Способ выплавки лигатуры на основе нитридообразующих металлов

 

Изобретение относится к металлургии , в частности к способам вып лавки лигатуры., применяющейся для ввода в сталь азота н ванадия,Цель. изобретения - упрошение технологии производства лкг зтурЫэ снижение ее расходй м повышение стабилькостн ввода азогя в сталь, Способ выплавки лигатуры включает расплавление железа ;.; ванадия, раскисление металла алюминигм из расчета получения его 3 лигатуре 052-0,25%, ввод нитридов в течент е 70-30 М Ш при температуре расплава на бО-хЛО С вьгле температуры ликвидуса и ввод ферросилиция перед вьшуском в количестве 6-8 кг/т, Ваиадий и азот вводят мз расчета .олучення в лигатуре соотношения 9:1 - 11:1, За счет образования и выделения в лигатуре нитридов ванадня понкжае-тся температура ее плавления 5 обеспечивается насыщение стали азотом в микрообъемах при растворении нитридов, что приводит к повьшенк;-о с 1 аСильности ввода азота в сталь 3 .4-8 раз и его усвоения в 2,0-2,5 раза по сравнению с извест-- нын способом., I ф-лЫэ 4 табл. tp У

СО}СЗ СОаЕТСНИХ

СОЦИЛЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

Ш 4 C 22 С 33/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕ ., ПС} ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГНКТ СССР

И АВЗ ОРСЙОМУ СЕ 4ДЕТЕЛЬСТВУ (2i) 4170553/31-02 (2 ) 26.12,86 (46) 15. 02,89 Бмт. 19 6 (72.} Я.8,Бабасккн, Е.Г.Афтандклянц

В.Н.1(упыро и R.Ø.Òàêêàïåâè÷ («3) 669, 68 (()88,8) (56) Лякишев 1}.П. и др. Ванадии в черной металлуггкк. }1,. "Металлургия, 1983, с. 78-80.

Авторское свидетельства .СОР

Р 557117, кл. С 22 С 33/,10.- 1977.

Авторское ..в ".äетель с во .CGP

Р 1036761, кл,, " 2 В /06 1982. (5 -4 ) сносоБ Вь1ЛЛАВБЯ пигАТУРь} НА ОсПОВЕ,ЯИТГИДООБРАЗ ЛЩ4Л МЕТАЛЛОВ (5>) Изобретение атюсктся к металлургии, в частности к способам выплавки лигатур;,, пр| «=-;êÿþèåéñÿ для ввода B сталь азата к ванадия Цель. изобретения — упрашенк.:.=- технологии производства лигатуры, сниже.ке ее

Изобретение тносится к металлургии, в частности к способу выплав ки лигатуры, применяющейся для ввода в сталь азота и занадия.

Цель кэабретенкя — упрощение технологии производства лигатуры, снижение ee pacxoor» и повышение стабильности ввода азота в сталь.

Предпожено после гасплавления металлической завалкк (железа к ванадия) о уществлять раскисление алю жиием да остаточного содержания его в лигатуре 0,2-0,252, затем в течение ?0-80 мин вводить нитрирасход..: i.. повышение стабильности

Ввода аз ат В сталь ГПОсОЙ выплав ки лига;уры включает расплавление железа:; ьанадия, раскисленке ме алла алюмкнк..- . кэ расчета получения его »:æãàòópå 0,2-0,257,, ьвад нкт-. ридав в течение ?0-80 мин при температуре ра:::,".àçà на 160-240 Г выше температуры лкквидуса и ввод ферросилиция перед выпуском ь количестве

6 8 кг(т. Ва гадий ч азат вводят нз расчета :.:луч ения В лигатуре соотношения 9: 1 — 11: 1 „Ва счет абразав";— ния к выделения в лигат ре нитридав ванадия панкжается температура ее плавления, обеспечивается насыщение стали затам в микрообъемах при pacT= вареник пнтркдав, чта приводит к повышению =табкльнастк ввода азата в сталь в 4-8 раэ и ега усвоения в

2,0-2,5 раза па сравнению с известным c.п. а сабам;. 1 s и, А-лы 4 табл, ды прк те ;-.ературе расплава на 160 40 С выше те ;пеоатстрГ лкквкдчса., а ферросилиций ввод.=.ть г еред в:.н "кам в лигатуре 6-8 кг/т. Предусмотрена также, чта ванадий и азат вводят кз расче-;,-"; получения в лигатуре кх соотношения (9-11 ):1, Раскксление металла после расплав ленин алюминием иэ рас:ета получения в лигатуре менее 0,27-. нецелесообразна. тек как увеличкваетсч насыщенность расплава кислородом и сникается стабильность усвоения азата расплавам. Раскислением,еталла да палуче—

1458410 ния остаточного содержания более

0,25Х нецелесообразно, так как увеличивается расход алюминия без существенного снижения содержания кисло5 рода в расплаве.

Применение нитридов (хрома, ванадия, марганца и т.д.) для насыщения расплава азотом упрощает технологию выплавки лигатуры, поскольку. устраня- 10 ется операция известного способа— ввод карбидов для восстановления нитридов из оксинитридов и раскисление.шлака большим коли:еством ферросилиция дпя восстановления нитридо- 15 образующих элементов и-, окислов, Ввод нитридов после раскисления алюминием необходимо осуществлять небольшими порциями в течение 70—

80 мин. Это время является опти- 2р мальным,, поскольку достаточно полно успевают пройти процессы диффузионного переноса частиц азота через поверхностный слой металла и конвективное перераспределение «эбта в объе†25 ме жидкого металла.

Ввод нитридов эа время меньше

70 мин приводит к незначительному усвоению азота в расплаве и неоднородному распределению .азота вследст- з0 вие недостаточного времени дпя осуществления диффузионного переноса частиц и конвективного перераспределения азота по обьему расплава.

Ввод нитридов за время больше

80 мин нецелесообразен потому, что увеличивается расход электроэнергии при незначительном повышении однород-. ности расплава.

Ввод нитридов в расплаве при перегреве над температурой ликвидуса о менее, чем на 160 С затруднен вследствие высокой вязкости расплава. Ввод нитридов в расплав лигатуры при перегреве над температурой ликвидуса. более, чем на 240 С нецелесообразен, поскольку при этом наблюдается значительный перегрев расплава, что приводит к преимущественному насыщению

его кислородом потому, что с увеличением температуры расплава, содержащего нитридообразующие элементы, растворимость азота в нем уменьшается и в то же время происходит суще55 ственное насыщение его кислородом (например, при ув елич ении темп ер атуры расплава на 100 С содержание кис- лорода увеличивается на 507,).

При вводе ферросилиция в количестве менее 6 кг/т расплава лигатура не дробится, что затрудняет ее применение, а при вводе более 8 кг/т значительно уменьшается растворимость азота в расплаве, что приводит к перерасходу лигатуры при производстве стали.

Применение лигатуры с соотношением ванадия и азота (9-11 );1 позволяет одновременно вводить в сталь заданные оптимальные концентрации ванадия и азота. При вводе их в коли— честве, дающем соотношение менее

9:1, увеличивается расход лигатуры.

При вводе в количестве более 11:1 появляется необходимость дополнитель— ного легирования стали азотом после обработки ее лигатурой, Выплавка нитридванадиевой лигатуры предлагаемым способом позволила получить легкодробящийся ферросплав с низкой температурой плавления (1170-1300 С), которым можно обрабатывать сталь как в печи, так и я ковше.

Лигатура, выплавленная предлагаемым способом, представляет собой сплав на железной основе с выделившимися после затвердевания нитридами ванадия. При обработке такой лигатурой насыщение расплава стали азотом происходит в микрообъемах при растворении нитридов, что приводит к 95

100%-ному усвоения азота сталью. Это предопределяет высокуи стабильность повышения уровня физико †механическ свойств сталей с нитридванадиевым упрочнением, обработанных лигатурой, изготовленной по предлагаемому способу, Пример. В индукционной печи

МГП-102 с основной футеровкой выплавили нитридванадиевую лигатуру известным и предлагаемым способами, Использовали следующие шихтовые материалы". армко железо марки iKP (ТУ 141-3161-81), феррованадий ФВД-35 марки В (ТУ 14-5-98-78),ферросилиций

ФС 75 (ГОСТ !415-78), высокоуглеродистый феррохром ФХ 8ООА (ГОСТ 475779), алюминий АВ97 (ГОСТ 295-79) и азотированный марганец Мр НОБ (ТУ 1435-59 — 80), азотированные феррохром марки ФХ600 НА (ГОСТ 4757-67) и феррованадий марки ФВДН-4 (ТУ 14-5-12?80).

1458

15

30

40

Способ осуществляли следующим образом.

В печь загружали армко железо,после расплавления раскисляли аляминием, затем в расплав вводили азотиронанный сплав, а перед выпуском — ферросилиций. Технологические параметры и результаты выплавки лигатуры даны в табл.1,2.

К преимуществам предлагаемого способа получения лигатуры следует отнести также снижение расхода ферросилиция при одновременном уменьшении на один порядок содержания кислорода и углерода в металле, резкое улучшение условий измельчения лигатуры.

Для определения стабильности ввода азота в сталь провели серию плавок стали 23Х ГС2МФЛ в индукционной печи с основной футеровкой, После проплавления пихты, раскисления стали, доведения расплава до заданного химического состава металл нагревали до 1600 С и вводили лигатуру из расчета ввода 0,0157 азота, При проведении плавок 1-3,5-7,9- 11,!315,17-19,21-23 (табл.2) лигатуру вводили и печь емкостью 60 кг. При сливе металла плавок 4,8,1?,16,20,?4, выплавленного в 150-килограммовой индукционной печи, лигатуру загружали на дно 50-килограммового ковша и с одной плавки заливали 3 ковша.

Модифицированной сталью 23ХГС2МФЛ заливали керамические формы для изготовления образцов и определения механических свойств стали.

Стабильность внепечного ввода азота в сталь 23ХГС2И@Л приведена в табл. 3 и 4. (в табл. 3 и 4 приведены средние значения трех измерений) .

410 6

Внол лигатуры н печь, н основном нноп в сталь лигатуры, выплавленной по оптимальным вариантам технологии, позволил повысить усвоение аззота до

98?, что при одновременном увеличении его содержания в стали снижает удельньп расход лигатуры.

Применение предлагаемого способа позволило также сократить три технологические операции при производстве лигатуры и снизить брак литья стали ?3ХГС?МФЛ по механическим .свойствам на 35-507, вследстние стабилизации структуры металла из-за более высокой стабильности ввода азота (в 4-8 раз) и его усноение сталью (в 2,0 — 2,5 раза),,Формула изобретения

1, Способ выплавки лигатуры на основ е нитридообразующих металлов, включающий загрузку и расплавление железа и нитридообразуящего металла, присадку нитридов, ферросилиция перед выпуском и выдержку расплава, отлич ающий ся тем, что, с целью упрощения технологии производства лигатуры, снижения ее расхода и повышения стабильности ввода азота в сталь, в качестве нитридо— образующего металла используют ванадий и после расплавления железа с ванадием расплав раскисляют алюминием из расчета получения его в лигатуре 0,2-0,25Х, после чего в течение 70-80 мин вводят нитриды при с температуре расплава на 160-240 С выше температуры ликвидус, à ферросилиций вводят в количестве 6-8 кг/т.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что ванадий и азот вводят иэ расчета получения в лигатуре их соотношения (9-11 ):1 .

1458410

3 и х

Й о ц

U 4О о о

>4!! ! и х и

I i

,о сч

4 4 о а о

О О С

3/1 о

04

О х 14 4 -9 Е4

4Ч

О 8 О

О О О л с

О

С

О е

6I !

9 м

О

Й

I1 е

4 о

УЪ! I,I 3

o cci o а 4l а а о а

О1 М 9 9 4Ч а1

0С С о о

О О 9

04 М 04

9 O о а

00 C 4 !.9 C 4 а о

О О O

<3h 04 /Ъ

С 4

ft „

4а о! \4 и о о и, о (ъ

О Л О

СО 4 Ю

00 Х 1!

«I

5 о О О

О Ю

4Ч 4 4

О

I/; ч

О

0 а

О!

4О Х Ci, ! — ——

44

О

in

1/1

I! и

I (44

Ь

in

С 4 а

О О О

4Ч

Оо

e ,", 1 о

Ciü 44 Х

04 Х )r

0I g -!

uI!«j (.

Д с0 !

Ха О

О 3 С 4 ("

СО 4 44 О

1458410

3 (.

Х

Cd ф dI

К!

О О СС

1 ! и й ! I!

С !

° ° N ф

D ф а

С«е

СЧ ф

А ! о о

dl о х м

g.

1"

CI 1 о

i I

e e.

Ю а о

»С G

СЧ а а с с

С Ъ

N а а о с аС! а о

РЪ Ch а а о о

В о

1l ((о

СС 40 и а с о о

В а с о и

СЧ

О D о о а O а о

ССЪ

С«

С с л

I o

° а

О D

Ж о

Ю а о и

СЧ

G о о

СЧ

Ю о

С

ССа

O а.Ф N

С»Ъ л

d0 Ю а A

1 ф а

С \

ОЪ а а

СЧ

СЧ а а

СЧ ICI

О1 а а

С Ъ Ф ас! а

СЧ

Ch e а a(a

СЬ й

О а а

G N

Щ а а

СN

В а

СЧ

С) а

О СЧ а а

«С

cIa сч а а

О\

СЧ

С а

СЧ а а

С0 С Ъ

СЧ о

И о о с ф

D О со!

О) Id Ф ф

CCI Ж СЪ, С! о о

С>

С4 о о

ССЪ

СЧ о о О

N D о

О

МЪ

СЧ

I о, i v

1 Ф ad и ф о о

Ф СЧ (Ъ о о

О О, С(Ъ Л о о

С Ъ C)

С(Ъ

D

aCI П Г1 юЪ

N N

В а о о

С ) С а

N ф

N а а о о

3/\ О\

СЧ о о

ССЪ

ЕЧ N а а о о

СВЪ

СЧ а

Ю мЪ IO C CO Oi

1 !с

3k О ф Л с(Ъ О ас! ф I с(Ъ а а I

О CI о

Ф Р»

* IaC

В С ф (Ъ

Оп

Д х х

О !С

СЪ ф ф

I ф !

С я о о

Й Са Ц

ОС ! йй

1 458410

Та блица 3

Расход лигатуры и стабильность ввода аэота в ковш при выплавке стали 23ХГС2ИФЛ

Т Т

Плавк JIa стали

Дисперсий Коэффи

Х циент ри ации

Содержание элеиентов, Х

Содериание яв оа до вода и1 ятуры ение а, 2 сход гатуi,êг/т

0 35 2,49 - 10 19,6 40

1),0067

0,0127

l8,7

4 (прототип)

8 2 150

0,13 8,16 10

3 89

О, (}21

0,0207

0,0213

0,020

0,0197

1), 0063 ),0067

3,0067

0,0073

0,0073

7,8

0,14 4,71 ° 10

2,28

12 3

16 4

20 5

24 6

9,42 10

1,63 "10

1,25 ..1 0

4,43

0,14

10,,0

0,10

37,,5

0,16

75,0

" Хниическкй состав лигатуры согласно табл..1

Таблица 4

Расход лигатуры и стабильность ввода азота в ков}}} при выплавке стали 23ХГС2МФЛ

Коэффи- Усвоециент ние

Содержание элементов после вводя лигатуры,7.

Дисперсия, % асход Содержалигату- ние азоры,кг/т та до, ввода иг аураа ка варнав ции, % азота, % лигатуpb} Fo . 2.

9,13 10 4,57

1 16,3 0,006

0 020

0,021

0,019

0,016

0901 5

0,022

С}, 023

0,021

0,017

0,016

0,13

4,58 10

2 2

7,0 0,007

0,16

?,18

3,?4 ° 10 1,7

3 3 9 85 0 006

0,14

4 4 22,2 0,007

2,13 .10

0,09

l3,3

2,84 .10 18,9

7,21 -10 3 28

5 5 100 0,007

6 6 16,09 0,005

0,16

6,13 . 10

8,05 0,006

0,19

2,66

4,81 10 2,3

3 81 -10 22 4

8 8 10,5 0,005

9 9 23,0 0,006

10 1О 62,5 0,006

0,l7

0,11

2,96 -10

0,15

18,5

Химический состав лигатуры согласно табл,2.