Способ получения мелкого зерна в сталях с повышенным содержанием серы

Уц4О П 6-"А"-И-"-И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскик Социалистических Республик(51)М, Кл,2 с присоединением валеки Нов С 21 5/52 Государстаенный комнтет СССР но дмам нзобретеннй н открмтнй(53) УДК 669. 187. ,25(088.8) Дата опубликования описания 251079 Н,Н. Горшкова., Ю.В,Ельцин, Ю.С. Золоторевский, Л.С,Степанова, В.В,Топилнн, С.В.Ильин и Л.Н,Култыгина(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕЛКОГО ЗЕРНА В СТАЛЯХ С .ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ СЕРЫИзобретение относится к металлур-)гии сталей, а именно к способу получения мелкого зерна в сталях с по"вышенным содержанием серы,и можетбыть использовано в машиностроении,судостроении и в других отрасляхпромышленности,Известны способы введеиия вжид-кую сталь редкоземельных металлов(РЗМ) и серы (повьыенного содержа"ния, более 0,15),.однако, описанныеспособы не обеспечивают получениямелкозернистой структуры слитка, Сохранив повышенное содержание серы встали,Известен способ введения добавокредкоземельных металлов в жидкуюсталь, содержащую серу (1),В процессе непрерывного литья, использующем последовательные стадии( выпускметалла в ковш, промежуточное устройство и разливку металла визложницу), полное раскисление осуществляется добавлением алюминия, 25кремния и марганца, В полностью раскисленную сталь, разлитую в промежуточное устройство, конструктивно приспособленное для защиты стали от скис"ления, вводят РЗМ (лантан, церий,2разеодим, неодим, их сплавы или любые сочетания) в виде проволок диаметром 2,0-4,0 мм со скоростью 0,05 м/сек, причем соотношение концентраций РЗМ и серы составляет 1,2- 2,0, Известный спбсоб введения РЗМ и серы в жидкую сталь использует эффект взаимодействия РЗМ и серы.Однако использование такого способа для стали с. повышенным содержанием серы (более 0,15) с целью измельчения зерна неэффективно, так как введение РЗМ в раСплав, содержащий повышенное содержание Серы, будет: приводитьк обессериванию металла, следовательно, к ухудшению механической обрабатываемости резанием;к отсутствию эффекта измельчения макро- и микроэерна слитка.Цель изобретения - сохранение необходимого содержания серы в стали для получения улучшенной механической обрабатываемости стали резанием, уменьшение склонности к росту зерна и предотвращение образованйя закалочных трещин.Поставленная цель достигается тем, что РЗМ и серу вводят в тигель; уста692861 юеюююЮ щщщщтщщт 4 ещещющещащвтющещщщщ аблица 1 щааавваееееаищиее щЮе вее атее Способ выплав Содержание элементов, вес.Ък и сталиеювв в Веаювиетещ щщещеа авищивещее щ05 В 15 К 10 Х 15 С Я 1 Мп Я Р С И 1 Ю Сова веета Се Ге рас-, четн ав е веще,ее ававва в щ е е щ0,050 0,4 0,75 0,10 0,009 щ ют щ аею тащют 15,0 0,38 15,10 10,22 0,15 Остие вваттватеетепаив вватт 15,2 0,40 15,48 10,08 0,15 Ост Известище ю Ю ющ т ав тю в ю е ее в юев ю Ю ащ аа т юев щ ю те щ щ Предлага 0,45 0,4 0,80 0,21 0,0а а итетютюавв а в щиваеЗМ и серы раэличен (се жидкую сталь в виде еза из расчета 70 ус а ею тевещеитюютююещ соб введения ра вводится сернистого ж новлен порядок введения серы, изменено соотношение концентраций РЭМ и серы при регламентированном температурнощвременном режиме выплавки.В предварительно раскисленнуюалюминием и кремниемжидкую сталь в 5тигле вводят РЗМ, мишметалл или любые их сочетания, затем - серу в соотношении концентраций РЗМ и серы 0,2 щ1,0, при температуре на 60-100 фвыше,чем температура ликвидуса стали,и выпускают металл из печи через 310 минпосле йрисадки серы.Введение РЗМи серы в жидкуюсталь после предварительного раскис-.ления алюминйем и кремнием предотвращает взаймодействие РЗМ с кислородом,тем самым повышая содержание РЗМ врасплаве, а введением серй в концетехнологического цикла выплавки прирегламентированном температурно-временном режиме при температуре на 60"100 выше,чем температура ликвидуса,ои выпуском металла из печи через 310 мин после присадки серы обесйечивают сохраНение необходимой концентрации серы в стали, а ,также .обра".зование тугоплавких сульфидов РЗМ,служащих дополнительными центрамикристаллизации слитка,Это последнее и обеспечивает созда-ние мелкозернистой структуры слитка,сохраняет необходимое содержание серы в стали, уменьшает склонность кросту зерна деформированногометалла,что приобретает особенно боЛьЫое значение для сталей Ферритного класса с З 5высокой температурой кристаллизации,уменьшает склонность к образованиюзакалочных трещин.Соотношение концентрации РЭМ и се"ры, обеспечивающее этот эффект, сос- . 40тавляет 0,21,0.Таким образом, сера используетсяне только как добавка для улучшениямеханической обрабатываемооти "резаниемметалла", но и входит в состав комплексного модификатора. При выплавке обеих плавок стали 05915 К 10 Х 15 принята технология обычная для такого рода сталей, но споОтклонение от указанных пределовпо соотношению концентраций РЗМ и сещры в большую сторону приводит к избытку РЗМ в расплаве, что влечет засобой взаимодействие РЗМ с железом,и, как следствие, падение пластичности при горячей деформации стали,Отклонение от указанных пределов вменьшую сторону (менее 0,2) приводитк избытку серы в стали, и, как следствие, образованию сульфидов железа,обладающих пониженной, по сравнениюс сульфидами РЭМ, температурой плавления, Это в значительной степени понижает верхний предел температурногоинтервала горячей пластической деформации, а также приводит к образованию сульфидной сеткиПомимо этогозизменение указанного соотношения нарушает протекание процесса модифицирования комплексным модификатором.увеличение температуры расплавасвыше 100 С над температурой ликвидуса стали вызывает перегрев расплава,а следовательно разрушение дополнительных центров кристаллизации, какимив данном случае являются сульфидыРЗМ, что нарушает модифицирующее воздействие серы и РЗМ, Понижение тем пературы"расплава ниже 60 С над температурой ликвийуса приводит к понижению жидкотекучести, недоливу слит"ковпри выпуске металла из печи.Соблюдение указанных ограниченийпо времени необходиМо, для полнотЫ протекания процесса модифицирования, Вре"мя выдержки менее 3 мин недостаточно длявзаимодействия РЗМ с серой, а более10 мин приводит к укрупнению сульфидовРЗМ.Проведейы сравнительные опыты повыплавке сталей ферритно-мартенситнощго класса с"высоким содержаниемлегирующих элементов и серы - известным и предлагаемым способами и,исследованием полученного металла.Исследование проведено на стали марки 05 В 15 К 10 Х 15 (см.табл.1),692861 Т а б л и ц а 2 ютет тютютютю ютжа е живживаатаа еваежа юа жеежитетеиее юта Способ выплавки стали Температура закалки, С 05 В 15 К 10 Х 15 900 1000 1100 1150 11200 1250еэтаита В ще ае ю юаеж Известный 14 127 4 2 1 тю е еютютютютютютютюте еатаавивтеюивитаааитютютатю вт Предлагаемый 14 12 10 7 5 3аютжюе ютеюютютютютюа ветатютююттавате тетютюа тета теживта Йг П р и м е ч а н и еф Величийагэерна оценивалась по ГОСТ 5 б 39-86. Сталь, выплавленная по предлагает гущин в заготовках диаметром более 20мому способу, не обнаруживает склон- мм (табл. 3).нОсти к образованию закалочных треТ а б л и ц а 3 жтттююттююжтею татеавивта тФттжжжюЙ е еюежеттютютютютютю ./Способ выплавки Охлаждаюцан Диаметр образца, мм среда .и вивеб 0 55 50 . 40 35 20 10аю аеив стали Известный Вода есть есть есть есть есть есть нет ютЕттюще ижщю е ежа е вв еаМасло - - --; - -- . - . - , неттжю еееж ю юе вивт ж тжаж еаюютюижа ативавиаа тви жее живееев е Предлагаемый Вода нет нет нет нет нетнет нет юае а ЫтщиажМасло т таею е ю еюттатютюжжтю а юевеете ею жжатвава те еа,иет же втютте в свою очередь, позволяет уменьшитьсклонность к роСту"зерна деформированных сталей Что имеет особеннобольшое значение для сталей ферритного класса с высокой температуройкристаллизации, а также обеспечивает отсутствие термических трешин призакалке заготовок сложнолегированныхсталей,вояемости, количество введенной серы в металл одинаково). Температурно " временной режим введения плавки для обоих случаев одинаков. Соотношение концентраций РЗМ и серы (расчетные) составляет 0,5, 5При выплавке стали по известному способу после раскисления марганцем, кремнием, алюминием в жидкую сталь вводится сера, а затем добавляется це"рий; время выдержки перед выпуском 10 жидкой стали (после введения церия) составляет 5 мин, температура жидкой стали составляет 1550 С.При выплавке стали по предлагаемому способу после раскисления мар" 15 ганцем, кремнием, алюминием в жидкую сталь добавляют церий, а затем серу, при этом время перед выпуском жидкой стали (после введения серы) составИспользование сПособа измельчения зерна сталей с повышейййм Содер-" ", жанием серы обеспечивает по сравне- нию с существуюцим способом; сохране ние необходвкого содержания сэры в стали с целью достижения улучшенной обрабатываемости резанием;измельчение зерна слитка стали, ликвидацию зоны транскристаллизации, что, 65 ляет 5 мин; температура жидкой стали 1550 С.Сравнительный анализ металла укаэанных плавок, изготовленных по известному и предлагаемому способам показал, что выплавка стали с высоким содержанием серы по предлагаемому способу дает возможность получить желаемое содержание серы в стали (табл. 1), что улучшает механическую обрабатываемость резанием материала предлагаемый способ введения серы и РЗМ обеспечивает мелкозернистое строение слитка, при этом эона столбчатых кристаллов отсутствует; склонность к росту зерна у деформированного металла, выплавленного по предлагаемому способу меньшая, чем у стали, выплавленной по известному способу (табл.2)Составитель Л, ВеревкинРедактор Л. Веселовская Техред Л.АлфероваКорректорН. Задерновская Тираж 653 Подписное ЦНИИПИ Росударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Заказ 6045/4 7 е 69286 3 8ь чформула изобретения ,. к" росту зерна и предотвращения обраСэования эакалочнык трещин в расплавпособ получения мелкого зерна ленную сталь в печи вначале вводятв сталях с повышенным содержанием редкоземельные металлы, затем серусеры, заключающийся во введении серы в соотношении 0,2-1,0 при.температуреи редкоземельных металлов в расплавлен. 5 на 60-100 С выше, чем температураную сталь после предварительного рас- ликвидуса, стали, и выпускают металлкисления алюминием, марганцем, крем- иэ печи через 3-10 мин после присадкикием, о т л и ч а ю щ и й с я тем, серычто, е целью получения заданной структуры, сохранения необходимого содер Источники инФормации,жания серы в стали для получения улуч- принятые во внимание при экспертизешенной механической обрабатываемости 1. Патент США Р 3871870,стали резанием, уменьшения склонности кл, 75-58, 1975,