Способ выплавки высокохромистых сталей и сплавов в открытых индукционных печах


 


Владельцы патента RU 2630101:

Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ" (RU)

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при выплавке в открытых индукционных печах высокохромистых жаропрочных сталей с низким содержанием азота. Способ включает завалку шихты, ее расплавление, введение в печь шлакообразующих материалов, предварительное раскисление, легирование расплава, усвоение легирующих компонентов, окончательное раскисление, скачивание шлака и разливку в ковш, при этом в конце легирования после усвоения легирующих компонентов при температуре расплава не выше 1600°С одновременно порциями вводят хром и легирующие компоненты, повышающие растворимость азота в железе, и после их усвоения за время 5-7 минут проводят окончательное раскисление, скачивание шлака и разливку в ковш, причем после введения каждой порции на расплав дополнительно подают шлакообразующую смесь в количестве 1-3% от массы порции. Изобретение позволяет уменьшить содержание азота в высокохромистых сталях и сплавах, выплавленных в открытых индукционных печах, до уровня содержания азота в металле 0,02-0,025%. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при выплавке в открытых индукционных печах высокохромистых жаропрочных сталей с низким содержанием азота.

Известны способы выплавки высокохромистых сталей и сплавов в вакуумно-индукционных печах, которые позволяют получить металл с низким содержанием азота.

(RU 2373297, С22В 9/20, С22С 38/50, опубликовано 20.11.2009, RU 2469117, С22С 38/18, С22С 1/02, опубликовано 10.12.2012)

Однако стоимость выплавки в вакуумно-индукционной печи в несколько раз превосходит стоимость выплавки в открытой индукционной печи. При этом продолжительность вакуумной выплавки по сравнению продолжительностью выплавки в открытой индукционной выше в 2,5-3 раза.

Известен способ выплавки высокохромистой жаропрочной стали в открытой индукционной печи.

(RU 2579710, С22С 38/60, С22С 38/50, опубликовано 10.04.2016)

Однако осуществление этого способа в открытой индукционной печи требует использование только чистых шихтовых материалов. При этом для дошихтовки недопустимо использование металла, бывшего в эксплуатации и сильно окисленных компонентов.

Наиболее близким по технической сущности является способ выплавки высокохромистой жаропрочной стали в открытой индукционной печи, включающий завалку шихты, ее расплавление, введение в конце плавления шихты (после просадки шихты на 0,5-0,7 по высоте тигля) хрома, расплавление, введение шлакообразующих компонентов, предварительное раскисление, введение легирующих компонентов, их усвоение, окончательное раскисление, скачивание шлака и разливку в ковш.

(Сборник технологических инструкций по выплавке и разливке жаропрочных, прецизионных сталей и сплавов в дуговой и индукционной печи, Минчермет СССР, завод «Днепрспецсталь», г. Запорожье, 1983, с. 99-105, с. 167-172)

Недостатком известных способов выплавки высокохромистых сталей и сплавов в открытых индукционных печах является, даже с учетом достаточно небольшого времени выплавки, повышение концентрации азота в выплавляемой стали за счет поглощения азота из воздуха. Это приводит к выделению грубых частиц нитридов и карбидов типа Ме23C6 по границам зерен и образованием объединенных приграничных зон, что снижает прочностные характеристики металла, в частности, время до разрушения металла под напряжением более чем на порядок. Поэтому содержание азота в высокохромистых жаропрочных сталях должно быть ограничено до 0,02-0,025 мас. %.

Задачей и техническим результатом изобретения является уменьшение содержания азота в высокохромистых сталях и сплавах, выплавленных в открытых индукционных печах, до уровня содержания азота в металле 0,02-0,025%.

Технический результат достигается тем, что способ выплавки высокохромистых сталей и сплавов в открытых индукционных печах включает завалку шихты, ее расплавление, введение в печь шлакообразующих материалов, предварительное раскисление, легирование расплава, усвоение легирующих компонентов, окончательное раскисление, скачивание шлака и разливку в ковш, при этом в конце легирования после усвоения легирующих компонентов при температуре расплава не выше 1600°С одновременно порциями вводят хром и легирующие компоненты, повышающие растворимость азота в железе, и после их усвоения за время не более 5-7 минут проводят окончательное раскисление, скачивание шлака и разливку в ковш, причем после введения каждой порции на расплав дополнительно подают шлакообразующую смесь в количестве 1-3% от массы порции.

Технический результат также достигается тем, что в качестве легирующего компонента, повышающего растворимость азота в железе, используют ванадий, ниобий и титан; содержание азота в шихтовых материалах не более 0,015 мас. %, а в качестве шлакообразующей смеси используют смесь оксида и фторида кальция в соотношении 1:1 или смесь порошка алюминия, оксида и фторида кальция в соотношении 1:1:1 - 1:1:2. Изобретение можно проиллюстрировать следующим примером.

Выплавку жаропрочной стали 08Х14Н4М2Д проводили на чистых шихтовых компонентах. Данная сталь может содержать до 0,12 мас. % азота при плотной бездефектной структуре металла.

В качестве шихтовых компонентов использовали материалы с низким содержанием азота: феррохром безуглеродистый марки ФХ002; никель электролитический марки Н-1; железо типа «Армко»; молибден марки МШВ; ниобий марки НБШ; медь катодную; марганец электролитический марки МРО; ферросилиций ФС 75; алюминий первичный и редкоземельные металлы (РЗМ) марки МЦ 50ЖЗ. Можно использовать вместо феррохрома хром, типа Х99, или Х98,5, он еще чище и лучше, только значительно дороже. Содержание азота в никеле, меди, марганце, ниобии, ферросилиции, алюминии и РЗМ не превышало 0,003%и согласно требованиям ГОСТа. Содержание азота в электродном бое не превышало 0,05 мас. %, а количество азота, вносимого им, - 0,006 г. Содержание азота в железе не превышало 0,015 мас. %.

В качестве шлакообразующих материалов использовали смесь оксида и фторида кальция в соотношении 1:1. Аналогичный результат был достигнут при использовании в качестве шлакообразующей смеси смеси порошка алюминия, оксида и фторида кальция в соотношении 1:1:1.

Выплавку стали известным способом в 12-кг открытой индукционной печи вели горячим всадом после проведения промывных плавок. В завалку давали углерод, железо и никельсодержащие шихтовые материалы. После расплавления завалки в печь вводили шлакообразующие материалы и молибден, а после проплавления шихтовых материалов и усвоения молибдена вводили феррохром.

В качестве шлакообразующего материала использовали смесь оксида и фторида кальция в соотношении 1:1. Аналогичный результат дает смесь порошка алюминия, оксида и фторида кальция в соотношении 1:1:1 - 1:1:2. Затем расплав предварительно раскисляли кремнием и проводили легирование расплава введением легирующих компонентов: марганца, меди и т.д. После выдержки расплава в течение 5-6 минут для полного усвоения компонентов вводили остальные легирующие компоненты, в том числе ванадий, ниобий и титан в виде ферросплавов и/или лигатур. После выдержки расплава в печи до полного усвоения всех компонентов расплав в печи окончательно раскисляли алюминием. При этом температура расплава составила около 1550°С. После этого скачивали шлак и проводили разливку в ковш. В ковше металл раскисляли РЗМ (редкоземельными элементами).

Затем отбирали пробы для химического и газового анализа и разливали металл по изложницам. Результаты исследования содержания азота в металле представлены в таблице. Из данных, представленных в таблице, следует, что в процессе выплавки сталь адсорбировала из газовой фазы 0,04 мас. % азота со скоростью 0,0025 мас. % в минуту, причем концентрация азота в готовом металле составила 0,057 мас. %, что превысило заданное содержание азота более чем в два раза.

Выплавку стали способом по изобретению осуществляли на тех же шихтовых материалах в индукционных печах различной емкости: 12 кг, 50 кг и 150 кг при различных отношениях площади зеркала металлической ванны к массе садки - Кs/m, равных соответственно: 0,001; 0,0006 и 0,0004 м2/кг. В завалку давали углерод, железо и никельсодержащие шихтовые материалы. При расплавлении завалки и формировании зеркала жидкого металла вводили шлакообразующие материалы и молибден. После расплавления шихты расплав предварительно раскисляли кремнием и проводили легирование расплава введением легирующих компонентов (марганца, меди и т.д.), необходимых по составу, в виде лигатур и ферросплавов.

После их усвоения в конце легирования при температуре расплава не выше 1600°С одновременно порциями вводили хром (в виде чистого металла или феррохрома) и легирующие компоненты, повышающие растворимость азота в железе (ванадий, ниобий и титан), причем после введения каждой порции на расплав дополнительно подавали шлакообразующую смесь в количестве (по массе) 1-3% от массы порции. В качестве шлакообразующего материала использовали смесь порошка алюминия, оксида и фторида кальция в соотношении 1:1:1. Затем после усвоения указанных легирующих компонентов за время 5-7 минут (не более) проводили окончательное раскисление алюминием, скачивание шлака и разливку металла в ковш.

Температура процесса составляла 1550-1570°С. В ковше металл раскисляли РЗМ, отбирали пробу на химический и газовый анализ, разливали в изложницы.

Результаты исследования содержания азота в металле представлены в таблице. Из данных, представленных в таблице, следует, что содержание азота в стали 08Х14Н4М2Д составляло от 0,016 до 0,018 мас. %.

По предлагаемой технологии была проведена серия из 50 плавок на Кировском литейно-механическом заводе в 450-кг индукционной печи с основной футеровкой. Содержание азота в металле всех опытно-промышленных плавок составляло от 0,014 до 0,022 мас. %.

Таким образом, содержание азота в стали, выплавленной по предложенной технологии, значительно ниже содержания азота в стали, выплавленной известным способом, и находится на уровне содержания азота в металле, выплавленном с использованием вакуумных дуговых печей.

1. Способ выплавки высокохромистых сталей и сплавов в открытых индукционных печах, включающий завалку шихты, ее расплавление, введение в печь шлакообразующих материалов, предварительное раскисление, легирование расплава, усвоение легирующих компонентов, окончательное раскисление, скачивание шлака и разливку в ковш, отличающийся тем, что в конце легирования после усвоения легирующих компонентов при температуре расплава не выше 1600°C одновременно порциями вводят хром и легирующие компоненты, повышающие растворимость азота в железе, и после их усвоения за время 5-7 минут проводят окончательное раскисление, скачивание шлака и разливку в ковш, причем после введения каждой порции на расплав дополнительно подают шлакообразующую смесь в количестве 1-3% от массы порции.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве легирующего компонента, повышающего растворимость азота в железе, используют ванадий, ниобий и титан.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержание азота в шихтовых материалах устанавливают не более 0,015 мас. %.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве шлакообразующей смеси используют смесь оксида и фторида кальция в соотношении 1:1 или смесь порошка алюминия, оксида и фторида кальция в соотношении 1:1:1-1:1:2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к противоточной обжиговой печи для производства анодов. Печь содержит камеру для материала, канал горения, выполненный по обе стороны от камеры для материала, переднюю стенку и заднюю стенку, канал сбора летучего компонента, выполненный над камерой для материала, вертикальный канал летучего компонента, выполненный внутри передней стенки, вертикальный канал летучего компонента, выполненный внутри задней стенки, при этом вертикальный канал летучего компонента передней стенки сообщен с каналом сбора летучего компонента и нижним уровнем канала горения, вертикальный канал летучего компонента задней стенки сообщается с каналом сбора летучего компонента, вторым нижним уровнем канала горения и средним участком канала горения, вытяжную тарелку летучего компонента, расположенную на входе нижнего уровня канала горения, вытяжную тарелку летучего компонента, расположенную на входах второго нижнего уровня канала горения и среднего участка канала горения, канал предварительного нагрева воздуха, расположенный ниже нижнего уровня канала горения, вытяжную тарелку предварительного нагрева воздуха, расположенную на входе канала предварительного нагрева воздуха, при этом канал предварительного нагрева воздуха сообщен с задней стенкой нижнего уровня канала горения, первый уровень канала горения сообщен с дымоходом, а рукав охлаждающей воды расположен ниже камеры для материала.

Изобретение относится к газовой плавильной печи для переплава отходов цветных металлов и сплавов, таких как: медь и ее сплавы - латуни и бронзы, алюминий и его сплавы, цинк и его сплавы.

Изобретение относится к металлургической и машиностроительной промышленности и может быть использовано для получения химически чистого цинка из гартцинка, являющегося одним из двух основных отходов цинкования металлопродукции, с последующим возвратом цинка в основное технологическое производство.
Изобретение относится к литейному производству. .

Изобретение относится к индукционной нагревательной технике и может быть использовано для плавки металлов и сплавов. .

Изобретение относится к металлургии, касается плавки и рафинации сплавов, преимущественно лома и отходов из цветных металлов, в основном свинцовых и алюминиевых. .

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к внепечной обработке стали с применением электродугового ее подогрева в ковше. .

Изобретение относится к металлургическому оборудованию, в основном к печам для плавки цветных металлов и сплавов, имеющих низкую температуру кипения и выделяющих ядовитые пары.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной многофазной стали с минимальным пределом прочности на растяжение 580 МПа, преимущественно с двухфазной структурой, для изготовления холодно- или горячекатаной стальной полосы толщиной 0,50-4,00 мм с улучшенными формовочными свойствами, применяемой, в частности, для автомобилестроения с применением легковесных конструкций.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к нержавеющему сплаву на основе железа и хрома, используемому для изготовления ювелирных изделий и деталей часов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов, используемых для легирования стали. Сплав содержит, мас.%: ванадий 30,0-35,0; углерод 0,5-1,0; хром 8,0-10,0; ниобий 8,0-12,0; селен 0,5-1,0; железо - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству горячекатаной стали, предназначенной для применения в сооружениях и конструкциях различного назначения в Арктике и Антарктике.

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу изготовления высокопрочной конструкционной стали. Способ изготовления высокопрочной конструкционной стали включает этап изготовления сляба для изготовления стального сляба, этап (1) нагревания стального сляба до температуры в диапазоне от 950 до 1300°С, этап (2) выравнивания для выравнивания температуры стального сляба, этап горячей прокатки стального сляба, содержащий стадию (5) горячей прокатки I типа в диапазоне температур, в котором не происходит рекристаллизация, ниже температуры окончания рекристаллизации (RST), но выше температуры А3 образования феррита, и для обеспечения температуры чистовой прокатки (FRT), этап (6) закалки горячекатаной стали со скоростью охлаждения по меньшей мере 20°С/с до температуры окончания закалки (QT), причем указанная температура окончания закалки (QT) находится между температурами Ms и Mf, этап (7, 9) перераспределяющей обработки для перераспределения углерода в микроструктуре горячекатаной стали от мартенсита к аустениту, и этап (8) охлаждения горячекатаной стали до комнатной температуры посредством принудительного или естественного охлаждения.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении быстрорежущей стали из кусковых отходов изношенного режущего инструмента и штамповой оснастки методом электрошлакового переплава.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству труб нефтяного сортамента. Для повышения коррозионной стойкости металла труб в средах, содержащих сероводород (при парциальном давлении H2S до 1,5 МПа) и углекислый газ (при парциальном давлении СО2 до 0,1 МПа) как одновременно, так и в отдельности, и обеспечения предела прочности не менее 655 МПа, предела текучести от 552 до 758 МПа и сопротивления ударным нагрузкам при минус 60°С не менее 70 Дж/см2 трубы получают из стали, содержащей, мас.%: углерод 0,15-0,25, кремний 0,15-0,35, марганец 0,40-0,70, хром 0,70-1,50, молибден 0,10-0,30, ванадий 0,03-0,08, алюминий 0,015-0,050, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, азот не более 0,012, медь 0,15-0,35, никель не более 0,30 (или 0,30-0,70), железо и неизбежные примеси остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к мартенситным коррозионно-стойким сталям, применяемым для изготовления режущего, мерительного инструмента, пружин, предметов домашнего обихода, подшипников, деталей компрессоров и других изделий, работающих до температур 400-450°C и в слабоагрессивных средах.

Изобретение относится к сварной стальной детали и способу ее изготовления. Заготовка детали получена сваркой встык, по меньшей мере, одного первого и одного второго листа.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению горячештампованного листа, используемого для изготовления энергопоглощающих элементов безопасности транспортных средств.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стальным трубам, получаемым электрической контактной сваркой. Труба имеет химическую композицию, содержащую, в мас.%, С: от 0,03 до 0,59, Si: от 0,10 до 0,50, Mn: от 0,60 до 2,10, Al: от 0,01 до 0,35, Са: от 0,0001 до 0,0040, Cr: от 0,01 до 1,09, при этом содержание Si и содержание Mn удовлетворяют массовому отношению Mn/Si, находящемуся в диапазоне от 6,0 до 9,0, и остальное составляет Fe и неизбежные примеси. В сварном соединении общее количество кремния, марганца, алюминия, кальция и хрома во включениях с эквивалентным диаметром круга 8 мкм или более составляет не более 16 ч./млн в мас.% относительно общей массы сварного соединения шириной 2 мм, включая основу, содержащую железо и неизбежные примеси. Получаемые трубы имеют прочность на разрыв TS не менее 434 МПа, а сварное соединение обладает стойкостью к водородному растрескиванию (HIC) и низкотемпературной ударной вязкостью при испытаниях по Шарпи при -60°С согласно JIS Z 2242 не менее 120 Дж. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.
Наверх