Способ внепечной обработки литой стали Советский патент 1991 года по МПК C21C7/06 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к литейному производству, и может быть использовано для внепечного (ковшевого) раскисления и модифицирования стали для изготвления износостойких отливок.

Целью изобретения является повышение трещиноустойчивости и износостойкости литой стали.

Комплексная обработка литой стали титаном, ванадием и кальцием позволяет глубоко раскислить металл, эффективно управлять процессами первичной и вторичной кристаллизации за счет протекания процессов нитридо- и карбонитридообразо- вания и модифицирования.

Первоначальное введение в сталь в начале ее выпуска в ковш ферротитана позволяет глубоко раскислить металл, очистить его от неметаллических включений за счет

флюсующего действия титана на них и быстрого их удаления из расплава, создать в расплаве дополнительные центры кристаллизации. Последующий ввод силикокальция и феррованадия способствует их полному усвоению за счет снижения угара, глобуля- ризации оставшихся неметаллических включений и повышению эффективности всей внепечной обработки.

Титан не только раскисляет сталь, а также легирует и модифицирует ее. Нитриды титана образуются в жидкой стали, имеют небольшие размеры (2-6 мкм) и являются активными дополнительными центрами кристаллизации. Титан способствует повышению чистоты стали по неметаллическим включениям за счет флюсующего действия на них. Совместное присутствие титана и ванадия ведет к равномерному распределению карбидов, устранению образования

О

ю

00

о

00

ю

карбидной сетки при кристаллизации и затвердевании отливки в форме. Это существенноулучшаетпоказателитрещиноустойчивости стали как при кристаллизации отливки, так и при последующей ее термической обработке.

Расход ферротитана менее 1,4 кг/т стали и содержание титана менее 0,03% не позволяют глубоко раскислить сталь и модифицировать ее, а расход более 7,6 кг/т стали и содержание титана более 0,15% приводят к выделению крупных нитридов, окси- и карбонитридов, образующих скопления. Это снижает не только показатели трещиноустойчивости и износостойкости, но и других свойств стали.

Процессы нитридообразования ванадия протекают уже в затвердевшей отливке в области темгтератур 700-1000°С. Нитриды ванадия представляют собой мелкодисперсные включения, эффективно модифицирующие структуру стали при вторичной кристаллизации, а также повышающие ее износостойкость за счет высокой твердости нитридов и прочной связи их с матрицей. При расходе феррованадия менее 0,63 и более 6,3 кг/т стали и при остаточном содержании ванадия менее 0,02 и более 0,2% нужного эффекта не достигается, так как в первом случае нитридов ванадия не хватает для эффективногго модифицирования, а во втором, наоборот, их много, что ведет к перенапряжению металлической матрицы и повышению склонности стали к трещинооб- разованию, снижению других свойств.

Кальций является активным раскисли- телем, модификатором и глобуляризатором структуры и неметаллических включений, способствует равномерному распределению структурных составляющих в объеме отливки и получению однородной структуры. Расход силикокальция менее 0,9 кг/т стали и содержание остаточного кальция менее 0,005% неэффективно, так как слабо влияет на дендритную структуру стали, измельчение зерна и морфологию неметаллическихвключений.Введение силикокальция более 2,7 кг/т стали и остаточная концентрация кальция в стали более 0,01 % способствует образованию крупных облаколодобных оксидов и оксисульфидов, которые трудно удаляются из расплава и снижают свойства отливок.

Предлагаемый способ обеспечивает измельчение зерна за счет-образования в расплаве и в твердой стали дополнительных центров кристаллизации (нитриды титана и ванадия), ограничение роста кристаллитов (кальций), модифицирование неметаллических включений (титан, кальций). Это позволяет эффективно управлять процессами как первичной, так и вторичной кристаллизации литой стали.

В процессе кристаллизации важное

значение имеют адсорбционные явления, связанные с наличием поверхностно-активных примесей. Адсорбированные вещества понижают межфазовую поверхностную энергию, изменяя параметры кристаллизации. Это оказывает большое влияние на формирование самого кристалла, характер выпадения пограничных фаз, форму и залегание неметаллических включений. Понижение поверхностного натяжения на

границе расплав - кристалл связано с обогащением поверхностного слоя активными элементами (S, О, N, Р) или образованием на поверхности пленки FeO, AIM, MnS и др. Раскисление-модифицирование позволяет

эффективно воздействовать на процессы адсорбции за счет удаления вредных примесей и газов, изменения характера кристализации и перераспределения кристаллизующихся фаз и их количества, поэтому обработку сталей композицией титан - ванадий - кальций существенно повышает трещиноустойчи- вость и износостойкость стали. Достигаемое уменьшение размеров дендритных кристаллитов и зерна аустенита при введении в сталь данных элементов сопровождается увеличением межзервнной поверхности, уменьшением удельной пограничной концентрации примесей. Это благоприятно сказывается на свойствах.

Способ осуществляется следующим образом.

В индукционной тигельной сталеплавильной печи емкостью 160 кг с основной футеровкой выплавляют высокомарганцевую сталь 110Г13П согласно ГОСТ по обычной технологии методом переплава. Для обработки стали в ковше готовят составы смеси первой дэбавки (ферротитан) и второй (силикокальций + феррованадий) по расчету на заданное содержание титана,

ванадия, кальция и выходящие за предлагаемые пределы. В табл,1 приведены составы для обработки стали и порядок ввода компонентов.

Жидкую сталь при 1470-1490°С начинают сливать в ковш Во время слива вводят под струю стали ферротитан, а затем силикокальций совместно с феррованадием, Для сравнения эту же сталь обрабатывали по способу-прототипу Исследования проводили в условиях фракционной разливки стали.

Химический состав, базовой стали следующий, мас.%: С 1,1-1,15; Мп 12,0-12,3; SI 0,3-0,5; S 0,009-0,025; Р 0,06-0,07. Были

опробованы также различные варианты ввода добавок в жидкую сталь. В табл.2 приведены данные по химическому составу отработанных сталей, а в табл.3 - показатели свойств.

Из опытного металла заливали трефо- видные пробы согласно ГОСТ. Пробы подвергали термической обработке по режиму: закалка от 1100°С в воде. Для исследования механических свойств из проб изготавливали образцы на растяжение и на ударную вязкость согласно ГОСТ.

Для исследования трещиноустойчиво- сти заливали специальные образцы размерами 3030-305 мм с прибылью посередине, которые в процессе охлаждения и затвердевания претерпевают затрудненную усадку, создаваемую как постоянной, так и переменной нагрузками. Момент образования горячих трещин определяется по показателю стрелки индикатора. Наличие трещин контролируется затем визуально по излому образца. Для определения минимальной нагрузки, вызывающей в образце образование горячей трещины, первоначально на одном из образцов создается нагрузка, заведомо недостаточная для образования горячей трещины. На втором образце создается нагрузка, вызывающая трещину. При последующих опытах разница между двумя этими нагрузками последовательно уменьшается до такой критической величины, выше которой трещина образуется, а ниже не образуется. Такая минимальная нагрузка характеризует уровень трещиоустойчиво- сти стали. Чувствительность прибора 10 Н.

Износостойкость определяли согласно ГОСТ. Испытания проводили на установке, на которой при одинаковых условиях и постоянной нагрузке производили трение образцов из исследуемых и эталонного материалов об абразивные частицы, которые подаются в зону трения и прижимаются к образцу вращающимися резиновыми роликами. В качестве эталона использовали сталь 45, в качестве абразива - электрокорунд зернистостью № 16-П по ГОСТ. Износостойкость исследуемых образцов оценивали путем сравнения их износа с износом эталона. Износ определялся путем взвешивания исследуемых сталей до и поеле испытания с погрешностью не более 0,1 мг. По результатам взвешивания определяли среднее арифметическое значение потери массы эталона () и исследуемых сталей (ди). Относительную износостойость

(Ки) вычисляли по формуле к §э РЙ NH Ки qn-A Na

где РЗ и/оь - плотности эталонного и исследуемого материалов, г/см3;

мэ и NM - количество оборотов ролика при испытании эталонного и исследуемого материалов.

Из табл.3 видно, что сталь, обработанная по предлагаемому способу, существенно превосходит по трещиноустойчивости и износостойкости сталь, обработанную по способу-прототипу, сохраняя при этом все остальные свойства на требуемом уровне. Формула изобретения

Способ внепечной обработки литой стали, включающий обработку ее во время выпуска в ковш ферротитаном и силикокальцием, отличающийся тем, что, с целью повышения трещиноустойчивости и износостойкости, в начале выпуска в сталь вводят ферротитан в количестве 1,4- 7,6 кг/т в расчете на остаточное содержание титана 0,03-0,15%, затем силикокальций и феррованадий в количестве соответственно 0,9-2,7 и 0,63-6,30 кг/т стали в расчете на остаточное содержание кальция и ванадия соответственно 0,005-0,010 и 0,02- 0,20%.

Ферротитан ФТи35а; силикокальций феррованадий ФВд35а; ферробор ФБ-1; ферроцерий (50% Се).

Изобретение относится к металлургии, а именно к внепечному раскислению и модифицированию износостойкой стали. Цель изобретения - повышенине трещино- устойчив ости и износостойкости стали. Для этого сталь в начале выпуска обрабатывают ферротитаном в количестве 1.4-7,6 кг/т стали, а затем силикокальцием и феррованадием в количестве соответственно 0,9-2,7 и 0,63-6,3 кг/т стали. 3 табл. Ё

Таблица 2