Способ выплавки азотсодержащей конструкционной стали

 

СПОСОБ ВЫПЛАВКИ АЗОТСОДЕРЖАЩЕЙ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ, включагощий рас-плавление шихты, окисление примесей, раскисление aлю 5иниeм в количестве 0,2-0,4 кг/т, редкоземельныгли металлами, цирконием и легиро . ванне азотом, отличающийс я тем, что, с целью повышения качества конструкционной стали и сниже I ВИЯ расхода легирующих элементов, .после раскисления стали алюминием и модифицирования редкоземельными металлами в печь вводят феррованадий в количестве 1,5-4,0 кг/т совместно с силикоцирконием в количестве 1,02 ,0 кг/т, после распла;Еления которых расплав легируют азотом в врзде литого азотированного ферросплава, а при .сливе в ковше подают .ферробор в ко- i :личестве 0,2-0,3 кг/т и силикокальIций в количестве 0,8-0,9 кг/т.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3(51) С 21 С 5/52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ; -

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТ НИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3445639/22-02 (22) 28.05.82 (46) 15.10.83. Бюл. Р 38 (72) Ю.З.Бабаскин, Е.Г.Афтандилянц, П.П.Белянинов, Л.В.Пристай, A.А.Алексеенко, О.N.Êóêàíîâ, В.Ф.Богдан, B.A.Êàçàíñêèé и И.Л.Рева (71) Институт проблем литья АН Украинской CCP (53) 669 ° 14.018.48(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 377333, кл. С 21 С 7/00, 5/52, 1971 °

2. Авторское свидетельство СССР

Р 261425 кл. С 21 С 7/00, 1968.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 456592, кл. С 21 С 7/00, 1975. (54)(57) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ АЗОТСОДЕРЖАЩЕЙ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ, включаю Ъ(ий расплавление шихты, окисление примесей, раскисление алюмйнием в количестве О, 2-0,4 кг/т, редкоземельными металлами цирконием и легирование азотом, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повьнаения ка" чества конструкционной сталц и сниже" ния расхода легирующих элементов, . после раск )сления стали алюминием и модифицирования редкоземельными металлами в печь ьводят феррованадий в количестве 1,5-4,0 кг/т совместно с силикоциркопием в количес тве 1, 02,0 кг/т, после расплавления которых расплав легируют. азотом в ниде литого азотированного ферросплава, а при

Я сливе в ковше подают ферробор в ко- у личестве 0,2-0,3 кг/т и силикокальций в количестве 0,8-0,9 кг/т.

104 7965

Изобретение относится к черной металлургии и литейному производству, а именно к производству азотсодержа- щих конструкционных сталей.

Известен способ азотирования жидкой стали и сплавов газообразным азотом. Суть изобретения состоит в том, что в расплав одновременно вводят щелочно-земельные металлы и азот (1), Недостатком данного способа является плохое усвоение газообразного азота металлической ванной.

Известен также способ легирования стали и сплавов, включающий вдувание инертным газом порошков нитритов под i5 уровень металла совместно с порошком алюминия (2). Данный. способ не обеспечивает эффективного повышения качества стали вследствие взаимодействия азота с алюминием. 2О

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки азотсодержащей конструкционной стали, включающий расплавление р5 шихты, окисление примесей, раскисление алюминием н количестве О, 20,4 кг/т, редкоземельными металлами, цирконйем и легированне азотом (3).

Однако н стали образуются нитриды алюминия и циркония, которые труднорастворимы при термической обработке и, как следствие, присутствуют в стали н виде второй фазы достаточно больших размеров, что приводит к ухуд-, шению условий формирования вторичной структуры и н процессе эксплуатации ускоряет процесс образования микро" трещин.

Кроме того, присутствие .значительного количества дефектов кристаллического строения по границам зерен приводит к тому, что нитриды алюминия и циркония выделяются по границам зерен и охрупчинают сталь.

Цель изобретения - повышение ка-. чества конструкционной стали и снижение расхода легирующих элементов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу выплавки азотсодержащей конструкционной стали, включающему расплавление шихты, окисление примесей,, раскисление алюминием н количестве 0,2-0,4 кг/т„ редкоземельными металлами, цирконием, и легиронание азотом после раскисления стали алюминием и модифициронания редкоземельными металлами в печь вводят ферронанадий и количестве 1,54,0 кг/т совместно с силикоциркони- 60 вм и количестве 1,0-2,0 кг/т„ после расплавления которых расплав легируют азотом в ниде литого азотированного ферросплава, а при сливе в ковш подают ферробор в количестве 0,20,3 кг/т и силикокальций в количестве 0,8-0,9 кг/т.

Легирование расплава нанадием в виде феррованадия в количестве 1,54,0 кг/т н сочетании с азотом позволяет получить н стали нитриды ванадия, которые растворяются при нагреве стали в процессе термической обработки и выделяются в дисперсном виде при охлаждении. Это оказывает комплексное положительное влияние

Ф как на процесс формирования дисперсной вторичной структуры, так и на эксплуатационные снойства .стали.

Ввод феррованадия в количестве менее

1,5 кг/т не окаэынает существенного влияния на структуру и свойства ста.-ли. Ввод феррованадия н количестне более 4,0 кг/т приводит к образова-. нию крупных нитридов нанадия вследствие смещения температуры растворения нитридной фазы в область высоких (более 1100 С) температур. Совместный ввод феррованадия и силикоциркония в количестве 1,0-2,0 кг/т необходим для восстановления ванадия из.окислов и уменьшения угара .ванадия, .а также,цля более полного раскцсления стали. Применение силикоциркония нместо циркония предпочтительно, по- скольку сказывается комплексное влияние кремния и циркония на процесс удаления кислорода. Ввод силикоциркония н количестве менее 1,0 кг/т не приводит к достаточно эффективному раскислению стали. Ввод силикоциркония н количестве более 2,0 кг/т приводит к загрязнению стали оксида ми циркония.

Ввод азота в расплав необходимо осуществлять после расплавления сили-. .коциркония н и виде литого азотированного ферросплава, поскольку только .после усвоения азота жидким расплавом в процессе получения литого азотированного ферросплава возможен стабильный ввод азота в жидкую сталь.

Во всех .других случаях будут наблюдаться значительные колебания усвоения азота сталью вследствие локального пЕресыщения расплава азотом. Ввод азота необходимо производить только после расплавления и растворения силнкоциркония, чтобы свести к минимуму возможность образования нитридов циркония.

Обработка жидкой стали при слине ее в ковш ферробором в количестве

0,2-0,3 кг/т в и силикокальцием в количестве 0,8-0,9 кг/т необходима для окончательного ра. фин)ярования и раскисления стали.

Эффективность действия ферробора повышается при вводе его совместно с силикокальцием.

При введении ферробора некоторая часть атомов бора заполняет дефекты

1047965 по границам, .уменьшая тем самым неравномерность в распределении углерода и различие в свойствах приграничных и глубинных объемов зерен аустенита, Снижается различие па энергетическому уров «ю Основы зерна и гра- 5 ниц, ослабляется их роль как участ.ков преимущественного выделения вто.ричных фаз, Введение ферробора н количестве менее 0.,2 кг/т не оказывает дост точ-10 .но эффективного действия. Введение ферробора в количестве более 0,3 кг/т приводит к образованию боридной эвтектики.

Ввод силикокальция в количестве 15 менее 0,8 кг/т не приводит к эффективному окончательному раскислению.

Ввод силикокальция н количестве бо-. лее 0,9 кг/т приводит к загрязнению стали оксидами кальция. 20

Ввод Феррабора и силикокальция в ковш позволяет снизить до минимума безвозвратные потери и равномерно распределить по объему расплава бор., кальций и кремний ° 25

В индукционной печи МГП-102 выплавлена сталЬ 40Л известным способом по прототипу (пример 1) и данным - количестве.0,1 кг/т и силикокалвций способом (примеры 2-4), а также способом, выходящим из предлагаемых пределов (примеры .5, 6), Пример 1. После расплавления шихты, окисления примесей, предварительного раскисления, доводки по химсоставу расплав легируют литым азотиронанным феррохромом (Сг=б3,4%;

И=2%) в количестве 10 кг/т, раскис ляют алюминием н количестве 1 кг/т, после окисления алюминием проводят раскисление РЗМ н количестве 2,5 кг/т И=2%) в количестве 21 кг/т, при высовместно с цирконием в количестве 40

1,0 кг/т. в количестве 0,7 кг/т.

П р и м,е р б. После расплавления шихты, окисления примесей, предвари- . тельного раскисления и легиранания расплав раскисляют алюминием в количестве 0,5 кг/т, РЗМ в количестве

1,5 кг/т, н печь вводят совместно феррованадий н количестве 4,2 кг/т и силикоцирконий н количестве

2,2 кг/т, после их расплавления литой азатиронанный феррохром (Сг=63,4% пуске стали в ковш подают ферробор н количестве 0,4 кг/т и силикокальций н количестве 1,0 кг/т.

Отлитый металл исследуют на механические свойства и гидроабразивную износостойкость. Образцы, отлитые по примерам 5 и б имеют .газовую пористость, в первом случае вследствие недостаточнога раскисления стали, но втором из-за введения большого количества азота, превышаке его предел растворимости. Угар ванадия определяют по разности расчетного и действительного содержания ванадия.

Механические свойства и гидроабразивную износостойкость определяют после нормализации от 950ОC (2 ч) . Механи-. ческие свойства определяют по ГОСТ

9454-75, 1497-73.

Гидроабразинную износостойкость определяют .по потере веса на экспериментальной,установке отдела литья дисперсианно-упрочненных сплавов.

В таблице -приведены данные па угару ванадия, механическим свойствам и гидроабразивной износостойкости стали 40.

Пример 2 ° После расплавления шихты окисления примесей, предварительного раскисления и легиронания расплав раскисляют алюминием в количестве 0,2 кг/т и РЗМ н количестве

1,0 кг/т, н печь вводят совместно ферронанадий н количестве 1, 5 кг/т и силикоцирконий в количестве

1,0 кг/т, после их расплавления литой азотированный феррохром (Cr=63,4Ъ

0=2%) н количестве 5,0 кг/т, при выпуске стали н ковш .подают-.ферробор н количестве 0,2 кг/т и силико- 55 кальций,в количестве 0,8 кг/т.

П р.и м е р 3. После расплавления шихты, окисления примесей, пред" варительнога раскисления и легиравания расплав раснисляют алюминием 60 в количестве 2,5 кг/т,силикоцирконий в количестне 1,5 кг/т,литой азотированный феррохром (Cr=64%, И=1%) в количестве 12,5 кг/т, при выпуске стали в ковш подают ферробор в количест-65 не 0,25 кг/т и силикокальций в количестве 0,85 кг/т.

Пример 4. После расплавления шихты, окисления примесей, предварительного раскисления и легирования расплав раскисляют алюминием в количестве 0,4 кг/т и РЗМ в количестве

1,4 кг/т, н печь вводят совместно феррованадий н количестве 4,0 кг/т и силикоцирконий н количестве

2,0 кг/т, после их расплавления литой азотированный Феррохром (Сг=64%|

N-1Ъ) н количестве 30 кг/т, при выпуске стали н ковш подают ферробор в количестве 0,3 кг/т и силикокальций н количестве 0,9 кг/т.

\ .П р и и е р 5. После расплавления шихты, окисления примесей, предварительного раскисления и легирования расплав раскисляют алюминием в количестве 1,0 кг/т, РЗМ в количестве

0,9 кг/-., совместно вводят в печь ферронанадий и количестве 1,4 кг/т и силикацирконий н количестве

0,9 кг/т, после их расплавления литой азотированный феррохром (Cr=63,4%

N=2%) н количестве 9 кг/т, при выпуске стали в ковш подают ферробор в

1047965

Потеря веса1000 м трения г

Механические свойства

rap анаия, Ъ

При мер б

2 к гс/мм

d;

Ф, ан, % кгс/см т, кгс/мм

2,64 6

30,5 3,0

20,0

105

l i 05 2

31,0 5,0

24,0

30,0

4,0

4 5

1,18 3

0,96 2

20,0

100

28,0

110

Газовые раковины

Газовые раковины

Составитель С.Бакума

Редактор Л.Авраменко Техред Л. Пилипенко Корректор A.Ôåðåíö

Эаказ 7867/29 Тираж 568 Подписное

BHHHIIH Гасударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4

Как видно из таблицы уровень свойств стали, выплавленной по дан- 25 ному способу (2-4) выше, чем у стали выплавленной по известному способу (1) в 1,,6-1,8 раза по механическим свойствам и в 2,2-2,7 раза по гидроабразивной износостойкости. При этом 3р угар ванадия уменьшился в 2-3 раза.

Применение данного способа выплавки азотсодержащей конструкционной стали позволяет повысить качество отливок и снизить брак литья на 20-25Ъ, повысить уровень механических свойств на -40-50% и эксплуатационных характе ристик на 10-15%, а также повысить

КПД насосов на 3"5Ъ, Экономический эффект от внедрения данного способа выплавки аэотсодержащей стали для отливок магистральных насосов нефтепровода составит

1662192 руб. в год.