Способ выплавки легированных сталей и сплавов Советский патент 1991 года по МПК C21C5/52 

1

(21)4642447/02

(22)15.12.88

(46) 07.04.91. Бюп. № 13

(71)Научно-производственное объединение по технологии машиностроения ЦНИИТМАШ

(72)В.Г.Дюбанов, И.А.Свитенко, Я.Н.Кунаков, О.В.Иванова, С.А.Иодковский, В.С.Дуб,

|В.Р.Сулягин, В.И.Александрович, М.Ю.Соболев и В.П.Рукавец

(53)669.0465 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 621735, кл. С 21 С 5/52, 1976.

Авторское свидетельство СССР № 768821, кл. С 21 С 5/52, 1978.

(54)СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

(57)Изобретение относится к металлургии, в частности к выплавке сталей и сплавов в дуговых печах. Целью изобретения является стабилизация заданного химического состава азотсодержащей стали. После плавления шихты и нагрева расплава на 300-500°С выше температуры ликвидуса проводят его охлаждение до температуры на 50-150°С выше температуры ликвидуса ступенчато с интервалом 50+5°С смесью азотированного и низкоуглеродистого феррохрома при их отношении 0,5-1,2 в количестве Q Т(4000-1 2000)3-М, где Л Т - превышение температуры металла над температурой ликвидуса, °С, 4000- 12000 - коэффициенты, установленные экспериментально, М - количество выплавляемого металла, т. Продолжительность выдержки на каждой ступени охлаждения составляет t 15 - (0,7-1,5)Q, мин, где S.Q - суммарное количество смеси, введенной на предыдущих ступенях охлаждения,т, 15 и 0,7-1,5 - коэффициенты, установленные экспериментально. В результате обеспечивается стабилизация содержания в металле азота при сохранении пластичности. 2 табл.

5

(Л

%

Изобретение относится к металлургии, в частности к выплавке сталей и сплавов в дуговых печах, и может быть использовано при выплавке азотсодержащих высоколегированных хромо- никель-марганцовистых сталей.

Целью изобретения является стабилизация заданного химического состава азотсодержащей стали.

При осуществлении способа после расплавления шихты проводят нагрев .

расплава на 300-500°С выше температуры ликвидуса и затем по охлаждению до температуры на 50-150 С выше температуры ликвидуса выпуск в ковш и разливку по изложницам.

&

Ступенчатое охлаждение расплава до указанной температуры через каждые смесью азотированного и низкоуглеродистого феррохромов, взятых в отношении 0,5-1,2 в количестве, численно равном

3 AT

1640176

4000 - 12000

M

им ло те вы к ле

и с вьщержкой на каждой ступени, численно рапной t 15 - (0,7-1,5) - -,

обеспечивает оптимальную растворимость азота в расплаве при температуре каждой ступени, что в конечном счете обеспечивает получение требуе- мого по марке количества азота в готовом металле.

При охлаждении металла с величиной ступени менее, чем 50.5°С, растворимость азота увеличивается незна- чительно и условия для усвоения азота расплавом не улучшаются. Охлаждение металла с величиной ступени более, чем 50i5°C, приводит к локальному значительному переохлаждению расплава в месте ввода смеси ферро- хромов из-за ограниченной теплопроводности жидкого металла. Локальное переохлаждение замедляет протекание диффузионных процессов распределения азота по всему объему расплава и, как следствие, его потерям в атмосферу печи в результате местных превышений пределов растворимости азота, что не обеспечивает заданное содержа ние азота в металле.

Применение смеси азотированного и низкогулеродистого феррохромов при их отношении, меньшем, чем 0,5, не рационально, так как приводит к затягиванию процесса насыщения расплава азотом до заданного химического состава по этому элементу. Это ведет к неконтролируемым потерям азота в атмосферу печи и к непопада- и то в требуемый химический состав металла по азоту.

Применение смеси с отношением компонентов, большим 1,2, не приводит к улучшению усвоения азота рас- плавом, так как в зоне растворения ферросплавов не создается достаточное пересыщение по хрому, чтобы способствовать облегчению перехода азота из ферросплава в металл.

Отношение, определяющее время выдержки, установлено экспериментально При этом при коэффициенте,меньшем 0,7, выдержка металла слишком продолжительна, что приводит к непопаданию в заданный химический состав стали по азоту из-за неконтролируемых потерь азота из металла особенно в зоне горения электрических дуг, где

имеется значительный (до 3500 К) локальный перегрев металла. При этой температуре растворимость азота в высокохромистом расплаве стремится к нулю, чтс и является причиной удаления его из стали.

При коэффициенте больше 1,5 продолжительность выдержки неэффективна с точки зрения удаления неметаллических включений, так как оксиды, образовавшиеся в результате присадки в металл упомянутой смеси за счет взаимодействия хрома и растворенного в металле кислорода, не успевают всплыть и эмульгироваться шлаком. Это приводит к снижению технологической пластичности металла.

Отношение для определения количества вводимого в расплав ферросплава также установлено экспериментально При коэффициенте меньше 4000 в сталь вводится избыточное количество ферросплавов, приводящее к созданию в металле больших температурных градиентов, вызывающих неравномерное распределение азота по объему расплава, следствием чего является образование трещин при обработке давлением. При коэффициенте больше 12000 присадка неэффективна с точки зрения легирования металла азотом, т.е. не обеспечивается требуемый состав металла по азоту.

Смесь азотированного и низкоу ле- родистого феррохрома имеет комнатную температуру. Азотированные материалы не прокаливают во избежание неконтролируемых потерь азота в них. В целях обеспечения стабильности усвоения азота сталью температуру материалов смеси поддерживают в пределах 50-350°С. При указанных температурах смеси ферросплавов потери азота из нее несущественны, что способствует достижению поставленной цели - получение азотированной стали заданного состава.

Пример, Предлагаемым способом выплавляют сталь марки 05Х16НЮАГМБ в 5-тонной электродуговой печи. Сталь содержит 0,25-0,20% азота. Шихтовку, подготовку материалов, завалку и плавление металла производят по действующей технологии После наводки рафинировочного шлака и его раскисления порошками алюминия и ферросилиция металл нагревают до 1700°С (Тликр 1400°С, т.е. выше температуры плавления на 300°С).

Затем начинают ступенчатое охлаждение, для чего в металл вводят смесь азотированного феррохрома ФХН600Л с низколуглеродистым феррохромом ФХ002 в отношении 0,8 в количестве, определяемом из приведенного соотношения, Q 0,150 m (количество выплавляемого металла 5 т).

После охлаждения металла до 1650+5°С осуществляют задержку, продолжительность которой определяют из приведенного соотношения, t 8,33 мин.

Температура применяемой смеси в данном примере составляет 20 С.

Необходимые перепады температур в реальном ходе плавки на конкретном сталеплавильном агрегате легко достигаются указанным количеством смеси ферросплавоп (с учетом при необходимости регулировок температуры за счет электрического режима). Проведенные расчеты носят оценочный характер, их точность ±5°С.

Снижение температуры металла смесью ферросплавов во время ввдерж- ки за счет охлаждения не превышает указанного интервала + 5°С. В случае выхода температуры за допустимые значения проводится ее коррекция введением электрической мощности

Тепло химических реакций (реакции растворения ферросплавов в металле) учтено в общих тепловых потерях при проведении экспериментальных плавок.

При выплавке легированных азотированных сталей с содержанием азота от 0,05 до 0,20% используют азотированный феррохром с содержанием азота от 4 до 6%. При выплавке стали с повышенным содержанием азота применяют азотированный феррохром с содержанием в нем азота 6-8,5%. Усвоение азота входит в показатели качества, приведенные в табл. 1.

Наг изменения температур} равный 50+5°С, выбран с таким расчетом, чтобы при введении смеси азотированного и низкоуглеродистого феррохрома (0,5-1,2) содержание хрома и получаемая на каждом шаге температура не превыпали предела растворимости азота, что способствует наиболее полному усвоению введенного азота и достижению поставленной цели.

Затем вводят следующую порцию упомянутой смеси в количестве Q

0

5

0

5

0

5

0

5

0

0,125 т. После охлаждения металла до 1600+5°С осуществляют выдержку, продолжительность которой равна t 11,36 ми н.

Аналогично способ осуществляют и далее. Вводят порцию упомянутой смеси в количестве Q 0,100 т и при охлаждении металла до 1550+ 5°С осуществляют выдержку t 12,33 мин.

Затем вводят следующую порцию смеси Q 0,075 т и при охлаждении металла до 1500°С (т.е. на 100°С выше температуры ликвидуса) осуществляют выдержку t 12,78 мин.

После этой выдержки металл выпускают в ковш и разливают по изложницам.

Кроме того, проводят выплавку стали и при граничных значениях предлагаемых параметров с введением в металл смеси азотированного феррохрома с низкоуглеродистым феррохромом в отношении 0,5 и 1,2. Во всех описанных случаях дефектов металла не обнаружено .

Предлагаемый способ осуществляют также и за пределами предлагаемых количественных признаков, при этом в металле не обеспечивается требуемое содержание азота. Результаты исследования металла приведены в табл. 1 и 2. Технологическую пластичность металла оценивают по коэффициенту ковкости (Кщ).

Согласно этому критерию при Кц меньше 0,1 сталь не куется, при Ку 0,1-3 ковкость низкая, а при К, 3,1-8,0 ковкость удовлетворитель%ная (Kw-.-;-).

Т) КГС/ММ2

Анализ результатов показывает преимущество предлагаемой технологии выплавки коррозионно-стойкого азотсодержащего высоколегированного металла по сравнению с известной: обеспечивается требуемое содержание в металле азота при сохранении удовлетворительной пластичности (крите%

рий ковкости около 4 ,).

икгс/мм2

Формула изобретения

Способ выплавки легированных сталей и сплавов, включающий плавление шихты и нагрев расплава на 300- 500°С выше температуры ликвидуса и его охлаждение, в том числе ферросплавами, до температуры на 50-150вС выше температуры ликвидуса, выдержку и выпуск металла из печи, отличающийся тем, что, с целью стабилизации заданного химического состава азотсодержащей стали, охлаждение ведут ступенчато с интервалом (50+5)°С смесью азотированного и низкоуглеродистого феррохрома при их отношении 0,5-1,2 в количестве Q, определяемом по формуле

Q ЛТ (4000-12000)3- М,

где ДТ

- превышение температуры металла над температурой ликвидуса,

X

Известный

Пр еллаг а емый

42,8

107,2

8 9

10 11

12

13

14 15 16 17 18

19

20 21 22 23 2/,

5

0

4000-12000 - коэффициенты, установленные экспериментально

М- количество выплавленного металла, м,

при этом продолжительность t выдержки на каждой ступени охлаждения определяют по следующей зависимости:

t 15 - (0,7-1,5) J- ,

где 2J)- суммарное количество смеси, введенной на предыдущих ступенях охлаждения, т,

15 и 0,7-1,5 - коэффициенты, установленные экспериментально.

Таблица 1

,4

150

Не обеспечивается требуемое содержание азота в металле (N -О,IX, Ку 5,0)

Не обеспечивается требуемое содержание азота в металле (N

-0,150; Ку - 4,5)

Дефекты не обнаружены (N 0,37.1 К... 4,0)

Не обеспечивается требуемое содержание в металле (N 0,152; Кц, - 4,5) Не обеспечивается требуемое содержание азота в металле (N e 0,0812, К - 4,5) Дефекты не обнаружены (К - 0,35% ,

л((/

3,7)

Не обеспечивается требуемое содержание азота в металле (N

о, a; KV 4,0)

Не обеспечивается требуемое содержание азота в металле (N ж

о, п; KV « 4,з)

Дефекты не обнаружены (N 0.29 К 3,9)

lit обеспечивается ареВуемое со- азота в металле (N a

-0,132; Kv 4,1)

Me обеспечивается требуемое со- нржапне азота в металле (N e

-0,15%; К - 4,3)

Ньфекты не обнаружены (И 0.37

V

3,8)

Ik обеспечипается требуемое соfp arute азота в металле (N B - 0.09Г, KV - 5,2)

1 а б л и u a