RU2197531C2

RU2197531C2 - Method of manufacture of castings from iron- chromium alloys

Info

Publication number: RU2197531C2
Application number: RU2001110528A
Authority: RU
Inventors: В.В. Макаров; В.А. Соколов; А.Л. Шанаурин; В.А. Тимофеев; О.П. Лялин; С.В. Мокрецов; В.П. Сабуров; Г.Н. Миннеханов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Икар" Курганский завод трубопроводной арматуры
Priority date: 2001-04-17
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2003-01-27

Abstract

FIELD: metallurgy; foundry; manufacture of castings possessing high mechanical and service properties. SUBSTANCE: proposed method includes melting of charge, overheating melt to preset temperature, holding at heat for 1 to 15 minutes, deoxidation, introduction of modifying additive, holding melt at heat and teeming it into mold. Deoxidation is performed by means of master alloy containing alkali-earth metals and/or rare-earth metals in he amount of 0.01 to 0.05% of mass of charge followed by holding the melt at heat for 0.1 to 5 minutes. Then, modifying additive is introduced; this additive contains powder of one or several agents from the following groups: nickel, iron, chromium, iron-chromium alloy and ultra-dispersed particles of pyrolytic carbon at the following ratio of components, mass-%: ultradispersed particles of pyrolytic carbon, 1 to 25; powder of one or several agents from the following groups: nickel, iron, chromium, iron-chromium alloy and remainder assuming amount of pyrolytic carbon in charge of 0.005 to 0.1%. Holding time is 0.5 to 10 minutes. EFFECT: improved mechanical properties of castings; enhanced impact elasticity. 2 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в литейном производстве при изготовлении отливок из железохромистых сплавов с повышенными механическими и служебными свойствами. The invention relates to the field of metallurgy and can be used in foundry in the manufacture of castings of iron-chromium alloys with improved mechanical and service properties.

Известен способ изготовления отливок из высокохромистых чугунов, включающий расплавление шихты, перегрев расплава до температуры 1550^o...1650^oС, ввод ультрадисперсных порошков тугоплавких соединений из группы: нитрид, карбид, карбонитрид, оксид, борид в количестве 0,05...0,2% от веса шихты и при температуре 1450^o. . .1600^oС, ввод дисперсных порошков нитридов, карбидов и оксидов с частицами 1...300 мкм в количестве 0,05...0,6% от веса шихты [1].A known method of manufacturing castings from high-chromium cast irons, including melting the mixture, overheating the melt to a temperature of 1550 ^o ... 1650 ^o C, the introduction of ultrafine powders of refractory compounds from the group: nitride, carbide, carbonitride, oxide, boride in an amount of 0.05 ... 0.2% of the weight of the mixture and at a temperature of 1450 ^o . . .1600 ^o C, the introduction of dispersed powders of nitrides, carbides and oxides with particles of 1 ... 300 microns in an amount of 0.05 ... 0.6% of the weight of the charge [1].

Недостатком данного способа являются невысокие пластические свойства отливок в результате формирования структуры с неблагоприятной морфологией неметаллических включений. The disadvantage of this method is the low plastic properties of castings as a result of the formation of a structure with an unfavorable morphology of non-metallic inclusions.

Наиболее близким техническим решением по достигаемому эффекту является способ изготовления отливок, включающий расплавление шихты, перегрев расплава до температуры 1600^o. ..1700^oС, выдержку 1...15 минут, охлаждение до температуры 1450^o. . . 1600^oС, ввод смеси порошка из окиси хрома с порошком силикокальция и фтористого кальция при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Окись хрома - 10 - 35
Фтористый кальций - 5 - 30
Силикокальций - Остальное
при этом порошок окиси хрома используют в количестве 0,03%...0,30% [2].The closest technical solution for the achieved effect is a method of manufacturing castings, including melting the mixture, overheating of the melt to a temperature of 1600 ^o . ..1700 ^o С, holding for 1 ... 15 minutes, cooling to a temperature of 1450 ^o . . . 1600 ^o C, the introduction of a mixture of a powder of chromium oxide with a powder of silicocalcium and calcium fluoride in the following ratio of components, wt.%:
Chromium oxide - 10 - 35
Calcium Fluoride - 5 - 30
Silicocalcium - Else
while the chromium oxide powder is used in an amount of 0.03% ... 0.30% [2].

Недостатком данного способа изготовления отливок является невысокий уровень пластических и служебных свойств отливок в результате инокулирующего действия модифицирующих добавок на металлические включения. Ввод в расплав окиси хрома в предложенных пределах обеспечивает измельчение карбидных фаз, но не способствует существенному изменению их морфологии. Отсутствие предварительного раскисления расплава и последующий ввод оксида хрома приводит к дальнейшему загрязнению отливок неметаллическими включениями, оказывающими упрочняющее действие на матрицу сплава, сопровождаемое дальнейшим снижением уровня пластических свойств. Использование данного способа при изготовлении отливок из высокохромистых сталей типа 20Х13Л, 08Х17Л и др. не позволяет достичь требуемой ударной вязкости при эксплуатации отливок при температурах до -60^oС.The disadvantage of this method of manufacturing castings is the low level of plastic and service properties of castings as a result of the inoculating effect of modifying additives on metal inclusions. The introduction of chromium oxide into the melt within the proposed limits ensures the grinding of carbide phases, but does not contribute to a significant change in their morphology. The absence of preliminary deoxidation of the melt and the subsequent introduction of chromium oxide leads to further contamination of the castings with non-metallic inclusions that have a strengthening effect on the alloy matrix, accompanied by a further decrease in the level of plastic properties. The use of this method in the manufacture of castings from high-chromium steels of type 20X13L, 08X17L and others does not allow to achieve the required impact strength when operating castings at temperatures up to -60 ^o C.

Целью изобретения является повышение механических свойств отливок, в частности ударной вязкости, из железохромистых сплавов. The aim of the invention is to increase the mechanical properties of castings, in particular impact strength, of iron-chromium alloys.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно к известному способу изготовления отливок из железохромистых сплавов, включающему расплавление шихты, перегрев расплава до требуемой температуры, выдержку 1...15 минут, раскисление, ввод модифицирующей добавки, выдержку расплава и разливку его в литейную форму, расплав раскисляют лигатурой, содержащей щелочно-земельные металлы (ЩЗМ) и/или редкоземельные металлы (РЗМ), из расчета ввода в расплав щелочно-земельных металлов и/или редкоземельных металлов в количестве 0,01...0,05% от веса шихты, затем выдерживают 0,1...5 минут, вводят модифицирующую добавку, содержащую порошок одного или нескольких веществ из группы: железо, хром, никель, железохромистый сплав и ультрадисперсные частицы пироуглерода при следующем соотношении компонентов (мас.%):
Ультрадисперсные частицы пироуглерода - 1...25
Один или несколько веществ из группы: железо, хром, никель, железохромистый сплав - Остальное
из расчета ввода в расплав пироуглерода в количестве 0,005-0,1% от веса шихты и выдерживают 0,5-10 минут.This goal is achieved by the fact that in addition to the known method of manufacturing castings of iron-chromium alloys, including melting the mixture, overheating the melt to the required temperature, holding for 1 ... 15 minutes, deoxidation, introducing a modifying additive, holding the melt and pouring it into a casting mold, melt deoxidized with a ligature containing alkaline earth metals (SHZM) and / or rare earth metals (REM), based on the input into the melt of alkaline earth metals and / or rare earth metals in an amount of 0.01 ... 0.05% of the weight of the charge, s the withstand 0.1 ... 5 minutes, is introduced modifier, a powder containing one or more substances from the group of iron, chromium, nickel, and alloy zhelezohromisty pyrocarbon ultrafine particles in the following ratio (wt.%):
Ultrafine particles of pyrocarbon - 1 ... 25
One or more substances from the group: iron, chromium, nickel, iron-chromium alloy - Else
based on the introduction of pyrocarbon into the melt in the amount of 0.005-0.1% of the weight of the charge and incubated for 0.5-10 minutes.

Ввод в качестве раскислителя лигатуры, содержащей ЩЗМ и(или) РЗМ, гарантирует эффективное раскисление перед вводом основной добавки. Выдержка в течение 0,1. . .5 минут обеспечивает удаление продуктов раскисления в шлак. Последующий ввод пироуглерода в составе лигатуры приводит к созданию в расплаве вокруг частиц пироуглерода поверхности раздела "частица - расплав", являющегося местом стока поверхностно-активных элементов, таких как кислород, сера, азот, марганец, и где происходит образование оксикарбидов, оксисульфидов, оксикарбонитридов глобулярной формы, расположенных внутри зерен с размерами, обеспечивающими максимальный уровень пластических свойств. The introduction as a deoxidizer of the ligature containing SHCHZ and (or) REM, guarantees effective deoxidation before entering the main additives. Exposure for 0.1. . .5 minutes provides removal of products of deoxidation in slag. Subsequent introduction of pyrocarbon in the composition of the ligature leads to the creation of a particle-melt interface in the melt around the pyrocarbon particles, which is the site of runoff of surface-active elements such as oxygen, sulfur, nitrogen, manganese, and where the formation of oxycarbides, oxysulfides, globular oxycarbonitrides forms located inside the grains with dimensions that provide the highest level of plastic properties.

Использование лигатуры предлагаемого состава и ввод пироуглерода в предлагаемых пределах позволяет применять данный способ как при изготовлении отливок из высокохромистых чугунов, так и из низкоуглеродистых нержавеющих сталей типа 20Х13Л. The use of the ligature of the proposed composition and the introduction of pyrocarbon in the proposed range allows the use of this method both in the manufacture of castings from high-chromium cast irons and from low-carbon stainless steels of type 20X13L.

Для сравнения эффективности изготовления отливок по известному и предлагаемому способу проводили опытные плавки в индукционной печи ИСТ-0,06 с основной футеровкой. Отливали образцы для исследований макро- и микроструктуры и уровня механических свойств. To compare the manufacturing efficiency of castings according to the known and proposed method, experimental melts were conducted in the induction furnace IST-0.06 with the main lining. Samples were cast for studies of macro- and microstructure and the level of mechanical properties.

В качестве объекта исследований выбрали сталь 20Х13Л по ГОСТ 2176-77 и высокохромистый чугун ИЧ 190Х30Г3 следующего состава, %: углерод 1,9...2,0, кремний 0,7...0,9, марганец 3,2...3,8, хром 28...30,5, железо - остальное. As the object of study, we chose steel 20X13L according to GOST 2176-77 and high-chromium cast iron ICh 190X30G3 of the following composition,%: carbon 1.9 ... 2.0, silicon 0.7 ... 0.9, manganese 3.2 .. .3.8, chrome 28 ... 30.5, iron - the rest.

Полученные данные приведены в табл. 1 для стали 20Х13Л и в табл. 2 для чугуна ИЧ 190Х30Г3. The data obtained are given in table. 1 for steel 20X13L and in table. 2 for cast iron ИЧ 190Х30Г3.

Из полученных данных видно, что предложенный способ изготовления отливок обеспечивает формирование структуры с мелкими глобулярными избыточными фазами и неметаллическими включениями, позволяющими достичь стабильный и более высокий уровень пластических свойств. Для стали 20Х13Л данный способ позволяет повысить уровень ударной вязкости при отрицательных температурах, что обеспечивает увеличение хладостойкости отливок, обуславливающее повышение надежности работы узлов машин и механизмов в условиях "Крайнего Севера" при температурах до -60^oС.From the obtained data it can be seen that the proposed method for the manufacture of castings provides the formation of a structure with small globular excess phases and non-metallic inclusions, allowing to achieve a stable and higher level of plastic properties. For steel 20X13L, this method allows to increase the level of toughness at negative temperatures, which provides an increase in the cold resistance of castings, which leads to an increase in the reliability of the nodes of machines and mechanisms in the Far North at temperatures up to -60 ^o C.

Источники информации
1. Способ изготовления отливок из высокохромистых чугунов, Патент 2017578, Миннеханов Г.Н., Сабуров В.П. и др.Sources of information
1. A method of manufacturing castings from high-chromium cast irons, Patent 2017578, Minnehanov G.N., Saburov V.P. and etc.

2. Способ изготовления отливок из высокохромистых чугунов, Патент 2021379, Миннеханов Г.Н., Сабуров В.П. и др. 2. A method of manufacturing castings from high-chromium cast irons, Patent 2021379, Minnekhanov GN, Saburov VP and etc.

Claims

A method of manufacturing castings of iron-chromium alloys, including melting the mixture, overheating the melt to a predetermined temperature, holding for 1-15 minutes, deoxidizing, introducing a modifying additive, holding the melt and pouring it into a casting mold, characterized in that deoxidation is carried out by a ligature containing alkaline-earth metals and / or rare-earth metals, based on the introduction of alkaline-earth metals and / or rare-earth metals into the melt in an amount of 0.01-0.05% by weight of the charge, then they are kept for 0.1-5 minutes, a modifying additive is introduced, containing a powder of one or more substances from the group: iron, chromium, nickel, an iron-chromium alloy and ultrafine particles of pyrocarbon in the following ratio of components, wt. %:
Ultrafine particles of pyrocarbon - 1-25
One or more substances from the group: iron, chromium, nickel, iron-chromium alloy - Else
based on the introduction of pyrocarbon into the melt in the amount of 0.005-0.1% of the weight of the charge and incubated for 0.5-10 minutes