Способ выплавки азотсодержащей конструкционной стали

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН НС 21 С 5/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБЕТНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Институт проблем литья АН Украинской ССР(56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 377333, кл. С 21 С 7/00, 5/52, 19712. 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,яий расплавление шихты, окисление примесей, раскисление алюмйнием в количестве 0,2-0,4 кг/т, редкоземельньп 1 и металлами циркониеми легирование азотом, о т л и ч а ю ц и й с я тем, что, с целью поведения ка" чества конструкционной сталц и сниже" ния расхода легирующих элементов, .после раскнсления стали алюминием и модифицирования редкоземельными металлами в печь ьводят Феррованадий в количестве 1,5-4,0 кг/т совместно с силикоциркопием в количестве 1,0- 2,0 кг/т, после расплавления которых расплав легируют. азотом в ниде литого азотированного Ферросплава, а приР сливе в ковше подают Ферробор в ко- а личестве 0,2-0,3 кг/т и силикокаль" ций в количестве 0,8-0,9 кг/т.Изобретение относится к черной металлургии и литейному производству,а именно к производству азотсодержа-щих конструкционных сталей,Известен способ азотирования жидкой стали и сплавов газообразнымазотом. Суть изобретения состоитв том, что в расплав одновременновводят щелочно-земельные металлы иазот Г 1)Недостатком данного способа является плохое усвоение газообразногоазота металлической ванной.Известен также способ легированиястали и сплавов, включающий вдуваниеинертным газомпорошков нитритов под 15уровень металла совместно с порошкомалюминия 2), Данный способ не обеспечивает эффективного повышения качества стали вследствие взаимодействия азота с алюминием. 2 ОНаиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки азотсодержащей конструкционной стали, включающий расплавление р 5шихты, окисление примесей, раскисление алюминием н количестве 0,20,4 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 встали н виде второй фазы достаточнобольших размеров, что приводит к ухуд- ,шению условий Формирования вторичнойструктуры и н процессе эксплуатацииускоряет процесс образования микро"трещин.Кроме того, присутствие .значительного количества деФектов кристаллического строения по границам зеренприводит 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 азот- содержащей 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 модифицирования редкоземельными металлами в печь вводят Ферронанадий и количестве 1,5- 4,0 кг/т совместно с силикоциркони вм в 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 0,2- у 0,3 кг/т и силикокальций в количестве 0,8-0,9 кг/т,Легирование расплава нанадием ввиде 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 оказываеткомплексное положительное влияниеФкак на процесс формирования дисперсной вторичной структуры, так и наэксплуатационные снойства стали.Ввод феррованадия в количестве менее1,5 кг/т не окаэынает существенноговлияния на структуру и свойства стали. Ввод феррованадия н количествеболее 4,0 кг/т приводит к образова-.нию крупных нитридов нанадия вследствие смещения температуры растворения нитридной фазы в область высоких(более 1100 С) температур. Совместныйввод феррованадия и силикоциркония вколичестве 1,0-2,0 кг/т необходимдля восстановления ванадия из окислов и уменьшения угара .ванадия, .атакже,цля более полного раскцслениястали. Применение силикоциркониявместо циркония предпочтительно, по-скольку сказывается комплексное влияние кремния и циркония на процессудаления кислорода. Ввод силикоциркония в количестве менее 1,0 кг/тне приводит к достаточно эффективному раскислению стали, Ввод силикоциркония н количестве более 2,0 кг/тприводит к загрязнению стали оксидами циркония.Ввод азота в расплав необходимоосуществлять после расплавления сили-..коциркония н и виде литого азотированного Ферросплава, поскольку только .после усвоения азота жидким расплавом в процессе получения литогоазотированного ферросплава возможенстабильный .ввод азота в жидкую сталь,Во всех .других случаях будут наблюдаться значительные колебания усвоения азота сталью вследствие локального пЕресыщения расплава азотом, Вводазота необходимо производить толькопосле расплавления и растворения силнкоциркония, чтобы свести к минимуму возможность образования нитридовциркония,Обработка жидкой стали при сливеее в ковш ферробором в количестве0,2-0,3 кг/т в и силикокальцием в количестве 0,8-0,9 кг/тнеобходима для окончательного раФинирования и раскисления стали.Эффективность действия Ферробораповышается при вводе его совместнос силикокальцивм,При введении Ферробора некоторая часть атомов бора заполняет дефектыпо границам, .уменьшая тем самым неравномерность в распределении углерода и различие в свойствах приграничных и глубинных объемов. зерен аустенита, Снижается различие по энергетическому уров ю Основы зерна и границ, ослабляется их роль как участ.ков преимущественного выделения вто.ричных фаз,Введение Ферробора н количествеменее 0.,2 кг/т не оказывает достточ.но эффективного действия. Введениеферробора в количестве более 0,3 кг/тприводит к образованию бориднойэвтектики.Ввод силикокальция в количестве 15менее 0,8 кг/т не приводит к эффективному окончательному раскислению.Ввод силикокальция н количестве бо-.лее 0,9 кг/т приводит к загрязнениюстали оксидами кальция. 20Ввод Ферробора и силикокальция вковш позволяет снизить до минимумабезвозвратные потери и равномернораспределить по объему расплава бор,кальций и кремний25В индукционной печи МГПвыплавлена сталЬ 40 Л известным способом по прототипу (пример 1) и данным -,количестве 0,1 кг/т и силикокалвцийспособом (примеры 2-4), а также способом, выходящим из предлагаемых пределов (примеры .5, 6),П р и м е р 1, После расплавленияшихты, окисления примесей, предварительного раскисления, доводки по химсоставу расплав легируют.литым азотирананным феррохромом ( Сг=63,4; 35И=2) в количестве 10 кг/т,раскисляют алюминием н количестве 1 кг/т,после окисления алюминием проводятраскисление РЗМ н количестве 2,5 кг/т И=2) в количестве 21 кг/т, при высовместно с цирконием в количестве 401,0 кг/т. в количестве 0,7 кг/т. П р и м,е р 6. После расплавления шихты, окисления примесей, предвари- .тельного раскисления и легиронаниярасплав раскисляют алюминием в количестве 0,5 кг/т, РЗМ в количестве1,5 кг,т, н печь вводят совместно феррованадий н количестве 4,2 кг/ти силикоцирконий н количестве2,2 кг/т, после их расплавления литой азотиронанный феррохром (Сг=63,4 пуске стали в ковш подают ферробор н количестве 0,4 кг/т и силикокальций в 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 недостаточного раскисления стали, но втором из-за введения большого количества азота, превышакеего предел растворимости. Угар ванадия определяют по разности расчетного и действительного содержания ванадия. Механические свойства и гидроабразивную износостойкость определяют после нормализации от 950 ОС (2 ч). Механи-. ческие свойства определяют по ГОСТ 9454-75, 1497-73.Гидроабразинную износостойкость определяют .по потере веса на экспе" риментальной,установке отдела литья дисперсионно-упрочненных сплавов.В таблице .приведены данные по угару ванадия, механическим свойствам и гидроабразивной износостойкости стали 40. П р и м е р 2После 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 (Сг=63,4 Б=2) н количестве 5,0 кг/т, при выпуске стали н ковш. подаютферробор н количестве 0,2 кг/т и силико кальций,в количестве 0,8 кг/т. П р.и м е р 3, После расплавления шихты, окисления примесей, пред" варительного раскисления и легирования расплав раанисляют алюминием 60 в количестве 2,5 кг/тсиликоцирконий в количестне 1,5 кг/т,литой азотированный феррохром (Сгщб 4, Бщ 1) в количестве 12,5 кг/т, при выпуске ста" ли в ковш подают ферробор в количестне 0,25 кг/т и силикокальций в количестве 0,85 кг/т.П р и м е р 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; И=1) 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 м 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/т, совместно вводят в печь ферронанадий и количестве 1,4 кг/т и силикоцирконий н количестве 0,9 кг/т, после их расплавления литойазотированный Феррохром (Сг=63,4 К=2) н количестве 9 кг/т, при выпуске стали в ковш подают ферробор в1047965 Потерявеса1000 мтренияг Механические свойства гаранаия,Ф,ан,кгс/см ткгс/мм 2,64 6 30,5 3,0 62 20,0 60 105 1,05 2 31,0 5,0 24,0 30,0 4,0г 4,5 1,18 3 0,96 2 20,0 90 100 28,0 110 Газовые раковины Газовые раковины Составитель С.БакумаРедактор Л,Авраменко Техред Л, Пилипенко Корректор А.ференц Эаказ 7867/29 Тираж 568 Подписное ВНИИПИ Гасударственного комитета СССР по делам изобретений иоткрытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Филиал ППП фПатент, г.ужгород, ул,Проектная, 4 Как видно из таблицы уровень свойств стали, выплавленной по дан 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 Щ угар ванадия уменьшился в 2-3 раза.Применение данного способа выплавки азотсодержащей конструкционной стали позволяет повысить качество отливок и снизить брак литья на 20-25, повысить уровень механических свойств на .40-50 и эксплуатационных характеристик на 10"15, а также повысить КПД насосов на 3"5,Экономический эффект от внедрения данного способа выплавки аэотсодержащей стали для отливок магистральных насосов нефтепровода составит 1662192 рубв год.