UA151666U - Спосіб отримання зносостійкої захисної сталі - Google Patents

Abstract

Спосіб отримання зносостійкої захисної сталі включає формування шихти з металовмісних компонентів, високотемпературний вплив на залізовмісну сировину, наприклад, у вигляді металолому та на сформовану шихту і їх плавку з утворенням розплавленої сталі, заповнення розплавом форми, охолодження розплаву з утворенням заготовки, гартування заготовки. Залізовмісну сировину і шихту плавлять в індукційній або дуговій сталеплавильній печі при температурі 1550-1600 °С до отримання розплаву, який містить масову частку вуглецю 0,3-2,2 %, кремнію 0,25-0,3 %, марганцю 0,3-0,6 %, хрому 1,0-18,0 %. Після закінчення плавки отриману сталь розливають у форми з утворенням заготовки, охолоджують її і виконують загартовування двома стадіями нагрівання, при яких спочатку нагрівають заготовки в свинцевій або соляній ванні до 800-820 °С, а потім за допомогою муфельної або полум'яної печі до температури 1250-1320 °С. Після досягнення зазначеної температури заготовку охолоджують в маслі або струменем повітря до температури 70-80 °С. Потім здійснюють нагрів заготовки до 540-630 °С, після чого її охолоджують на повітрі або в масляній ванні до температури навколишнього середовища.

Description

Корисна модель належить до металургійної промисловості і може бути використана для отримання зносостійких високоміцних сталей, призначених для виготовлення різних захисних конструктивних елементів, призначених для розміщення в зоні значних механічних впливів абразивної і хімічної агресивних середовищ.

Корисна модель призначена для отримання сталі, що має широкий діапазон фізико- механічних параметрів, який, залежно від регламентованої масової частки компонентів і певного порядку обробки і гартування, забезпечує необхідні захисні властивості для використання виготовлених виробів як футерування різних дробарок і подрібнюючих конструкцій в металургійній або гірничо-переробній промисловості.

Відомий спосіб отримання сталі, при якому після заправки подової печі здійснюють завалку металошихти і частини вапна з подальшим прогріванням газокисневими пальниками, закріпленими в склепінні печі над рівнем шихти. На прогріту металошихту заливають чавун і продувають металошихту киснем через фурми. Після розплавлення металошихти, в момент інтенсивного окислення вуглецю до окису вуглецю, через газокисневі пальники виконують допалювання окису вуглецю, що сприяє додатковому нагріванню розплаву і формуванню вторинного шлаку. Перший період доведення виконують протягом (20-40) хв. У другий період доведення знижують інтенсивність продувки киснем і виконують додатковий нагрів металу газокисневими пальниками. У печі створюється слабовідновлювальна атмосфера, що сприяє зниженню окисленості шлаку. Для прискорення процесу зниження окисленості металу і шлаку в ванну вводять шлак виробництва вторинного алюмінію в кількості (0,45-1,0) кг/т розплаву при вмісті вуглецю в розплаві (0,1-0,4) 90 залежно від марки виплавлюваної сталі. Шлак виробництва вторинного алюмінію вводять у ванну за 5-20 хвилин до випуску сталі. В процесі випуску здійснюють додатковий нагрів розплаву в печі газокисневими пальниками з метою підтримки температури розплаву (Патент ОА Мо 293 на винахід).

Недоліком відомого способу є те, що отримана в результаті виплавки сталь не містить компонентів, що забезпечують фізико-механічні параметри, які дозволяють отримати товарний продукт виробу, що має високу механічну і хімічну стійкість, що дозволяє протистояти значним навантаженням і абразивному впливу, а також протистояти агресивному впливу хімічного середовища протягом тривалого періоду часу.

Ко) Найбільш близьким рішенням, вибраним як найближчий аналог, є спосіб виплавки сталі в плавильному агрегаті, який починають з завантаження металобрухту в плавильний агрегат.

Після завантаження металобрухту в плавильний агрегат, в робочий простір під тиском подають паливо з киснем, де воно згорає, утворюючи при цьому горючі гази, які мають високу температуру і велику швидкість руху. Після нагрівання металобрухту і досягнення коефіцієнта передачі тепла від газового потоку до частинок суміші окислювальних і відновних сполук, з бункерів в робочий простір плавильного агрегату подають гранули суміші окисних сполук заліза і відновних сполук вуглецю.

При кожному підвищенні коефіцієнта передачі тепла від газового потоку до частинок суміші окислювальних і відновних сполук швидкість подачі суміші окисних сполук заліза і відновних сполук вуглецю зростає. Процес виплавки сталі в плавильному агрегаті закінчують подачею чавуну в робочий простір плавильного агрегату і додатковою подачею суміші окислювальних і відновних з'єднань в рідкий метал (Патент ОА Мо 31581 на корисну модель).

Недоліком відомого способу є те, що, як в аналогічному вищеописаному способі, сталь не містить компонентів, що забезпечують фізико-механічні параметри, що дозволяють отримати товарний продукт, вироби з якого мають високу механічну і хімічну стійкість, що дозволяє протистояти значним навантаженням і абразивному впливу, а також протистояти агресивному впливу хімічного середовища протягом тривалого періоду часу.

Отримана сталь не містить компонентів, які підвищують якісні характеристики товарного продукту: - кремній, який покращує пружні властивості сталі, її магнітопроникність, опір корозії і стійкість до окислення при високих температурах; - марганець, який підвищує твердість і міцність сталі, дещо зменшуючи її пластичність.

Марганець зв'язує сірку в сполуку Мп5, перешкоджаючи утворенню шкідливої сполуки Рез, при цьому сталь, до складу якої входить марганець, набуває істотної твердості і опір зносу; - хром, який робить сталь стійкою до корозії і різним окислювальним процесам, підвищуючи опірність сталі високим температурам, роблячи її більш міцною, зменшуючи абразивний знос.

В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу отримання зносостійкої захисної сталі, призначеної для виготовлення конструктивних елементів машин і механізмів, експлуатація яких здійснюється в умовах високоабразивного середовища і 60 агресивного хімічного впливу за рахунок формування шихти з регламентованою масовою часткою металів, плавлення шихти при заданій температурі з утворенням розплавленої сталі з подальшим регламентованим охолодженням і гартуванням.

Поставлена задача вирішується за рахунок того, що спосіб отримання зносостійкої захисної сталі включає формування шихти металовмісних компонентів, високотемпературний вплив на залізовмісну сировину, наприклад, у вигляді металолому та на сформовану шихту і їх плавку з утворенням розплавленої сталі, заповнення розплавом форми, охолодження розплаву з утворенням заготовки, гартування заготовки.

Згідно з корисною моделлю, залізовмісну сировину і шихту плавлять в індукційній або дуговій сталеплавильній печі при температурі (1550-1600)"С до отримання розплаву сталі.

Отримана сталь містить масову частку вуглецю (0,3-2,2) 95, кремнію (0,25-0,3) 96, марганцю (0,3-0,6) до, хрому (1,0-18,0) 95.

Отриману сталь розливають у форми для утворення заготовки, охолоджують її і виконують гартування попереднім двостадійним нагріванням.

При початковій стадії нагрівання заготовку поміщають в свинцеву або соляну ванну і нагрівають до температури (800-820)70.

При другій стадії нагрівання заготовку поміщають в муфельну або полум'яну піч і нагрівають до температури (1250-1320)"С.

Після зазначеного нагрівання заготовку охолоджують до температури (70-80)"С, помістивши її в масляну ванну, або за допомогою струменя повітря.

Після зазначеного охолодження здійснюють відпуск заготовки, нагріваючи її до температури (540-630)"С, після чого її охолоджують на повітрі або в масляній ванні до температури навколишнього середовища.

Для забезпечення утворення карбідного каркаса, в структурі сталевої заготовки в ході кристалізації сталі і забезпечення дрібнозернистості первинної структури, яка зберігається при подальшій обробці сталі, в шихту можуть вносити ферованадій за умови масової частки ванадію (1,0-3,0) 9о в отриманій товарній сталі.

Технічний результат від реалізації корисної моделі полягає в тому, що: - забезпечується високий ступінь стійкості виробів зі сталі в умовах високої абразивності; - заявлена зносостійка сталь стійка до агресивного впливу хімічного середовища;

Зо - заявлена зносостійка сталь стійка до тривалого високотемпературного впливу; - вироби, які виконані із заявленої сталі, мають високий експлуатаційний ресурс в порівнянні з аналогами; - використання сталі при виготовленні конструктивних елементів машин і механізмів знижує собівартість виробленої продукції за рахунок збільшення міжремотних термінів і зниження ймовірності відмов роботи обладнання та необхідності виконання аварійних ремонтів; - технологічний процес отримання зносостійкої сталі характеризується відносно низькою собівартістю і може бути реалізований в умовах діючого металургійного виробництва без особливих вимог по його виробничої оснащеності; - застосування захисних сталей забезпечує збільшення терміну служби футерованих деталей або деталей, що зношуються в 3-5 разів.

Спосіб реалізується наступним чином:

Для отримання зносостійкої сталі реалізується металургійний процес плавки вхідної сировини, що містить в регламентованих кількостях необхідні компоненти.

Технологічний процес починається з підготовки шихти, що містить в необхідних кількостях феросиліцій, феромарганець і ферохром.

Як джерело заліза використовується, як правило, залізовмісна сировина, наприклад, у вигляді металобрухту. Для отримання сталі суміш шихти і металобрухту піддають температурному впливу в печі.

Плавку здійснюють в індукційній або дугової сталеплавильної печі. Оптимальною температурою плавлення є діапазон (1550-1600)"С. Зазначений діапазон є оптимальним для повного розплавлення компонентів плавки і реалізації дифузійних процесів, при яких розплав являє собою однорідну масу. Розплав розливають у форми, які, залежно від передбачуваного використання готового виробу, мають різні геометричні параметри.

Отримана сталь містить масову частку вуглецю (0,3-2,2) 95, кремнію (0,25-0,3) 96, марганцю (0,3-0,6) до, хрому (1,0-18,0) 95. Дослідження показали, що сталь при зазначеній масовій частці кремнію, марганцю і хрому має високі фізико-механічні властивості, має високу зносостійкість при значних механічних і абразивних навантаженнях, а також протягом тривалого часу може протистояти агресивному хімічному впливу.

Разом з тим, проведені дослідно-промислові дослідження показали, що варіювання 60 масовою часткою вищевказаних компонентів всередині кожного заявленого діапазону дозволяє отримати аналогічні високоякісні марки захисних сталей, що мають властивості, які дозволяють їх ефективно використовувати для різних цілей.

Результати досліджень дозволили отримати чотири варіанти захисних сталей, які умовно позначаються ЗСтТЛІ1, ЗСтЛ2, ЗСтЛ3, ЗСтЛ4.

Для варіанта сталі ЗСТЛІ вміст масових часток ідентифікуючих компонентів наступний: вуглець (0,3-0,5) 9о, кремній 0,3 до, марганець 0,5 905, хром (14-18) 95

Для варіанта сталі ЗСТтЛ2 вміст масових часток ідентифікуючих компонентів наступний: вуглець (1,5-2,2) 9Уо, кремній 0,3 9о, Марганець 0,5 90, хром 12,0 95.

Дослідження показали, що для утворення карбідного каркаса в структурі сталевої заготовки в ході кристалізації сталі і забезпечення дрібнозернистості первинної структури в шихту можна вносити ферованадій.

Найбільш якісний склад варіантів отриманої сталі, що містить ванадій, виходить при наступному вмісті ідентифікуючих компонентів:

Для варіанта сталі ЗСтТЛ3: вуглець 0,3 95, кремній 0,3 95, марганець (0,5-0,6) 9о, хром 1,0 Фо, ванадій (2,0-3,0) Уо.

Для варіанта сталі ЗСтЛ4: вуглець 1,5 95, кремній 0,25 95, Марганець 0,3 95, хром (10,0- 12,0)95, ванадій (1,0-2,0) Фо.

Після закінчення плавки отриману сталь розливають у форми. Форми вибирають, виходячи з того, для чого призначена заготовка з урахуванням подальшої її обробки.

Заготовки охолоджується до температури навколишнього середовища і видаляється з форми.

Для отримання кондиційної сталі, що має необхідні фізико-механічні властивості, здійснюють процес гартування.

Режим гартування виконують двома стадіями наступним чином. Для цього сталеву заготовку спочатку нагрівають в свинцевій або соляній ванні до (800-820)"С.

При нагріванні виробів в рідині, завдяки високим значенням коефіцієнта тепловіддачі від рідини до металу, може бути досягнута істотно велика швидкість нагріву.

Найбільшу швидкість нагріву можна отримати в рідкому металі, наприклад в розплавленому свинці. Свинцева ванна являє собою залізний тигель зі свинцем. Теплопровідність свинцю

Зо забезпечує високу рівномірність нагріву опущених в нього деталей.

Можуть бути використані соляні ванни. Найбільш ефективні електродні соляні ванни з винесеними електродами. У цих ваннах електроди являють собою стрижні прямокутного або круглого перерізу, що опускаються в сіль на відстані (25-50) мм один від одного.

У таких ваннах майже всі струмові лінії розташовуються в просторі між двома електродами, тому через деталі, що нагріваються, проходять лише незначні струми і їх окремі точки не перегріваються. Крім того, для повного виключення проходження струму через деталі, частина камери, де розташовані електроди, відокремлюють від її робочої частини перегородкою.

Так як щільність струму між стрижнями дуже велика, то сіль, що знаходиться між ними, перегрівається і настає інтенсивна теплова циркуляція, причому розігріті частинки солі піднімаються в просторі між електродами і у верхньому рівні розходяться за обсягом ванни, в той час як більш холодні нижні шари затягуються в міжелектродний простір знизу.

При нагріві в соляній ванні виріб покривається тонкою плівкою солі. Ця плівка захищає поверхню виробу від окислення на повітрі.

Соляні ванни мають такі переваги: - висока швидкість нагріву і, отже, велика продуктивність при рівних габаритах; - легкість проведення різних видів термічної та термохімічної обробки; - захист виробів від окислення в процесі нагрівання і охолодження.

Остаточний високотемпературний нагрів до температури (1250-1320)"С здійснюється, наприклад, за допомогою муфельної або полум'яної печі.

На цьому високотемпературний вплив на сталеву заготовку закінчується і виконують її охолодження до температури (70-80)"С в масляній ванні або струменем повітря.

Доведення фізико-механічних параметрів забезпечується за рахунок відпуску металу, який полягає в операції термічної обробки, шляхом нагрівання загартованої сталі до температури нижче критичної, витримці при цій температурі і подальшому повільному або швидкому охолодженні. Мета відпуску - усунути або зменшити напруги в сталі, підвищити її в'язкість і доведення до заданої твердості.

Відпуск є заключною операцією термічної обробки і правильне виконання її в значною мірою визначає якість готової загартованої деталі.

Відпуск заявленої сталевої заготовки здійснюють при температурі (540-630)"С. бо Основне завдання, яке вирішується при відпуску заявленої сталі, це отримання найбільшої в'язкості при достатніх межах міцності і пружності стали. Цей вид відпуску дозволяє отримати сталь, яка піддається дії високих напруг, особливо при ударному навантаженні.

Нагрівання при відпуску можна виробляти в тих же печах, які застосовують для інших видів термічної обробки, при забезпеченні рівномірної температури і більш точного технологічного контролю.

Після виконання відпуску, отриману товарну сталеву заготовку охолоджують на повітрі або в масляній ванні до температури навколишнього середовища.

Отримана захисна сталь з масовою часткою вуглецю (0,3-2,2) 95, кремнію (0,25-0,3) 95, марганцю (0,3-0,6) 956, хрому (1,0-18,0) 95, призначена для футерування або виготовлення зношуваних деталей в абразивному середовищі при хімічному впливі, при твердості (55-60)

НАС, межі міцності 190 кг/мм-, питомій вазі 7850 кг/м3.

Разом з тим, варіанти сталей, які можуть бути отримані в межах заявлених діапазонів масових часток ідентифікуючих компонентів, реалізуються для різних умов експлуатації:

ЗСтТЛІ - призначена для футерування або виготовлення зношуваних деталей в абразивному середовищі при підвищеній до 500 "С температурі і впливі кислот, при твердості (50-55) НАС, межі міцності 180 кг/мм-, питомій вазі 7850 кг/м3;

ЗСтЛ2 - призначена для футерування або виготовлення зношуваних деталей в абразивному середовищі при підвищеній до 500 "С температурі і впливі лугів, при твердості (55-60) НАС, межі міцності 190 кг/мм, питомій вазі 7850 кг/м3;

ЗСтЛ3З - призначена для футерування або виготовлення зношуваних деталей в абразивному середовищі при підвищеній до 500 "С температурі і ударному навантаженні при впливі лугів, при твердості (55-60) НАС, межі міцності 180 кг/мм-, питомій вазі 7850 кг/м;

ЗСтЛа4 - призначена для футерування або виготовлення зношуваних деталей в абразивному середовищі при підвищеній до 500 "С температурі і ударному навантаженні при впливі кислот, при твердості (65-70) НЕС, межі міцності 220 кг/мм-, питомій вазі 7850 кг/м.

Claims (2)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Спосіб отримання зносостійкої захисної сталі що включає формування шихти з Зо металовмісних компонентів, високотемпературний вплив на залізовмісну сировину, наприклад, у вигляді металолому та на сформовану шихту і їх плавку з утворенням розплавленої сталі, заповнення розплавом форми, охолодження розплаву з утворенням заготовки, гартування заготовки, який відрізняється тим, що залізовмісну сировину і шихту плавлять в індукційній або дуговій сталеплавильній печі при температурі (1550-1600) "С до отримання розплаву, який містить масову частку вуглецю (0,3-2,2) 906, кремнію (0,25-0,3) 906, марганцю (0,3-0,6) 90, хрому (1,0-18,0) 95, а після закінчення плавки отриману сталь розливають у форми з утворенням заготовки, охолоджують її і виконують загартовування двома стадіями нагрівання, при яких спочатку нагрівають заготовки в свинцевій або соляній ванні до (800-820) "С, а потім за допомогою муфельної або полум'яної печі до температури (1250-1320) "С, а по досягненню зазначеної температури заготовку охолоджують в маслі або струменем повітря до температури (70-80) "С, після чого здійснюють нагрів заготовки до (540-630) "С, після чого її охолоджують на повітрі або в масляній ванні до температури навколишнього середовища.

2. Спосіб отримання зносостійкої захисної сталі за п. 1, який відрізняється тим, що в шихту вносять ферованадій за умови масової частки ванадію (1,0-3,0) 95 в отриманій товарній сталі.