной структуры стали нитридами титана, при условии достаточного раскисления металла, необходимо строгое соотношение добавок ферротитана, феррованадия и алюминия в пределах их указанных количеств:

FeV/FeTi+A1=1,25 — 1,43 .

При величине соотношения менее

1,25 большая часть азота будет связана в нитриды титана и алюминия и степень дисперсионного нитридвана— диевого упрочнения будет мала. При величине .соотношения более 1,43 металл недостаточно раскислен, и эффект модифицирования нитридами титана не обеспечивает требуемое качество структуры и слитков.

При выплавке сталей 5ХНМ и 5ХНМАФ .в 12,0-тонной электропечи с кислой футеровкой опробуют известный способ производства стали 5ХНМ (плавка 1 в табл . 1), предлагаемый способ (плавки 2 — 4 в табл. 1) и проводят плавки с параметрами, выходящими из предлагаемых пределов.

При выплавке металла по предлагаемому способу используют для ввода азота литой азотированный феррохром с содержанием азота 1-27; феррована,дий (7=48,67.), ферротитан с содержанием титана 257.

При выплавке стали 5ХНМАФ по способу с параметрами, выходящими из предлагаемых пределов, используют азотированный феррохром твердофазной азотации с содержанием азота 6,97.

На всех плавках осуществляют ков— шевое раскисление металла алюминием в количестве 0,4 кг/т.

Сталь разливают одним ковшом в изложницы на слитки развесом 3,2 т. из которых отковывают штампоэые "куби— ки" габаритами 450х500х500 мм (сте12619

Таблица1

Ле гиров ание в ан адие

FeV

4 рросплав, кг /т

Коли- Темперачество, тура мекг/т талла в ковше, С

Время ввод до выпуска металла, мин

Добавка, кг/т

Ферро сплав

FeTi+

+Al

1(из1вестный) 1580

85 и

1 5

110

Ti= 25

143

1,0

ФХН80СБ (N =1,0Е) 1650

150

1,25

2,0

ФХН015Н2 10,0 (N =2,0X) 1630

130

2,3

1,35

ФХН80СБ

120

2 5

1, 3 2

1, 5

25 20

ФХ600Н (И 8,5X) 1620

120

3 6

1,0

6,9 10

3,2

ФХН80СБ

130

1,66

65 43

13,5 25

0 5

170

Ti=10 2,5

0,46

5,0

1580

Ti=100 (губка) 2,5

0,5

2,78

65 25

3 пень укова 3,5) и изготавливают молотовые формообразующие штампы.

Механические свойства, теплостойкость (по времени разупрочнения стали до 38HRC при провоцирующем от5 пуске 580 С), загрязненность стали неметаллическцми включениями, в основном, недеформирующимися силикатами (СН) и точечными оксидами (ОТ), количество и размер нитридов титана, определяют на образцах, изготовленных из поковок (" кубиков" ).

Расчетное .и фактическое содержание азота и ванадия, температура металла в конце разливки, характеристики 15 нитридов титана и неметаллических включений, механические свойства, теплостойкость и эксплуатационная стойкость штампов приведены в табл .2.

Как видно из табл. 2, производст- 2п во стали 5ХНМАФ предлагаемым спосоr

Способ Легирование азото плавки

64 Ь бом обеспечивает высокую стабиль1 ность содержания в стали азота и ва надия, нормальные условия разливки и качество слитков, высокие механические свойства и теплостойкость.

Это обеспечивает повышение от 2 де

10 раз эксплуатационно"ч стойкости штампов по сравнению со штампами из стали 5ХНМ, изготовленной известным способом, и штампами из стали 5ХНМАФ, изготовленной способами с параметрами, выходящими из предлагаемых пре— делов .

Применение предлагаемого способа производства стали 5ХНМАФ взамен ста ти 5ХНМ (базовый вариант) позволит повысить качество штамповых кубиков и в 1 5-2,5 раза повысить стойкость штампов на машиностроительных заводах.

Модифицирование титаном

1261964

Я о са о

Й

О л

С Ъ

Ю

ЦЪ

P о

CV

СС»

1 м

I

О

Ю м

Ю

СЧ

O с»,и

O осо о» с м ссъ а

СЧ

O с/Ъ

ОС

ev х и х х

1 ссЪ

"v х сСЪ а

О с/Ъ а

С.С» СЯ ф

Я

Э м о х &с ,а о

Ц.—

X а ох хо ж

X х х 1-с

Э И

U Î

5?

2 о (U сб

X Э о са Îf о

v x (U f х о х е

° а О

СЧ а ох хо

СЧ

I о

Э СЧ о х.а ао

1.СЧ а! ох х v

Э о х Е ,а О

1.X а !

Э с о х 1-с ,а о

1Е

f», f о х

z v

СС

1 х

О о = хо

1 1

Э О

I и 1

v

0 — — !

7, v а а

Э

63 а ссЪ о р

Ч» а

СЧ ссЪ

Я м ю

С» л о

Т

f»»

Я о

X

Я о

m B

1 х

Ц о

О

СЧ

СЧ Ъ

I Э

Ю

CV с/Ъ о о! с/\ С1

/Ъ!

1 /с о

Ъ ссЪ

"о с/Ъ м M1м сЧ! /Ч с 4!СЧ

О1 Î OIO

«а «я

О! Î OIO

W I cf»

СЧ! СЧ

О1О

° 4 о!о

W l Caf

/Ч1СЧ о!о

° a о!о !д

Ofo

«Я

oIo

1 !СЧ

СЧI /V

О!О

«

OfO

1 1М сЧ !» о!о

«а

OIO с»Ъ

О а,» а о

Сй ссЪ

1 СЧ ! a

1 Ю

COIM М!СЧ о!о

° Я «Я

OfO ОСО

О! С»ъ

-!о ло

«а

О!о с"Ъ !

«а ю!о

СЧ »

О!О ю х о сс

v са о э

v x о!

4 о fff

1- о о х

1 !

I сс! Э ах а ! х о

I X а

Э И а w

ff» ° СО

ЪМ !!

v) C !

X !

1 х I

Ill х 1

<б

le а!

Э о и

Э

Е

Э х

f»

v о

Х

Э о

)4

С»

Э

У х

Х

СС! е

Э о

Э х

0$ ая! !

I .1

I

I !

I !

f

I

4 Я Я с/Ъ

1

I Э 4J о о х .ао ао

5.. 3X X а1 а l о ох

ХС» ХО

1

1 !

СЧ м!.

l CG I С Ъ о з о О!о а ° a

О С»1 О

Ю СЧ ссЪ а Я о Ю Ю

Ch ОЪ

Я Я Я Я Я м Ю

1 f

v g х а

f». e о fff х о

И са

Э Я

fff A о ь съ v е о

f» & ф

Э & ао

f»

Я ,С!

*х

1- v о о и х х

I

l

I

X ! о

Ю 1 !