Способ выплавки легированных сталей и сплавов

се., ф, ярот1 твц тл те е ,. (1 г;,истр е; и 4 ОПИСА 1) 768 821 Союз Советских Социалистических Республикополнительное к вт. свид-ву - ) 2698694/22-0 2) Заявлено 20,12.78 с присоединениех М К зС 21 С 5/52 аявкисударотвенпын комитет СССР о делам изобретений(45) Дата опубликова описания 07.10.8 2) Авторы изобретени, В, Б. Михайлов,. Н, Корнилов,и В, С. Цепелев ордена Трудового Кр ческий институт им. ий ордена Трудового металлургический зав) Заявители Уральский политехниЗлатоустовс ного Знамени М, КироваКрасного Знамени 54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ10 - 60 мин после 1 температурах на Изобретение относится к области металлургии, а конкретно к производству стали и сплавов в металлургических печах.Известен способ обработки расплавлен. ной стали, в котором повышение прокаливаемости достигается нагревом стали перед выпуском до температуры 1675 С и выдержкой расплава выше этой температуры 2 - 30 мин (Ц.Нагрев стали до температуры 1675 и выдержка расплава выше этой температуры в течение 2 - 30 мин (заявка1380557, Великобритания) сопровождается повышением содержания в металле газов, В то же время разливка горячего металла имеет ряд недостатков, основные из которых поперечные и продольные трещины, увеличенная усадочная раковина, большее развитие ликвации. Кроче того, раокисление ферросплавами по этому способу приводит к повышенному их расходу.Известен также способ выплавки стали и сплавов, в котором повышение технологической пластичности литого и деформированного металла достигается нагревом расплава на 250 - 500 С выше температуры плавления и выдержкой при этой температуре 10 - 60 мин т 2.Выдержка расплаварасплавления шихты пр 2250 - 500 С выше температуры плавления позволяет улучшить технологическую пластичность литого и деформированного металла за счет структурных перестроек в 5 раоплаве и генетического влияния этогопроцесса на характер кристаллизации, строение и свойства литого металла. Однако после охлаждения расплава от высоких температур в металле остается доста- А точно высокое содержание газов и неметаллических включений.Известно, что растворимость газов в металлической ванне увеличивается с повышением температуры. Процессу поглощения газов жидким металлом способствует высокое содержание в нем легирующихэле.ментов (хром, никель, марганец, кремний).Например, общеизвестен факт поглощения азота хромом, Газы при высоких темпера;,о турах, претерпевая диссоциацию у поверхности ванны, непосредственно диффундируют в нее в атомарном состоянии, образуя эндогенные неметаллические включения.Выдержка металла в течение 10 - 60 минпри высоких температурах способствует полному протеканию описанных выше про.цессов (растворению газов, окислению составляющих компонентов стали и сплавов и т. д.). Последующее охлаждение расплаз 0 ва и разливка его за сравнительно коротс 76882.13 41 ий промеакуток ВрсСии приводят 1 повы звсстно, что кратковременный нагревщенному содержаншо азов и включений в расплава до температур, значительно прелптом металле, по сравнению с обы 1 П 1.1 м вышающих температуру плавления обеспегВсодержанием, 1-1 аолюдаемое явление вы- чивает высокую скорость массопереносазвано тем, что диффузия атомов растет с 5 фосфора и серы из обьема ванны к межповышеппем температуры и, следовательно, фазной границе металл шлак, что способуменьшастся при ее понижени, В то же ствуст удалению последних из ванны обссвремя, при оыстром понижении тсмпсрату- псчиваст иитепсивпос кппсние Ванны Вплотьры вследствие увеличения вязкости метал- до низких концентраций углерода и повыла и поверхностной энергии замедляются,0 шает механические свойства металла. Од 1скорость всплывания и процессы укрупис- повременно достаточно быстрое охлаждеги 1 я неметалличсских включений (коагуля- ние расплава от высоких температур позвоция, адгезия, коалесценция), Поэтому для ляет сохранить высокотемпературноеболее полного удаления газов и нсметалли- строение расплава вплоть до температурчсских включений необходима рсгламснти кристаллизации, что существенно отража 1 эовяниа 51 Выдср;кка расплава при Оолсс стс 51 па структуре и свойсГвах Отливок.низких температурах. Таким образом, существующие способыИзвестно вредное влияние повышенного выплавки сталей и сплавов, увеличиваясодержания кислорода в стали: ухудшают- прокаливаемость, пластичность и качествося пластические свойства стали в процессе;о литого и деформированного металла, непрокатки и ковки, образуются рванины, обеспечивают достаточного удаления немеусиливается вредное воздействие серы из- таллических включений и газов из него,за образования оксисульфидных включе- особенно для легированных сталей, что сниний, большие содержания окисных неметал- жает эффект высокотемпературной обралических включений отрицательно сказы ботки расплава, Выдержка расплава приваются почти на всех свойствах стали и температурах на 250 - 500 С выше темпесплавов. ратуры ликвидуса уменьшает производительность сталеплавильных печей,Наиболее близким к предлагаемому тех- Известно, что для стабилизации и повы.ническому решению является способ вы- з 0 шеипя свойств сплавов достаточна выдержплавки сталей и сплавов, сущность которо- ка расплава при низких температурах, ного заключается в следующем: нагрев рас- в этом случае она может во много раз преплава в печи на 300 - 400 С выше темпера- вышать обычное в практике время выплавтуры ликвидуса (или на (0,2 - 0,35) Т), ки, Поэтому высокотемпературный нагреввыдержка на этом уровне 30 мин, ускорен- з 5 расплава, ускоренное охлаждение до темное (в течение 10 - 15 мин с применением ператур выпуска и выдержка при этих тем.специальных приемов) охлаждение метал- пературах могут оказаться достаточнымила до температуры выпуска и выдержка для улучшения качества и свойств металла.при ней также 10 - 15 мин. Сталь разлива- Целью изобретения является улучшениеют при температурах на 30 - 80 С ниже 4 о качества и свойств металла путем дополниобычной,3. тельного удаления газов и неметаллическихТакая технология выплавки сталей и включений.сплавов дает возможность существенно Поставленная цель достигается тем, чтоулучшить качество металла и увеличить на после загрузки и расплавления шихты рас 5 - 6 выход годного, Однако при этом 55 плав нагревают на (0,2 - 0,35) Т , вышеспособе сохраняется отрицательное влия- температуры плавления, ускоренно охлаж-ние выдержки при высоких температурах даот до 50 - 150 С выше температуры ликна содержание газов и неметаллических видуса, выдерживают в печи при этих темвключений в расплаве. Ускоренное охлаж- пературах в течение 20 - 60 мин, а затемдение расплава после выдержки до темпе. 50 выпускают металл из гечи, При этом сниратуры выпуска (в силу указанных выше жается растворимость газов в металле, попричин) приводит к повышенному по срав- вышается степень их удаления из жидконению с равновесным их содержанию в ме- го металла, увеличивается скорость всплыталле после охлаждения, Поэтому допол- вания неметаллических включений, повынительной выдержки 10 - 15 мин при этой 55 шается стойкость футеровки сталеплавильтемпературе оказывается, в ряде случаев, ных печей. Для каждой конкретной маркинедостаточно для рафинирования расплава стали или сплава температура нагрева меот избыточного содержания газов и неме- талла устанавливается после определенияталлических включений. В то же время дли- температуры ликвидуса.тельная выдержка металла при температу Предлагаемый интервал температур вырах, значительно превышающих установив- держки металлов перед выпуском из печишуюся в металлургической практике, сни- (50 - 150 С выше температуры ликвидуса)жает стойкость футеровки сталечлавиль- установлен на основании проведенных опыных псчеи и уменыпает их производитель- тов и является оптимальным при выплавкеность, 65 легированных сталей и сплавов (интервал768821 Содержание неметаллических включений и газов в сталях Оценка неметалличсских включений в баллахСодержание газов, вес о/о Марка стали силикагы хруп- кие силикатыпласт. силикатынедеф. окс.строчеч окс точечсуль фиды водород кислород азот О,О 21 0,049 0,5 0,5,1,70,69 Х 12ЭИ 992 0000260,0008 0,0 2,0 0,0025 0,0041 0,50 0,5 0,5 0.5 0,9 50 Марка стали Заготовка кв. 90 - 100 мм Свойства, показатель Общее содержание усадоч. ных дефектов в слитках об. /о Величина центральная по- ристость Средняя плотность металла при 20 оС, г/смоПредел прочности, кгс/мм Относительное удлиненис, /оОтносительное сужение, /, Средняя плотность металла при 20 оС, г/смоПредел прочности, кгс/мм Относительное удлинение, ооОтносительное сужение, % Х 12 лнкв ацион ныйквадрат точечнаянеоднородность Марка стали 7,680 9130 58 5температур 50 - 80 С выше температурылпквидуса), рекомендуется для сталец исплавов с содержанием углерода 0,4%,для остальных марок сталей и сплавов ре.комендуется интервал температур 80 -150 С),Предлагаемая выдержка расплава впечи перед выпуском 20 - 60 мин такжеустановлена на основании опытов, Выдержка расплава менее 20 мин не эффективна с точки зрения удаления газов и неметаллических включений, при выдержкерасплава более 60 мин не происходитдальнейшего снижения содержания газови неметаллических включений. Оптимальное время выдержки для исследованныхсталей и сплавов (Х 12, ЭИ 417, Р 6 М 5,ЭИ 992, Х 20 Н 80) 20 - 40 мин.Ускоренное охлаждение расплава обеспечивается в промышленном производствестали и сплавов введением в расплав шихты в количестве 200 - 250 кг/т, ферросплавами, кратковременным погружением металлических стержней.Предлагаемый способ может быть использован для выплавки легированных конструкционных (ЭИ 992, ЭИ 417, Х 18 Н 10 Т,ЭИ 448 и др,) и инструментальных (Х 12,Х 12 М, Х 121, Р 6 М 5, Р 18, Р 6 М 5 К 5 и др.)сталей и сплавов (Х 20 Н 80, ЭИ 929, ЭП 220,ЭИ 435 и др.).Пример конкретного осуществления(выплавка стали марок Х 12 и ЭИ 992 в открытых индукционных 1 т печах). Шихтовку, подготовку материалов, завалку и плавТаблица 2Свойства сталей в литом состоянии П р и м е ч а н и е. Механические свойства ста лей приведены при температуре конца горячей де формации металла 900 С,6ление металла производплп по депствующей технологии. После наводки рафинировочного шлака производилп его раскпсление порошком 75/о ферросилиция в количестве 0,25 кг/т. Металл нагревали до 1660 С (сталь Х 12) и 1720 С (сталь ЭИ 992), При этих температурах металл раскисляли кусковым алюминием в количестве 0,5 кг/т, шлак раскисляли порошком 1 О 75/о ферросилиция в количестве 0,25 кг/т,после чего металл охлаждали до температуры 1470 С для стали Х 12 (Т =-1320 С) и до 1490 С - для стали ЭИ 992 (Т., = 1400 чС), Охлаждение металла произво.15 дили путем многократного погружения внего на 5 - 10 с металлических стержней диаметром 150 - 200 мм, При этом скорость охлаждения составляла 10 - 20 С, После получения требуемой температуры металл 20 выдерживали перед выпуском в течение20 - 30 мпн, после чего выпускали в ковш и разливали сверху в изложницы круг 310 мм с массой слитка 0,5 т, Смазка изложниц - Кузбасский лак, Засыпка при быльной части слитков - люнкерит маркиЛ 28 в количестве 2 кг/т стали.Результаты исследования металла, выплавленного по предложенной технологии, приведены в табл, 1 - 3.80 Анализ результатов исследования показывает преимущества предлагаемой технологии выплавки легированных сталей по сравнению с имеющимся прототипом: уменьшается содержание газов и неметал лических включений в готовом металле,Таблица 1 Таблица 3Оценка микроструктуры металла 60повышается его плотность и механические свойства, улучшается макроструктураПрименение предлагаемого способа позволит уменьшить брак в передельных це хах в среднем на 25 - 30 о/о. Например, прпРсдактор Е. Братчикова Корректор 3. Тарасова Заказ 7478 Изд. М 57 Тираж 626ВНИИПИ Государсгвепного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, К, Раушская наб., д. 4/5 Подписнос Загорская типография Упрполиграфпздатз Мособлисполкогяа 7выплавке 15 т стали марки Х 12 ио предложенной технологии брак иа переделах снизился с 8/в до 2%. При средней стоимости 1 т стали 140 руб. ожидаемая экономическая эффективность 0,3 руб/т отлитой стали. Формула изобретения Способ выплавки легированных сталей и сплавов, включающий загрузку, расплавление шихты, нагрев расплава выше температуры плавления на 0,2 - 0,35 температуры ликвидуса, ускоренное охлаждение с последующей выдержкой, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью улучшения качества металла, расплав охлаждают до тем.пературы на 50 - 150 С выше температуры ликвидуса и выдерживают при этих температурах 20 - 60 мин, после чего выпуска 1 от из печи. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Заявка Великобритании1380557,1 о кл. С 21 С 7/00, 1975.2, Авторское свидетельство621735,кл. С 21 С 5/52, 1978.3. Хасин Г. А. и др, Влияние температурно-временного режима выплавки на по 15 вылсине качества стали. Сталь, М. Металлургия,9, 1978, с. 814 - 817.