Способ выплавки легированных сталей и сплавов

 

ОПИСА Е (i ) 768 82l

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.12.78 (21) 2698694/22-02 с присоединением заявки №-(23) Приоритст— (43) Опубликовано 07.10.80 Бюллетень № 37 (45) Дата опубликования описания 07.10.80 (51) М, К, С 21 С 5/52

Государственный комитет (53) УДК 669.187.25 (088.8) па делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Г. А. Хасин, В, Б. Михайлов, Б. А. Баум, Г. В. Тягунов, Л. Н. Корнилов, Г. A. Распопова и В. С. Цепелев

Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С. M. Кирова и Златоустовский ордена Трудового Красного Знамени металлургический завод (71) Заявители (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ЛЕГИРОВАННЫХ

СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

Изобретение относится к области металлургии, а конкретно к производству стали и сплавов в металлургических печах.

Известен способ обработки расплавленной стали, в котором повышение прокаливаемости достигается нагревом стали перед выпуском до температуры 1675 С и выдержкой расплава выше этой температуры 2 — 30 мин {1).

Нагрев стали до температуры 1675 и выдержка расплава выше этой температуры в течение 2 — 30 мин (заявка № 1380557, Великобритания) сопровождается повышением содержания в металле газов. В то же время разливка горячего металла имеет ряд недостатков, основные из которых поперечные и продольные трещины, увеличенная усадочная раковина, большее развитие ликвации. Кроче того, раокисление ферросплавами по этому способу приводит к повышенному их расходу.

Известен также способ выплавки стали и сплавов, в котором повышение технологической пластичности литого и деформированного металла достигается нагревом расплава на 250 — 500 С выше температуры плавления и выдержкой при этой температуре 10 — 60 мин Г2).

Выдержка расплава 10 — 60 мин после расплавления шихты прп температурах на

250 — 500 С выше температуры плавления позволяет улучшить технологическую пластичность литого и деформированного металла за счет структурных перестроек в раоплаве и генетического влияния этого процесса на характер кристаллизации, строение и свойства литого металла. Однако после охлаждения расплава от высоких температур в металле остается доста,,р точно высокое содержание газов и неметаллических включений.

Известно, что растворимость газов в металлической ванне увеличивается с повышением температуры. Процессу поглощения газов жидким металлом способствует высокое содержание в нем легирующих элементов (хром, никель, марганец, кремний).

Например, общеизвестен факт поглощения азота хромом. Газы при высоких темпера;о турах, претерпевая диссоциацию у поверхности ванны, непосредственно диффундируют в нее в атомарном состоянии, образуя эндогенные неметаллические включения.

Выдержка металла в течение 10 — 60 мин при высоких температурах способствует полному протеканию описанных выше процессов (растворению газов, окислению составляющих компонентов стали и сплавов и т. д.). Последующее охлаждение расплазп ва и разливка его за сравнительно коротс

76882.1

3 4.

1 .ИЙ проъ!Сжуток врс31ен11 п1)вводят к повы- 11звсстно, что кратковременный нагрев щенному содерьканн1О 1азов н включений в расплава до температур, значительно прелптом металле, по сравнению с обы IIIE.DI вышающпх температуру плавления обеспе> содержанием. Наолюдаемое явление вы- чивает высокую скорость массопереноса звано тем, что диффузия атомов растет с 5 фосфора и серы из об.ьема ванны к межповышеппем температуры и, следовательно, фазной границе металл шлак, что способуменьшается прп ее понижении, В то же ствуст удалению последних из ванны обссЪ

3 время, прн оыстром понижении тсмпсрату- псчнваст интенсивное кипение ванны вплоть ры вследствие увеличения вязкости метал- до пнзких концентраций углерода и повыла и поверхностной энергии замедляются,> шает механические свойства металла. Од1 скорость всплывания и процессы укруIIIIc- новременно достаточно быстрое охлаждеьн1я немсталличсских включений (коагуля- ние расплава от высоких температур позвоция, адгезпя, коалесценция). Поэтому для ляет сохранить высокотемпературное более полного удаления газов и нсметалли- «строение» расплава вплоть до температур чсскнх включений необходима рсгламснтп- 15 кристаллизации, что существенно отража13013а13ная 13ыдсржка (расплава прн Оолсс стс11 на структуре н свойсгвах Отливок. низких температурах. Таким образом, существующие способы

Известно вредное влияние повышенного выплавки сталей и сплавов, увеличивая содержания кислорода в стали: ухудшают- прокаливаемость, пластичность и качество ся пластические свойства стали в процессе;и литого и деформированного металла, не прокатки и ковки, образуются рванины, обеспечивают достаточного удаления немеусиливается вредное воздействие серы из- таллических включений и газов из него, за образования оксисульфидных включе- особенно для легированных сталей, что сниний, большие содержания окисных неметал- жает эффект высокотемпературной обралических включений отрицательно сказы- >-, ботки расплава. Выдержка расплава при ваются почти на всех свойствах стали и температурах на 250 — 500 С выше темпесплавов. ратуры ликвидуса уменьшает производительность сталеплавильных печей.

Наиболее близким к предлагаемому тех- Известно, что для стабилизации и повыническому решению является способ вы- зр шенпя свойств сплавов достаточна выдержплавки сталей и сплавов, сущность которо- ка расплава при низких температурах, но го заключается в следующем: нагрев рас- в этом случае она может во много раз преплава в печи на 300 — 400 С выше темпера- вышать обычное в практике время выплавтуры ликвидуса (или на (0,2 — 0,35) Т,„,.), ки, Поэтому высокотемпературный нагрев выдержка на этом ровне 30 мин, ускоре11- З5 расплава, ускоренное охлаждение до темное (в течение 10 — 15 мин с применением ператур выпуска и выдержка при этих темспециальных приемов) охлаждение метал- пературах могут оказаться достаточными ла до температуры выпуска и выдержка для улучшения качества и свойств металла. при ней также 10 — 15 мин. Сталь разлива- Целью изобретения является улучшение ют при температурах на 30 — 80 С ниже 4р качества и свойств металла путем дополниобычной,(3). тельного удаления газов и неметаллических

Такая технология выплавки сталей и включений. сплавов дает возможность существенно Поставленная цель достигается тем, что улучшить качество металла и увеличить на после загрузки и расплавления шихты рас5 — 6 выход годного. Однако при этом @5 11»13 нагревают на (0,2 — 0,35) Т „„, выше способе сохраняется отрицательное влия- температуры плавления, ускоренно охлажние выдержки при высоких температурах да1от до 50 — 150 С выше температуры ликна содержание газов и неметаллических видуса, выдерживают в печи при этих темвключений в расплаве. Ускоренное охлаж- пературах в течение 20 — 60 мин, а затем дение расплава после выдержки до темпе- 50 выпускают металл из гечи. При этом сниратуры выпуска (в силу указанных выше жается растворимость газов в металле, попричин) приводит к повышенному по срав- вышается степень их удаления из жидконению с равновесным их содержанию в ме- го металла, увеличивается скорость всплыталле после охлаждения. Поэтому допол- вания неметаллических включений, повынительной выдержки 10 — 15 мин при этой 55 шается стойкость футеровки сталеплавильтемпературе оказывается, в ряде случаев, ных печей. Для каждой конкретной марки недостаточно для рафинирования расплава стали или сплава температура нагрева меот избыточного содержания газов и неме- талла устанавливается после определения таллических включений. В то же время дли- температуры ликвидуса. тельная выдержка металла при температу- рр Предлагаемый интервал температур вырах, значительно превышающих установив- держки металлов перед выпуском из печи шуюся в металлургической практике, сни- (50 — 150 С выше температуры ликвидуса) жает стойкость футеровки сталеплавиль- установлен на основании проведенных опыных печей и уменьшает пх производитель- тов и является оптимальным при выплавке ность, 55 легированных сталей и сплавов (интервал

768821

Содержание неметаллических включений и газов в сталях

Оценка неметалличсских включений в баллах

Содержание газов, вес

Марка стали силикагы хрупкие силикаты пласт. силикаты недеф. окс. строчеч окс точеч суль фиды водород кислород азот

0,02 1

0,049

0,5

0,5, 1,7

0,69

X02

ЭИ992

0.,00026

0,0008

0,0

2,0

0,0025

0,004 1

0,5

0,5

0,5

0.5

0,9

Марка стали

Заготовка кв. 90 — 100 м м

Свойства, показатель

Общее содержание усадочных дефектов в слитках об. /О

Величина центральная пористость

Средняя плотность металла при 20ОС, г/смз

Предел прочности, кгс/мм

Относительное удлиненис, /О

Относительное сужен не, /о

Средняя плотность металла при 2 0"С, г/смз

Предел прочности, кгс/мм

Относительное удлинение, О/

5о

Относительное сужение, Х 1 2 лнквационный квадрат точечная неоднородность

Марка стали

7,680

111

38

ЭИ992

Х12

ЭИ

0,5

4,98

5,48

l1,0

7,69

5 температур 50 — 80 С выше температуры лпквидуса), рекомендуется для сталей и сплавов с содержанием углерода 0,4%, для остальных марок сталей и сплавов рекомендуется интервал температур 80—

150 С) .

Предлагаемая выдержка расплава в печи перед выпуском 20 — 60 мпн также установлена на основании опытов. Вы держка расплава менее 20 мин не эффективна с точки зрения удаления газов и неметаллических включений, при выдержке расплава более 60 мин не происходит дальнейшего снижения содержания газов и неметаллических включений. Оптимальное время выдержки для исследованных сталей и сплавов (Х12, ЭИ417, Р6М5, ЭИ992, Х20Н80) 20 — 40 мин.

Ускоренное охлаждение расплава ооеспечивается в промышленном производстве стали и сплавов введением в расплав шихты в количестве 200 †2 кг/т, ферросплавами, кратковременным погружением металлических стержней.

Предлагаемый способ может быть использован для выплавки легированных конструкционных (ЭИ992, ЭИ417, Х18Н10Т, ЭИ448 и др.) и инструментальных (Х12, Х12М, X12I, Р6М5, Р18, Р6М5К5 и др.) сталей и сплавов (X20H80, ЭИ929, ЭП220, ЭИ435 и др.) .

Пример конкретного осуществления (выплавка стали марок Х12 и ЭИ992 в открытых индукционных 1 т печах). Шихтовку, подготовку материалов, завалку и плавТаблица 2

Свойства сталей в литом состоянии

П р и м е ч а н и е. Механические свойства ста лей приведены при температуре конца горячей де формации металла 900 С. б ление металла производплп по действующей технологии. После наводки рафинировочного шлака производили его раскпсление порошком 75 /о ферросилиция в количестве 0,25 кг/т. Металл нагревали до

1660 С (сталь Х12) и 1720 С (сталь

ЭИ992), При этих температурах металл раскисляли кусковым алюминием в количестве 0,5 кг/т, шлак раскисляли порошком

10 75 ферросилиция в количестве 0,25 кг/т, после чего металл охлаждали до температуры 1470 С для стали Х12 (Т,„,,=-1320 С) и до 1490 С вЂ” для стали ЭИ992 (T„„., = 1400чС). Охлаждение металла произво15 дили путем многократного погружения в него на 5 — 10 с металлических стержней диаметром 150 — 200 мм. При этом скорость охлаждения составляла 10 — 20 С. После получения требуемой температуры металл

20 выдерживали перед выпуском в течение

20 — 30 мпн, после чего выпускали в ковш и разливали сверху в изложницы круг 310 мм с массой слитка 0,5 т. Смазка изложниц — Кузбасский лак. Засыпка прибыльной части слитков — люнкерит марки

Л28 в количестве 2 кг/т стали.

Результаты исследования металла, выплавленного по предложенной технологии, приведены в табл. 1 — 3.

Анализ результатов исследования показывает преимущества предлагаемой технологии выплавки легированных сталей по сравнению с имеющимся прототипом: уменьшается содержание газов и неметаллических включений в готовом металле, Таблица 1

Таблица 3

Оценка микроструктуры металла

60 повышается его плотность и механические свойства, улучшается макроструктура

Применение предлагаемого способа позволит уменьшить брак в передельных це65 хах в среднем на 25 — 30 /о. Например, прп

768821

Составитель Л. Магаюмова

Тех ред И. Пенчко

Рсдактор Е. Братчикова

Корректор 3. Тарасова

Заказ 7478

Изд. М 5!7 Тираж 626

ВНИИПИ Государсгвепного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписнос

Загорская типография Упрполиграфпздатз Мособлпсполкогяа

7 выплавке 15 т стали марки Х12 ио предложенной технологии брак иа переделах снизился с 8ю/ю до 2 /ю. При средней стоимости 1 т стали 140 руо. ожидаемая экономическая эффективность 0,3 руб/т отлитой стали.

Формула изобретения

Способ выплавки легированных сталей и сплавов, включающий загрузку, расплавление шихты, нагрев расплава выше температуры плавления на 0,2 — 0,35 температуры ликвидуса, ускоренное охлаждение с последующей выдержкой, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью улучшения качества металла, расплав охлаждают до температуры на 50 — 150 С выше температуры ликвидуса и выдерживают при этих температурах 20 — 60 мин, после чего выпуска-! от из печи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка Великобритании Мг 1380557, 1р кл. С 21 С 7/00, 1975.

2. Авторское свидетельство Мз 621735, кл. С 21 С 5/52, 1978.

3. Хасин Г. А. и др. Влияние температурно-временного режима выплавки на поГБ вьш!сине качества стали. Сталь, М. Металлургия, Ма 9, 1978, с. 814 — 817.