СПОСОБ ВЫПЛАВКИ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ ПЕРЕХОДНОГО КЛАССА Российский патент 2010 года по МПК C22B9/20 C22C38/52 

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к способам плавки нержавеющих сталей переходного класса, например ВНЛ-1, ВНЛ-2, ВНЛ-3, ВНЛ-5 и др.

Известен способ выплавки стали переходного класса ВНЛ-1 в открытой печи, включающий расчет шихты на избыток мартенсита, доводку до заданного фазового состава при плавке производят присадками хрома, никеля, углерода, причем сталь раскисляют в две стадии: предварительно Mn, Si, Ti и Аl, окончательно 0,1% Са, Si, или 0,05% Сl (Королев В.М. и др. Высокопрочная нержавеющая сталь ВНЛ-1, Литейное производство, №6, 1966, с.3-5).

Недостатком известного способа является низкий уровень механических свойств и большие затраты, необходимые для производства тонкостенных крупногабаритных отливок. Например, способ не исключает полного удаления легкоплавких окислов МnО·SiO₂ и их отсутствия по границам зерен, а длительность процесса приводит к большим затратам энергии.

Наиболее близким по технической сущности является способ выплавки сталей переходного класса в вакуумной индукционной печи, включающий загрузку шихты, нагрев стали до температуры расплава (1530±10°С), предварительное раскисление, перегрев стали до температуры 1610±40°С и окончательное раскисление. (Производственная инструкция 1. 2. 257-84 «Выплавка литейных высокопрочных конструкционных и коррозионно-стойких сталей в открытых условиях и в вакууме и получение фасонных отливок», М., ВИАМ, с.7-11).

Недостатком известного способа является низкий уровень механических свойств и большие затраты, необходимые для производства тонкостенных крупногабаритных отливок. Заливка крупногабаритных отливок с толщиной стенок до 1 мм недостижима из-за недостаточной жидкотекучести расплава.

Целью изобретения является повышение уровня механических свойств стали, необходимых для производства тонкостенных крупногабаритных отливок.

Технический результат достигается тем, что в способе выплавки нержавеющих сталей переходного класса, включающем загрузку шихты, нагрев до температуры расплава, предварительное раскисление, перегрев стали, окончательное раскисление лигатурой, содержащей редкоземельный компонент, и разливку в вакууме или среде нейтрального газа, в качестве шихты используют исходную сталь с показателями магнитной индукции на нижнем пределе, расплавление шихты до температуры 1400-1420°С ведут при глубоком вакууме 1·10^-1-1·10^-2 мм рт. ст., после чего нагрев расплава до температуры разгона плены 1700-1730°С ведут при относительно низком давлении 20-50 мм рт. ст. в среде инертного газа, а за 2-3 минуты перед разливкой раскисляют лигатурой, содержащей редкоземельный компонент.

Установлено, что в процессе плавки при высоких температурах происходит угар углерода и никеля (С, Ni). Использование исходной стали в качестве шихты, с показателями магнитной индукции на нижнем пределе, обеспечивает экономию С и Ni.

Расплавление шихты при температуре 1400-1420°С ведут интенсивно на максимальной мощности при глубоком вакууме 1·10^-1-1·10^-2 мм рт. ст., что позволяет быстро провести эту стадию процесса плавки, не опасаясь угара легирующих элементов. Снижение вакуума производят напуском в плавильную камеру вакуумной печи инертного газа, например аргона.

Нагрев расплава до высоких температур 1700-1730°С при относительно низком давлении 20-50 мм рт. ст. в атмосфере инертного газа позволяет сохранить соотношение аустинитообразующих компонентов (углерода, никеля, кобальта, марганца) с мартенситообразующим компонентом (железом) и сохраняет показатели магнитной индукции, гарантирующие высокие показатели механических свойств.

Раскисление лигатурой, содержащей редкоземельный компонент, за 2-3 минуты перед разливкой, обеспечивает очистку расплава от загрязнений.

Способ реализуют следующим образом. В качестве шихты для выплавки стали используют компоненты: исходная сталь заводов поставщиков или литейный возврат собственного производства и легирующие компоненты для получения заданного химического состава по ОСТ 1.90090-79.

Исходную сталь совместно с другими компонентами загружают в тигель вакуумной индукционной печи. Первый этап плавки (нагрев шихты) и появления расплава при температуре 1400-1420°С ведут интенсивно на максимальной мощности при глубоком вакууме 1·10^-1-1·10^-2 мм рт. ст., который создают напуском в плавильную камеру вакуумной печи инертного газа, например аргона.

После полного расплавления всей шихты нагрев расплава до высоких температур разгона плены, равных 1700-1730°С, ведут при относительном давлении 20-50 мм рт. ст. в среде инертного газа. За 2-3 минуты до разливки металла в формы производят раскисление лигатурой, содержащей редкоземельный компонент, например церий.

Приготовленный расплав заливают в форму, установленную в вакуумной плавильной печи.

Достигаемые показатели механических свойств отливок по ОСТ 1.90090-79, прототипу и предлагаемому способу приведены в таблице.

Пример конкретного выполнения.

Известным способом изготавливают форму крупногабаритной тонкостенной отливки методом выплавляемых моделей. Перед заливкой форму прокаливают в газовой печи. Прокаленную форму с температурой 950-1050° устанавливают в вакуумную плавильную установку. В тигель плавильной печи вакуумной установки укладывают компоненты шихты: исходную сталь ВНЛ-5 завода поставщика с показателями магнитной индукции на нижнем пределе 160-165 мкА, литейный возврат собственного производства из этой же стали и легирующие компоненты по ОСТ 1.9000-79.

Установку закрывают и вакууммируют внутреннее пространство. Расплавление шихты до температуры 1400-1420°С ведут при остаточном давлении 1·10^-1-1·10^-2 мм рт. ст., после чего снижают давление в плавильной установке напуском аргона до остаточного - 20-50 мм рт. ст. Нагревают расплав до температуры разгона плены 1700-1730°С, а за 2-3 минуты перед разливкой - раскисляют лигатурой, содержащей радиоземельный компонент - церий. Затем расплав доводят до температуры заливки 1730°С и заливают в форму, установленную в вакуумной установке. Через 3-5 минут производят напуск воздуха в плавильную камеру установки, последнюю открывают и извлекают залитую форму.

Таблица Марка стали Механические свойства по Механические свойства, предлагаемый ОСТ 1.90090-79 способ σ_в кгс/мм² σ_0,2 кгс/ мм² δ % Ψ % a_н кгм/см² σ_в кгс/мм² σ_0,2 кгс/ мм² δ % Ψ % a_н кгм/см² 20°С -196°С 20°C -196°C   Не менее             НЛ-1 100 70 12 30 4 Не регламентируется 128-134,8 101,4-109,1 20-29,4 63-68 8,9-12,0 7,9-14,4 НЛ-2 135 90 10 30 4 139-146 101-118 12,5-18,9 61-68 7,2-14,3 - НЛ-3 125 90 12 35 4
5 130- 99- 14- 54- 12,3 -   110 85 14 40 145 124 20 62 17,3   НЛ-5 150 120 12 30 4 152- 122- 18,4- 49- 6,9- -           163 136 22,0 56 8,1  

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии выплавки нержавеющих сталей переходного класса в вакуумных установках. В способе в качестве шихты используют исходную сталь с показателями магнитной индукции на нижнем пределе, шихту расплавляют при температуре 1400-1420°С и глубоком вакууме 1·10^-1-1·10^-2 мм рт. ст., после чего расплав нагревают до температуры разгона плены 1700-1730°С при относительно низком давлении 20-50 мм рт. ст. в среде инертного газа, а раскисление лигатурой, содержащей редкоземельный компонент, осуществляют за 2-3 минуты перед разливкой, которую проводят в вакууме или среде инертного газа. Изобретение позволяет повысить уровень механических свойств стали, необходимых для производства тонкостенных крупногабаритных отливок. 1 табл.

Способ выплавки нержавеющей стали переходного класса, включающий загрузку и нагрев шихты до температуры расплава, предварительное раскисление, перегрев стали, окончательное раскисление лигатурой, содержащей редкоземельный компонент, и разливку в вакууме или среде инертного газа, отличающийся тем, что в качестве шихты используют исходную сталь с показателями магнитной индукции на нижнем пределе, шихту расплавляют при температуре 1400-1420°С и глубоком вакууме 1∙10^-1-1∙10^-2 мм рт. ст., после чего расплав нагревают до температуры разгона плены 1700-1730°С при относительно низком давлении 20-50 мм рт. ст. в среде инертного газа, а раскисление лигатурой, содержащей редкоземельный компонент, осуществляют за 2-3 мин перед разливкой.