Способ выплавки прецизионных сплавов

СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ПРЕЦИЗИОННЫХ СПЛАВОВ, включающий завалку шихтовых материалов, расплавление, нагрев, предварительное раскисление алюминием, выдержку, диффузионное раскисление боркальком, окончательное титаном и выпуск металла, отличающийся тем, что, с целью снижения газов и неметаллических включений в металле, повышения служебных характеристик и выхода годного, предварительное раскисление алюминием в количестве 0,05 - 0,20% от веса металла производят после загрузки и расплавления 30 50% металлошихты с последующей догрузкой остальной части шихты в расплав.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к способам выплавки сплавов с повышенными требованиями по магнитным свойствам, и может быть использовано при выплавке сплавов на никелевой, железо-никелевой, железо-кобальтовой и других основах.
Цель изобретения снижение содержания газов и неметаллических включений в металле, повышение служебных характеристик и выхода годного.
Сущность способа заключается в том, что предварительное раскисление алюминием в количестве 0,05-0,20% от веса металла производят после загрузки и расплавления 30-5, металлошихты с последующей догрузкой остальной части шихты в расплав.
При этом происходит полное усвоение введенного алюминия, фактическая его концентрация в жидкой ванне достигает до 0,15-0,60% что приводит к раскислению жидкого расплава. При последующей догрузке остальной части металлошихты происходит снижение температуры расплава до 1250-1350^оС, и в зонах, граничащих с твердой фазой, происходит частичная кристаллизация жидкого расплава. Оба эти процесса приводят к активному выделению и коагуляции продуктов раскисления жидкого металла неметаллических включений.
За период полного расплавления шихтовых материалов и нагрева неметаллические включения в значительной степени всплывают и переходят в шлак. Об этом свидетельствует постепенный рост содержания алюминия в плавильном шлаке с 3,7% Al₂O₃ до 13,4% К концу плавления содержание алюминия в жидкой ванне снижается до 0,013-0,005% что характеризует полноту предварительного раскисления металла.
После расплавления всей шихты и нагрева металла до 1500-1540^оС плавильный шлак полностью или частично снимают и выдержку расплава проводят под шлаком состава, CaO 65, MgO 20, CaF₂ 15.
Во время рафинирования металла производят диффузионное раскисление боркальком, введение необходимых легирующих элементов и окончательное раскисление титаном по известной технологии. Осаждающее раскисление расплава в конце плавки алюминием исключают.
Предварительное раскисление металла алюминием позволяет снизить количество боркалька для диффузионного раскисления, а для ряда сплавов и количество титана, что также способствует уменьшению содержания неметаллических включений в металле и, следовательно, повышению магнитных свойств.
При введении алюминия менее нижнего предела 0,05% не происходит эффективного предварительного раскисления металла, снижения содержания газов и неметаллических заключений, повышения служебных характеристик, а для сплавов типа 27КХ, 79НМ имеет место небольшая рослость части слитков.
Повышение содержания алюминия выше верхнего предела 0,20% приводит к увеличенному расходу его, для сплава 79НМ к удлинению периода пониженной пластичности металла перед выпуском и, следовательно, к увеличению продолжительности процесса выплавки, повышения магнитных свойств не наблюдают.
В табл.1 приведены магнитные свойства и качественные характеристики кованного металла сплава 27КХ в зависимости от количества вводимого алюминия.
Нижний предел 30% количества расплавленной металлошихты ограничен удлинением периода плавления и, следовательно, всей плавки, нестабильностью и низкими значениями получаемых магнитных свойств.
Верхний предел 50% ограничен уменьшением эффекта перехода продуктов раскисления из расплава в шлак вследствие уменьшения времени до полного расплавления всей металлошихты после введения алюминия для предварительного раскисления, повышением содержания газов и неметаллических включений, низкими магнитными свойствами.
В табл. 2 приведены служебные характеристики кованного металла сплава 27КХ при различных вариантах введения оптимального количества алюминия.
Повышенные служебные характеристики при проведении опытов были получены и для других прецизионных сплавов при оптимальном количестве введенного для предварительного раскисления алюминия (на 0,15% для сплава 79НМ, на 0,10-0,12% для сплава 49К2Ф) после расплавления 30-50% загруженной шихты от веса садки.
Таким образом, принципиальное отличие предлагаемого способа от известных заключается в том, что алюминий для предварительного раскисления вводят в часть расплавленной металлошихты. Затем производят догрузку остальной части шихты до полной садки, при которой происходит понижение температуры расплава и образование продуктов раскисления, переходящих в плавильный шлак за время расплавления и нагрева шихты.
П р и м е р 1. Проведена выплавка прецизионного магнитно-мягкого сплава 27КХ в основной индукционной печи типа ИСТ-04 методом сплавления чистых компонентов. Шихта включает чистое железо ОЗЖР и 008ЖР, кобальт К-1, отходы после ковки, стружку.
После загрузки и расплавления 40% шихты от веса садки вводят на штанге кусковой алюминий на 0,16% от веса металла. Затем догружают остальную часть шихты и производят расплавление и нагрев всей садки.
При достижении температуры расплава 1540^оС плавильный шлак снимают полностью и наводят новый состав, CaO 65, MgO 20, CaF₂ 15.
Выдержку металла проводят в течение 20 мин, с диффузионным раскислением боркальком из расчета 6-7 кг/т, введением ферросилиция ФС-75, марганца Mр-1, хрома Х-О и окончательным раскислением титаном на 0,05% от веса металла.
Для получения сопоставимых данных в этой же печи выплавляют сплав 27КХ по известной технологии с диффузионным раскислением боркальком из расчета 8-10 кг/т и окончательным раскислением алюминием и титаном на 0,10% каждого элемента.
Разливку сплава производят в изложницы развесом слитка 530 кг. Слитки куют на сутунки, от которых отбирают пробы на магнитные свойства и механические испытания при температурах начала и конца ковки 1200 и 850^оС соответственно.
Из проб на магнитные свойства изготовляют образцы толщиной 7 мм с наружным диаметром 50 мм, внутренним 40 мм и термообрабатывают их в течение 3 ч при 850^оС в вакууме с последующим охлаждением до 400^оС со скоростью 100^оС/ч и далее произвольно до 150^оС, т.е. по нормам ГОСТ 10160-75. Магнитные свойства измеряют баллистическим методом на установке У5045.
Дополнительно изготавливают образцы для определения содержания азота и кислорода методом вакуумного плавления и для количественной и качественной оценки неметаллических включений.
В табл.3 приведены результаты магнитных, механических испытаний и выхода годного кованного металла для сплава 27КХ, полученные предлагаемым и известным способами выплавки.
Исследования качественных характеристик сплава 27КХ показаны в табл.4.
П р и м е р 2. Проведена выплавка прецизионного магнитно-мягкого сплава 79НМ в индукционной печи типа ИСТ-0,4 методом сплавления чистых компонентов. Шихта включает чистое железо ОЗЖР, никель Н-1У, ферромолибден ФМ-1, отходы после ковки и горячей прокатки, стружку.
После загрузки и расплавления 38-42% металлошихты от веса садки вводят на штанге кусковой алюминий из расчета на 0,15% от веса металла. После этого догружают остальную часть шихты и проводят расплавление и нагрев полной садки.
При температуре расплава 1500^оС плавильный шлак частично снимают и выдержку металла в течение 25 мин ведут под шлаком состава, CaO 65, MgO 20, CaF₂ 15 с диффузионным раскислением боркальком из расчета 4-6 кг/т введением марганца Мр-1, ферросилиция ФС-75, окончательным раскислением титаном на 0,08% от веса металла.
Для получения сравнительных данных в той же печи производят сплав 79НМ по известной технологии с диффузионным раскислением боркальком из расчете 6-8 кг/т, окончательным раскислением алюминием и титаном на 0,10% каждого элемента.
Разливку сплава осуществляют в изложницы развесом слитка 530 кг по общепринятой и одинаковой температуре для данного сплава.
Слитки куют на сутунки, которые после наждачной зачистки и передела на стане горячей прокатки на толщину 3,5-4,0 мм катают на стане холодной прокатки на ленту толщиной 0,35-0,10 мм.
От сутунки на ковке отбирают пробы на механические испытания при температурах начала и конца ковки 1250^оС и 850^оС соответственно. Из ленты штампуют образцы для магнитных испытаний с последующей термообработкой, рекомендуемой ГОСТ 10160-75; нагрев до 1125 25^оС, выдержка 3 ч, охлаждение до 600^оС со скоростью 200^оС/ч, далее охлаждение до 200^оС со скоростью не менее 400^оС/ч.
Определение магнитных свойств, содержание газов, количество и размер неметаллических включений производят теми же методами, что и для сплава 27КХ.
В табл.5 приведены результаты магнитных испытаний, выхода годного и распределение плавок по классам холоднокатанной ленты из сплава 79НМ.
Результаты механических испытаний и выход годного по пластичности на ковке указаны в табл.6.
Исследования качественных характеристик сплава 79НМ показаны в табл.7.
П р и м е р 3. Проведена выплавка прецизионного сплава 49К2Ф в индукционной печи типа ИТС-0,4 методом сплавления чистых компонентов. Шихта включает чистое железо ОЗЖР, кобаль К-14, отходы после ковки, стружку.
После загрузки и расплавления 37-40% шихты от веса садки вводят на штанге кусковой алюминий из расчета на 0,10-0,12% от веса металла. Затем загружают остальную часть шихты и нагревают расплав до 1530^оС с последующей присадкой феррованадия ФВД 34А-1 под шлак.
Плавильный шлак не снимают, а обрабатывают боркальком в два приема из расчета 8-10 кг/т с продолжительностью диффузионного раскисления не менее 15 мин. Выдержку металла производят в течение 20 мин, без окончательного раскисления алюминием и титаном.
Для сравнения в этой же печи выплавляют сплав 49К2Ф по известной технологии с диффузионным раскислением в два приема из расчета 8-10 кг/т, окончательным раскислением титаном на 0,05% от веса металла. Металл разливают по общепринятой температуре в изложницы развесом слитка 530 кг.
Слитки куют на сутунки и отбирают пробы на магнитные и механические испытания. Образцы на магнитные испытания отжигают согласно ГОСТ 10160-75 в вакууме при температуре 850 20^оС в течение 3-4 ч с последующим охлаждением до 400^оС со скоростью 100^оС/ч, далее произвольно до температуры 150 ^оС.
Определение магнитных свойств, содержание азота и кислорода, неметаллических включений проводят теми же методами, что и для сплавов 27КХ, 79НМ.
В табл.8 приведены сравнительные результаты магнитных испытаний, выхода годного и распределение плавок по классам кованого металла из сплава 49К2Ф.
Результаты механических испытаний, выход годного по пластичности показаны в табл.9.
Исследования качественных характеристик сплава 49КФ приведены в табл.10.
Испытания и исследования показывают, что выплавка по предлагаемому способу по сравнению с известным снижает остаточное содержание газов, уменьшает количество и размеры неметаллических включений в металле, изменяет их качественный состав.
Использование предлагаемого способа обеспечивает повышение служебных характеристик, технологической пластичности металла, что приводит к увеличению выхода годного, стабильности свойств и улучшению качества прецизионных сплавов.