Способ раскисления и модифицирования стали и сплавов Советский патент 1980 года по МПК C21C5/52 C21C7/00 

.,1 Изобретение относится к черной мета лургии в частности к.сталеплавильному и литейному производству. Известны способы раскисления и модифицирования стали и сплавов, включающее раскисление алюминием и модифи цирование кальцием и редкоземельными металлами (РЗМ) 1 и 2. Наиболее близким по технетеской сущ ности и достигаемому результату к иаобрете1шю является способ модифицирования стали и сплавов, вк;лючающий вве дение в металл после раскисления его алюминием 0,05-0,3% кальция, 0,050,4% циркония и 0,О2-О,3% РЗМ и после выпуска металла из печи - осталь ной части кальция в количестве. О,02- 0,2% от веса расплава {.з. Однако в стали, модифицированной такими способами, неизбежно присут- ствуют в большом количестве хрупкие алюминаты кальция, которые оказывают отрицательное влияние на свойства сталей, особенно BbicoKoiip04)if.ix, По извест«ному способу раскисления и модифицирования сталь недостаточно глубоко раф№-нируется от вредных при 1есей (кислорода, серы) и неметаллических включений изза отсутствия щлака для поглощения включений. Кроме -того, при использоваши для модифицирования, металлического кальция он быстро испаряется и выгорает 4atfTO с выплесками металла; при использовании кальция в виде силикокальция даже при расходе на среднем пределе больщинство конструкционных сталей выходит из марочного состава по крем иию, что ограничивает применение спо- соба только для высококремнистых , Целью изобретения является улучшение раскисления и рафинирования стали и сплавов от неметаллических включений.. Поставленная цель достигается том, НТО сталь окончателыю раскисляют алк миниевым дроссом в количестве 1-3 кг/т и модифшшруют силикокальцисм совмост IHU с силйкомишметаллом в количестве 1-3 кг/т и 1,5 кг/т соответственно,Сталь, раскисления алюминием, не избежно содержит высокоглиноземистые неметаллические включения, наиболее вредными из которых является корунд, Глинозем и корунд оказывают отрицатель ное влияние на эксплуатационные свойства конструкционных и oco6eimo высокопрочных сталей, а также полируемость нержавеющих сталей. Принципиальное отличие способа раскисления, алюминием со тоит в тоьА, что алюминий вводится в сталь в виде алюминиевого дросса, отходов производства алюминиевых сплавов, содержащих 50-80%, металлического алюминия и шлакообразую- щие компоненты - остальное, Шлакообразующие вещества расплавляются при тем ратуре жидкой стали и формируют жидкоподвижный шлак. При раскислении стали алюминиевым дроссом образующиеся вы- сокоглиноземистые включения и корунд ассимилируются жидким шлаком, сформированным к этому моменту из шлакооб- разующих веществ дросса, коагулируют и удаляются из металла. Верхний и ниж- кий пределы введения дросса в сталь ойределяются необходимым количеством остаточного алюминия в стали. При вне- дёшш дросса менее 1 кг/т сталь по-лучается недостаточно раскисленной, что , приводит к повышенному угару модификаторов (силикокальция и силикомишметалла) и снижению эффективности мо дифицирования. Добавка Дросса в сталь в количестве более 3 кг/т также приводит к ухудшению свойств из-оа повы- щенного остаточ1 ого coдepжa шя алюминия и вторичного его окисления при разливке стали, при этом также ухудшается качество поверхности слитков, что ВБЮЬЬ вает дополнительные отходы при прокат й поььТйГёййё рудоёмкост йзготоШений Силикокальдий совместно с силикоМИШ металлом являются эффективными модификаторами стали. Они повышают дисперсность дендритной структурьг, уме шайт хйжигческую неоднородность, измельчают микрозерно, способствуют фор мированию мелких, равномерно распределешп 1х п структуре стали неметаллических включеш1Й, т,е, являются модификаторами состава и морфологии неметаллических включений. При раздельном применении оилнкокальция и силикомишматалла получают худшие результаты, чём при их совместном введении в стал последнем слу1ае более эффективно спользуют такие активные элементы, ак кальций и редкоземельные металлы, Кроме того, при совместном модифициовании стали силикокальциём и силико- мишметаллом образуются комплексные неметаллические включения более благоприятного состава и формы, повышается температура затвердевания сульфидов и практически полностью ликвидируются пленочные сульфидные бключения эвтектического типа; основным видом включений являются глобулярные оксисульфиды - оксиды, в сульфидной , Вв.едение силикокальция в количестве менее 1 кг/т мало меняет дендритную структуру, состав и распределение включений в стали; при добавке его более 3 кг/т образуются сравнительно крупные глобулярные включения нового типа. Такие включения оказывают отрицательное влияние на контактную выносливость и эксплуатационные свойства некоторых высокопрочных сталей, например шарикоподшшишковой, рельсовой, конструкционной. Лучшие результаты получают при применении силикокальция с малым содержанием кальция марок СК10, СК1Б, Силикомишметалл модифицирует первичную структуру стали, принципиально меняет природу и распределение неметаллических включений, задерживает рост аустенитного зерна при высоких температурах. При введении силикомишметалла в количестве менее 1,5 кг/т он оказывает незначительное влияние на дендритную структуру, микроструктуру и свойства стали, при добавке его свыше 3 кг/т имеется опасность получения це- риевой неоднородности в слитке вследствие местных, скоплений PSMj что ухудшает макроструктуру, а тЬкже стабильность механических свойств стали и прй водит к увеличению площади зачистки заготовок при переделе слитков. Лучшее строение и свойства стали достигаются при модифицировании стали силн- кокальцием совместно с силикомишме- таллом в соотношении 1:1, Проводят испытания способа раскис- легшя и модифицирования стали, В индукционной печи ЛПЗ-67 выплавляют сталь 4ОХ методом переплава шихты, Предв ительное раскисление стали проводят в печи О,6% марганца и О,2% кремния. По известному способу в печь вводят О,1% алюминия и 0,1% кальция (5 кг/т силикокальция СК2О), а в ковш

при выпуске 0,2% циркония, 0,15% РЗМ в виде мишметалла и 0,1% кальция (5 кг/т СК20), По данному способу в печь присаживают различные количества алюминиевого дросса, а в ковш силикокальция СК1О совместно с скликомишметаллом СцеМиш-5. В качестве алюминиевого дросса используют шлак от алюминий-магниевых сплавов следующего состава, %; металлическая часть 75,82, О в том числе Mg2,56, Мл 0,25, Fe 0,ЗО, Аи остальное, неметаллическая (шлако/вая) часть 24,15, в том числе А.р,, 4,76, Mgp 9,49, Fe2p50,36, МдО 0,11,MgCCj; 2,10, KCG. 5,О8, NaCfi- 1,41, 5)Oa.+ FO,72, Clio 0,12, ZhO 0,O09. Состав СцеМиш-3 следующий, %: РЗМ 23,2 St35,2, Ai 3,8, Ca 2,3

;Mg 0,96, Реи примеси - остальное. Из обработанной таким образом стали( 4ОХ отливают слитки массой по 50 кг, Из слитков выреза«6т продольный темплет цля излучения макро и дендритной структуры, а также заготовки для контроля микроструктуры, определения содержа1шя неметаллических включений по методу Л в соответствии с ГОСТом 1778-70 5 ц механических свойств. Механические свойства стали определяют в литом соо- ТОЯНИИ после нормализации заготовок при и отпуска при , В табл, 1 приведены варианты раскисления и модифицировашш, содержания кислорода и серы в сфали и загрязненность ее в индексах неметаллическими включениями. В табл, 2 - механические свойства выплавленной стали, Таблица 1

Известный

АПкг/т СК20 1 Ъ кг/т

Предлагаемый

Испытания показывают что раскисление и модифицирование стали снижает содержание кислорода на 30-50%, серы на 10-25% и уменьшает индекс загрязненности неметаллическими включениями в 2-3 раза, повышает дисперсность дендритной структуры и улучшает макро-Ъ

0,ОО56О,О22 11,3-10

Таблица 2

структуру, по сравнению с известным способом. В результате этого происходит существенное улучшение механических свойств: при большей на 2-4 Krc/Mtx прочностипластичность стали 4ОХЛ повышается на 2О-40%, а ударная вязкость в 1,5-2 раза при комнатной темпо7724ратуре и в 2-3 раза при отрицательных .температурах. Данный способ применим для раскис- ления и модифицирования углеродистых легированных и нержавеющих сталей и сплавов. Способ позволяет использоватьОТХОДЫ алюминиевых сплавов, которые в 8-10 раз дешевле ; стоимости алюминия, применяемого для раскисле- ния. На основе экспериментальных данных экономический эффект на стлали 17ГС за счет уменьшения брака при переделе в 1,5 - 2 раза и экономии алюМИНИН по предварительным расчетам соеTteHT 220-300 тыс. руб1 Формула изобр 6 те ни я Способ раскисления и модифицирования стали и сплавов путем В1вейёйшалюми5798ния, кальция и, редкоземельных метал:юв, отличающийся тем, что, с целью улу1шения раскисления и рафиниро- вания металла от неметаллических вклю- 5чений, окончательное раскисление стали производят алюминиевым дроссом в количестве 1-3 кг/т, а модифицирование силикокальцием совместно с силико мишметаллом соответственно в количест- юве 1-3 Kt/т и 1,5-3 кг/т, Источники информалхии, принятые во внимание при экспертизе 1. Калинников Е. С. Хлад1юстойкая низколегированная сталь. М., Метал15лургия, 1976, с. 81-98. 2. Авторское свидетельство СССР N9 456492, кл. С 21 С 7/00, 1975. з. Авторское свидетельство СССР N 423852, кл. С 21 С 7/00, 1974.