Способ обработки стали и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Сфветскив Социалистических Республик(23) Приоритет: (32) 043.0.78 Государственный комитет СССР но делам изобретений(72) Авторы изобретения Иностранцы Иштван Тамаш, Лайош Тамаш, Дьюла Ввин,и Антал Калдор(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАПИ ИУСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯИзобретение касается способа и устройства для уменьшения содержания включений в сталях, а также для улучшения их структуры.5Для удаления включений пригодны все те сплавы, из которых в процессе Удаления включений образуются нерастворимые включениИ с меньшим удельным весом, чем в стали, и растворимые при более низкой температуре. При уда. ленни включений применяются такие . способы, которые требуют всплывания включений.В течение процесса разливки, ко торая следует за удалением включений, охлаждают расплав металла, а во время охлаждения выявляются вторичные включения вследствие постоянного изменения констант равновесия, Уда ление вторичных включений является более тяжелой процедурой, чем первичных, и их полное удаление является практически невозможным,В области ликвидуса и солидуса 25. ( в двухфазовой области жидкое + твердоеф) невозможно удалить оставшиеся третичные включения из-за сегрегации включений, застревающих вдоль границ кристалла, а также четвертич ные включения, отделившиеся в процессеполиморфного превращения,из-завсе более снижающейся растворимостив пересекаюЬптхся с энергетическойточки зрения местах (поры, границызерен, дислокация); онн остаются вметалле при комнатной температуре. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ и устройство для его осуществления, включающее выплавку стали в вакууме, рафинирование и последующую разливку в устройстве, содержащем камеру, крышку, тигель, вакуумную систему. и пульт управления (13.Цель изобретения - улучшение структуры и уменьшение содержания включений. Цель достигается тем, что согласно способу обработки стали, включающему выплавку стали в вакууме,рафинирование и последующую разливку, выплавку стали производят при давлении в ка" мере 2-6 атм с введением сплава, содержащего кальций и/или магний с последующим удалением их из расплава при разрежении 10-10Торр.Сплав для удаления включений вводится в расплав металла через, фурмус помощью нейтрального газаВ качестве нейтрального газа применяется аргон.Устройство для осуществления способа снабжено инжекторным блоком сфурмой, где камера соединена с вакуумной системой, а инжекторный блокс блоком давления.Камера снабжена предохранительнымвентилем, а для ввода Фурми камераснабжена сальником.Были проведены опыты по восстановлению включений таким образом,чтобы восстановительный материал наводился на расплав стали и вводился;через фурму с инертным газом и приприменении вакуума.Наилучшие результаты достигаютсяпри применении фурмы с инертным газом. Восставновление проводят такимобразом , чтобы можно было удалятьвключения в виде сплава с помощьювдувания инертного газа в расплавстали, и только после этого производят обработку в вакууме. Содержание кислорода, серы, а также водорода в стали стало ниже, чем прежде,Включений, содержащих окись магнияи окись кальция, очень мало ,хотязосстанавливаемый сплав содержит магний и кальций в значительных количествах. Большая часть включений находится не на границе кристаллов, авнутри кристаллов, и включения имеют маленькие размеры. ХорошФй былатакже структура стали.Последующие исследования показали,что лучший результат может быть достигнут при проведении восстановленияс помощью сплавов, содержащих магнийи кальцийпод давлением, В заключение сталь обрабатывают в вакууме.На Фиг.1 и 2 показаны диаграммы,поясняющие восстановительную способность кальция и магния,Восстановительная способностькальция и магния возрастает с повышением давления, в то время как спомощью вакуума она может быть снижена.Восстановительная способностькальция и магния в случае восстановления при 1600 оС и давлении 1 атм.Существо способа состоит в том,что сталь восстанавливают с помощьюсплава с содержанием кальция и/илимагния под давлением. После окончания восстановления созданием вакуумавнесенный кальций и/или магний почтиполностью выводим иэ стали.В ходе восстановления восстановительная способность кальция и магниявозрастает с повышением давления, вто время как при создании вакуумаона не снижается, что объясняетсятем, что сталь,под давлением и притемпеоатуре восстановления может растворить больше кальция и магния,в то время как при воздействии вакуума кальций и магний испаряются иэстали, так как с изменением давления меняется и температура кипения,/П р н м е р. Получение глубоковтянутой мягкой стали, которая содержит 0,1-0,2карбона, 0,4-0,6 ,марганца, 0,05"0,1 кремния, 0,040,1алюминия, максимально 0,15ФосФора и максимально 0,15серы,Удаление включений (восстановление, удаление серы, деградация), проводится при 1600 оС и под давлением4 атм. Сплав для удаления включенийсодержит кроме железа еще 45крем- (5 ния, 25алюминия и 4 магния. Этотсплав для удаления включений вводится в расплав с помощью фурмы с аргоном. После того как произведено удаление включений, создается разреже- Щ ние порядка 101 Торр. По этому способу в сплаве остается 70 ппм кислорода и 0,01серы. После удалениявключений аналогичные сплавы содержат обычно кислород в количестве100-200 ппм и 0,012-0,015серы.Структура стали чрезвычайно тонка(сечение по диаметру зерна 0,015 мм) .Другой диаметр зерна аналогичныхсплавов составляет 0,028-0,03 мм. О Работа на удар стали, обработаннойс помощью предлагаемого способапри 20 С составляет 16 кгс м/ммпри 40 С - 6 кгс м/ммф. Для стали,еобработанной с помощью традиционныхспособов, это значение составляет вобщем 12-14 или - 3- 5 кгс м/ммф".Предлагаемым способом освобождаются от включений при 1640 С поддавлением 4 атм. Состав сплава для ю удаления включений следующий,4 О кремний 40 алюминий 20; кальций 15магний 1,5; остаток - железо. Вдувание проводят также агроном с помощьюфурмы; Разрежение после удалениявключений составляет 10 Торр. Пара метры образованных таким образомсплавов следующие: содержание кислорода 10 ппм, содержание серы,0,008 , размер зерна по сечению.Ф,008 мм, работа на удар при 20 С -19 кгс м/мм , при -40 С - 8 кгс м/мм из этих примеров видно, что содержание вторичных включений в каждомиз сплавов, из которых удаляютсявключения с помощью предлагаемого фф способа, в значительной степениуменьшено и что структура стали ста.новится лучше, причем улучшились такфже механические свойства.На фиг. 3 показано устройство, еО служащее для реализации предлагаемого способа.Устройство содержит камеру 1 дляобработки, в которой расположен ковш2, содержащий обрабатываемый сплав.65 Камера 1 для обработки может бытьзакрыта крышкой 3. На крышке 3 сзвятирован йнжекторный блок 4, в который помещен сплав для удаления включений. Инжекторный блок 4 снабжен фурмой 5, Камера 1 для обработки связана с вакуумной системой б, К иижекторному блоку 4 подключен блок 7 давления, который, с одной стороны, обеспечивает необходимое давление 1для вдувания сплава и для удаления включений, а с другой стороны, дает воэможность проводить удаление включений под давлением. Блок 7 давления выполнен в виде колб, содержащих нейтральный газ, преимущественно аргон. Все обслуживание устройства может проводиться с пульта 8 управленйяВ данном устройстве предлагаемый способ реализуется следующим образом.Ковш Й, наполненный восстанавливаемой сталью, вводится с помощью крана в открытую камеру для обработ ки, Крышка 3 камеры 1 для обработки вместе с инжекторным блоком 4 накладывается сверху камеры для обработки. Камера 1 для обработки закрывается с помощью крышки 3. Затем с 25 помощью блока 7 давления начинается протекание газа через инжекторный блок 4, в то время как фурму 5 инжекторного блока 4 впускают в расплав стали до соответствующей глубины,бла- ЗО годаря чему камера для обработки закрывается сальником 9 на фурме 5 в На чинается дозирование с помощью инжекторного блока 4,наряду с поддержанием потока газа, благодаря чему давле- ние в камеру 1 для обработки возрастает до значения, установленного с помощью предохранительного вентиля 10, и сплав, содержащий кальций и/ или магний, вводится в сталь. Дозирование прекращается . Включается 40 система 6 для создания вакуума, с помощью которого давление в камере 1 для обработки устраняется постепенно, т.е. отдельными ступенями, После этого кальций и/или магний, выделяется иэ стали. Обработку вакуумом прекращают , и если все еще нет вакуума,. вынимают фурму 5 инжектор- ного блока 4 из расплава стали и регулируют поток газа. Удаляют крышку о 3 с камеры 1 для обработки. Поднимают с помощью крана ковш 2, наполненный обработанной сталью, из открытой камеры 1 для обработки и пере" носят его на разливку. Персонал управляет процессом иконтролирует его с помощью пульта 8управления,Весь цикл может быть выполнен эа10-20 мин,Таким образом, устранейие включений в стали по предлагаемому способу может проводиться чрезвычайно эффективно и простота предлагаемогоустройства, гарантирует реализациюспособа с небольшими денежными затратамиСодержание включений в стали,полученной таким образом, существенно ниже, чем при известном способе,структура стали чрезвычайно хорошая,механические свойства лучше, чем устали, включения у которой удаленыизвестным способом.формула изобретения1. Способ обработки стали, включающий выплавку стали в вакууме, рафинирование и последующую разливкуо т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью улучшения структуры н уменьшения содержания включений, выплавкустали производят при давлении в камере 2-6 атм. с введением сплава, содержащего .кальций и/или магний с последующим удалением их из расплавапри разрежении 10 - 10 3 Торр.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й,с я тем, что сплав для удаления включений вводят в расплав черезфурму с помощью нейтрального газа.3. Способ по п,2, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что в качестве нейтрального газа применен аргон.4. Устройство для обработки стали,содержащее камеру, крышку, тигель,вакуумную систему и пульт управления,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что устройство снабжено инжекторным блокомс фурмой, камера соединена с вакуумной системой, а инжекторный. блок сблоком давления.5. Устройство по п.4, о т л и ч аю щ е е с я тем, что камера снабженапредохранительным вентилем.б. Устройство по п.4, о т л и ч аю щ е е с я тем, что камера снабженасальником для ввода фурьн.Источники информации,принятые во внимание при,экспвртизв1. Линчевский Б.В. Вакууэеая индукционная плавка. И., ф МеталлургияР, 1975, с.54-55, 177-181, ввг 4 м. Составитель Л.Иагаюна Техред А.Вабинец 621 По дарственного комитета С. изобретений н,открытий осква, Ж, Рушская на 0010/88 ТиражВНИИПИ Госупо делам 113035, И иал ППП Патентф, г.ужгород, ул.Проектная Уфъ м 3