SU1693082A1 - Способ внепечной обработки литой стали - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии , а именно к внепечному раскислению и модифицированию износостойкой стали. Цель изобретени  - повышенине трещино- устойчив ости и износостойкости стали. Дл  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

Description

Изобретение относитс  к черной металлургии , а именно к литейному производству, и может быть использовано дл  внепечного (ковшевого) раскислени  и модифицировани  стали дл  изготвлени  износостойких отливок.

Целью изобретени   вл етс  повышение трещиноустойчивости и износостойкости литой стали.

Комплексна  обработка литой стали титаном , ванадием и кальцием позвол ет глубоко раскислить металл, эффективно управл ть процессами первичной и вторичной кристаллизации за счет протекани  процессов нитридо- и карбонитридообразо- вани  и модифицировани .

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

флюсующего действи  титана на них и быстрого их удалени  из расплава, создать в расплаве дополнительные центры кристаллизации . Последующий ввод силикокальци  и феррованади  способствует их полному усвоению за счет снижени  угара, глобул - ризации оставшихс  неметаллических включений и повышению эффективности всей внепечной обработки.

Титан не только раскисл ет сталь, а также легирует и модифицирует ее. Нитриды титана образуютс  в жидкой стали, имеют небольшие размеры (2-6 мкм) и  вл ютс  активными дополнительными центрами кристаллизации. Титан способствует повышению чистоты стали по неметаллическим включени м за счет флюсующего действи  на них. Совместное присутствие титана и ванади  ведет к равномерному распределению карбидов, устранению образовани 

О

ю

00

о

00

ю

карбидной сетки при кристаллизации и затвердевании отливки в форме. Это существенноулучшаетпоказатели трещиноустойчивости 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 позвол ют глубоко раскислить сталь и модифицировать ее, а расход более 7,6 кг/т стали и содержание титана более 0,15% привод т к выделению крупных нитридов, окси- и карбонитридов, образующих скоплени . Это снижает не только показатели трещиноустойчивости и износостойкости, но и других свойств стали.

Процессы нитридообразовани  ванади  протекают уже в затвердевшей отливке в области темгтератур 700-1000°С. Нитриды ванади  представл ют собой мелкодисперсные включени , эффективно модифицирующие структуру стали при вторичной кристаллизации, а также повышающие ее износостойкость за счет высокой твердости нитридов и прочной св зи их с матрицей. При расходе феррованади  менее 0,63 и более 6,3 кг/т стали и при остаточном содержании ванади  менее 0,02 и более 0,2% нужного эффекта не достигаетс , так как в первом случае нитридов ванади  не хватает дл  эффективногго модифицировани , а во втором, наоборот, их много, что ведет к перенапр жению металлической матрицы и повышению склонности стали к трещинооб- разованию, снижению других свойств.

Кальций  вл етс  активным раскисли- телем, модификатором и глобул ризатором структуры и неметаллических включений, способствует равномерному распределению структурных составл ющих в объеме отливки и получению однородной структуры . Расход силикокальци  менее 0,9 кг/т стали и содержание остаточного кальци  менее 0,005% неэффективно, так как слабо вли ет на дендритную структуру стали, измельчение зерна и морфологию неметаллическихвключений .Введение силикокальци  более 2,7 кг/т стали и остаточна  концентраци  кальци  в стали более 0,01 % способствует образованию крупных облаколодобных оксидов и оксисульфидов, которые трудно удал ютс  из расплава и снижают свойства отливок.

Предлагаемый способ обеспечивает измельчение зерна за счет-образовани  в расплаве и в твердой стали дополнительных центров кристаллизации (нитриды титана и ванади ), ограничение роста кристаллитов (кальций), модифицирование неметаллических включений (титан, кальций). Это позвол ет эффективно управл ть процессами как первичной, так и вторичной кристаллизации литой стали.

В процессе кристаллизации важное

значение имеют адсорбционные  влени , св занные с наличием поверхностно-активных примесей. Адсорбированные вещества понижают межфазовую поверхностную энергию, измен   параметры кристаллизации . Это оказывает большое вли ние на формирование самого кристалла, характер выпадени  пограничных фаз, форму и залегание неметаллических включений. Понижение поверхностного нат жени  на

границе расплав - кристалл св зано с обогащением поверхностного сло  активными элементами (S, О, N, Р) или образованием на поверхности пленки FeO, AIM, MnS и др. Раскисление-модифицирование позвол ет

эффективно воздействовать на процессы адсорбции за счет удалени  вредных примесей и газов, изменени  характера кристализации и перераспределени  кристаллизующихс  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 сопровождаетс  увеличением межзервнной поверхности, уменьшением удельной пограничной концентрации примесей. Это благопри тно сказываетс  на свойствах.

Способ осуществл етс  следующим образом .

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

ванади , кальци  и выход щие за предлагаемые пределы. В табл,1 приведены составы дл  обработки стали и пор док ввода компонентов .

Жидкую сталь при 1470-1490°С начинают сливать в ковш Во врем  слива ввод т под струю стали ферротитан, а затем силикокальций совместно с феррованадием, Дл  сравнени  эту же сталь обрабатывали по способу-прототипу Исследовани  проводили в услови х 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. Дл  исследовани  механических свойств из проб изготавливали образцы на раст жение и на ударную в зкость согласно ГОСТ.

Дл  исследовани  трещиноустойчиво- сти заливали специальные образцы размерами 3030-305 мм с прибылью посередине, которые в процессе охлаждени  и затвердевани  претерпевают затрудненную усадку, создаваемую как посто нной, так и переменной нагрузками. Момент образовани  гор чих трещин определ етс  по показателю стрелки индикатора. Наличие трещин контролируетс  затем визуально по излому образца. Дл  определени  минимальной нагрузки, вызывающей в образце образование гор чей трещины, первоначально на одном из образцов создаетс  нагрузка, заведомо недостаточна  дл  образовани  гор чей трещины. На втором образце создаетс  нагрузка, вызывающа  трещину. При последующих опытах разница между двум  этими нагрузками последовательно уменьшаетс  до такой критической величины, выше которой трещина образуетс , а ниже не образуетс . Така  минимальна  нагрузка характеризует уровень трещиоустойчиво- сти стали. Чувствительность прибора 10 Н.

Износостойкость определ ли согласно ГОСТ. Испытани  проводили на установке, на которой при одинаковых услови х и посто нной нагрузке производили трение образцов из исследуемых и эталонного материалов об абразивные частицы, которые подаютс  в зону трени  и прижимаютс  к образцу вращающимис  резиновыми роликами . В качестве эталона использовали сталь 45, в качестве абразива - электрокорунд зернистостью № 16-П по ГОСТ. Износостойкость исследуемых образцов оценивали путем сравнени  их износа с износом эталона. Износ определ лс  путем взвешивани  исследуемых сталей до и поеле испытани  с погрешностью не более 0,1 мг. По результатам взвешивани  определ ли среднее арифметическое значение потери массы эталона () и исследуемых сталей (ди). Относительную износостойость

(Ки) вычисл ли 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.

Claims (1)

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

   Способ внепечной обработки литой стали , включающий обработку ее во врем  выпуска в ковш ферротитаном и силикокальцием, отличающийс  тем, что, с целью повышени  трещиноустойчивости и износостойкости, в начале выпуска в сталь ввод т 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 кальци  и ванади  соответственно 0,005-0,010 и 0,02- 0,20%.

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

   Таблица 2