SU801977A1 - Способ получени трубной заготовкипОдшипНиКОВыХ СТАлЕй - Google Patents

Description

Изобретение относится к литейному производству, в частности к получению полых литых заготовок центробежным способом.

Теплостойкие подшипники качения в нашей стране изготавливают только из стали, выплавляемой в электропечах,-после рафинирующих переплавов методами спецэлектром.еталлургии, в частности электрошлакового переплава (ЭШП). Для получения колец подшипников в настоящее время используется круглая сплошная заготовка, диски из которой осаживаются под молотом, затем прошиваются и раскатываются до необходимого размера с последующими термической и механической обработками. Существующая технологическая схема изготовления колец подшипников многоступенчатая и трудоемкая с большими потерями дорогостоящего металла.

Проще и экономичнее изготовлять кольца для подшипников из труб, но их производство не освоено в промышленных масштабах в связи с трудностями горячей деформации подшипниковых сталей.

Основными требованиями, предъявляемыми к подшипниковому металлу, являются высокая плотность, низкое содержание не2 металлических включений и газов, минимальное развитие карбидной ликвации и высокая технологическая пластичность.

Известен способ получения заготовок инструментальных сталей и сплавов, в том числе подшипникового сортамента, повышенной твердости и износостойкости, при котором получают сталь заданного химического состава с конечным раскислением в печи или в ковше, а разливку производят на горизонтальных машинах центробежного ли0 тья заготовок при переменной скорости вращения металлической изложницы с термоизоляционным покрытием для замедления скорости затвердевания [1]. Этот способ обеспечивает получение трубных заготовок с более равномерным распределением кар⁵ бидов по сравнению с разливной в стационарный слиток и требуемым качеством макроструктуры.

Однако недостатком прототипа является то, что он не обеспечивает получение в j стали неметаллических включений благоприятного минералогического состава, низкое содержание газов и требуемую высокую технологическую пластичность металла для последующей горячей деформации загото вок в подшипниковые трубы, так как металл в литом состоянии имеет значительную структурную неоднородность.

Целью изобретения является улучшение качества металла и повышение технико-экономических показателей процесса получения ⁵ трубных заготовок подшипниковых сталей.

Поставленная цель достигается тем, что конечное раскисление металла ведут резкоземельными элементами, задаваемыми в количестве 0,05—0,25% от веса металла на дно ковша в смеси со фторидными флюсами, а разливку металла на горизонтальных машинах ЦЛЗ производят порциями, из которых масса первой порции равна 40—50%, а масса последующих — составляет 20—30% от общей массы заготовки, причем темпе- 15 ратура поверхности внутреннего слоя металла в изложнице перед заливкой каждой последующей порции на 10—30° выше температуры ликвидуса разливаемой стали.

Для получения металла с минимальном структурной неоднородностью элементы, наиболее склонные к ликвидации, необходимо связывать в прочные соединения с высокими температурой плавления и плотностью по сравнению с жидким металлом. В пред- 25 лагаемом способе конечное раскисление металла РЗЭ; обладающими высоким техническим средством к углероду, сере, кислороду и образующими с ними прочные тугоплавкие соединения, существенно ослабляет или полностью нейтрализует вредное влияние ³⁰ серы и кислорода. Оптимальное количество РЗЭ в пределах 0,05—0,25% установлено экспериментально. Расход РЗЭ 0,05% является недостаточным для прявления модифицирующего действия РЗЭ. При конечном рас- 35 кислении металла РЗЭ в количестве, превышающем 0,25%, наблюдается ухудшение качественных показателей подшипникового металла за счет повышения загрязненности его неметаллическими включениями, образующимися вследствие восстановления РЗЭ ⁴⁰ материалов огнеупоров, футеровки и т.п. Конечное раскисление металла РЗЭ в указанных пределах измельчает первичную структуру при сравнительно небольшом переохлаждении металла путем создания дополнительных центров кристаллизации.

Наиболее полное усвоение РЗЭ и высокая степень рафинирования металла достигаются при подаче РЗЭ на дно ковша в смеси с фторидными флюсами, в частности с плавиковым шпатом и криолитом. При этом в npo-^ic цессе выпуска металла в ковш происходит обработка металла высокоактивным флюсом Выделяющиеся в результате термической диссоциации летучие фториды защищают струю и зеркало металла от окисления. _SJ Минимальная карбидная неоднородность в предлагаемом способе обеспечивается повышенной скоростью кристаллизации, достигаемой путем порционной заливки в изложницу нагретого до необходимой температуры металла. Величина каждой порции должна обеспечить формирование слоя по всей длине заготовки. При этом величина первой порции, равная 40—50% от общего веса ⁵ заготовки, обеспечивает формирование первичного слоя на относительно холодных стенках изложницы. Поэтому ее величина по сравнению с последующими порциями в 1,7— 2,0 раза больше. Величина первой порции менее 40% не обеспечивает полного удаления на внутреннюю поверхность слоя экзогенных неметаллических включений, образующихся в результате соприкосновения перг . вых порций металла с термоизоляционным покрытием изложницы. Величина первой 15 порции выше 50% значительно понижает скорость кристаллизации металла.

Величины последующих порций определены экспериментально и составляют 20-30%, поскольку они формируются на жидкой ос₂₀ нове предыдущих порций. Величина порций менее 20% не гарантирует формирования слоя по всей длине заготовки, а величина порций более 30% существенно понижает скорость кристаллизации металла.

Формирование заготовки в виде после25 довательно затвердевающих слоев обеспечивает минимальную химическую неоднородность и фазовую ликвацию.

Для удовлетворения свариваемости слоев и предотвращения ликвационных явлений необходимо, чтобы температура металла при заливке соответствовала температуре ликвидус разливаемой марки стали.

Экспериментально определено, что по мере продвижения металла от переднего торца формирующейся заготовки к заднему име35 ются потери тепла, приводящие к перепаду температуры по длине заготовки в зависимости от ее размеров и температуры заливки металла на 10—30°. Поэтому для компенсации тепловых потерь и обеспечения надежной свариваемости слоев заготовки за⁴⁰ ливку каждой последующей порции необходимо осуществлять при достижении на внутренней поверхности предыдущего слоя температуры, на 10—30° превышающей температуру ликвидус. Температура заливки ме45 талла, превышающая температуру ликвидус менее, чем на 10°, не обеспечивает надежную свариваемость слоев металла в заднем торце заготовки. А при температуре заливки металла более, чем на 30° превышающей температуру ликвидус, происходит существенное -ⁱ⁰ снижение скорости кристаллизации и, следовательно, ухудшение качества.

Пример. Подшипниковую сталь марки ЭИ347, %: С —0,75; Мп — 0,3; Si — 0,3; Сг —4,0; W —9,0; V—1,5; S —0,02; Р — 55 0,02; Ni — 0,3; Мо — 0,2 выплавляли в индукционной печи с магнезитовой футеровкой методом сплавления. Предварительное раскисление металла производили перед выпуском его из печи алюминием на 0,03%.

Конечное раскисление осуществляли в ковше РЗЭ в количестве 0,12% от веса металла. РЗЭ задавали в ковш в смеси со фторидными флюсами, состоящими из 50% плавикового шпата и 50% криолита, из расчета 5 кг флюса/т стали. Разливку металла в за- ⁵ готовку размерами: 168мм;ф|«= 48мн;

В = 320 мм производили на машине ЭЛЗ горизонтального типа конструкции ВНИТИ. Для получения заготовки указанного размера в машину заливали 54,0 кг металла. За- _f0 ливку металла производили тремя порциями: масса первой порции составила 50% (27,0 кг) от общей массы заготовки; масса второй — 30% (16,2кг); масса третьей — 20% (10,8 кг), исходя из расчета формирования заготовки из трех слоев следующих ^1S размеров: 1 168 мм; S = 20 мм; ¢ = = 320 мм; II - ф_наь = 128 мм; S = 20mm; Е.= 320 мм; III-ф_ма«, = 88 мм; S = 20 мм; 1= 320 мм.

Скорость вращения изложницы перед ₂₀ заливкой 1 порции равнялась 1000 об/мин, J второй — 1200 об/мин., третьей — 1600 об/мин., т.е. обеспечивала для каждого слоя гравитационный коэффициент К = 70.

Металл заливали в изложницу при температуре 1520°С. Интервалы между залив- ²⁵ кой очередных порций определяли временем, необходимым для достижения на предшествующем слое температуры 1470°С, что на 20° превышает температуру ликвидус для этой марки стали. Температуру поверхности каж- _Jo дого слоя контролировали через горловину с помощью пирометра излучения типа РАПИР и фиксировали на потенциометре ЭПП16АМ—1. Качество опытного металла было проконтролировано с учетом требований подшипниковой промышленности. Ре- 35 зультаты контроля показали, что качество металла опытной заготовки по всем регламен тируемым показателям полностью соответствует качеству стали ЭИ347 после ЭЛП.

Использование предлагаемого способа по-_Д0 лучения трубной заготовки подшипниковых сталей для изготовления колец теплостойких подшипников по сравнению с существующими способами позволяет получать трубы из труднодеформируемых подшипниковых сталей и сплавов по сокращенной технологической схеме со значительно меньшими материальными затратами и существенной экономией дорогостоящего металла.

Claims (2)

1. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ ПОДШИПНИКОВЫХ СТАЛЕЙ вок в подшипниковые трубы, так как металл в литом состо нии имеет значительную струк турную неоднородность. Целью изобретени   вл етс  улучшение качества металла и повышение технико-экономических показателей процесса получени  трубных заготовок подшипниковых сталей. Поставленна  цель достигаетс  тем, что конечное раскисление металла ведут резкоземельными элементами, задаваемыми в количестве 0,05-0,25% от веса металла на дно ковша в смеси со фторидными флюсами, а разливку металла на горизонтальных машинах ЦЛЗ производ т порци ми, из которых масса первой порции равна 40-50%, а масса последующих - составл ет 20-30% от общей массы заготовки, причем температура поверхности внутреннего сло  металла в изложнице перед заливкой каждой последующей порции на 10-30° выше температуры ликвидуса разливаемой стали. ггДл  получени  металла с минимальной структурной неоднородностью элементы, наиболее склонные к ликвидации, необходимо св зывать в прочные соединени  с высокими температурой плавлени  и плотностью по сравнению с жидким металлом. В предлагаемом способе конечное раскисление металла РЗЭ обладающими высоким техническим средством к углероду, сере, кислороду и образующими с ними прочные тугоплавкие соединени , существенно ослабл ет или полностью нейтрализует вредное вли ние серы и кислорода. Оптимальное количество РЗЭ в пределах 0,05-0,25% установлено экспериментально. Расход РЗЭ 0,05%  вл етс  недостаточным дл  пр влени  модифицирующего действи  РЗЭ. При конечном раскислении металла РЗЭ в количестве, превыщающем 0,25%, наблюдаетс  ухудшение качественных показателей подшипникового металла за счет повышени  загр зненности его неметаллическими включени ми, образующимис  вследствие восстановлени  РЗЭ материалов огнеупоров, футеровки и т.п. Конечное раскисление металла РЗЭ в указанных пределах измельчает первичную структуру при сравнительно небольшом переохлаждении металла путем создани  дополнительных центров кристаллизации. Наиболее полное усвоение РЗЭ и высока  степень рафинировани  металла достигаютс  при подаче РЗЭ на дно ковша в смеси с фторидными флюсами, в частности с плавиковым шпатом и криолитом. При этом в про цессе выпуска металла в ковш происходит обработка металла высокоактивным флюсом Выдел ющиес  в результате термической диссоциации летучие фториды защищают струю и зеркало металла от окислени . Минимальна  карбидна  неоднородность в предлагаемом способе обеспечиваетс  повышенной скоростью кристаллизации, достигаемой путем порционной заливки в излож ницу нагретого до необходимой температуры металла. Величина каждой порции должна обеспечить формирование сло  по всей длине заготовки. При этом величина первой порции, равна  40-50% от общего веса заготовки, обеспечивает формирование первичного сло  на относительно холодных стенках изложницы. Поэтому ее величина по сравнению с последующими порци ми в 1,7- 2,0 раза больше. Величина первой порции менее 40% не обеспечивает полного удалени  на внутреннюю поверхность сло  экзогенных неметаллических включений, образуюшихс  в результате соприкосновени  перг вых порций металла с термоизол ционным покрытием изложницы. Величина первой порции выше 50/о значительно понижает скорость кристаллизации металла. Величины последующих порций определены экспериментально и составл ют 20-30%, поскольку они формируютс  на жидкой основе предыдущих порций. Величина порций менее 20% не гарантирует формировани  сло  по всей длине заготовки, а величина порций более 30% существенно понижает скорость кристаллизации металла. Формирование заготовки в виде последовательно затвердевающих слоев обеспечивает минимальную химическую неоднородность и фазовую ликвацию. Дл  удовлетворени  свариваемости слоев и предотвращени  ликвационных  влений необходимо, чтобы температура металла при заливке соответствовала температуре ликвидус разливаемой марки стали. Экспериментально определено, что по мере продвижени  металла от переднего торца формирующейс  заготовки к заднему имеютс  потери тепла, привод щие к перепаду температуры по длине заготовки в зависимости от ее размеров и температуры заливки металла на 10-30°. Поэтому дл  компенсации тепловых потерь и обеспечени  надежной свариваемости слоев заготовки заливку каждой последующей порции необходимо осуществл ть при достижении на внутренней поверхности предыдущего сло  температуры , на 10-30° превышающей температуру ликвидус. Температура заливки металла , превышающа  температуру ликвидус менее, чем на 10°, не обеспечивает надежную свариваемость слоев металла в заднем торце заготовки. А при температуре заливки металла более, чем на 30° превышаюшей температуру ликвидус, происходит существенное снижение скорости кристаллизации и, следовательно , ухудшение качества. Пример. Подшипниковую сталь марки ЭИ347, %: С -0,75; Мп - 0,3; Si - 0,3; Сг -4,0; W -9,0; V-1,5; S -0,02; Р - 0,02; Ni-0,3; Mo -0,2 выплавл ли в индукционной печи с магнезитовой футеровкой методом сплавлени . Предварительное раскисление металла производили перед выпуском его из печи алюминием на 0,03%. Конечное раскисление осуществл ли в ковше РЗЭ в количестве 0,12% от веса металла. РЗЭ задавали в ковш в смеси со фторидными флюсами, состо ш,ими из плавикового шпата и 50% криолита, из расчета 5кг флюса/т стали. Разливку металла в заготовку размерами: 168мм;( 48м Е 320 мм производили на машине ЭЛЗ горизонтального типа конструкции ВНИТИ. Дл  получени  заготовки указанного размера в машину заливали 54,0 кг металла. Заливку металла производили трем  порци ми; масса первой порции составила 50% (27,0 кг) от обш,ей массы заготовки; масса второй - 30% (16,2кг); масса третьей - 20% (10,8кг), исход  из расчета формировани  заготовки из трех слоев следуюш,их размеров: 1 -ф, 168мм; S 20мм; 320 мм; II-фйчь 128мм; 5 20 мм; Е. 320мм; III-ф„,(, 88мм; S 20 мм; г 320 мм. Скорость вращени  изложницы перед заливкой 1 порции равн лась 1000 об/мин, второй - 1200 об/мин., третьей - 1600 об/мин. т.е. обеспечивала дл  каждого сло  гравитационный коэффициент К 70. Металл заливали в изложницу при температуре 1520°С. Интервалы между заливкой очередных порций определ ли временем, необходимым дл  достижени  на предшествующем слое температуры 1470°С, что на 20° превышает температуру ликвидус дл  этой марки стали. Температуру поверхности каждого сло  контролировали через горловину с помощью пирометра излучени  типа РАПИР и фиксировали на потенциометре ЭПП16АМ-1. Качество опытного металла было проконтролировано с учетом требований подшипниковой промышленности. Результаты контрол  показали, что качество металла опытной заготовки по всем регламен тируемым показател м полностью соответствует качеству стали ЭИ347 после ЭЛП. Использование предлагаемого способа получени  трубной заготовки подшипниковых сталей дл  изготовлени  колец теплостойких подшипников по сравнению с существующими способами позвол ет получать трубы из труднодеформируемых подшипниковых сталей и сплавов по сокращенной технологической схеме со значительно меньшими материальными затратами и существенной экономией дорогосто щего металла. Формула изобретени  1. Способ получени  трубной заготовки подщипниковых сталей, включающий выплавку стали заданного химического состава с конечным раскислением в ковше и последующую разливку на горизонтальных машинах центробежного лить  заготовок с переменной скоростью вращени  изложницы, обеспечивающей заданный гравитационный коэффициент, отличающийс  тем, что, с целью улучшени  качества металла и повышени  технико-экономических показателей процесса , конечное раскисление ведут редкоземельными элементами, вводимыми в смеси со фторидными флюсами, а разливку металла производ т порци ми, из которых масса первой равна 40-50%, а масса последующих составл ет 20-30%. отЪбщей массы заготовки, при этом интервалы между заливкой очередных порций определены временем дл  достижени  на поверхности предшествующего сло  металла температуры , на 10-30° превышающей температуру ликвидус разливаемой марки стали.
2. 2. Способ по п. 1, отличающийс  тем, что с целью получени  металла с минимальной структурной неоднородностью, редкоземельные элементы ввод т в количестве 0,05- 0,25% от веса металла. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент Англии № 1364235, В 3 F, 1968.