RU2026386C1

RU2026386C1 - Method of preparing of ingot from stainless steel stabilized with titanium

Info

Publication number: RU2026386C1
Authority: RU
Inventors: Л.А. Власов; В.И. Сулацков; В.Ф. Бушуев
Original assignee: Акционерное общество "Мотовилихинские заводы"
Priority date: 1991-12-02
Filing date: 1991-12-02
Publication date: 1995-01-09

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: method involves production of slag containing, wt.-%: calcium fluoride 8-15; titanium oxide 37-48, deoxidation of slag bath, additional addition of slag mixture to the crystallizer and superheating of slag mixture before electrode change. Method specificity: addition of titanium oxide at quantity that 1.3-2.0 times exceeds its content in the initial slag to the slag mixture before electrode change. EFFECT: improved method of ingot preparing. 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к электрошлаковому переплаву сталей, предназначено для использования при получении слитков коррозионностойких сталей, стабилизированных титаном, путем поочередного переплава двух и более электродов в кристаллизаторе. The invention relates to metallurgy, in particular to electroslag remelting of steels, is intended for use in the manufacture of ingots of corrosion-resistant steels stabilized by titanium, by alternately remelting two or more electrodes in a mold.

Известен способ электрошлакового переплава металлов и сплавов, включающий наплавление слитка в водоохлаждаемом кристаллизаторе поочередным переплавом двух и более электродов и перегрев шлаковой ванны перед сменой электродов на 20-200^оС.Known is a method of electroslag remelting of metals and alloys, comprising fusing a water-cooled ingot mold remelting alternately two or more electrodes and superheat slag bath before changing electrodes to 20-200 ° ^C.

Недостатком этого способа является то, что в случае его применения при выплавке слитков из титансодержащих сталей под флюсом, содержащим оксид титана, наблюдается неравномерное распределение титана по высоте слитка из-за уменьшения процентного содержания оксида титана в шлаке по ходу переплава и, как следствие, сдвиг химической реакции [Ti] + [O]

[TiO₂] вправо, т.е. постепенное увеличение угара титана в течение плавки. В результате металл верхних горизонтов слитка не выдерживает испытания на межкристаллитную коррозию (МКК).The disadvantage of this method is that in the case of its application in the smelting of ingots from titanium-containing steels under a flux containing titanium oxide, there is an uneven distribution of titanium over the height of the ingot due to a decrease in the percentage of titanium oxide in the slag during remelting and, as a consequence, a shift chemical reaction [Ti] + [O]

[TiO ₂ ] to the right, i.e. gradual increase in titanium fume during melting. As a result, the metal of the upper horizons of the ingot does not withstand the tests for intergranular corrosion (MCC).

Уменьшение содержания оксида титана в шлаке по ходу переплава определено экспериментально путем отбора проб шлака в различные моменты плавки, которое вызвано его испарением с поверхности шлаковой ванны и восстановлением его алюминием, который дается в течение плавки в качестве раскислителя шлака. The decrease in the content of titanium oxide in the slag during remelting was determined experimentally by taking samples of slag at various moments of melting, which is caused by its evaporation from the surface of the slag bath and its reduction with aluminum, which is given as a slag deoxidizer during melting.

Кроме того, при использовании данного способа на поверхности слитка имеют место гарнисажные кольцевые пояски, образующиеся в результате переохлаждения шлаковой ванны во время перерыва процесса. В результате этого поверхность слитка требует дополнительной зачистки или обдирки, что повышает трудоемкость и снижает выход годного. In addition, when using this method on the surface of the ingot there are skull rings, formed as a result of supercooling of the slag bath during the interruption of the process. As a result, the surface of the ingot requires additional stripping or peeling, which increases the complexity and reduces the yield.

Также известен способ получения слитка, включающий поочередный электрошлаковый переплав электродов в кристаллизаторе, перегрев шлаковой ванны перед сменой электродов и дополнительное введение в кристаллизатор шлаковой смеси в количестве 1/3-1/6 ее первоначальной массы перед перегревом шлаковой ванны. Данный способ принят за прототип. Also known is a method of producing an ingot, which includes alternating electroslag remelting of the electrodes in the mold, overheating of the slag bath before changing the electrodes, and additional introduction of the slag mixture into the mold in the amount of 1 / 3-1 / 6 of its initial mass before overheating of the slag bath. This method is adopted as a prototype.

Известный способ позволяет ликвидировать пережимы на слитке из-за увеличенной тепловой емкости шлаковой ванны в момент перерыва процесса переплава. The known method allows to eliminate the clamping on the ingot due to the increased thermal capacity of the slag bath at the time of interruption of the remelting process.

Однако данный способ при получении слитка из нержавеющей стали, стабилизированной титаном, не позволяет устранить неравномерное распределение титана по высоте слитка (наблюдается повышенный угар титана к концу плавки), в результате чего металл верхних горизонтов слитка проявляет склонность к межкристаллитной коррозии, что снижает качество металла. Это вызвано тем, что количества оксида титана, вводимого вместе со шлаковой смесью перед перерывом процесса, оказывается недостаточным для того, чтобы восполнить его потери на испарение и восстановление во время переплава очередного электрода. However, this method, upon receipt of an ingot of stainless steel stabilized by titanium, does not eliminate the uneven distribution of titanium over the height of the ingot (an increased titanium burn at the end of smelting is observed), as a result of which the metal of the upper horizons of the ingot is prone to intergranular corrosion, which reduces the quality of the metal. This is due to the fact that the amount of titanium oxide introduced together with the slag mixture before the process interruption is insufficient to compensate for its evaporation and reduction losses during the remelting of the next electrode.

Целью изобретения является повышение качества металла слитка. The aim of the invention is to improve the quality of the metal ingot.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в способе получения слитка из нержавеющей стали, стабилизированной титаном, включающем поочередный электрошлаковый переплав электродов в кристаллизаторе с наведением шлака, содержащего 8-15% фторида кальция; 37-48% оксида алюминия; 19-26% оксида кальция; 2-5% оксида магния; 15-25% оксида титана, и раскисление шлаковой ванны, дополнительное введение в кристаллизатор шлаковой смеси и перегрев шлаковой ванны перед сменой электродов, перед сменой электродов в шлаковую смесь вводят оксид титана в количестве, превышающем в 1,3-2,0 раза его содержание в первоначальном шлаке. This goal is achieved due to the fact that in the method of producing an ingot of stainless steel stabilized by titanium, comprising alternating electroslag remelting of the electrodes in a crystallizer with induction of slag containing 8-15% calcium fluoride; 37-48% alumina; 19-26% calcium oxide; 2-5% magnesium oxide; 15-25% of titanium oxide, and deoxidation of the slag bath, additional introduction of a slag mixture into the mold and overheating of the slag bath before changing the electrodes; before changing the electrodes, titanium oxide is introduced into the slag mixture in an amount exceeding 1.3-2.0 times its content in the original slag.

Указанный состав шлака с содержанием оксида титана 15-25% определен опытным путем и обеспечивает высокие технологические свойства - возможность эффективно подавлять угар титана, высокую рафинирующую способность и способность формировать гладкую поверхность слитка. The specified composition of the slag with a titanium oxide content of 15-25% was determined empirically and provides high technological properties - the ability to effectively suppress titanium fumes, high refining ability and the ability to form a smooth surface of the ingot.

При содержании оксида титана в шлаке менее 15% снижается его способность "удерживать" титан в металле, при этом сохранить титан можно лишь за счет большого количества вводимого раскислителя (алюминия) 4-6 кг/т и более. Однако металл, переплавленный с таким количеством алюминия не всегда выдерживает испытания на межкристаллитную коррозию и, кроме того, из-за повышенного содержания алюминия в металле по границам аустенитного зерна образуются интерметаллидные пленки (типа Ni₃Al), охрупчивающие сталь.When the content of titanium oxide in the slag is less than 15%, its ability to “retain” titanium in the metal is reduced, while titanium can only be saved due to the large amount of introduced deoxidizer (aluminum) 4-6 kg / t and more. However, a metal remelted with such a quantity of aluminum does not always pass the tests for intergranular corrosion and, in addition, due to the increased aluminum content in the metal, intermetallic films (such as Ni ₃ Al) are formed along the boundaries of austenitic grains that embrittle steel.

При содержании оксида титана в шлаке более 25% уменьшается его рафинирующая способность в результате снижения основности, снижаются технико-экономические показатели процесса (повышается электропроводность), а также способность шлака формировать качественную поверхность слитка, в результате чего металл слитка имеет повышенный балл неметаллических включений, особенно сульфидных, возрастает удельный расход электроэнергии, поверхность слитка имеет шероховатости и неровности. When the content of titanium oxide in the slag is more than 25%, its refining ability decreases as a result of a decrease in basicity, technical and economic parameters of the process decrease (electrical conductivity increases), as well as the ability of slag to form a high-quality surface of the ingot, as a result of which the ingot metal has an increased score of non-metallic inclusions, especially sulfide, the specific energy consumption increases, the surface of the ingot has roughness and roughness.

Коэффициент превышения содержания оксида титана в добавляемой шлаковой смеси относительно первоначального его содержания в шлаке, равный 1,3-2,0, найден экспериментально и обеспечивает достижение поставленной цели. The coefficient of excess of the content of titanium oxide in the added slag mixture relative to its initial content in the slag, equal to 1.3-2.0, was found experimentally and ensures the achievement of the goal.

Введение в шлаковую смесь оксида титана в количестве, в 1,3-2,0 раза превышающем его содержание во флюсе, позволяет восполнить его потери во время переплава очередного электрода, устранить угар и обеспечить заданное равномерное распределение титана по высоте слитка. The introduction of titanium oxide into the slag mixture in an amount 1.3–2.0 times higher than its content in the flux makes it possible to replenish its losses during the remelting of the next electrode, eliminate fumes and ensure a predetermined uniform distribution of titanium over the height of the ingot.

Введение в шлаковую смесь оксида титана в количестве менее заявляемого не позволяет восполнить его потери во время плавления предыдущего электрода и металл слитка, полученный из последующего электрода, имеет повышенный угар титана, что приводит к неравномерному распределению титана по высоте слитка, а качество металла находится на низком уровне из-за склонности к межкристаллитной коррозии. The introduction into the slag mixture of titanium oxide in an amount less than claimed does not make it possible to make up for its loss during the melting of the previous electrode and the ingot metal obtained from the subsequent electrode has an increased titanium fume, which leads to an uneven distribution of titanium over the height of the ingot, and the quality of the metal is low level due to the tendency to intergranular corrosion.

Введение в шлаковую смесь оксида титана в количестве более заявляемого значения ведет к чрезмерному его увеличению в шлаковой ванне, что снижает основность и рафинирующую способность шлака. При этом металл слитка имеет повышенный балл неметаллических включений (сульфидов). Кроме того, высокое содержание оксида титана заметно снижает технико-экономические показатели процесса, снижается производительность, возрастает расход электроэнергии (из-за повышенной электропроводности шлака). The introduction of titanium oxide in the amount of more than the declared value into the slag mixture leads to its excessive increase in the slag bath, which reduces the basicity and refining ability of the slag. In this case, the ingot metal has an increased score of non-metallic inclusions (sulfides). In addition, the high content of titanium oxide significantly reduces the technical and economic indicators of the process, decreases productivity, increases energy consumption (due to the increased conductivity of the slag).

Опробование предлагаемого способа проводили при выплавке слитка размерами ⌀ 460/ ⌀400 х 1400 мм массой 1,8 т путем поочередного переплава трех электродов (отходов кузнечного производства) из стали 12Х18Н10Т в водоохлаждаемый кристаллизатор под шлаком, содержащим 8-15% фторида кальция; 37-48% оксида алюминия; 19-26% оксида кальция; 2-5% оксида магния и 15-25% оксида титана, в количестве 55 кг. Testing of the proposed method was carried out during the smelting of an ingot with dimensions of ⌀ 460 / ⌀400 x 1400 mm and a mass of 1.8 tons by alternately re-melting three electrodes (forging waste) from 12Kh18N10T steel into a water-cooled crystallizer under slag containing 8-15% calcium fluoride; 37-48% alumina; 19-26% calcium oxide; 2-5% of magnesium oxide and 15-25% of titanium oxide, in an amount of 55 kg.

Химический состав стали 12Х18H10Т был следующий: углерод 0,12%; марганец 0,99% ; кремний 0,71%; хром 17,91%; никель 10,05%; титан 0,64%; фосфор 0,023%; сера 0,018%. The chemical composition of steel 12X18H10T was as follows: carbon 0.12%; Manganese 0.99%; silicon 0.71%; chromium 17.91%; nickel 10.05%; titanium 0.64%; phosphorus 0.023%; sulfur 0.018%.

Указанный шлак получен путем смешивания базового флюса АН-295 в количестве 38,8-45,3 кг и шлака титанового, содержащего 85% оксида титана, в количестве 9,7-16,2 кг. The specified slag was obtained by mixing the base flux AN-295 in an amount of 38.8-45.3 kg and titanium slag containing 85% titanium oxide in an amount of 9.7-16.2 kg.

На электродах была закреплена алюминиевая проволока из расчета 2 кг/т стали. An aluminum wire was fixed on the electrodes at the rate of 2 kg / t of steel.

Было получено 6 слитков. При этом после переплава первого электрода и замены "огарка" на второй электрод вводили дополнительную порцию шлаковой смеси, содержащей 4,1-7,7 кг АН-295 и 2,3-5,9 кг титанового шлака, в количестве 10 кг, что обеспечивало содержание оксида титана в смеси, в 1,3-2,0 раза превышающем его содержание в первоначальном шлаке. 6 ingots were received. In this case, after remelting the first electrode and replacing the “cinder" with the second electrode, an additional portion of the slag mixture containing 4.1-7.7 kg of AN-295 and 2.3-5.9 kg of titanium slag in an amount of 10 kg was introduced, which provided the content of titanium oxide in the mixture, 1.3-2.0 times higher than its content in the original slag.

Далее шлаковую ванну перегревали путем увеличения напряжения на 6-10 В и производили замену электродов. Время перерыва процесса составляло 4-5 мин. Данную операцию повторяли в конце переплава второго электрода и замены его "огарка" на третий электрод. Next, the slag bath was overheated by increasing the voltage by 6-10 V and the electrodes were replaced. The process interruption time was 4-5 minutes. This operation was repeated at the end of remelting the second electrode and replacing its "cinder" with the third electrode.

Из полученных таким образом слитков на радиально-ковочной машине ковали заготовки для проката сечением 200 х 200 х 1100 мм (по 4 заготовки из слитка). От заготовок отрезались темплеты для изготовления образцов для испытания на МКК, микрошлифов для определения балла неметаллических включений и контроля химического состава металла (углерода, титана). From the ingots obtained in this way, on a radially forging machine, forgings for rolling were cut with a cross section of 200 x 200 x 1100 mm (4 ingot blanks each). Templates were cut off from the blanks for the manufacture of samples for testing at the IWC, microsections to determine the score of non-metallic inclusions and control the chemical composition of the metal (carbon, titanium).

Образцы подвергали закалке с температуры 1070^оС в воде и провоцирующему отпуску 650^оС.Samples were subjected to quenching from a temperature ^of 1070 C in water to provoke a release of 650 ° ^C.

Кроме того, были выплавлены слитки с содержанием оксида титана в добавляемой шлаковой смеси, выходящим за заявляемые пределы, а также слитки по технологии аналога и прототипа. In addition, ingots with a titanium oxide content in the added slag mixture beyond the declared limits were smelted, as well as ingots using the technology of analogue and prototype.

Результаты опробования приведены в таблице. The test results are shown in the table.

Из таблицы видно, что применение предлагаемого способа (примеры 1-6) позволяет получать качественные слитки. The table shows that the application of the proposed method (examples 1-6) allows you to get high-quality ingots.

Введение оксида титана перед сменой электродов в шлаковую ванну в количестве, выходящем за заявляемые пределы, приводит либо к неравномерному распределению титана по высоте слитка и неудовлетворительному результату на МКК (примеры 7-9), что приводит к образованию тpещин, либо к повышению балла неметаллических включений и неровной поверхности слитков (примеры 10-12). The introduction of titanium oxide before changing the electrodes in the slag bath in an amount that exceeds the declared limits leads either to an uneven distribution of titanium over the height of the ingot and an unsatisfactory result on the MCC (examples 7-9), which leads to the formation of cracks, or to an increase in the score of non-metallic inclusions and the uneven surface of the ingots (examples 10-12).

Применение предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволяет при получении слитка равномерно распределить титан по высоте слитка, снизить балл неметаллических включений, что повышает качество металла. The application of the proposed method in comparison with the prototype allows you to evenly distribute titanium along the height of the ingot upon receipt of the ingot, to reduce the score of non-metallic inclusions, which improves the quality of the metal.

Claims

METHOD FOR PRODUCING INGOT OF STAINLESS STEEL INGAS, STABILIZED BY TITANIUM, including alternating electroslag remelting of electrodes in a crystallizer with induction of slag containing 8 - 15% calcium fluoride, 37 - 48% aluminum oxide, 19 - 26% calcium oxide, 2 - 5% magnesium oxide 15 - 25% titanium oxide, and deoxidation of the slag bath, additional introduction of the slag mixture into the mold and overheating of the slag bath before changing the electrodes, characterized in that, in order to improve the quality of the ingot metal, ox is introduced into the slag mixture before changing the electrodes d titanium in an amount exceeding 1.3 - 2.0 times the content in the original slag.