Способ раскисления и модифицирования стали и сплавов

 

Яфт ; г и, ОП ИСАНИЕ".

ИЗОБРЕТЕНИЯ

<а 724579

Союз Советскин

Социалистическик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено23.10.78 (2l ) 2677178/22-02 с присоединением заявки,% (53 ) M. Кл:—

С 21 С 5/52

С 21 С 7/00

Госудерстеенный комитет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 30.03.80, Бюллетень,№12 но денем изобретений и открытий (5З) УДК669.18.

27 (088.8) l

Дата опубликования описания 31.03.80

Ю. Я. Скок, В. М. Шеглов, В. А. Ефимов, П, Е, Ходаков

В. С. Чулков и А. А. Алымов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Институт проблем литья АН Украинской ССР

Г (54) СПОСОБ РАСКИСЛЕНИЯ И МОДИФИ11ИРОВАНИЯ

СТАЛИ И СПЛАВОВ!

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к. сталеплавильному и литейному производству.

Известны способы раскисления и модифицирования стали и сплавов, включающее раскисление алюминием и модифи5 цирование кальцием и редкоземельными металлами (РЗМ) P) и P).

Наиболее близким по технической cymности и достигаемому результату к изобретению является способ модифицирования стали и сплавов, включающий вве. дение в металл после раскисления его алюминием 0,05-0,3% кальция, 0,050,4% циркония и 0,02-0,3% РЗМ и после выпуска металла из печи - остальной части кальция в количе тве 0,020,2% от веса расплава (3).

Однако в стали, модифицированной такими способами, неизбежно присут ствуют в большом количестве хрупкие алюминаты кальция, которые оказывают отрицательное влияние на свойства сталей, особенно иысокопрочных. 11о извесъ! ному способу раскисления и модифицирования сталь недостаточно глубоко рафи-. нируется от вредных приммесей (кислорода, серы) и неметаллических включений изза отсутствия шлака для поглощения включений. Кроме ч ого, при использовании для модифицирования. металлического кальция он быстро испаряется и выгорает часто с выплесками металла; при использовании кальция в виде силихокальция даже при расходе на среднем пред ле большинство конструкционных сталей выходит иэ марочного состава по крем-нию, что ограничивает применение способа только для высококремнистых ста лей.

11елью изобретения является улучшение раскисления и рафинирования стали и сплавов от неметаллических включений.

Поставленная цель достигается тем, что сталь окончательно раскислчют алюминиевым дроссом в количестве 1-3 кг/т и модифицируют силикоквльцием совмест7>4579

55

1но с -силикомишметаллом в количестве

1-3 кг/т и 1,5 кг/т соответственно, Сталь, раскисления алюминием, неизбежно содержит высокоглиноэемистые неметаллические включения, наиболее

5 вредными из которых является корунд.

Глинозем и корунд оказывают отрицательное влияние на эксплуатационные свойства конструкционных и особенно высокопрочных сталей, а также полируемость 10 нержавеющих сталей. Принципиальное отличие способа раскисления алюминием состоит в том, что алюминий вводится в сталь в виде алюминиевого дросса, отходов производства алюминиевых 15 сплавов, содержащих 50-80%, мегаллического алюминия и шлакообраэующие компоненты - остальное. Шлакообразующие вещества расплавляются при темпе ратуре жидкой стали и формируют жидкоподвижный шлак. При раскислении стали алюминиевым дроссом образующиеся высокоглиноземистые включения и корунд ассимилируются жидким шлаком, сформированным к этому моменту из шлакообржующих веществ дросса, коагулируют и удаляются из металла. Верхний и нижний пределы введения дросса в сталь ойределяются необходимым количеством остаточного алюминия в стали. При введении дросса менее 1 кг/т сталь получается недостаточно раскисленной, что . приводит к повышенному угару модификаторов (силикокальция и силикомишметалла) и снижению эффективности мо дифицирования. Добавка дросса в сталь в количестве более 3 кг/т также приводит к ухудшению свойств à повышенного остаточного содержания алюминия и вторичного его окисления при разливке стали, при этом также ухудшается качество поверхности слитков, что вызывает дополнительные отходы при прокате и повышение трудоемкости изготовления, Силикокальций совместно с силикомиш металлом являются эффективными модификаторами стали. Они повышают дисперсность дендритной структуры, уме

1 шают хймическую неоднородность, измельчают микрозерно, способствуют формированию мелких, равномерно распределенных в структуре стали неметаллических включений, т.е. являются модификаторами состава и морфологии неметаллических включений. При раздельном применении силикокальция и силикомишметалла получают худшие результаты, чем при их совместном введении в сталь.

В последнем случае более эффективно используют такие активные элементы, как кальций и редкоземельные металлы.

Кроме того, при совместном модифицировании стали силикокальцием и силикомишметаллом образуются комплексные неметаллические включения более благоприятного состава и формы, повышается температура затвердевания сульфидов и практически полностью ликвидируются пленочные сульфидные включения эвтектического типа; основным видом включений являются глобулярные оксисульфиды - оксиды в сульфидной оболрчке, Введение силикокальция в количестве менее 1 кг/т мало меняет дендритную структуру, состав и распределение включений в ; при добавке его более

3 кг/т образуются сравнительно крупные глобулярные включения нового типа.

Такие включения оказывают отрицательное влияние на контактную выносливость и эксплуатационные свойства некоторых высокопрочных сталей, например шарикоподшипниковой, рельсовой, конструкционной. Лучшие результаты получают при применении силикокальция с малым содержанием кальция марок СК10 СК15, Силикомишметалл модифицирует первичную структуру стали, принципиально меняет природу и распределение неметаллических включений, задерживает рост аустенитного зерна при высоких температурах. При введении силикомишметалла в количестве менее 1,5 кг/т он оказывает незначительное влияние на дендритную структуру, микроструктуру и свойства стали, при добавке его свыше

3 кг/т имеется опасность получения це-риевой неоднородности в слитке вслед» ствие местных скоплений РЗМ, что ухудшает макроструктуру, а тЬкже стабильность механических свойств стали и приводит к увеличению площади зачистки заготовок при переделе слитков.

Лучшее строение и свойства стали достигаются при модифицировании стали силикокальцием совместно с силикомишметаллом в соотношении 1:1.

Проводят испытания способа раскисления и модифицирования стали. В индукционной печи ЛПЗ-67 выплавляют сталь 40Х методом переплава шихты.

Предварительное раскисление стали проводят в печи 0,6% марганца и 0,2% кремния, По известному способу в печь вводят 0,1% алюминия и 0,1% кальция (5 кг/т силикокальция СК20), а в ковш

724579 !

:Ng 0,96, Г е и примеси — остальное.

Иэ обработанной таким образом стали

4ОХ отливают слитки массой по 50 кг.

Из слитков вырезают продольный темплет цля излучения макро- и дендритной структуры, а также заготовки для контроля микроструктуры,. определения содержания неметаллических включений по методу

Л в соответствии с ГОСТом 1778-70 и механических свойств. Механические свойства стали определяют в литом состоянии после нормализации заготовок при

860 С и отпуска при 570 С. В табл. 1 приведены варианты раскисления и модифицирования, содержания кислорода и серы в стали и загрязненность ее в индексах неметаллическими включениями.

В табл. 2 - механические свойства выплавленной стали.

Таблица 1 при выпуске 0,2% циркония, 0,15%

РЗМ в виде мишметалла и 0,1% кальция {5 кг/т СК20), По данному способу в печь присаживают различные количества алюминиевого дросса, а в ковш силикокальция СК10 совместно с силикомишметаллом СцеМиш-3. В качестве алюминиевого дросса используют шлак от алюминий магниевых сплавов следующего состава, %: металлическая часть 75,82, в том числе М @2,56, Мх 0,25, Fe 0,30, Ав остальное, неметаллическая (шлако/вая) часть 24,15, в том числе А; О

4,76, NgO 9,49, Ре<О>0,36, МнО 0,11,ПАСВ 2,10, КСВ 5,08, NaC(1,41, 51O + Г 0,72, СиО 0,12, К О 0,009.

Известный

А81кг/т СК20 21 2кг/т б кг/т РЗМ 1 i5

СК20 5

Предлагаемый

0,0041 0,020 6,2 ° 10

0,0033 0,018 4,4 10

0,0031 0,17 4,2 10

2 2

3 3

Таблиц а 2

70,7 60,6 18, 1 42,0

1,2

3,4

2,6

63,2. 22,8 58,8

8,8

6,1

72,4

7,2

10,5

3,4

23,6 60,6

65,1

73,2

3,0

10,2

7,7

23,2 61,4

63,6

72,6 структуру, по сравнению с известным способом. В результате атого происходит су» щественное улучшение механических

55 свойств: при большей на 2-4 кгсlм Р прочности пластичность стали 4ОХЛ повышается на 20-40%, а ударная вязкость в 1,5-2 раза при комнатной темпоИспытания показывают что раскисление и модифицирование стали снижает сбдержание кислорода на 30-50%, серы на 10M5% и уменьшает индекс загрязненности неметаллическими включениями в 2-3 раза, повышает дисперсность дендритной структуры и улучшает макроСостав СцеМиш«3 следующий, %:

РЗМ 23,2 Д35,2, АВ 3,8, Са 2,3

0,0056 0,022 1 1,3 ° 10

-з

724579

Составитель А. Щербаков

Редактор Н. Кравцова Техред М, Петко Корректор О. Ковинская

Заказ 797/7 Тираж 608 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППН "Патент, r, Ужгород, ул Проектная, 4 ратуре и в 2-3 раза при отрицательных . температурах.

Данный способ применим для раскисления и модифицирования углеродистых легированных и нержавеющих сталей и сплавов, Способ позволяет исполь зовать отходы алюминиевых сплавов, которые в 8-10 раз дешевле стоимости алюминия, применяемого для раскисления. На основе экспериментальных данных экономический эффект на стали

17ГС за счет уменьшения брака при переделе в 1,5 - 2 раза и экономии алюминия по предварительным расчетам составит 220-300 тыс. руб.

Формула изобретения

Способ раскисления и модифицирования стали и сплавов путем введения "алюминия, кальция и редкоземельных металлов, отличающийся тем,что,с целью улучшения раскисления и рафинирования металла от неметаллических включений, окончательное раскисление стали производят алюминиевым дроссом в количестве 1-3 кг/т, а модифицирование силикокальцием совместно с силикомишметаллом соответственно в количест10 ве 1-3 кг/т и 1,5-3 кг/т.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Калинников Е. C. Хладностойкая низколегированная сталь. М., Металлургия", 1976, с. 81»98.

2, Авторское свидетельство СССР

М 456492, кл. С 21 С 7/00, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР

% 423852, кл. С 21 С 7/00, 1974.