Способ внепечной обработки литой стали

)5 С 21 С 7/06 ИЯ,"Т ЕПЕЧНОЙТО Й СТАк черной металу производству, для внепечного модифицирова- износостойких ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Магнитогорский горно-металлургический институт им. Г.И.Носова и Магнитогорский металлургический комбинат(56) Авторское свидетельство СССРМ 1219656, кл. С 21 С 7/06, 1986,Авторское свидетельство СССРЬ 1186656, кл. С 21 С 7/06, 1985.Авторское свидетельство СССРМ 1135771, кл. С 21 С 7/06; 1985. Изобретение относитсялургии, а именно к литейноми может быть использовано(ковшевого) раскисления иния стали для изготвленияотливок.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 ВНОБРАБОТКИ ЛИЛ 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, глобуля- феР ризации оставшихся неметаллических включений и повышению эффективности 00 всей внепечной обработки.Титан не только раскисляет сталь, а также легирует и модифицирует ее. гтитриды )р 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 образования30 35 40 45 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/тстали и содержание титана более 0,15приводят 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 хватаетдля эффективногго модифицирования, а во втором, наоборот, их много, что ведет к перенапряжению металлической матрицы иповышению 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 какпервичной, так и вторичной кристаллизациилитой 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, характервыпадения пограничных фаз, форму и залегание неметаллических включений, Понижение поверхностного натяжения награнице расплав - кристалл связано с обогащением поверхностного слоя активными элементами (Я, О, й, Р) или образованием наповерхности пленки РеО, АМ, МпЗ 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 - кальцийсущественно повышает трещиноустойчивость и износостойкость стали. Достигаемое уменьшение размеров дендритных кристаллитое и зерна аустенита при введении в сталь данных элементов сопровождается увеличением межзеренной поверхности, уменьшением удельной пограничной концентрациипримесей. Это благоприятно сказывается насвойствах,Способ осуществляется следующим образом,В индукционной тигельной сталеплавильной печи емкостью 160 кг с основнойфутеровкой выплавляют высокомарганцевую сталь 11 ОГ 13 П согласно ГОСТ по обычной технологии методом переплава. Дляобработки стали в ковше готовят составысмеси первой добавки (ферротитан) и второй (силикокальций+ феррованадий) по расчету на заданное содержание титана,ванадия, кальция и выходящие за предлагаемые пределы. В табл,1 приведены составыдля обработки стали и порядок ввода компонентов.Жидкую сталь при 1470 - 1490 С начинают сливать в ковш, Во время слива вводятпод струю стали ферротитан, а затем силикокальций совместно с феррованадием, Длясравнения зту же сталь обрабатывали поспособу-прототипу, Исследования проводили в условиях фракционной разливки стали,Химический состав, базовой стали следующий, мас./,: С 1,1 - 1,15; Мп 12,0-12,3; 3 0,3-0,5; Б 0,009 - 0,025; Р 0,06 - 0,07. Былиопробованы также различные вариантыввода добавок в жидкую сталь. В табл.2 приведены данные по химическому составу отработанных сталей, а в табл.З - показателисвойств. 5Из опытного металла заливали трефовидные пробы согласно ГОСТ. Пробы подвергали термической обработке по режиму:закалка от 1100 С в воде. Для исследованиямеханических свойств из проб иэготавливали образцы на растяжение и на ударнуювязкость согласно ГОСТ,Для исследования трещиноустойчивости заливали специальные образцы размерами 301 30 305 мм с прибылью посередине, 15которые в процессе охлаждения и затвердевания претерпевают затрудненную усадку,создаваемую как постоянной, так и переменной нагрузками. Момент образованиягорячих трещин определяется по показателю стрелки индикатора. Наличие трещин. контролируется затем визуально по изломуобразца. Для определения минимальнойнагрузки, вызывающей в образце образова. ние горячей трещины, первоначально на одном из образцов создается нагрузка,заведомо недостаточная для образованиягорячей трещины. На втором образце создается нагрузка, вызывающая трещину. Припоследующих опытах разница между двумя 30этими нагрузками последовательно уменьшается до такой критической величины, выше которой трещина образуется, а ниже необразуется. Такая минимальная нагрузкахарактеризует уровень трещиоустойчивости стали. Чувствительность прибора 10 Н,Износостойкость определяли согласноГОСТ. Испытания проводили на установке,на которой при одинаковых условиях и постоянной нагрузке производили трение об-разцов из исследуемых и эталонногоматериалов 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 Яз) и исследуемых сталей Я). Относительную износостойость (Ки) вычисляли по формулеап Р й.где р и рк - плотности эталонного и исследуемого материалов, г/см;йэ и йи - количество оборотов ролика при испытании эталонного и исследуемого материалов,Из табл.З 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.Ф ормул а изобретения Способ внепечной обработки литой стали, включающий обработку ее во время выпуска в ковш ферротитаном и силикокальцием, о т л и ч а ю щ и й с я 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 0,02- 0,20;6,1693082 Таблица 1 Расход компонентов, кг/т стали Опыт Порядок ввода Ферро- Силикотитан кальций Феррованадий Ферро- Ферроцерий бор Рет. БСа + РеЧ 11111 ГеЧ, ГеТь + БаасаРеТ 11 ГеЧ, 8.Са81 са ГеЧ + РеТ 1 0,40,55 5,5 3,0 3,6 5,0 Гет + 81 са РеВ + РеСе11 1,7 1,0 Ферротитан ФТи 35 а; силикокальций СК 45; Феррованадий ФВд 35 а; ферробор ФБ;ферроцерий (50 ь Се),Таблица 2 Химический состав стали 110 Г 13 Л мас,ь С Зь . Мп 8 Р Опыт Остаточное содерхание раскислителей и модификатооов, мас.Ф0,009 0,011 0,009 0,012 0022 0,014 О 021 О018 0,025 0,024 0,015 о,огз 0,004 0,005 Таблица 3 Общий индекс эагряэненности неметаллическими включениями Трещиноустойчивость,Относи- тельная Механические свойства Опыт 6 МПаИПаФ Яь КСи МД 1,1 М.износоСТОЙКОСТЬ Е В С2,12,2 320 320 11,6 21,8 01,9 21,7 11,7 31,6 1 1880 4602 8604503 900 4754 81 ы 4405 910 4556 815 4657 800 4208 835 4559 640 42510 810 465 Составитель В. КириленкоРедактор О. Юрковецкая Техред М.Моргентал Корректор В. Гирняк 3 4053 Тираж аказ Подписное осуд и ГКНТ СССР ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб., 4/5