Способ раскисления и модифицирования стали и сплавов

(23 ) Р риоритет Опубликовано 30.03.80, Бюллетень,12 но делам изобретений и открытийДата опубликования описания 31,03.80 Ю. Я. Скок, В, М. Шеглов, В. А. Ефимов, П, Е. Ходаков В. С. Чулков и А. А. Алымов(71) Заявитель Институт проблем литья АН Украинской ССР( 54) СПОСОБ РАСКИСЛЕ НИЯ И МОДИФИЦИРОВА НИЯ СТАЛИ И СПЛАВОВИзобретение относится к черной металлургии, в частности к,сталеплавильному и литейному производству,Известны способы раскисления и модифицирования стали и сплавов, включающее раскисление алюминием и модифи 5 цирование кальцием и редкоземельными металлами (РЗМ) 11 и 21Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ модифицирования стали и сплавов, включающий вве.- дение в металл после раскисления его алюминием 0,05-0,3% кальция, 0,05- 0,4% циркония и 0,02-0,3% РЗМ и после выпуска металла из печи - остальной части кальция в количестве 0,02 0,2% от веса расплава 131.Однако в стали, модифицированной такими способами, неизбежно присутствуют в большом количестве хрупкие алюминаты кальция, которые оказывают отрицательное влияние на свойства сталей, особенно иысокопрочш,х. 11 о извесчъ ному способу раскисления и модифицирования сталь недостаточно глубоко рафинируется от вредных приммесей (кислорода,серы) и неметаллических включений изза отсутствия шлака для поглощения включений. Кроме того, при использованиидля модифицирования.металлическогокальция он быстро испаряется и выгорает часто с выплесками металла; при использовании кальция в виде силихокальция даже при расходе на среднем предле большинство конструкционных сталейвыходит иэ марочного состава по кремнию, что ограничивает применение способа только для высококремнистых сталей,Целью изобретения является улучшение раскисления и рафинирования сталии сплавов от неметаллических включений.Поставленная цель достигается тем,что сталь окончательно раскислчют алюминиевым дроссом в количестве 1-3 кг/ти модифицируют силикоквльцием совмест20 25 30 35 40 45 50 ю с -силикомищметаллом в количестве1-3 кг/т и 1,5 кг/т соответственно,Сталь, раскисления алюминием, неизбежно содержит высокоглиноэемистыенеметаллические включения, наиболее5вредными из которых является корунд.Глинозем и корунд оказывают отрицательное влияние на эксплуатационные свойства конструкционных и особенно высокопрочных сталей, а также полируемость 10нержавеющих сталей. Принципиальное отличие способа раскисления алюминием состоит в том, что алюминий вводится всталь в виде алюминиевого дросса,отходов производства алюминиевых 15сплавов, содержащих 50-80% мегаллического алюминия и шлакообраэующие компоненты - остальное. Шлакообразующие вещества расплавляются при температуре жидкой стали и формируют жидкоподвижный шлак. При раскислении сталиалюминиевым дроссом образующиеся высокоглиноземистые включения и корундассимилируются жидким шлаком, сформированным к этому моменту из шлакообрюующих веществ дросса, коагулируюти удаляются из металла. Верхний и нижний пределы введения дросса в стальойределяются необходимым количествомостаточного алюминия в стали. При введении дросса менее 1 кг/т сталь получается недостаточно раскисленной, что, приводит к повышенному угару модификаторов (силикокальция и силикомишметалла) и снижению эффективности модифицирования. Добавка дросса в стальв количестве более 3 кг/т также приводит к ухудшению свойств из-аа повышенного остаточного содержания алюминия и вторичного его окисления при разливке стали, при этом также ухудшаетсякачество поверхности слитков, что вызывает дополнительные отходы при прокатеи повышение" трудоемкости изготовления.Силикокальций совместно с силикомиш металлом являются эффективнымимодификаторами стали. Они повышаютдисперсность дендритной структуры; умемшают хймическую неоднородность, измельчают микрозерно, способствуют формированию мелких, равномерно распределенных в структуре стали неметаллических включений, т.е. являются модификаторами состава и морфологии неметаллических включений. При раздельном55применении силикоквльция и силикомишматалла получают худшие результаты,чем" при их совместном введении в сталь. В последнем случае более эффективноиспользуют такие активные элементы, как кальций и редкоземельные металлы. Кроме того, при совместном модифицировании стали силикокальцием и силикомишметаллом образуются комплексные неметаллические включения более благоприятного состава и формы, повышается температура затвердевания сульфидов и практически полностью ликвидируются пленочные сульфидные включения эвтектического типа; основным видом включений являются глобулярные оксисульфиды - оксиды в сульфидной оболрчке, Введение силикокальция в количестве менее 1 кг/т мало меняет дендритную структуру, состав и распределение включений в стали;при добавке его более 3 кг/т образуются сравнительно крупные глобулярные включения нового типа. Такие включения оказывают отрицательное влияние на контактную выносливость и эксплуатационные свойства некоторых высокопрочных сталей, например шарикоподшипниковой, рельсовой, конструкционной. Лучшие результаты получают при применении силикокальция с малым содержанием кальция марок СК 10, СК 15. Силикомишметалл модифицирует первичную структуру стали, принципиально меняет природу и распределение неметаллических включений, задерживает рост аустенитного зерна при высоких температурах, При введении силикомишметалла в количестве менее 1,5 кг/т он оказывает незначительное влияние на дендритную структуру, микроструктуру и свойства стали, при добавке его свыше 3 кг/т имеется опасность получения цериевой неоднородности в слитке вслед ствие местных скоплений РЗМ, что ухудшает макроструктуру, а тЬкже стабильность механических свойств стали и приводит к увеличению площади зачистки заготовок при переделе слитков, Лучшее строение и свойства стали достигаются при модифицировании стали силикокальцием совместно с силикомишметаллом в соотношении 1:1.Проводят испытания способа раскисления и модифицирования стали. В индукционной печи ЛПЗвыплавляют сталь 40 Х методом переплава шихты. Предварительное раскисление стали проводят в печи 0,6% марганца и 0,2% кремния, По известному способу в печь вводят 0,1% алюминия и 0,1% кальция (5 кг/т силикокальция СК 20), а в ковш:,Мд 0,96, Г е и примеси - остальное.Иэ обработанной таким образом стали4 ОХ отливают слитки массой по 50 кг.Из слитков вырезает продольный темплет%ля излучения макро- и дендритной структуры, а также заготовки для контролямикроструктуры,. определения содержаниянеметаллических включений по методуЛ" в соответствии с ГОСТом 1778-70и механических свойств. Механическиесвойства стали определяют в литом состоянии после нормализации заготовок при860 С и отпуска при 570 С. В табл. 1приведены варианты раскисления и модифицирования, содержания кислорода исеры в стали и загрязненность ее виндексах неметвллическими включениями.В табл. 2 - механические свойства выплавленной стали.Таблица 1 при выпуске 0,2% циркония, 0,15%РЗМ в виде мишметвлла и 0,1% кальция (5 кг/т СК 20), По данному способу в печь присаживают различные количества алюминиевого дросса, а в ковш 5силикоквльция СК 10 совместно с силикомишметвллом СцеМиш. В качестве алюминиевого дросса используют шлак оталюминий магниевых сплавов следующегосостава, %; металлическая часть 75,82,в том числе Мя 2,56, Мъ 0,25, Ге 0,30,АЮ остальное, неметвллическая (шлако свая) часть 24,15, в том числе А; О4,76, МцО 9,49, Ге 00,36, МвО 0,11,.ЙС 6 2,10, КСВ 5,08, МвСВ 1,41,510+ Г 0,72, СцО 0,12, КО 0,009. 3 10 Иэве А 11 кг/т СК 20 21 2 кг/т б кг/т РЗМ 15 СК 20 5,210 ,4 10 ,2 10 0,0041 0,02 0,0033 0,01 0,0031 0,17 3 3 блиц 0 60,663,2.8,1 3,22,8 58 8 6,1 7,2 7 4 0,6 10,5 1,4 102 3 3 7,63,3 Испытания показывают что рвскисление и модифицирование стали снижает содержание кислорода на 30-50%, серы на 10-,25% и уменьшает индекс загрязненности неметвллическими включениями в 2-3 раза, повышает дисперсность дендритной структуры и улучшает макроструктуру, по сспособом. Врезущественное улучш55свойств: при бопрочностипластвышается на 2кость в 1,5-2 р Состав СцеМиш 3 следующий, %;РЗМ 23,2 35,2, АВ 3,8, Са 2,3 равнению с известным льтате атого происходитение механических льшей на 2-4 кгс/мР ичность стали 40 ХЛ по-40%, а ударная вяэаза при комнатной темпо724579 Составитель А, ШербаковРедактор Н. Кравцова Техред М, Петко .Корректор О. Ковинская Заказ 797/7 Тираж 608Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал 111 И "11 атент, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 ратуре и в 2-3 раза при отрицательныхтемпературахДанный способ применим для раскисления и модифицирования углеродистыхлегированных и нержавеющих сталей и сплавов, Способ позволяет исполь зовать отходы алюминиевых сплавов,которые в 8-10 раз дешевле стоимостиалюминия, применяемого для раскисления. На основе экспериментальных данных экономический эффект на стали17 ГС за счет уменьшения брака припеределе в 1,5 - 2 раза и экономии алюминия по предварительным расчетам составит 220-ЗОО тыс. руб,формула изобретенияСпособ раскисления и модифицирования стали и сплавов путем введения "алюминия, кальция и редкоземельных металлов,отличающийся тем,что,сцелью улучшения раскисления и рафинирования металла от неметаллических включений, окончательное раскисление сталипроизводят алюминиевым дроссом в количестве 1-3 кг/т, а модифицированиесиликокальцием совместно с силикомишметаллом соответственно в количест 10 ве 1-3 кг/т и 1,5-3 кг/т.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Калинников Е. С. Хладностойкаянизколегированная сталь. М., "Меты- лургия", 1976, с. 8198.2, Авторское свидетельство СССРМ 456492, кл. С 21 С 7/00, 1975,3, Авторское свидетельство СССРМо 423852, кл. С 21 С 7/00, 1974.