Способ микролегирования стали активными элементами

 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам плавки в вакуумныхпечах. Целью изобретения является повьппение стабильности усвоения микролёгирующих активных , элементов, снижение содержания азота, гарантированное получение заданной структуры твердого раствора , повьшение жаропрочных свойств стали, снижение легированности дефицитными элементами, например молибденом . Способ включает расплавление металла, его раскисление и вне- - дение микролегирующих добавок при давлении 66,5-260 Па, Инертный газ вводят плоскими струями с отношением длины к ширине сечения (16-19):

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)4 С 21 С 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4052953/22-02 (22) 10.03.86 (46) 23.08.87. Бюл. Ф 31 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.Бардина (72) Л.В.Куликова, К.А.Ланская, Е.Ф.Мазуров, В.В.Шахнович, А.К.Крупичев, В.Г.Шмачков, П.P.Äîëæàíñêèé, Б.П,Крикунов, А.Г.Бондаренко и Б.В.Солодовников (53) 669.18.27(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1109446, кл. С 21 С 7/06, 1985.

Авторское свидетельство СССР

Ф 453434, кл. С 21 С 7/00, 1974.

Krausel Miroslav Hutnik, 1979, 29, Р 10, р. 368 — 371. (54) СПОСОБ МИКРОЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ

АКТИВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ. (57) Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам плавки в вакуумных. печах. Целью изобретения является повышение стабильности усвоения микролегирующих активных элементов, снижение содержания азота, гарантированное получение заданной структуры твердого раствора, повышение жаропрочных свойств стали, снижение легированности дефицитными элементами, например молибденом. Способ включает расплавление металла, его раскисление и введение микролегирующих добавок при, g давлении 66,5-260 Па. Инертный газ вводят плоскими струями с отношением длины к ширине сечения (16-19): (0,3-0,5) и расходом (0,46-0,49) х С х 10 м /т мин. Цирконий, РЗМ и бор вводят через 6-9 мин после достижения давления 1900-3300 Па. Соотношение данных элементов (1-300):(10—

70); (1-6). 1 табл.

1 13318

Изобретение относится к черной металлУргии, в частности к способам легирования стали. в вакуумных установках.

В

Цель изобретения состоит в повышении воспроизводимости усвоения микролегирующих активных элементов, снижении содержания азота, гарантированном получении заданной структуры твердого раствора, повышении жаропрочных свойств, снижении легированности стали дефицитными элементамй, например молибденом.

Сущность изобретения состоит в том, что металл из плавильного агрегата выпускают в ковш и раскисляют алюминием для понижения содержания растворенного кислорода, а затем передают на порционную вакуумную уста- 20 новку. При достижении давления в камере 1900-3300 Па начинают вакуумировать металл, т.е, перемещать камеру порционного вакууматора в верхнее и нижнее положение. Начало перемеши- 25 вания вакуумной камеры при указанном разрежении позволяет обеспечить на- . хождение в вакуумной камере около 107 металла, что необходимо для эффек-. тивной дегазации металла в минималь- 30 ное время. В процессе вакуумирования в патрубки вакуумной камеры вводят нейтральный газ плоскими струями с соотношением длины к ширине сечения струи в месте ввода ее в металл в пределах (16-19) : (0,3-0,5) и расходом инертного газа на фурме (0,46 ;

0 49) ч 10 з м (т мин.

Введение аргона плоскими струями с указанной фурмой и расходом обеспечивает большую поверхность раздела газ - металл за счет образования множества мелких пузырей. Это позволяет эффективно проводить удаление 4> азота из раскисленного алюминием металла, создать газометаллическую IIE ну на поверхности расплава, предохраняющую вводимые микролегирующие элементы от контакта с кислородом воздуха, непрерывно натекающего в вакуумную камеру, а также дополнительно понизить содержание кислорода в газовой фазе над расплавом за счет сильного разбавления ее нейтральным газом. Введение нейтрального газа в металл также обеспечивает увеличение скорости растворения микролегирующих добавок за счет активного перемеши96 2 вания металла пузырьками нейтрального газа.

Присадку микролегирующих элементов (циркония, Р3М, бора) осуществляют спустя 6-9 мин после начала вакуумирования при остаточном давлении инертного газа 66,5-260 Па. Введение присадок на конечном этапе вакуумной обработки необходимо для предварительного снижения содержания азота в металле менее 0,0067., а также для отмыва неметаллических включений на основе окиси алюминия. Уменьшение содержания в металле азота и неметаллических включений позволяет снизить количество образующихся нитридов циркония и Р3М, а также трудноудаляемых включений, образующихся за счет восстановления алюминия редкоземельными металлами из неме галлических включений, т.е. увеличить долю присадок, идущую на легирование металла. Создание над расплавом нейтральной атмосферы с давлением 66,5-260 Па, наряду с образованием защитнои газометаллическай пены, позволяет практически исключить взаимодействие кислорода атмосферы с присаживаемыми микролегирующими добавками. Присадка на зеркало металла элементов в соотношении цирконий : P3M : бор (1-330) (10-70) : (1:6) приводит к изменению состава, размера, формы и расположения неметаллических включений, способствует легированию твердого раствора, что приводит к превращению аустенита в бейнитной области, повышению эффекта дисперсионного твердения. Кроме того, это приводит к уменьшению размеров упрочняющей карбидной фазы - tXC размеров блоков и напряжений второго рода.

Молибден являет< я одним из обязательных элементов теплоустойчивых сталей, повышающих жаропрочные свойства длительно работающего металла благодаря тому, что он входит в твердЫй раствор, вызывая значительное его упрочнение. Кроме того, молибден, входя в карбидные фазы, способствует их измельчению (М С, MC). Ввод микродобавок позволит уменьшить его содержание, например в хромомолибдено-. ванадиевой стали, с 0,25-0,35 до

0,10-0,147..

Введение циркония, РЗМ и бора в соотношении (1-300) : (10-70) : (1-6) необходимо, чтобы с и:, помощью убз 13 рать оставшийся кислород и провести десульфурацию и при этом всеми тремя добавками микролегировать металл.

Начало вакуумирования (качание вакуумной камеры) предусматривается при разрежении 1900-3300 Па. Уменьшение указанного предела вызовет увеличение времени вакуумирования и связанного с этим перерасхода энергоносителей. Увеличение давления выше 3300 Па при начале вакуумирования также увеличит время вакуумирования за счет снижения константы скорости дегазации металла, а также уменьшение забираемой порции металла.

Введение нейтрального газа плоской струей при увеличении отношения длины к ширине сечения струи в месте ввода ее в металл более -чем

19:0,5 вызовет уменьшение скорости струи вводимого газа. Тем самым уменьшится длина вводимой газовой струи и увеличится размыв футеровки надфурменной зоны. Уменьшение данного соотношения менее 16:0,3 вызовет значительное увеличение скорости струи и тем самым зона разрушения газовой струи опасно приблизится к противоположной (от фурмы) стенке

Ъ патрубка вакууматора и также вызовет дополнительный размыв футеровки.

Увеличение расхода инертного газа при сохранении предлагаемого соL отношения длины к ширине плоского сечения струи, с одной стороны, также вызовет дополнительный размыв противоположной стенки футероьки патрубка, а с другой, — увеличит остаточное давление в вакуумной камере и тем самым снизит скорость дегазации металла. Последнее объясняется тем, что ступень пароэжекторного насоса, создающая минимальное разрежение, рассчитана на небольшое количество откачиваемых газов и при увеличении их количества (нейтральный газ и натекающий воздух) больше расчетного предела автоматически отключается создающая минимальное разрежение ступень и в работе находятся более производительные, но не обеспечивающие .низкого остаточного давления в вакуумной камере ступени насоса.

Введение в первую очередь РЗМ вместо циркония вызовет образование большого количества кислородных включений Р3М, которые плохо удаляются из металла, а также ухудшение десуль31896 4

55 фурации металла. Введение в первую очередь бора также приведет к взаимодействию бора с кислородом, растворенном в металле, и тем самым его влияние на структуру металла будет сведено к минимуму.

Предлагаемые соотношения определяются составом стали и требуемыми свойствами. Введение циркония менее

1, РЗМменее 10, бора менее 6 приводит к неравномерному распределению структурных составляющих и карбидных фаз, что снижает длительную прочность стали.

При цирконии более 300, РЗМ более 70 образуются неравномерные скопления неметалЛических включений,при боре более 6 — на границах зерен наблюдается боридная эвтектика. Скопления неметаллических включений циркония и

РЗМ и наличие боридной эвтектики резко ухудшает длительную прочность и технологическую пластичность стали.

Оптимальность предлагаемых параметров доказана в таблице.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Сталь марки 12Х1МФ выплавляют в

100-тонной дуговой печи. После расплавления и окисления углерода и фосфора и скачивания окислительного шлака в металл, содержащий молебден, присаживают феррохром, ферросилиций, ферромарганец и шлакообразующие (известь и плавиковый шпат) в соотношении (S — 4): 1. После проплавления шлакообразующих их раскисляют

/ порошками кокса и алюминия. Ири о

1650 С металл выпускают из печи в ковш, отбирают пробу на алюминий и азот и подают к порционному вакууматору. Начинают подачу аргона до опускания патрубка вакууматора в металл.

Газ подают плоской струей с расходом

0,46.10 м /т:мин через фурму, обеспечивающую отношение длины к ширине сечения струи в месте ввода в металл в пределах (16-19) : (0,3-0,5) . Фурма расположена в нижней части патрубка вакууматора. Патрубок опускают в металл и отключают насос. После достижения разрежения 1900-3300 Па начинают перемещение (качание) вакуумной камеры. В процессе вакуумирования. давление в вакуумной камере уменьшается до 66,5-260 Па. Спустя 3-4 мин после начала вакуумирования (первого

Степень Соотнове" деаэота .ние пирпни, коний: сРЗИ : бор расход Величие молиб- основ дена ной кг/т фаям

Приме

Соотновение длины к внрине поперечного сечения струи

Пластнч- .

Расход инертного газа t

t0-

u /t мин

Рост вача ла ваку уъировв ния, Па

Рост при вводе легиР1поних, Па

Темпера тура испытания> С

Время до раэрувения

18О

11Пв, ч

Время до начала ввода легиру

Вщнхг мнн оличе тво гглавох ность, 1 5 1бг0,30 1900 ббг5 0,49

Бейннт+ феррит

570 2350 25

40 1с Ю:1

То ве

33 300с70сб 10

2 8 . 19г0,50 2600 133

570 2700 21

0,46

570 25о8 22

3 4 t7c0,40 3300 260 0,47 7 . 38 t00:50;4, 12

4 3 22с0,60 4000 280 0,52

570 1500 13

25 350:Вог8 20 ю

Перлит+ феррит

0,4

27 0,5:7:0,7 30

То ве

570 900

5 5, 14г0,25 15ÎÎ 66,О

2000 б . 3

О-1О п

570 780 15

3О

66,5 (беэ ввода) Составитель А.Щербаков

Техред В.Кадар Корректор N.Øàðotttè

Редактор И.Егорова

Тираж 549 Подпи сное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3769/23

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4

5 133 перемешивания вакуумной камеры) по газоанализатору определяют количество кислорода в откачиваемых газах и, в случае необходимости, увеличивают расход инертного газа до 0,49 х х 10 о мд/ т-мин. После 6-9 мин вакуумной обработки при давлении инертной атмосферы 66,5-260 Па производят присадку циркония, РЗМ и бора. Продолжают вакуумирование металла с продувкой аргоном еще 2-3 мин и затем давление повышают до нормального и аргон отключают. Отбирают пробу и замеряют температуру. Плавку передают на разливку.

В таблице приведены примеры выполнения предлагаемого способа (1-3) применительно к стали марки 12Х1МФ, а также плавок, проведенных с использованием запредельных параметров (4 и 5) и осуществленных по извест° ному способу (6). Плавки проводились в 100-тонной дуговой печи. Вакуумирование металла осуществлялось на порционном вакууматоре.

Как видно иэ таблицы, преимущество предлагаемого способа перед из-. вестным заключается в снижении содержания азота в металле, в получении гарантированной бейнитной структуры

1896

6 металла, что способствует повышению жаропрочных свойств металла.

Формула и э о б р е т е н и я

Способ микролегирования стали активными элементами, включающий раскисление алюминием, вакуумирование, присадку микролегирующих добавок., например редкоземельных металлов, отличающийся тем, что, с целью повьппения стабильности усвоения микролегирующих активных элементов, снижения содержания азота, гарантированного получения заданной структуры твердого раствора и повьппения жаропрочных свойств стали, снижения легированности дефицитными эле-, ментами, микролегирующие добавки вводят на зеркало металла при давлении

20 инертного газа над расплавом 66,5

260 Па, которое обеспечивают подачей его в расплав плоскими струями с отношением длины к ширине сечения струи в месте входа ее в металл в

25 пределах (16-19) : (О, 3-0,5) и расходом инертного газа на фурме (0,46-0,49) * 10 3 и /т мин, причем цирконий, редкоземельные металлы и бор вводят в соотношении (1-300) : (1030. 70) : (1-6) спустя 6-9 мин после . достижения давления над металлом в пределах 1900-3300 Па.