RU2139353C1

RU2139353C1 - Method of steel alloying

Info

Publication number: RU2139353C1
Application number: RU98120046A
Authority: RU
Inventors: А.Я. Заславский; Н.И. Воробьев; В.Н. Яськин; В.И. Антонов; Н.Н. Кузькина; Е.М. Комельков; Е.В. Руднев; С.Н. Ковалева; А.А. Гусев
Original assignee: ОАО Челябинский металлургический комбинат "МЕЧЕЛ"
Priority date: 1998-11-02
Filing date: 1998-11-02
Publication date: 1999-10-10

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy, more specifically, production of steels of increased and high machinability, particularly, of alloyed steels. SUBSTANCE: method includes introduction into stream of molten metal of bismuth shots at angle of 30-60 deg to melt stream. EFFECT: uniform distribution of bismuth in volume of produced ingot after casting with size of bismuth particles ensuring maximum machinability of alloyed steel, reduced losses of bismuth by evaporation and oxidation during its supplying into melt stream, preserved metal mechanical properties provided by specifications. 1 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству сталей повышенной и высокой обрабатываемости резанием, в частности к легированным сталям. The invention relates to ferrous metallurgy, and in particular to the production of steels of high and high machinability by cutting, in particular to alloy steels.

Известен способ легирования стали, когда легирующие компоненты вводят в струю расплавленного металла, текущего из ковша в изложницу, в виде дроби размером 0,5-2,0 мм. A known method of alloying steel is when alloying components are injected into a stream of molten metal flowing from a ladle into a mold, in the form of a fraction 0.5-2.0 mm in size.

Дробь содержит висмут, свинец, теллур или их сплавы. Размер дробей регулируют для улучшения выхода и равномерного распределения легирующих добавок в стали. The fraction contains bismuth, lead, tellurium or their alloys. The size of the fractions is adjusted to improve the yield and even distribution of alloying additives in steel.

Недостатки известного способа: при легировании стали этим способом дробью из висмута обрабатываемость стали при размерах дроби 0,5 - 2,0 мм повышается незначительно или вообще остается на уровне нелегированной стали. Потери висмута на окисление и испарение достигают 50% и более. Выделение вредных примесей могут превысить ПДК=0,5 мг/м³ (для висмута).The disadvantages of this method: when alloying steel with this method of bismuth shot, the workability of steel with a shot size of 0.5 - 2.0 mm increases slightly or generally remains at the level of unalloyed steel. Losses of bismuth due to oxidation and evaporation reach 50% or more. The release of harmful impurities may exceed the MPC = 0.5 mg / m ³ (for bismuth).

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является равномерное распределение висмута по объему получаемого после разливки слитка с размером частиц висмута, обеспечивающих максимальную обрабатываемость стали резанием, уменьшение потерь висмута на испарение и окисление при подаче висмута в струю металла, при условии сохранения металлом механических свойств, предусмотренных техническими условиями. The problem to which the invention is directed is to uniformly distribute bismuth over the volume of an ingot obtained after casting with a bismuth particle size that ensures maximum machinability of steel by cutting, reduce bismuth losses by evaporation and oxidation when feeding bismuth into a metal stream, provided that the metal retains its mechanical properties, provided by technical specifications.

Поставленная задача решается за счет того, что дробь висмута вводят в струю расплавленного металла размером 2,5 - 4,0 мм и под углом 30 - 60^o к струе металла.The problem is solved due to the fact that the bismuth fraction is introduced into the stream of molten metal measuring 2.5 - 4.0 mm and at an angle of 30 - 60 ^o to the metal stream.

Сущность изобретения - определение размеров дроби из висмута, обеспечивающих распределение висмута по объему слитка в виде частиц размером, гарантирующим максимальную обрабатываемость стали резанием, и введением дроби под определенным углом к струе металла, уменьшающим потери висмута на окислении и испарении при подаче их в струю расплавленного металла. The essence of the invention is the determination of the sizes of fractions of bismuth, ensuring the distribution of bismuth over the volume of the ingot in the form of particles with a size that guarantees maximum machinability of steel by cutting, and the introduction of fractions at a certain angle to the metal jet, reducing the loss of bismuth on oxidation and evaporation when feeding them into the stream of molten metal .

Экспериментально установлено:
- при размерах дроби меньше 2,5 мм размеры частиц висмута, распределенных по матрице, составляют 1-5 мкм. Причем общее количество таких частиц составляет до 65% всех частиц висмута, а частицы висмута размером меньше 5 мкм влияния на обрабатываемость не оказывают;
- при размерах дроби в пределах 2,5 - 4,0 мм подавляющее число частиц, распределенных в металле, имеет размеры 5 - 20 мкм. Такой размер частиц обеспечивает максимальную обрабатываемость резанием и при этом не влияет на механические свойства стали, в частности на временное сопротивление и ударную вязкость. Расход дроби для получения содержания висмута в стали 0,12 - 0,20%, соответствующего предельной растворимости висмута в жидкой стали, снижается почти на 60%. Количество частиц размером 5 - 20 мкм по матрице достигает 80%. Уменьшается выделение вредных примесей (см. табл.);
- при размере дроби выше 4 мм появляются частицы висмута размером 50 - 200 мкм. Появление таких крупных частиц с одной стороны уменьшает общее количество частиц по объему стали, что является причиной резкого снижения обрабатываемости стали, с другой стороны уменьшает живое сечение детали, изготовленной из этой стали и, следовательно, снижает механические свойства, а это делает невозможным применение стали по прямому назначению. Выделение вредных примесей меньше, чем при использовании дроби размером 2,5 - 4,0 мм;
- экспериментально также установлен угол, под которым вводят висмутовую дробь в струю металла, он составляет 30 - 60^o к струе металла. При вводе дроби под углом менее 30^o часть дроби скользит по струе металла, не попадая в него. При вводе дроби под углом более 60^o часть дроби пробивает струю металла, не проникая в металл, что приводит к увеличению потерь висмута при разливке. Дробь вводили в металл со скоростью 2 - 5 м/с, взятой из практики легирования сталей.Experimentally established:
- when the size of the fraction is less than 2.5 mm, the sizes of bismuth particles distributed over the matrix are 1-5 microns. Moreover, the total number of such particles is up to 65% of all bismuth particles, and bismuth particles less than 5 microns in size do not affect workability;
- when the size of the fraction in the range of 2.5 - 4.0 mm, the vast majority of particles distributed in the metal, has a size of 5 - 20 microns. This particle size provides maximum machinability by cutting and does not affect the mechanical properties of steel, in particular, the temporary resistance and toughness. The fraction consumption for obtaining the bismuth content in steel 0.12-0.20%, corresponding to the ultimate solubility of bismuth in liquid steel, is reduced by almost 60%. The number of particles with a size of 5 - 20 microns in the matrix reaches 80%. The emission of harmful impurities is reduced (see table);
- when the fraction size is above 4 mm, bismuth particles with a size of 50 - 200 microns appear. The appearance of such large particles on the one hand reduces the total number of particles by volume of steel, which causes a sharp decrease in the workability of steel, on the other hand, reduces the live section of a part made of this steel and, therefore, reduces the mechanical properties, and this makes it impossible to use steel for intended use. Emission of harmful impurities is less than when using fractions of size 2.5 - 4.0 mm;
- experimentally also set the angle at which bismuth fraction is introduced into the metal stream, it is 30-60 ^o to the metal stream. When you enter the shot at an angle of less than 30 ^o part of the shot slides along the stream of metal without getting into it. When entering the shot at an angle of more than 60 ^o part of the shot breaks through the metal stream without penetrating into the metal, which leads to an increase in bismuth losses during casting. The fraction was introduced into the metal at a speed of 2 - 5 m / s, taken from the practice of alloying steels.

Пример конкретного выполнения. An example of a specific implementation.

Опытно-промышленные испытания по легированию стали висмутом проводили в ЭСПЦ-2 ОАО Челябинский металлургический комбинат "Мечел" при разливке автоматных сталей в центровую на слитки массой 6,5 т на специальном участке разливки с аспирацией воздуха от центровых. Дробь вводили путем подачи висмутовой дроби в струю металла (см. табл.). Pilot tests for alloying bismuth steel were carried out at ESPC-2 of the Chelyabinsk Metallurgical Plant Mechel when casting automatic steels into center on ingots weighing 6.5 tons at a special casting section with air aspiration from the center. The fraction was introduced by feeding bismuth fraction into a stream of metal (see table).

Испытания по резанию в цехе N 31 МПС ВАЗ на шести шпиндельных токарно-прутковых автоматах и 4-х шпиндельных токарно-расточных полуавтоматах при изготовлении деталей, принятых за базовые для конкретной марки стали по критерию интенсивности износа инструмента, характеризуемого количеством изготовленных деталей, приходящихся на 0,1 мм износа инструмента. Cutting tests in the workshop N 31 of the MPS VAZ on six spindle turning and bar automatic machines and 4 spindle turning and boring semiautomatic devices in the manufacture of parts that are accepted as basic for a particular steel grade according to the criterion of tool wear intensity, characterized by the number of manufactured parts per 0 1 mm tool wear.

Экологическую обстановку оценивали в ЭСПЦ-2 ОАО "Мечел" при разливке стали методом отсоса проб в местах интенсивного выделения вредных примесей. The environmental situation was assessed at ESPC-2 of Mechel OAO during steel casting by the method of suction of samples in places of intense emission of harmful impurities.

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

Пример 1. Сталь АСЗОХМ по ГОСТу 1414-75, ее механические свойства, выделение вредных примесей свинца при разливке (ПДК свинца = 0,01 м²/м³) и обрабатываемость, принятая за базовую.Example 1. Steel ASZOKHM according to GOST 1414-75, its mechanical properties, the allocation of harmful impurities of lead during casting (MAC of lead = 0.01 m ² / m ³ ) and workability, taken as the base.

Примеры 2-7. Сталь с содержанием висмута 0,12 - 0,20 % по массе. По химическому составу и механическим свойствам соответствует стали АСЗОХМ. Examples 2-7. Steel with a bismuth content of 0.12 - 0.20% by weight. According to the chemical composition and mechanical properties, it corresponds to ASZOKHM steel.

Пример 2. Размер дроби меньше заявленного предела. Угол введения висмутовой дроби в заявленных пределах. Механические свойства соответствуют требуемым. Потери висмута при разливке 1,8 кг/т. Обрабатываемость ниже обрабатываемости свинецсодержащей стали АСЗОХМ. Example 2. The size of the fraction is less than the declared limit. The angle of introduction of bismuth fraction within the stated limits. The mechanical properties are as required. Loss of bismuth during casting 1.8 kg / t. Machinability is lower than machinability of ASZOKHM lead-containing steel.

Пример 3. Размер дроби меньше заявленного предела, угол введения висмутовой дроби в заявленных пределах. Обрабатываемость повышается, но не достигает максимума, снижаются потери висмута при разливке и выделение вредных примесей. Example 3. The size of the fraction is less than the declared limit, the angle of introduction of the bismuth fraction within the declared limits. Machinability increases, but does not reach a maximum, bismuth losses during casting and the release of harmful impurities are reduced.

Пример 4 - 6. Размер дроби в заявленных пределах. Угол введения висмутовой дроби к струе металла в заявляемых пределах. Обрабатываемость максимальная. Снижаются потери висмута в металле при разливке и выделения вредных примесей до минимального значения. Механические свойства в заданных пределах. Example 4 - 6. The size of the fraction within the stated limits. The angle of introduction of bismuth fraction to the stream of metal within the claimed limits. Machinability is maximum. The losses of bismuth in the metal during casting and the release of harmful impurities to a minimum are reduced. Mechanical properties within specified limits.

Пример 7. Размер дроби выше заявленных пределов. Угол введения висмутовой дроби к струе металла в пределах. Снижаются выделения вредных примесей, обрабатываемость и механические свойства ниже требуемых. Сталь непригодна для использования по прямому назначению. Example 7. The size of the fraction above the declared limits. The angle of introduction of bismuth fraction to the stream of metal within. Emissions of harmful impurities, workability and mechanical properties are lower than required. Steel is not suitable for its intended use.

Пример 8. Размер дроби в заявленных пределах, угол введения дроби в металл меньше заявленных пределов Увеличивается расход дроби. Обрабатываемость на уровне автоматных сталей. Example 8. The size of the fraction within the stated limits, the angle of introduction of the fraction into the metal is less than the declared limits. The flow rate of the fraction increases. Machinability at the level of automatic steels.

Пример 9. Размер дроби в заявленных пределах. Угол введения дроби в металл больше заявленных пределов. Расход дроби увеличивается, потери висмута также увеличиваются. Обрабатываемость на уровне автоматных сталей. Example 9. The size of the fraction within the stated limits. The angle of introduction of the fraction into the metal is greater than the declared limits. The fraction consumption increases, bismuth losses also increase. Machinability at the level of automatic steels.

Пример 10. Сталь АС40Х по ГОСТу 1414-75, ее механические свойства, выделение вредных примесей свинца при разливке и обрабатываемость, принятая за базовую. Example 10. Steel AC40X according to GOST 1414-75, its mechanical properties, the allocation of harmful impurities of lead during casting and workability, taken as the base.

Примеры 11-16. Сталь с содержанием висмута 0,12 - 0,20 % по массе. По химическому составу и механическим свойствам соответствует стали АС40Х, условно обозначено как сталь АВ40Х. Examples 11-16. Steel with a bismuth content of 0.12 - 0.20% by weight. According to the chemical composition and mechanical properties, it corresponds to AC40X steel, conventionally designated as AB40X steel.

Пример 11. Размер дроби меньше заявленного предела. Угол введения висмутовой дроби к струе металла по верхнему пределу. Механические свойства соответствуют требуемым. Потери висмута при разливке 1,9 кг (61%). Обрабатываемость ниже, чем у свинецсодержащей стали. Example 11. The fraction size is less than the declared limit. The angle of introduction of the bismuth fraction to the metal stream at the upper limit. The mechanical properties are as required. Loss of bismuth during casting 1.9 kg (61%). Machinability is lower than that of lead steel.

Пример 12. Размер дроби меньше заявленного предела. Угол введения висмутовой дроби к струе металла в заявленных пределах. Обрабатываемость повышается, но не достигает максимума, снижаются потери дроби (45%) и выделение вредных примесей. Example 12. The fraction size is less than the declared limit. The angle of introduction of bismuth fraction to the stream of metal within the stated limits. Machinability increases, but does not reach a maximum, fraction loss (45%) and the emission of harmful impurities are reduced.

Примеры 13 - 15. Размер дроби в заявленных пределах. Угол введения висмутовой дроби к струе металла в заявленных пределах. Снижаются потери висмута (42 - 23%) и выделение вредных примесей. Обрабатываемость максимальная. Механические свойства в заданных пределах. Examples 13 to 15. The size of the fraction within the stated limits. The angle of introduction of bismuth fraction to the stream of metal within the stated limits. Loss of bismuth is reduced (42 - 23%) and the release of harmful impurities. Machinability is maximum. Mechanical properties within specified limits.

Пример 16. Размер дроби выше заявленных проделов. Угол введения висмутовой дроби в заявленных пределах. Снижается выделение вредных примесей, но также снижаются обрабатываемость и механические свойства ниже требуемых. Сталь непригодна для использования по прямому назначению. Example 16. The size of the fraction above the stated prodelov. The angle of introduction of bismuth fraction within the stated limits. The emission of harmful impurities is reduced, but machinability and mechanical properties are also lower than required. Steel is not suitable for its intended use.

Примеры 17,18. Размер дроби в заявляемых пределах. Угол введения дроби в струю металла меньше нижнего предела. Увеличивается расход дроби. Потери висмута возрастают. Обрабатываемость и механические свойства в пределах нормы. Examples 17.18. The fraction size is within the claimed limits. The angle of introduction of the fraction into the stream of metal is less than the lower limit. The consumption of fractions increases. Losses of bismuth increase. Machinability and mechanical properties are within normal limits.

Пример 18. Размер дроби в заявляемых пределах. Угол введения дроби в струю металла больше верхнего заявляемого предела. Увеличивается расход дроби, потери висмута возрастают. Обрабатываемость и механические свойства на уровне автоматных сталей. Example 18. The size of the fraction within the claimed limits. The angle of introduction of the fraction into the stream of metal is greater than the upper claimed limit. The fraction consumption increases, bismuth losses increase. Machinability and mechanical properties at the level of automatic steels.

Способ легирования прошел промышленные испытания с положительным результатом. Промышленное внедрение намечается в 1 квартале 1999 г. The alloying method has passed industrial tests with a positive result. Industrial implementation is planned for the 1st quarter of 1999.

Claims

A method of alloying steel, comprising introducing a fraction of bismuth into a metal stream, characterized in that a bismuth fraction of size 2.5-4.0 mm is introduced into the metal at an angle of 30-60 ^° to the metal stream.