Способ выплавки нержавеющих сталей переходного класса
Владельцы патента RU 2398032:
ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ПРОТОН-ПЕРМСКИЕ МОТОРЫ" (RU)
Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии выплавки нержавеющих сталей переходного класса в вакуумных установках. В способе в качестве шихты используют исходную сталь с показателями магнитной индукции на нижнем пределе, шихту расплавляют при температуре 1400-1420°С и глубоком вакууме 1·10-1-1·10-2 мм рт. ст., после чего расплав нагревают до температуры разгона плены 1700-1730°С при относительно низком давлении 20-50 мм рт. ст. в среде инертного газа, а раскисление лигатурой, содержащей редкоземельный компонент, осуществляют за 2-3 минуты перед разливкой, которую проводят в вакууме или среде инертного газа. Изобретение позволяет повысить уровень механических свойств стали, необходимых для производства тонкостенных крупногабаритных отливок. 1 табл.
Изобретение относится к области литейного производства, в частности к способам плавки нержавеющих сталей переходного класса, например ВНЛ-1, ВНЛ-2, ВНЛ-3, ВНЛ-5 и др.
Известен способ выплавки стали переходного класса ВНЛ-1 в открытой печи, включающий расчет шихты на избыток мартенсита, доводку до заданного фазового состава при плавке производят присадками хрома, никеля, углерода, причем сталь раскисляют в две стадии: предварительно Mn, Si, Ti и Аl, окончательно 0,1% Са, Si, или 0,05% Сl (Королев В.М. и др. Высокопрочная нержавеющая сталь ВНЛ-1, Литейное производство, №6, 1966, с.3-5).
Недостатком известного способа является низкий уровень механических свойств и большие затраты, необходимые для производства тонкостенных крупногабаритных отливок. Например, способ не исключает полного удаления легкоплавких окислов МnО·SiO2 и их отсутствия по границам зерен, а длительность процесса приводит к большим затратам энергии.
Наиболее близким по технической сущности является способ выплавки сталей переходного класса в вакуумной индукционной печи, включающий загрузку шихты, нагрев стали до температуры расплава (1530±10°С), предварительное раскисление, перегрев стали до температуры 1610±40°С и окончательное раскисление. (Производственная инструкция 1. 2. 257-84 «Выплавка литейных высокопрочных конструкционных и коррозионно-стойких сталей в открытых условиях и в вакууме и получение фасонных отливок», М., ВИАМ, с.7-11).
Недостатком известного способа является низкий уровень механических свойств и большие затраты, необходимые для производства тонкостенных крупногабаритных отливок. Заливка крупногабаритных отливок с толщиной стенок до 1 мм недостижима из-за недостаточной жидкотекучести расплава.
Целью изобретения является повышение уровня механических свойств стали, необходимых для производства тонкостенных крупногабаритных отливок.
Технический результат достигается тем, что в способе выплавки нержавеющих сталей переходного класса, включающем загрузку шихты, нагрев до температуры расплава, предварительное раскисление, перегрев стали, окончательное раскисление лигатурой, содержащей редкоземельный компонент, и разливку в вакууме или среде нейтрального газа, в качестве шихты используют исходную сталь с показателями магнитной индукции на нижнем пределе, расплавление шихты до температуры 1400-1420°С ведут при глубоком вакууме 1·10-1-1·10-2 мм рт. ст., после чего нагрев расплава до температуры разгона плены 1700-1730°С ведут при относительно низком давлении 20-50 мм рт. ст. в среде инертного газа, а за 2-3 минуты перед разливкой раскисляют лигатурой, содержащей редкоземельный компонент.
Установлено, что в процессе плавки при высоких температурах происходит угар углерода и никеля (С, Ni). Использование исходной стали в качестве шихты, с показателями магнитной индукции на нижнем пределе, обеспечивает экономию С и Ni.
Расплавление шихты при температуре 1400-1420°С ведут интенсивно на максимальной мощности при глубоком вакууме 1·10-1-1·10-2 мм рт. ст., что позволяет быстро провести эту стадию процесса плавки, не опасаясь угара легирующих элементов. Снижение вакуума производят напуском в плавильную камеру вакуумной печи инертного газа, например аргона.
Нагрев расплава до высоких температур 1700-1730°С при относительно низком давлении 20-50 мм рт. ст. в атмосфере инертного газа позволяет сохранить соотношение аустинитообразующих компонентов (углерода, никеля, кобальта, марганца) с мартенситообразующим компонентом (железом) и сохраняет показатели магнитной индукции, гарантирующие высокие показатели механических свойств.
Раскисление лигатурой, содержащей редкоземельный компонент, за 2-3 минуты перед разливкой, обеспечивает очистку расплава от загрязнений.
Способ реализуют следующим образом. В качестве шихты для выплавки стали используют компоненты: исходная сталь заводов поставщиков или литейный возврат собственного производства и легирующие компоненты для получения заданного химического состава по ОСТ 1.90090-79.
Исходную сталь совместно с другими компонентами загружают в тигель вакуумной индукционной печи. Первый этап плавки (нагрев шихты) и появления расплава при температуре 1400-1420°С ведут интенсивно на максимальной мощности при глубоком вакууме 1·10-1-1·10-2 мм рт. ст., который создают напуском в плавильную камеру вакуумной печи инертного газа, например аргона.
После полного расплавления всей шихты нагрев расплава до высоких температур разгона плены, равных 1700-1730°С, ведут при относительном давлении 20-50 мм рт. ст. в среде инертного газа. За 2-3 минуты до разливки металла в формы производят раскисление лигатурой, содержащей редкоземельный компонент, например церий.
Приготовленный расплав заливают в форму, установленную в вакуумной плавильной печи.
Достигаемые показатели механических свойств отливок по ОСТ 1.90090-79, прототипу и предлагаемому способу приведены в таблице.
Пример конкретного выполнения.
Известным способом изготавливают форму крупногабаритной тонкостенной отливки методом выплавляемых моделей. Перед заливкой форму прокаливают в газовой печи. Прокаленную форму с температурой 950-1050° устанавливают в вакуумную плавильную установку. В тигель плавильной печи вакуумной установки укладывают компоненты шихты: исходную сталь ВНЛ-5 завода поставщика с показателями магнитной индукции на нижнем пределе 160-165 мкА, литейный возврат собственного производства из этой же стали и легирующие компоненты по ОСТ 1.9000-79.
Установку закрывают и вакууммируют внутреннее пространство. Расплавление шихты до температуры 1400-1420°С ведут при остаточном давлении 1·10-1-1·10-2 мм рт. ст., после чего снижают давление в плавильной установке напуском аргона до остаточного - 20-50 мм рт. ст. Нагревают расплав до температуры разгона плены 1700-1730°С, а за 2-3 минуты перед разливкой - раскисляют лигатурой, содержащей радиоземельный компонент - церий. Затем расплав доводят до температуры заливки 1730°С и заливают в форму, установленную в вакуумной установке. Через 3-5 минут производят напуск воздуха в плавильную камеру установки, последнюю открывают и извлекают залитую форму.
| Таблица | ||||||||||||
| Марка стали | Механические свойства по | Механические свойства, предлагаемый | ||||||||||
| ОСТ 1.90090-79 | способ | |||||||||||
| σв кгс/мм2 | σ0,2 кгс/ мм2 | δ % | Ψ % | aн кгм/см2 | σв кгс/мм2 | σ0,2 кгс/ мм2 | δ % | Ψ % | aн кгм/см2 | |||
| 20°С | -196°С | 20°C | -196°C | |||||||||
| Не менее | ||||||||||||
| НЛ-1 | 100 | 70 | 12 | 30 | 4 | Не регламентируется | 128-134,8 | 101,4-109,1 | 20-29,4 | 63-68 | 8,9-12,0 | 7,9-14,4 |
| НЛ-2 | 135 | 90 | 10 | 30 | 4 | 139-146 | 101-118 | 12,5-18,9 | 61-68 | 7,2-14,3 | - | |
| НЛ-3 | 125 | 90 | 12 | 35 | 4 5 |
130- | 99- | 14- | 54- | 12,3 | - | |
| 110 | 85 | 14 | 40 | 145 | 124 | 20 | 62 | 17,3 | ||||
| НЛ-5 | 150 | 120 | 12 | 30 | 4 | 152- | 122- | 18,4- | 49- | 6,9- | - | |
| 163 | 136 | 22,0 | 56 | 8,1 |
Способ выплавки нержавеющей стали переходного класса, включающий загрузку и нагрев шихты до температуры расплава, предварительное раскисление, перегрев стали, окончательное раскисление лигатурой, содержащей редкоземельный компонент, и разливку в вакууме или среде инертного газа, отличающийся тем, что в качестве шихты используют исходную сталь с показателями магнитной индукции на нижнем пределе, шихту расплавляют при температуре 1400-1420°С и глубоком вакууме 1∙10-1-1∙10-2 мм рт. ст., после чего расплав нагревают до температуры разгона плены 1700-1730°С при относительно низком давлении 20-50 мм рт. ст. в среде инертного газа, а раскисление лигатурой, содержащей редкоземельный компонент, осуществляют за 2-3 мин перед разливкой.
