Способ производства стали для подшипников качения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

Ъ (<

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. твид-ву (22) Заявлено 26Л281 (21) 3253161/22-02 (51) М. Кп.3 с присоединением заявки ¹ (23) С 21 С 5/52

Государственный комитет

С С С.Р по делам изобретений и открытий

Приоритет

Опубликовано 070982. Бюллетень ¹ 33 (531 УДК 669. 187. .25(088.8) Дата опубликования описания 070982, (72) Авторы изобретения

М. И. Гасик, Е.П. Глушко и A.Ï. Горобец

1 „,,p

4 ....,,н

Днепропетровский ордена Трудового Красного Знаменя,1;-„.-.q > металлургический институт (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ ДЛЯ ПОДШИПНИКОВ

КАЧЕНИЯ

Изобретение относится к черной ,металлургии, в частности к металлургии подшипниковых сталей.

Известны способы производства под- 5 шипниковой стали с обработкой металла кислыми шлаками, что преследует своей целью снижения загрязненности ме-талла глобулярными труднодеформируемыми неметаллическими включениями Г1 .

Имеется также ряд сообщений в научно-технической литературе, описывающих использование аналогичных способов производства подшипниковых сталей (2).

15, Укаэанные технологические схемы производства подшипниковой стали, хотя и обеспечивают формирование в металле пластичных включений, но не обеспечивают чистоты металла по содержанию оксидных и сульфидных включений в режимах требований государственных стандартов на подшипниковую сталь ГОСТ 801-60. Именно минералогический состав силикатных включений, преимущественно образующихся в процессе обработки металла кислыми шлаками или при выплавке металла в печи с кислой футеровкой, является лимитирующим -фактором в процессе удаления включений. Это положение связанс с повышенной адгезией данного типа включений по отношению к неметаллическому расплаву и хорошо известно из практики сталеплавильного производства.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ производства стали для подшипников качения; включающий выплавку металла в плавильном агрегате с основной футеровкой, выпуск металла и обработку вне печи кислыми шлаками, конечное раскисление металла перед разливкой алюминием $37.

Недостатками данного способа являются отсутствие эффекта десульфурации металла при обработке металла кислым синтетическим шлаком в силу низких значений активности окиси кальция, низкая эффективность, раскисления окисленного железоуглеродистого расплава кремнием, хорошая смачиваемость кремнистых включений неметаллическим расплавом, что приводит к неудовлетворительному всплыванию включений в процессе выдержки металла и, как следствие, появление в готовом металле крупных включений раз,мером 50-100 мкм.

956573

Пель изобретения — повышение степени десульфурации металла и снижение загрязненности металла недеформируемыми включениями. . Поставленная цель достигается тем, 5

10 что согласно способу производства стали для поцшипников качения, включающему выплавку металла в плавильном агрегате с основной футеровкой., выпуск металла и обработку вне печи кислыми шлаками, конечное раскисле;ние металла перед разливкой алюминием, предварительное раскисление стали во время выпуска производят магнием в ковше при соотношении магния и алюминия 1-6 :1 и общем расходе оаскислителей 0,8-2,0 кг/т стали.

В области системы С-М-A-S, богатой кремнеэемом, в процессе кристаллизации окйсных расплавов имеет место протекание твердофазных реакций с

60 растворением шпинели Мд0-А1 0>. Именно этим можно объяснить тот факт, что во включениях металла, выплавленного в мартеновско«« печи с кислой футеровкой, шпинель встречается в 2 ра-65

Использование магния при производстве подшипниковой стали позволяет повысить степень чистоты металла по неметаллическим включениям (окисным и сульфидным), вследствие не только снижения активности растворенных кислорода и серы при обработке металла магнием, но и за счет снижения смачиваемости неметаллического включения жидкой сталью при обогащении его состава переклазовой фазой МО, а также изменить форму и состав включений, что обеспечивается высокой реакционной способностью магния по отношени«о к таким сильно ликвирующим элементам как кислород и сера.

При обычных концентрациях магния в подшипниковой стали (0,0020-0,0040%) поступающего в металл в результате 35 восстановительных реакций в системе железоуглеродистый расплав — подина плавильного агрегата, он является вредной примесью. Столь низкие концентрации магния не препятствуют фор-40 мированию жидких микрообъектов окисных включений с последующей кристаллизацией окисных фаэ, определяемых типом применяемого раскислителя.

Существующая технология производ-45 ства подшипниковой стали с обработкой металла синтетическими известково-глиноземистыми шлаками и раскислением алюминием, приводит к образованию оксидных включений в корундовой области системы СаО-Mg0-А1 0> -Si0 (С-M-А-S) с обязательной выкристаллиэацией, наряду с корундом, шпинели

М90 . A1 0 >. Ипинель, по данным ряда исследователей, присутствует как фа-, эовая составляющая в 100% исследован-55 ных крупных глобулярных включений. эа реже, чем в металле электродуговой выплавки.

Вместе с тем технологические осо бенности выплавки подшипниковой ста-. ли в плавильнвх агрегатах с кислой футеровкой или обработке металла кислым синтетическим шлаком накладывают физико-химические ограничения на протекание реакций десульфурации стали.

Проведен термодинамический анализ реакций раскисления металла раство- . ре;«ным магнием. (МдЗ + tO 1 = (Mgo)

= -483156 + 81, 08Т Л ж/моль (1 (Мд) + (S ) = (MgS) àG

300720 + 117, 4?Т дж/моль (2)

Полученные результаты свидетельствуют о том, что магний при вводе в металл реагирует в первую очередь с растворенным кислородом, снижая его активность до величин 2 х 10 4%, и затем вступает в реакцию взаимодейст«вия. с серой. Направленность реакций преимущественно образования окисных или оксисульфидных включений, таким образом, обуславливается количеством присаживаемого магния. Определены количества магния при обработке металла, приводящие к образованию того или иного типа включения.

Основываясь на физико-химическом анализе данных с кристаллизации фаэ в системе С-М-A-S, проведены опыты в 30 кг дуговой печи с основной футе. ровкой, с раскислением металла при сливе в ковш магнием и кремнием и конечным раскислением. По ходу экспериментов не предусматривается наведение рафинирующих шлаков и присадок раскислителей в печь. По достижению о

1650 С нераскисленный металл состава,Ъ: С 0,95, Cr 4,5, Si следы, Мп 0,24, S 0,018 сливают в стопорный ковш и разливают в графитовый тигель.

В стопорный ковш, перед выпуском плав ки, помещают или дробленаый ферросилиций ФС65 и гранулированный магний или дробленную лигатуру марки ЖКИ-1 по ТУ 14-5-37-74 состава,%: кремний

55, магний 6, железо остальное. При обработке металла синтетическим шлаком, используют шлак следующего состава, %: SiO 43, СаО 2, Мп0 3, 1, йа 0 5,7, Mg0 2,1, A i 0 5,1;Fe0 3,1.

СаО + MO ,(В = ---т---- = О, 67)

Sion

Опытный металл содержит,%:

«.Мд) 0,0035-0,0047, СО3 0,0027,, t Я."« 0,006-0,008. Величина баллов по шкалам ГОСТ 801-. 60 по глубулям, оксидам и сульфидам соответственно (сред ний максимальный балл): 0,9?, 1,19, 1,08. Металл .сравнительных плавок, 956573 проведенных без присадок магния, со- держит,Ъ: (О) 0,0031-0,0046;(S7 0,013-

0,015. Средний из максимальных балов по глобулям, оксидам и сульфидам соответственно 1,05; 1,0; 1,51.

Результаты оценки качества подшипниковой стали опытных плавок приведены в таблице.

Проведенный анализ экспериментальных данных свидетельствует о неодноз10 начном влиянии качества и типа раскислителя на степень чистоты металла.

Так увеличение присадок алюминия до

1 4 кг/т несмотря на общее снижение

15 содержаний кислорода в металле, не приводит к существенному повышению чистоты металла по неметаллическим включениям; При этом наблюдается не только рост остальных концентраций алюминия (с 0,008 до 0,035Ъ), с по- 20 следующим взаимодействием растворенного алюминия при разливке с окружающей атмосферой, но и появление в металле грубых скоплений корунда, оцениваемых баллом 3. 25

i3 то же время, увеличение количе1 ства вводимого магния дает однозначную картину повышения чистоты металла по неметаллическим включениям вследствие предельно низких остаточных концентраций алюминия,0,0050,006). Однако увеличение количеств присаживаеяого магния свыше 1,5 кг/т приводит к снижению качества металла по неметаллическим включениям вследствие бурного протекания реакций рафинирования, сопровождающихся выплесками металла. Как видно из приведенных данных, оптимальное качество металла обеспечивается при соотношении магния и алюминия равное

3,0 и общем расходе раскислителей

2,0 кг/т.

Как показывают исследования, сталь опытных плавок в зависимости от типа применяемого раскислителя отличается по составу и природе неметаллических включений. Для металла, раскисленного алюминием, характерно присутствие во включениях корунда и алюмосиликатов Типа A! 0 ° 2510 ; встречаются единичные включения кварцевого стекла. При раскислении же металла магнием в составе неметаллических включений, .выделенных электролизом, увеличивается количество периклазовой составляющей и окислов железа.

Для металла, раскисленного магнием,. характерным является обогащение фазовых составляющих оксидных включений периклазом, а также отсутствие шпинели . В составе неметаллических включений, выделенных электролизом, с увеличением количеств вводимого магния с 1,0 до 1,5 кг/т доля корунда заметно снижается в среднем с 60 а 40-45 отн.%.

Неметаллические включения опытного металла, обработанного магнием и кислыми шлаками, представлены в основном оксисульфидами и сульфидами марганца. Указанные типы включений должны обеспечить более высокую стойкость подшипников в силу когерентности связи матрицы и включений.

Таким образом, применение магния для внепечной рафинировки кислыми шлаками подшипниковой стали позволяет не только достичь степени десульфурации 46-60% против 17-28Ъ в обычном металле, но обеспечить формирование включений, обладающих лучшими служебными свойствами.

956573

I

СЧ 1 с

Ch I

1

3 1

I IP 1 ! g 1 «-3 с

Q l «-3

fb !

Ch 10 с с о о

РЪ 3с

Ch «3

aA « с

СО Ю

СЧ

СЧ с

ОЪ

00 .О с с

ЧЪ РЪ Ul

3» с

CO б« с

СЧ ф с х с«

L х

0! Х

K 6

О«0» °

С33 $ 3О ох

V 0I

Ch 1

СО 1

I с

РЪ

ОЪ

3 с

«Ч Р Ъ

«3 CO

СЧ РЪ с с о о

«3

СЧ с

1

»

A 9

Х д с

Э 3 М з х ю

333 И Ы.

t eId и ца

1 с Ъ ..

1 с

Ch

«-3

«с3 РЪ 3 «-3 CO СЧ с с с с с с

° Ф 10 CO Ф РЪ т 1 РЪ «У СО СЧ РЪ м «< с с с сО

СЧ 0

СЧ с

3»

СЧ с

«-3

ЧР

1 ь

X Id 3 х цо

0I O-30 Эж

XaOI: -! а,О Н Ц3. е ц о юо

Ц D 4 и ч -1 1 ох е

Иж033

CO с

С0

IA с

C) С Ъ с

Ю.

Ul

I С О

1

9

Н 3». х D

3 х

Е»

0«О Ж х

Id Id ««4

С33 Оi Х A

ССЪ I с 1.« I

СЧ

° -4 1 а

Ul IA с с о аА с

C) Ю с

«-«

ССЪ О IA

C3I с с о о с

СЧ

О с

°

СЧ

<П РЪ

1 Ц Х Ф

t, t»

1 й."

Г

1 1 ь 1

Сй> 1

X I н!ю

О 1 Е

I СС х

1 (0 I

1 0 1.

1 f I o

I Х 1

I33 <л

1 3Ц,1

1 3

1 Н 1

1 D о

1 331

1 1 О

1 I

Ul aO РЪ СЧ Ul 3» M 1 \С3 «У С с с с с с с с с с с с с ъ ю 00 Оъ, ю «-3 Ul ao. ю & m

«-««-««3 «1 «3 С « «-««-3

СЧ

4 сс) с3 с 00 ао -с л ch M ю с с с с с с с с с с

«-3 СЧ . «-3 СЧ Ch СЧ «:Р РЪ . «3 00

«-С О\ «"1 . СЧ «"3 «-3 «-3 ьЧ

РЪ «Ч РЪ «-3 M IA «С> Ю РЪ 00 РЪ с с с с с с с с с с

00 1» 3» aO aO «3 Ю Ю Ф an РЪ

«-3 «1 «««3 ° М . «. СЧ

СЧ W 3 РЪ В 3 CO О СЧ 3 00 с с с с с с с с с с с о сч сч 00 M e rv w m м ю

СС3 Ul «3 С Ъ IO IA an I Ul 10 Ф

М cl тЧ «. CO «-1 3

СО И> О, r ССЭ О

СЧ СЧ СЧ М СЧ РЪ СЧ с. с с с с с с о о о о о о о

С!3 Î CO СЧ W .M .. СЧ О

M РЪ an СЧ M РЪ N IA 3» СЧ

956573

Формула изобретения

Составитель Л.Магаюмова

Редактор Н.Киштулинец Техред A.À÷ Корректор Е; Рошко

Заказ 6522/6 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам-изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Способ производства стали для подшипников качения, включающий выплавку металла в плавильном агрегате с основной футеровкой, выпуск металла и обработку вне печи кислыми шлаками, конечное раскисление металла алюминием перед разливкой, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения степени десульфурации металла, снижения загрязненности металла недеформируемыми включениями, предварительное раскисление стали во время выпуска производят магнием в ковше при соотношений магния и алюминия (1-3 у:1 и общем расходе раскислителей,0,8-2,0 кг/i стали.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 657067, кл. С 21 С 5/52, 1977.

2.. Самсонов A.Ê. и др. Выплавка подшипниковой стали с обработкой s ( овше .синтетическим шлаком на.осное кремнезема. Сборник МЧИ СССР ."Стиль,и неметаллические включения", 9 2, M., "Металлургия", 1977, с..6778.

Ф

3. Авторское свидетельство СССР

Р 456835, кл. С 21 С 5/52> .1971.