Способ внепечной обработки литой стали

 

Изобретение относится к металлургии , а именно к внепечному раскислению и модифицированию износостойкой стали. Цель изобретения - повышенине трещиноустойчив ости и износостойкости стали. Для этого сталь в начале выпуска обрабатывают ферротитаном в количестве 1.4-7,6 кг/т стали, а затем силикокальцием и феррованадием в количестве соответственно 0,9-2,7 и 0,63-6,3 кг/т стали. 3 табл. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. Ж,, 1693082 А1 (я)ю С 21 С 7/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

>t т Г ..,, genie„e

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ им

I» ии ъм (21) 4727952/02 (22) 09,08.89 (46) 23.11.91. Бюл. N 43 (71) Магнитогорский горно-металлургический институт им. Г.И.Носова и Магнитогорский металлургический комбинат (72) В.М. Колокольцев, А, Ф. Миляев, Л.Б.Долгополова, А,A.Ãîñòåâ, В,M.Äîëãîïîлов, В.В. Конюхов, В, И, Кирюшкин, А. М,Добровольский и В.В.Костин (53) 669.187,25(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР.

¹ 1219656, кл. С 21 С 7/06, 1986.

Авторское свидетельство СССР № 1186656, кл. С 21 С 7/06, 1985.

Авторское свидетельство СССР № 1135771, кл. С 21 С 7/06; 1985.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к литейному производству, и может быть использовано для внепечного (ковшевого) раскисления и модифицирования стали для изготвления износостойких отливок.

Целью изобретения является повышение трещиноустойчивости и износостойкости литой стали.

Комплексная обработка литой стали титаном, ванадием и кальцием позволяет глубоко раскислить металл, эффективно управлять процессами первичной и вторичной кристаллизации за счет протекания процессов нитридо- и карбонитридообразования и модифицирования.

Первоначальное введение в сталь в начале ее выпуска в ковш ферротитана позволяет глубоко раскислить металл, очистить его от неметаллических включений за счет (54) СПОСОБ ВНЕПЕЧНОЙ

ОБРАБОТКИ ЛИТОЙ СТАЛ И (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к внепечному раскислению и модифицированию износостойкой стали. Цель изобретения — повышенине трещиноустойчивости и иэносостойкости стали, Для этого сталь в начале выпуска обрабатывают ферротитаном в количестве 1,4 — 7,6 кг/т стали, а затем силикокальцием и феррованадием в количестве соответственно 0,9 — 2,7 и 0,63 — 6,3 кг/т стали. 3 табл. флюсующего действия титана на них и быстрого их удаления иэ расплава, создать в расплаве дополнительные центры кристаллизации. Последующий ввод силикокальция и феррованадия способствует их полному усвоению за счет снижения угара, глобуляризации оставшихся неметаллических включений и повышению эффективности 00 всей внепечной обработки. ЬР

Титан не только раскисляет сталь, а также легирует и модифицирует ее. гтитриды )» титана образуются в жидкой стали, имеют небольшие размеры (2 — 6 мкм) и являются активными дополнительными центрами кристаллизации. Титан способствует повышению чистоты стали по неметаллическим включениям за счет флюсующего действия на них. Совместное присутствие титана и ванадия ведет к равномерному распределению карбидов, устранению образования

1693082

30

50 карбидной сетки при кристаллизации и затвердевании отливки в форме. Это существенно улучшает показатели трещиноустойчивости стали как при кристаллизации отливки, так и при последующей ее термической обработке.

Расход ферротитана менее 1,4 кг/т стали и содержание титана менее 0,03 не позволяют глубоко раскислить сталь и мо дифицировать ее, а расход более 7,6 кг/т стали и содержание титана более 0,15 приводят к выделению крупных нитридов, окси- и карбонитридов, образующих скопления. Это снижает не только показатели трещиноустойчивости и износостойкости, но и других свойств стали.

Процессы нитридообразования ванадия протекают уже в затвердевшей отливке в области температур 700 — 1000 С. Нитриды ванадия представляют собой мелкодисперсные включения, эффективно модифицирующие структуру стали при вторичной кристаллизации, а также повышающие ее износостойкость за счет высокой твердости нитридов и прочной связи их с матрицей.

При расходе феррованадия менее 0;63 и более 6,3 кг/т стали и при остаточном содержании ванадия менее 0,02. и более 0,2 нужного эффекта не достигается, так как в ., первом случае нитридов ванадия не хватает для эффективногго модифицирования, а во втором, наоборот, их много, что ведет к перенапряжению металлической матрицы и повышению склонности стали к трещинообраэованию, снижению других свойств.

Кальций является активным раскислителем, модификатором и глобуляризатором структуры и неметаллических включений, способствует равномерному распределению структурных составляющих в объеме отливки и получению однородной структуры. Расход силикокальция менее 0,9 кг/т стали и содержание остаточного кальция менее 0,005 неэффективно, так как слабо влияет на дендритную структуру стали, измельчение зерна и морфологию неметаллических включений, Введение силикокальция более 2,7 кг/т стали и остаточная концентрация кальция в стали более

0,01 способствует образованию крупных облакоподобных оксидов и оксисульфидов, которые трудно удаляются из расплава и снижают свойства отливок..

Предлагаемый способ обеспечивает измельчение зерна за счет. образования в расплаве и в твердой стали дополнительных центров кристаллизации (нитриды титана и ванадия), ограничение роста кристаллитов

{кальций), модифицирование неметаллических включений (титан, кальций), Это позволяет эффективно управлять процессами как первичной, так и вторичной кристаллизации литой стали.

В процессе кристаллизации важное значение имеют адсорбционные явления, связанные с наличием поверхностно-активных примесей. Адсорбированные вещества понижают межфазовую поверхностную энергию, изменяя параметры кристаллизации. Это оказывает большое влияние на формирование самого кристалла, характер выпадения пограничных фаз, форму и залегание неметаллических включений. Понижение поверхностного натяжения на границе расплав — кристалл связано с обогащением поверхностного слоя активными элементами (Я, О, N, Р) или образованием на поверхности пленки Feo, AIN, MnS и др.

Раскисление-модифицирование позволяет эффективно воздействовать на процессы адсорбции за счет удаления вредных примесей и газов, изменения характера кристализации и перераспределения кристаллизующихся фаз и их количества, поэтому обработку сталей композицией титан — ванадий — кальций существенно повышает трещиноустойчивость и износостойкость стали. Достигаемое уменьшение размеров дендритных кристаллитов и зерна аустенита при введении в сталь данных элементов сопровождается увеличением межзеренной поверхности, уменьшением удельной пограничной концентрации примесей. Это благоприятно сказывается на свойствах.

Способ осуществляется следующим образом.

В индукционной тигельной сталеплавильной печи емкостью 160 кг с основной футеровкой выплавляют высокомарганцевую сталь 11ОГ13П согласно ГОСТ по обычной технологии методом переплава. Для обработки стали в ковше готовят составы смеси первой добавки (ферротитан) и второй (силикокальций+ феррованадий) по расчету на заданное содержание титана, ванадия, кальция и выходящие за предлагаемые пределы. В табл,1 приведены составы для обработки стали и порядок ввода ком онентов.

Жидкую сталь при 1470 — 1490 С начинают сливать в ковш, Во время слива вводят под струю стали ферротитан, а затем силикокальций совместно с феррованадием. Для сравнения зту же сталь обрабатывали по способу-прототипу, Исследования проводи ли в условиях фракционной разливки стали, Химический состав, базовой стали следующий, мас. : С 1,1 — 1,15; Мп 12,0-12,3; Sl

0,3-0,5; S 0,009 — 0,025; P 0,06 — 0,07. Были

1693082 опробованы также различные варианты ввода добавок в жидкую сталь. В табл.2 приведены данные по химическому составу отработанных сталей, à в табл.3 — показатели свойств. 5

Из опытного металла заливали трефовидные пробы согласно ГОСТ. Пробы подвергали термической обработке по режиму: закалка от 1100 С в воде. Для исследования механических свойств из проб иэготавлива- 10 ли образцы на растяжение и на ударную вязкость согласно ГОСТ.

Для исследования трещиноустойчивости заливали специальные образцы размерами 30 30 305 мм с прибылью посередине, 15 которые в процессе охлаждения и затвердевания претерпевают затрудненную усадку, создаваемую как постоянной, так и переменной нагрузками. Момент образования горячих трещин определяется по показате- 20 лю стрелки индикатора. Наличие трещин . контролируется затем визуально по излому образца. Для определения минимальной нагрузки, вызывающей в образце образова. ние горячей трещины, первоначально на од- 25 ном из образцов создается нагрузка, заведомо недостаточная для образования горячей трещины. На втором образце создается нагрузка, вызывающая трещину. При последующих опытах разница между двумя 30 этими нагрузками последовательно уменьшается до такой критической величины, выше которой трещина образуется, а ниже не образуется. Такая минимальная нагрузка характеризует уровень трещиоустойчиво- 35 сти стали. Чувствительность прибора 10 Н.

Износостойкость определяли согласно

ГОСТ. Испытания проводили на установке, на которой при одинаковых условиях и по- 40 стоянной нагрузке производили трение об- разцов из исследуемых и эталонного материалов об абразивные частицы, которые подаются в зону трения и прижимаются к образцу вращающимися резиновыми роликами. В качестве эталона использовали сталь 45, в качестве абразива — злектрокорунд зернистостью М 16-П по ГОСТ, Износостойкость исследуемых образцов оценивали путем сравнения их износа с износом эталона. Износ определялся путем взвешивания исследуемых сталей до и после испытания с погрешностью не более

0 1 мг. По результатам взвешивания определяли среднее арифметическое значение потери массы эталона (оз) и исследуемых сталей (g<). Относительную износостойость (Ки) вычисляли по формуле к и

gn ps. чэ где р, иpg — плотности эталонного и исследуемого материалов, г/см;

N> и N< — количество оборотов ролика при испытании эталонного и исследуемого материалов, Из табл.3 видно, что сталь, обработанная по предлагаемому способу, существенно превосходит по трещиноустойчивости и износостойкости сталь, обработанную по способу-прототипу, сохраняя при этом все остальные свойства на требуемом уровне.

Формула изобретения

Способ внепечной обработки литой стали, включающий обработку ее во время выпуска в ковш ферротитаном и силикокальцием, отличающийся тем, что, с целью повышения трещиноустойчивости и износостойкости, в начале. выпуска в сталь вводят ферротитан в количестве 1,4—

7,6 кг/т в расчете на остаточное содержание титана 0,03 — 0,15, затем силикокальций и феррованадий в количестве соответственно 0,9 — 2,7 и 0,63-6;30 кг/т стали в расчете на остаточное содержание кальция и ванадия соответственно 0,005 — 0,010 и 0,020,20 б

1693082

Таблица 1

Расход компонентов, кг/т стали

Опыт

Порядок ввода

Ферро- Силикотитан кальций

Феррованадий

Ферро- Ферроцерий бор

Гет, SiCa + Ре>!

11

lI

tt и

FeV> FeTi + SiCa

FeTi; ГеЧ, SiCa

SiCa> ГеЧ + FeTi

0,4

0,55

5,5

3,0

3,6

5,0

FeTi + SiCa, FeB + FeCe

1,7

1,0

Ферротитан фти35а; силикокальций СК45; феррованадий ФВд35а; ферробор ФБ-1; ферроцерий (50ь Се) .

Таблица 2 стали 11ОГ13Л, мвс.ь

1 ...1

Химический состав

Опыт

Остаточное содермание раскислителей и модификатооов, мас.ь

С Й

Мп

0,009

0tOl1

0,009

0,012

0,022

0,014

0,021

0 ° 018

0,025

0,024

12,1

12,3

12,0

12,2

12 >3

12,3

12,2

12,1

12,2

12,0

0,015

0,023

Oi OOlf

0,005

Т а б л и ц а 3

Общий индекс эагряэненности неметаллическими включениями

Трещино устойчи вость, Относительная

Опыт

r КСц, мДхТм>6, МПа Б > ИПа Ч, Ф износостой кость

2,2 3

2>0

2,0 t

1 6 2

1,8 О

1,9 2

1>7 1

1,7 3

1,6 1

1 880 460

2 860 450, 3 900 475

4 81> 440

5 910 455

6 815 465

7 800 420

8 835 455

9 640 425

1О 810 465

Составитель B. Кириленко

Редактор О. Юрковецкая Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор B. Гирняк

3 4053 Тираж аказ Подписное осуд и ГКНТ СССР

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 нно-издательский комбинат Патент"., r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Производственно-и

2

4

6

8

10

Предла" гаемый

2

4

6

7 е

Иэвестный

10

1,12

t,15

l,12

1,1!

1,11

1,13

1,12 ! 10

1, 1

1,12

3,8

1,4

7,6

1,2

8,0

1,4

7 6

3,8

0,31

0,48

0,45

0,48

0,36

0,37

0,43

0,31

0,38

0,41

38

39

38

34

37

33

1,4

0,9

2,7

0,7

3,0

0,9

2 7.

1,4

29

31

26

32

26

27

24

3,0

0,63

6,3

0,55

6,7

0,63

6,3

3,0

0,061

0,068

0,060

0,065

0,070

0,064

0,066

0,062

0,068

0,064

0,06

0,03

0,15

0,02

О, 027

0,04

0,023

0,100

О, 051

0,ОО3

О 005

0,01

0,002

0,03

0,005

0,015

0,002 .0,008

0,003

1400 l 200

970 !

100

0,1

0,02

0,2

О,OI

0,25

О, 012

0,06

0,07

2,1 0,014

2,1 О, 012

2,3 О, 018

103 0,018

1,9 0,025 l,2 0,015

1,8 0,021

l,4 0,016

1,6 0,022

0,025