Способ микролегирования стали активными элементами

(ГГйЛ.у,.РЕТЕНИЯ ПЬСТВУ дова- ллурЯК.Крунский,ССС 985 СР 74.979 тиоСУДАРСТВЕННЫЙ ХОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕ(1) Центральный научно-исслетельский институт черной метагии им. И.П.Бардина(54) СПОСОБ МИКРОЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ АКТИВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ.(57) Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способамю плавки в вакуумных печах, Целью изобретения является повышение стабильности усвоения микролегирующих активных элементов, снижение содержания азота, гарантированное получение заданной структуры твердого раствора, повышение жаропрочных свойств стали, снижение легированности дефицитными элементами, например молибденом, Способ включает расплавление металла, его раскисление и введение микролегирующих добавок при давлении 66,5-260 Па. Инертный газ вводят плоскими струями с отношением длины к ширине сечения (16-19): (0,3-0,5) и расходом (0,46-0,49) х х 10м/т мин, Цирконий, РЗМ и бор вводят через 6-9 мин после дос жения давления 1900-3300 Па. Соотн ение данных элементов (1-300):О): (1-6). 1 табл.1 13318Изобретение относится к черной металлУргии, в частности к способам легирования стали. в вакуумных установках.с;Цель изобретения состоит в повышении воспроизводимости усвоения микролегирующих активных элементов, снижении содержания азота, гарантированном получении заданной структуры твердого раствора, повышении жаропрочных свойств, снижении легированности стали дефицитными элементамй, например молибденом.Сущность изобретения состоит в том, что металл из плавильного агрегата выпускают в ковш и раскисляют алюминием для понижения содержаниярастворенного кислорода, а затем передают на порционную вакуумную уста новку. При достижении давления в камере 1900-3300 Па начинают вакуумировать металл, т,е, перемещать камеру порционного вакууматора в верхнее и нижнее положение. Начало перемеши вания вакуумной камеры при указанном разрежении позволяет обеспечить на- . хождение в вакуумной камере около 107 металла, что необходимо для эффек-.тивной дегазации металла в минималь ное время. В процессе вакуумирования в патрубки вакуумной камеры вводят нейтральный газ плоскими струями с соотношением длины к ширине сечения струи в месте ввода ее в металл в пределах (16-19) : (0,3-0,5) и расходом инертного газа на фурме (0,46 ;0,49) ч 10 з м(т мин. Введение аргона плоскими струями с указанной фурмой и расходом обеспечивает большую поверхность раздела газ - металл за счет образования множества мелких пузырей. Это позволяет эффектиВНО проВОдить удаление 45 азота из раскисленного алюминием металла, создать газометаллическую пену на поверхности расплава, предохраняющую вводимые микролегирующие элементы от контакта с кислородом воздуха, непрерывно натекающего в вакуумную камеру, а также дополнительно понизить содержание кислорода в газовой фазе над расплавом за счет сильного разбавления ее нейтральным газом. Введение нейтрального газа в металл также обеспечивает увеличение скорости растворения микролегирующих добавок за счет активного перемеши 96 2вания металла пузырьками нейтрального газа.Присадку микролегирующих элементов (циркония, РЗМ, бора) осуществляют спустя 6-9 мин после начала вакуумирования при остаточном давлении инертного газа 66,5-260 Па. Введение присадок на конечном этапе вакуумной обработки необходимо для предварительного снижения содержания азота в металле менее 0,0067 а также для отмыва неметаллических включений на основе окиси алюминия, Уменьшение содержания в металле азота и неметаллических включений позволяет снизить количество образующихся нитридов циркония и РЗМ, а также трудноудаляемых включений, образующихся за счет восстановления алюминия редкоземельными металлами из неме галлических включений, т,е, увеличить долю присадок, идущую на легирование металла. Создание над расплавом нейтральной атмосферы с давлением 66,5-260 Па, наряду с образованием защитнои газометаллическай пены, позволяет практически исключить взаимодействие кислорода атмосферы с присаживаемыми микролегирующими добавками, Присадка на зеркало металла элементов в соотношении цирконий : РЗМ : бор (1-330) (10-70) : (1:6) приводит к изменению состава, размера, формы и расположения неметаллических включений, способствует легированию твердого раствора, чтоприводит к превращению аустенита в бейнитной области, повышению эффекта дисперсионного твердения. Кроме того, это приводит к уменьшению размеров упрочняющей карбидной фазы - МС, размеров блоков и напряжений второго рода.Молибден является одним из обязательных элементов теплоустойчивых сталей, повышающих жаропрочные свойства длительно работающего металла благодаря тому, что он входит в твердый раствор, вызывая значительное его упрочнение. Кроме того, молибден, входя в карбидные фазы, способствует их измельчению (МС, МС). Ввод микро- добавок позволит уменьшить его содержание, например в хромомолибдено-, ванадиевой стали, с 0,25-0,35 до0,10-0,147Введение циркония, РЗМ и бора в соотношении (1-300) ; (10-70) : (1-6) необходимо, чтобы с и:, помощью уб5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3 13 рать оставшийся кислород и провести десульфурацию и при этом всеми тремя добавками микролегировать металл.Начало вакуумирования (качание вакуумной камеры) предусматривается при разрежении 1900-3300 Па. Уменьшение указанного предела вызовет увеличение времени вакуумирования и связанного с этим перерасхода энергоносителей, Увеличение давления выше 3300 Па при начале вакуумирования также увеличит время вакуумирования за счет снижения константы скорости дегазации металла, а также уменьшение забираемой порции металла,Введение нейтрального газа плоской струей при увеличении отношения длины к ширине сечения струи в месте ввода ее в металл более .чем 19:0,5 вызовет уменьшение скорости струи вводимого газа. Тем самым уменьшится длина вводимой газовой струи и увеличится размыв футеровки надфурменной зоны. Уменьшение данного соотношения менее 16:0,3 вызовет значительное увеличение скорости струи и тем самым зона разрушения газовой струи опасно приблизится к противоположной (от фурмы) стенкеЪпатрубка вакууматора и также вызовет дополнительный размыв футеровки.Увеличение расхода инертного газа при сохранении предлагаемого соотношения длины к ширине плоского сечения струи, с одной стороны, также вызовет дополнительный размыв противоположной стенки футероьки патрубка, а с другой, - увеличит остаточное давление в вакуумной камере и тем самым снизит скорость дегазации металла. Последнее объясняется тем, что ступень пароэжекторного насоса, создающая минимальное разрежение, рассчитана на небольшое количество откачиваемых газов и при увеличении их количества (нейтральный газ и натекающий воздух) больше расчетного предела автоматически отключается создающая минимальное разрежение ступень и в работе находятся более производительные, но не обеспечивающие .низкого остаточного давления в вакуумной камере ступени насоса.Введение в первую очередь РЗМ вместо циркония вызовет образование большого количества кислородных включений РЗМ, которые плохо удаляются из металла, а также ухудшение десуль 31896 4 фурации металла. Введение в первуюочередь бора также приведет к взаимодействию бора с кислородом, растворенном в металле, и тем самым еговлияние на структуру металла будетсведено к минимуму,Предлагаемые соотношения определяются составом стали и требуемымисвойствами, Введение циркония менее1, РЗМменее 10, бора менее 6 приводитк неравномерному распределению структурных составляющих и карбидных фаз,что снижает длительную прочность стали.При цирконии более 300, РЗМ более у 0образуются неравномерные скопления неметалЛических включений,при боре более 6 - на границах зерен наблюдается боридная эвтектика. Скопления неметаллических включений циркония иРЗМ и наличие боридной эвтектики резко ухудшает длительную прочностьи технологическую пластичность стали,Оптимальность предлагаемых параметров доказана в таблице. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.Сталь марки 12 Х 1 МФ выплавляют в 100-тонной дуговой печи. После расплавления и окисления углерода и фосфора и скачивания окислительного шлака в металл, содержащий молебден, присаживают феррохром, ферросилиций, ферромарганец и шлакообразующие (известь и плавиковый шпат) в соотношении (5-4) : 1. После проплавления шлакообразующих их раскисляютГ порошками кокса и алюминия. Ирио1650 С металл выпускают из печи в ковш, отбирают пробу на алюминий и азот и подают к порционному вакуума- тору, Начинают подачу аргона до опускания патрубка вакууматора в металл. Газ подают плоской струей с расходом 0,46 10м/т.мин через фурму, обеспечивающую отношение длины к ширине сечения струи в месте ввода в металл в пределах (16-19) : (0,3-0,5) . Фурма расположена в нижней части патрубка вакууматора. Патрубок опускают в металл и отключают насос. После достижения разрежения 1900-3300 Па начинают перемещение (качание) вакуумной камеры. В процессе вакуумирования. давление в вакуумной камере уменьшается до 66,5-260 Па. Спустя 3-4 мин после начала вакуумирования (первогоСтепень Соотнове" деаэота .ние пирпни коний:2 :РЗИ :с бор ВеличиеосновнойФаям Пример Воличествоплавок Соотновение длины к внрине поперечного сечения струи Пластнч- . ность,2 Расходинертно"го газа1 О Рост вача ла ваку рова ния,РостпривводелегиР 1 пещих,Па темпера тураиспытанияС Времядораэрувения1 ВОИПач Времядо началавводалегирущнкмнн Расходмолиодена,кгт 4 О 150 йннт+ 570 235 14 65 049 6 го,33 Зоосго;6 38 100:50 с 4 25 350808 Всо 50 570 2700 57 о 25 ов 600 1 ЗЗ 04 22,0 0,4 5 0,2 ОО и 3 2000 66,5 (беэ ввод Составитель А.ЩербакоТехред В, Кадар орректор М.Шароши Редактор ИЕгорова акаэ 3769/23 Тираж 549 ВИИИПИ Государствен по делам иэобрет 113035, Москва, Ж, РаПодписиого комитета СССРний и открытийушская наб., д.4/5 роизводственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная,5 133перемешивания вакуумной камеры) погазоанализатору определяют количество кислорода в .откачиваемых газах и,в случае необходимости, увеличиваютрасход инертного газа до 0,49 хх 10 о мэ/т мин. После 6-9 мин вакуумной обработки при давлении инертной атмосферы 66,5-260 Па производятприсадку циркония, РЗМ и бора. Продолжают вакуумирование металла спродувкой аргоном еще 2-3 мин и затем давление повышают до нормальногои аргон отключают. Отбирают пробу изамеряют температуру, Плавку передают на разливку,В таблице приведены примеры выполнения предлагаемого способа (1-3)применительно к стали марки 12 Х 1 МФэа также плавок, проведенных с использованием запредельных параметров(4 и 5) и осуществленных по известному способу (6). Плавки проводилисьв 100-тонной дуговой печи, Вакуумирование металла осуществлялось напорционном вакууматоре. Как видно иэ таблицы, преимущество предлагаемого способа перед из-. вестным заключается в снижении содержания азота в металле, в получении гарантированной бейнитной структуры 18966металла, что способствует повышениюжаропрочных свойств металла.Формула изобретения 5Способ микролегирования стали активными элементами, включающий раскисление алюминием, вакуумирование,присадку микролегирующих добавок,например редкоземельных металлов,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повьппения стабильности усвоения микролегирующих активных .элементов, снижения содержания азота,гарантированного получения заданнойструктуры твердого раствора и повьппения жаропрочных свойств стали, снижения легированности дефицитными эле-,ментами, микролегирующие добавки вводят на зеркало металла при давлении 20 инертного газа над расплавом 66,5260 Па, которое обеспечивают подачейего в расплав плоскими струями с отношением длины к ширине сеченияструи в месте входа ее в металл в 25 пределах (16-19) : (О, 3-0,5) и расходом инертного газа на фурме (0,46 --0,49)10 3 и /т мин, причем цирконий, редкоземельные металлы и борвводят в соотношении (1-300) : (10- 30 70) : (1-6) спустя 6-9 мин последостижения давления над металлом впределах 1900-3300 Па.