Способ производства азотсодержащей штамповой стали

СООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУ БЛИН 64 А 12 19/52 594 С ГОСУДАРСТВЕПО ДЕЛАМ И ЬСТ 3. ННЫЙ НОМИТЕТ СССР РЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЭОБ ТОРСИОМУ СВИД(56) Авторское свидетельство СССРМф 377333, кл. С 21 С 5/52, 1971.Авторское свидетельство СССРВ 261425, кл. С 21 С 7/00, 1968.Авторское свидетельство СССРУ 631539, кл. С 21 С 5/52, 1980.Позняк Л.А., Скрынченко Ю,М.,Тишаев С.И. Штамповые стали.М.; Металлургия, 1980, с. 181-182.(54)(5 7) 1. СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА АЗОТСОДЕРЖАЩЕЙ ШТАМПОВОЙ СТАЛИ, включающий расплавление шихты, окислениепримесей, диффузионное. рафинирование,ковшевое раскисление алюминием в ко-личестве 0,3-0,5 кг/т и/или силикокальцием в количестве 1,5 кг/т,о т л и ч а ю щ и й с я . тем, что,с целью снижения себестоимости прощчй ./7,ЕНИЯ " изводства стали, повышения стабильности усвоения азота и сужения пределов его содержания в стали, повышения качества металла, его физикЬ- механических свойств и эксплуатационной стойкости штампов., после полного прекращения кипения ванны окислитель- ного периода металл легируют литыми азотированными ферросплавами в количестве 5-10 кг/т, за 15-35 мин до выпуска металла вводят феррованадий в количестве 2,0-3,0 кг/т, в ковше сталь модифицируют ферротитансм с содержанием титана 20-303, в количестве 1,0-2,0 кг/т при температуре металла, на 110-150 С превышающей температуру ликвндус.2. Способ по и. 1, о т л и ч .а ющ и й с я тем, что в качестве литого азотированного ферросплава используют литой азотнрованный феррохром с содержанием азота 1-2 Х.3. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что добавки феррованадия, ферротитана и алюминия в пределах указанных количеств выбирают из соотношенияГеЧ/ГеТ+А 1=1,25 - 1,41 12Изобретение относится к областичерной металлургии, а именно к производству азотсодержащей штамповой стали 5 ХНМАФ в электродуговых и мартеновских печах,Целью изобретения является снижениесебестоимости производства азотсодержащей стали, повышение стабильностиусвоения азота и сужение пределовего содержания в стали, повышение качества металла, его Физико-механичес-,ких свойств и эксплуатационной стойКости штампов.Спосрб производства штамповой стали предполагает расплавление шихты,окисление примесей, диффузионное рафинирование, ковшевое раскислениеалюминием в количестве 0,3-0,5 кг/ти./или силикокальцием в количестве1,5 кг/т, После полного прекращениякипения ванны окислительного периодаметалл легируют литыми азотированными ферросплавами в количестве 510 кг/т. За 15-35 мин до выпуска металла вводят феррованадий в количестве 2,0-3,0 кг/т. В ковше сталь модифицируют ферротитаном с содержаниемтитана 20-30% в количестве 1,02,0 кг/т при температуре металлана 110- 150 С превышающей температуруликвидус.В качестве литого азотированногоферросплава используют литой азотированный феррохром с содержанием азота 1-27.Добавки феррованадия, ферротитанаи алюминия в пределах указанных количеств выбирают из соотношенияГеЧ/ГеТ 1+А 1=1,25 - 1,43.Существенное улучшение Физико-механических свойств и эксплуатационнойдолговечности кузнечно-прессового,инструмента без ухудшения технологических свойств сталей и дополнительногоих легирования дорогостоящими дефицитными элементами (вольфрамом, молибденом) достигается нитридванадиевыммодифицированием и упрочнением стали. При этом стабильность физикомеханических свойств и Повышениеэксплуатационной долговечности зависят прежде всего от соответствия содержания в стали азота, ванадия, ихсоотношения и температурно-временныхпараметров термической обработкиштампов. В промышленных условиях этосоответствие достигается тольков случае введения в сталь ванадияс точностью +0,02% и азота с точ 2025 3035 40 45 50 55 в стали связано только с процессамнасыщения азотом распланов при выплавке и разливке из.атмосферы,Штамповые стали содержат хром, и поэтому н качестве литого азотированного ферросплава целесообразно использовать литой азотированный Феррохром с содержанием азота 1 - 27. Его применение н отличие от литого азотированного Ферронанадия познопяет лов лучать более строгое соотношение в стали азота и ванадия, так как можно варьировать добавками как азата, так и ванадия раздельно.Введение литого азотированного Феррохрома менее 5 кг/т не обеспечивает повышение Физико-механических свойстг стали, а введение более 10 кг/т вызынает склонность к закалочным трещинам и хрупкому разрушению штампов при эксплуатации. Кроме того, возможно образование газовой пористости в отливке и слитке.Ванадий, необходимый для образовав ния упрочняюшей нитридной фазы, вводится феррованадием за 15-35 мин до выпуска металла из печи н ковш. При вводе его более, чем за 35 мин до выпуска резко повышается угар ванадия, а при вводе менее чем за 15 мин Феррованадий может не полностью раствориться и ванадий не достаточно равномерна распределится в объеме расплава слитка, отливки, что приведет к анизотропии свойств кузнечно-прессового инструмента и снижению его эксплуатационной долговечности,При вводе Феррованадия менее 2,0 кг/т эффект нитридного упрочнения мал, а при вводе более 3,0 кг/т про 61964ностью +0,002%, Если промышленные способы легиронания ванадием обеспечивают требуемую точность, то известные способы легиронания азотом, про - дувкой газообразным азотом ипи введением ферроспланон с твердофаэной азотацией имеют точность +00067, При этом колебание содержания в стали азота составляет 0,015-0,022%, что для штампоных сгалей недопустимо.Требуемая точность введения азота достигается только при использовании литых азотиронанных Ферросплавон, которые не пересыщены азотом по отношению к жидкому состоянию и не обра - зуют газового пузыря (молекулярного азота) при их введении в расплав стали. Усноение азота при этом практи - чески полное и колебание азотаисходит снижение вязкости металла, повышается склонность к хрупкому разрушению.Обработка стали в ковше ферротитаном связана с необходимостью модифицировация первичной структуры стали, особенно крупных слитков, степень укова которых незначиельна (.- 3).В присутствии азота титан в расплаве образует нитриды, оказывающие 1 О эффективное модифицирующее влияние, тормозя линейную скорость роста твердой фазы при кристаллизации и миграцию средне- и высокоугловых границ в остывающем металле слитка. Эффек тивность модифицирующего влияния зависит от количества, дисперсности и характера распределения нитридов титана. С целью улучшения этих параметров титан вводится Ферротитаном 2 О с содержанием титана 20-307 При использовании Ферротитана с большим содержанием титана вследствие локального пересыщения расплава титаном происходит образование конгломератов 25 крупных нитридных частиц, эффект моди 1 фицирования резко уменьшается и свойства стали могут снизиться ниже исходного уровня, При использовании Вферротитана с содержанием титача ме- Зо нее 207 его добавка увеличивается настолько, что вызывает значительное ;охлаждение металла в ковше и затруд - няет разливку стали в изложницу.При вводе ферротитана в количестве менее 1,0 кг/т эффект модифицирования мал, а при вводе в количестве более 2,0 кг/т (остаточное содержание титана при этом будет на уровне 0,217) возможно развитие процесса 4, коагуляции нитридтитановых частиц, уменьшение их количества и увеличение размеров, что также снижает эффективность модифицирования.45Дисперсность нитридов титана и характер их распределения зависят также от температурй расплава при введении ферротитана, При температуре расплава ниже температуры ликви О дус + 100 С в местах локального переьсыщения расплава титаном (возле кусков Ферроти 1 ана) возникают термодинамические условия зарождения и быстрого роста отдельных нитридов титана, 55 что приводит к уменьшению количества и увеличению р"амеров нитридных частиц в затвердевшей стали, а это, как уже отмечалось, снижает их модифицирующее действие,Повышение температуры расплавав ковше выше температуры ликвидус ++ 150 С приводит к повышенной загрязненности стали неме галлическими вклю-,чениями (разрыв футеровки печи и ковша) и повышает дефектность слитковпо горячим трещинам вследствие повыпения склонности металла к транскристаллизации и повьпденных термическихнапряжений.Для обеспечения одновременногоэффекта нитридванадиевого дисперсионного упрочнения и модифицированияпервичной структуры стали нитридамититана, при условии достаточного раскисления металла, необходимо строгоесоотношение добавок ферротитана,феррованадия и алюминия в пределахих указацньгх количеств:ГеЧ/ГеТ 1+А 1=1,25 - 1,43,При величине соотношения менее1,25 большая часть азота будет связана в нитриды титана и алюминияи степень дисперсионного нитридванадиевого упрочнения будет мала. Привеличине .соотношения более 1,43металл недостаточно раскислен, и эффект модифицирования нитридами титана це обеспечивает требуемое качество структуры и слитков.При выплавке сталей 5 ХНМ и 5 ХНМАФв 12,0-тонной электропечи с кислойфутеровкой опробуют известный способпроизводства стали 5 ХНМ (плавка 1в табл . 1), предлагаемый способ(плавки 2 - 4 в табл. 1) и проводятплавки с параметрами, выходящими изпредлагаемых пределов,При выплавке металла по предлагаемому способу используют для вводаазота литой азотированный феррохромс содержанием азота 1-27; феррована,дий (7=48,67,), Ферротитац с содержанием титана 257.При выплавке стали 5 ХНМАФ по способу с параметрами, выходящими изпредлагаемых пределов, используютазотированный феррохром твердофазной азотации с содержанием азота 6,97.На всех плавках осуществляют ков -шевое раскисление металла алюминиемв количестве 0,4 кг/т.Сталь разливают одним ковшом в изложницы на слитки развесом 3,2 т. изкоторых отковывают штампоэые "кубики" габаритами 450 х 500 х 500 мм (сте12619 64 Ьбом обеспечивает высокую стабильность содержания в стали азота и ванадия, нормальные условия разливкии качество слитков, высокие механические свойства и теплостойкость.Это обеспечивает повышение от 2 де10 раз эксплуатационно"ч стойкостиштампов по сравнению со штампами изстали 5 ХНМ, изготовленной известнымспособом, и штампами из стали 5 ХНМАФ,изготовленной способами с параметрами, выходящими из предлагаемых пре -делов,Применение предлагаемого способа производства стали 5 ХНМАФ взамен стати 5 ХНМ (базовый вариант) позволит повысить качество штамповых кубиков и в 1,5-2,5 раза повысить стойкость штампов на машиностроительных заводах. Таблица 1 егирование азото Легирование ванадие Способ плавки аДобавкакгт рросплав,Ферро КолиВремя ввод до выпуска Темпера- РеТ 1+тура ме- +А 1таллав ковше,С0853 кг т сп чествокг/т мета ми,9 16305130 6)5 1=10 167011 0,46 2,1580 2 1=100губка) 80 3пень укова 3,5) и изготавливают молотовые формообразующие штампы.Механические свойства, теплостойкость (по времени разупрочнения стали до 38 НКС при провоцирующем от 5 пуске 580 С), загрязненность стали неметаллическцми включениями, в основном, недеформирующимися силикатами (СН) и точечными оксидами (ОТ), количество и размер нитридов титана, определяют на образцах, изготовленных из поковок (" кубиков" ).Расчетное .и Фактическое содержание азота и ванадия, температура металла в конце разливки, характеристики 15 нитридов титана и неметаллических включений, механические свойства, теплостойкость и эксплуатационная стойкость штампов приведены в табл .2,Как видно из табл. 2, производст О во стали 5 ХНМАФ предлагаемым спосоМодифицирование титаном РеЧ1 М, М 1 М .сЧ1 - СЧСЧ СЧСЧ СЧ 1 СЧО О О ЮО О 1 О44 41 О О О О 1 О О 1 О 1 и 14 сЧсЧ сЧс 4 ОО О 1 О1 1 а О 1 О О 1 О.им сЧ сЧ сно 1 со сЧ с 4 юо 4оо о са 1 4 Ф 1а 44 44сС о О 44 О рВ о а о 5 Й 1Ф Ф 1 с 1с 44444 (УО 1 О 1 О 1Х 1-4 Х 1.4 ао до до Е - Х - Е - а 1 а 1 а ох сх ох Х С. Х С.4 Х С. 1с 44 ф-де 4414о 44 аос с44 сСа 2са дхОЬ 1.Оса 44 Ос 4 О О З1-ХХ