Способ модифицирования литейной стали

(19) 4 С 21 С 7/О ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ дин, Л,Н.Ячнев о СССР1978.СССР1977.СССР(57) Изобретение относ НИЯ ЛИТЕИ и ейному прои внепечной о товления отл к ме ргии и л одству, ваботке ставок. Цельсвоения мочастности клей для изго обретени овыше дищицирующих добавок, и льче ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельс9 724579, кл. С 21 С 7/06Авторское свидетельств9 730825, кл. С 21 С 7/06Авторское свидетельствР 643540, кл. С 21 С 7/06 неметаллических включении, улучшение пластичности и ударной вязкости. Способ модифицирования литейной стали включает предварительное раскисление в сталеплавильном агрегате марганец- содержащим сплавом, окончательное раскисление алюминием в ковше и модифицирование при разливке редкоземельными металлами. Алюминий вводят в виде силумина в количестве 0,9 - 1,3 кг/т в ковш с последующей присадкой силикокальция в количестве 1,5-2, 5 кг/т и 30-407 редкоземельных металлов, а модифицирование осуществляют 60-702 редкоземельных металлов при общем массовом отношении вводимых силумина и редкоземельных металлов соответственно 1:(0,8-1,1) . Это повышает меха- нические и эксплуатационные характеристики, обеспечивающие увеличение надежности и долговечности ответственных отливок, 2 табл.Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к выпечной обработке сталейдля изготовления отливок. 5Цель изобретения - повышение усвоения модифицирующих добавок, измельчение неметаллических включений,улучшение пластичности и ударной вязкости, 10Раскисление и модифицирование стали проводят в три этапа, На первоми втором этапах соответственно в печии промежуточном ковше в результатепредварительного и окончательного 1 Враскисления снижается концентрациякислорода и удаляются неметаллические, главным образом оксидные, включения. Это обусловлено образованиемчастиц корунда и окислов кальция, 20быстро удаляющихся из жидкого металла. Кроме того, благодаря высокойупругости паров кальция последний взначительном количестве удаляется вгазообразном состоянии, способствуя 25хорошему очищению металла. Немаловажным является также и протекание процессов конвективного перемешиванияв промежуточном ковше при выпускеплавки, когда образующиеся окислы 30алюминия, кальция и в небольшом количестве редкоземельные металлы (РЗМ)выносятся потоками на границу раздела со шлаком и ассимилируются им. Использование силумина взамен традиционного алюминия позволяет улучшитьрафинирующие действия на металл иповысить модифицирующий эффект отдругих добавок,На третьем этапе в разливочном 40ковше в отсутствии кислорода идетинтенсивное взаимодействие большейчасти вводимых РЗМ (60-70%) с примесями, главным образом с серой. В результате очень высокого химическогосродства РЗМ и серы образуется большое количество мелких и округлыхсульфидов и оксисульфидов этих металлов, которые имеют высокую плотность5,5-6,5 г/смз и плохо удаляются изметалла,1Благодаря тому, что эти частицыимеют высокую температуру плавленияи формируются в жидком металле, припонижении температуры они играют роль 55подложек в процессе кристаллизациии способствуют измельчению структуры.Регламентированное соотношение компонентов, вводимых по новому способу,обеспечивает высокое усвоение модификаторов и получение в металле оптимальных остаточных концентраций РЗМ в пределах 0,04-0,09%. Округлые и мелкие сульфиды РЗМ, содержащие частицы, равномерно расположенные в матрице, в отличие от круглых марганцевых сульфидов неблагоприятной вытянутой формы, в значительной степени концентрирующихся по границам зерен и снижающих пластичность и ударную вязкость стали.Введение силумина менее 0,9 кг/т не обеспечивает достаточного раскисления металла и может привести к появлению газовой пористости, а добавка его более 1,3 кг/т приводит к появлению большого количества нитридов алюминия, наиболее характерных для электроплавки, являющихся очагами разрушения при статических и динамических нагрузках.Присадка силикокальция менее 1,5 кг/т неэффективна, так как незначительно влияет на снижение загрязненности оксидными включениями, в результате чего значительное количество РЗМ работает в качестве раскислителей и снккается количество сульфидов РЗМ, способствующих измельчению неметаллических фазВведение силикокальция более 2,6 кг/т нецелесообразно, так как приводит к его сильному угару и перерасходу силикокальция. Кроме того, значительно возрастает содержание кремния в готовой стали, превышая требуемое по марке. Поэтому количество вводимого силикокальция регламентировано 1,5- 2,5 кг/тОптимальное количество вво-, димых РЗМ равно 0,07-0,14 или 0,7- 1,4 кг/т. При меньшем количестве РЗМ невелик эффект модифицирования, а в результате образования сульфидов марганца заметно снижаются значения пластичности и ударной вязкости, При увеличении количества присаживаемых РЗМ интенсивно образовываются скопления церийсодержащих частиц, имеющих неправильную остроугольную форму и являющихся концентраторами напряжений, Кроме того, увеличение количества присаживаемых РЗМ ведет к значительному удорожанию стали.Присадка в промежуточный ковш менее 30 сплава РЗМ не обеспечиваетмаксимального окончательного раскисления стали, при этом введение в раз 1361182ливочный ковш более 703 от общего количества добавляемого сплава РЗМ не обеспечивает равномерного распределения РЗМ в небольшом объеме металла и однородности структуры. Присадка в промежуточный ковш более 403 сплава РЗМ приводит к вторичному окислению РЗМ при переливе из промежуточного в разливочный ковш и снижению степени усвоения РЗМ металлом и, в результате, их модифицирующего воздействия на сталь.П р и м е р, В электродуговой печи выплавляют низколегированную ЯдМп-Мо-литейную сталь по стандартной технологии. После достижения в концеокислительного периода заданного со-. держания углерода проводят предварительное раскисление металла, послечего плавка выпускается в промежуточный ковш. Во время выпуска в промежуточный ковш присаживается силумин в количестве 0,8-1,4 кг/т,. а затем силикокальций в количестве,1,4-2,6 кг/ти 20-503 сплава РЗМ, с учетом введения присадок в различных сочетаниях: в количестве ниже нижнего уровня, в пределах, требуемых по предлагаемому способу, и выше верхнего уровня Соответственно 50-803 сплава РЗМ приса; живают в разливочный ковш под струю металла. По предлагаемому способу применяют силумин, содержащий 6-87 кремния, остальное - алюминий, а по известному - алюминий вторичный, силикокальций СКЗО, сплав РЗМ, содержащий 367 суммы РЗМ 423 кремния, 47 алюминия, остальное - железо. Отливки из выплавленной стали термообрабатывают по принятому режиму: закалка от 800-900. С, охлаждение в воде, отпускопри 630-640 С, охлаждение в воде.Характер включений (форма, размер)и загрязненность ими стали излучаютметаллографически, механические свойства - по стандартным методам,Параметры предлагаемого и известного способов модифицирования и характеристики стали приведены в табл,1 и 2 соответственно.В табл,1 приведены параметры способов модифицирования литейной сталии химический состав выплавленногометалла. Сталь вариантов 1-7 окончательно раскислена и модифицированапри введении силумина в количестве0,9-1,3 кг/т, силикокальция в количестве 1,5-2,5 кг/т и РЗМ в количе 5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 стве 0,7-1;4 кг/т, обеспечивающихполучение предельных и средних значений параметров предлагаемого способамодифицированияВарианты 8-11 предусматривают введение запредельныхколичеств силумина, силикокальция исоотношений силумина и РЗМ, варианты12, 13 - запредельных количеств РЗМ,присаживаемых в промежуточный и разливочный ковши, Вариант 14 оговаривает параметры известного способа.Усвоение РЗМ у вариантов 1-7 значительно выше, чем у вариантов 8-13,что обусловлено введением оптимальных количеств силумина, силикокальцияи выполнением отношения силумина иРЗМ в соответствии с регламентированным введением в ковш РЗИ: в промежуточный ковш 30-403 от общего количества и в раэливочный ковш 60-707.Наиболее высокая степень усвоенияРЗМ наблюдается у вариантов 2,6 и 7,когда количества вводимых силуминаи силикокальция находятся на верхнемпредела или среднем уровне и обеспечивают максимальное раскисление металла,В результате этого РЗМ наиболееполно взаимодействует с серой, полностью связывая ее в тугоплавкиевключения, плохо удаляющиеся из жидкого металла, тем самым парализуянегативное влияние этой примеси намеханические и технические свойствалитейной стали.Об образовании большого количества мелких округлых.сульфидов РЗМсвидетельствует подсчет индекса загрязненности. Отношение глобулярных(РЗМ-содержащих) сульфидов к остроугольным (сульфидам марганца) у ста.ли, модифицированной по вариантам1-7, составляет 1,43-3, 1, В случаевариантов 8-11 это отношение составляет 0,39-1,1, т.е. в этом случаепреимущественно идет образование остроугольных сульфидов марганца, преимущественно концентрирующихся пограницам дендритных кристаллитов ипервичного зерна.Неблагоприятное соотношение глобулярных сульфидов к остроугольным(0,48-1,06) наблюдается и в вариантах12 и 13 обработки, когда присадкаповышенного количества РЗМ (более707) в разливочный ковш приводит наряду с мелкими округлыми частицами кинтенсивному образованию скопленийконгломератов неправильной формы, неравномерно расположенных в металле (вариант 12), или неоправданной потере РЗМ в результате вторичного5 окисления, недостатка их для взаимодействия с серой и образования благоприятных по форме неметаллических включений (вариант 13), 0 значительной степени образования дисперсных частиц сульфидов РЗМ свидетельствует подсчет размеров частиц: в вариантах 1-7 размер глобулярных сульфидов наб ходится в пределах 2,6 10 - 3,6" х 10 м, а в вариантах 8-13 запредельных количеств и соотношений - в пре-б -6делах 2,6 10 - 4,3 10 м.Согласно полученным данным количество вводимых добавок зависит от содержания углерода и степени легиро вания стали. Предусмотрено введение .присадок для обеспечения эффективного воздействия на морфологию неметаллических включений и механические .свойства кремний-марганец-молибден содержащей литейной стали с содержанием углерода 0,30-0,40%.Варианты 1-7 модифицйрования стали обеспечивают наиболее высокие значения пластичности и ударной вязкости. Это обусловлено формированием мелких и округлых РЗМ-содержащих сульфидов, которые в значительнойстепени связывают серу, и хорошим рафинированием металла35Варианты 8-13 обработки стали с запредельными количествами и параметрами имеют значительно более низкие значения механических свойств. Главным образом это обусловлено тем, что преимущественно образующиеся крупные и остроугольные сульфиды марганца являются концентраторами напряжений иочагами разрушения металла при статических и динамических нагрузках.Размер этих включений составляет-6 ь4,6 10 - 5,1 10 м и заметно превышает размер глобулярных сульфидов, В вариантах 8 и 10 образование сульфидов марганца вызвано неудовлетворительным окончательным раскислением металла из-за недостатка вводимого силумина и взаимодействием РЗМ с кислородом.В то же время отношение силуминак РЗМ выше запредельного (1:1,25) приводит, как и в варианте 12 с присадкой запредельного количества РЗМ в разливочный ковш (803), к образованию крупных скоплений РЗМ-содержащих частиц (цериевой неоднородности), повышающих склонность к хрупкому разрушению. Присадка повышенных количеств силумина в вариантах 9 и 11 обработки приводит к образованию нитридов алюминия, способствующих снижению ударной вязкости и пластических свойств. 0 негативном влиянии на металлические включения повышенных присадок РЗМ в промежуточный ковш (вариант 13) говорилось, поэтому значения механических свойств здесь также невелики.Известный способ раскисления (вариант 14) имеет неудовлетворительный уровень свойств. Это обусловлено тем, что введение большей части РЗМ в промежуточный ковш приводит к неоправданной его потери при переливе в разливочный ковш, что наряду с их вообще малым количеством (0,25 кг/т) пагубно влияет на процессы образования благоприятных по форме, размеру и характеру расположения сульфидов РЗМ. Отношение концентрации глобулярных сульфидов к остроугольным составляет 0,36, а размер превалирующих остроугольных сульфидов марганца равен 5"10 м. Кроме того, используемый в известном способе раскисления алюминий менее эффективен, чем силумин,Зкономический эффект от использования предлагаемого способа модифицирования заключается в повышении механических и эксплуатационных характеристик, обеспечивающих, в конечном итоге, увеличение надежности и долговечности ответственных отливок.Формула изобретенияСпособ модифицирования литейной стали, включающий предварительное раскисление в сталеплавильном агрегате марганецсодержащим сплавом, окончательное раскисление алюминием в ковше и модифицирование при разливке редкоземельными металлами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения усвоения модифицирующих добавок, измельчения неметаллических включений, улучшения пластичности и ударной вязкости, алюминий вводят в виде силумина в количестве 0,9-1,3 кг/т в ковш с последующей присадкой силикокальция в количестве7 1361182 1,5-2,5 кг/т и 30-403 редкоземельных металлов, а модифицирование осуществля 10 т 60-703 редкоземельных металлов при лов ий состав стали, Х Присадка равливоч Вари ант проковщ,гl 3 1 0,032 0,02 0,7 0,25 1:0,8 0 0,4 2 1,33 0,9 0,29 0,029 О,О 1,25 0,7 1,26 0,7 0,36 32 0,95 68 36 0,64 64,2 3,4 32 ри- Присадка РЗМ в адка промекуточньй ЗМ, ковщг/ткг/т Х от общего ко- личества 1,0 0,3 1,3 0,2 1,0 0,5 8 0,40 1,25 346 1,01 0,89 4 0,60 60 0 70 70 0,65 65 0,68 68 0,63 63 общем массовом отношении вводисулимина и редкоземельных метал-. соответственно 1:(0,8-1,1).Таблица 1,24 0,7 1,25 0,7 1,26 0,7.Маргент 550 енного коми тений и отк 5, Раушская д, 4 ква, Жжгород, ул . Проектная, 4 роизводственно-полиграфическое и риятие сво- Загрязненностьние сульфидами,ЗМ, 10 Заказ б 198/30 ВНИИПИ по де 113035, МТира сударст м изобр Подписета СССРытий Ударная вязкость, КСО; Дж/см 2, прио температуре, С 31,1 72 39,5 75