Способ модифицирования литейной стали

 

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к внепечной обработке сталей для изготовления отливок. Цель изобретения - повышение усвоения моди(Ьицирующих добавок, измельчение J. lKliES -r.Tr TWJneSI РГлУЗ неметаллических включений, улучшение пластичности и ударной вязкости. Способ модифицирования литейной стали включает предварительное раскисление в .сталеплавильном агрегате марганецсодержащим сплавом, окончательное раскисление алюминием в ковше и модифицирование при разливке редкоеемельнь1ми металлами. Алюминий вводят в виде силумина в количестве 0, 9-1,3 кг/т в ковш с последующей присадкой силикокальция в количестве 1,5-2,5 кг/т и 30-40% редкоземельных металлов, а модифицирование осуществляют 60-70% редкоземельных металлов при общем массовом отношении вводимых силумина и редкоземельных металлов соответственно 1: (о, 8-1,1). Это повьш ает механические и зксплуатационные характеристики , обеспечиваюпще увеличение надежности и долговечности ответственных отливок. 2 табл. (О (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1

5И4 С 21 С 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 400133 7/22-02 (22) 02.01.86 (46) 23.12.87. Бюл, ¹ 47 (72) В.Л.Шагалов, P.М.Шкундин, 3.И.Графман, Ю.П.Говырин, Л.Н.Ячнев, Ю.К.Комаров и P.М.Катаева (53) 669.187.25(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 724579, кл. С 21 С 7/06, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 730825, кл. С 21 С 7/06, 1977.

Авторское свидетельство СССР

¹ 643540, кл. С 21 С 7/06, 1977. (54) СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЛИТЕЙНОЙ

СТАЛИ (57) Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к внепечной обработке сталей для изготовления отливок. Цель изобретения — повышение усвоения модишицирующих добавок, измельчение неметаллических включений, улучшение пластичности и ударной вязкости. Способ модифицирования литейной стали включает предварительное раскисление в сталеплавильном агрегате марганец— содержащим сплавом, окончательное раскисление алюминием в ковше и модифицирование при разливке редкоземельными металлами. Алюминий вводят в виде силумина в количестве 0,9 — 1,3 кг/т в ковш с последующей присадкой силикокальция в количестве 1,5-2,5 кг/т и 30-407 редкоземельных металлов, а модифицирование осуществляют 60-702 редкоземельных металлов при общем массовом отношении вводимых силумина и редкоземельных металлов соответственно 1:(0,8-1,1) . Это повышает меха- нические и эксплуатационные характеристики, обеспечивающие увеличение надежности и долговечности ответственных отливок. 2 табл.

1361182

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к выпечной обработке сталей для изготовления отливок. 5

Цель изобретения — повышение усвоения модифицирующих добавок, измельчение неметаллических включений, улучшение пластичности и ударной вязкости. 10

Раскисление и модифицирование стали проводят в три этапа, На первом и втором этапах соответственно в печи и промежуточном ковше в результате предварительного и окончательного 1В раскисления снижается концентрация кислорода и удаляются неметаллические, главным образом оксидные, включения. Это обусловлено образованием частиц корунда и окислов кальция, 20 быстро удаляющихся из жидкого метал.ла. Кроме того, благодаря высокой упругости паров кальция последний в значительном количестве удаляется в газообразном состоянии, способствуя 25 хорошему очищению металла. Немаловажным является также и протекание процессов конвективного перемешивания в промежуточном ковше при выпуске плавки, когда образующиеся окислы 30 алюминия, кальция и в небольшом количестве редкоземельные металлы (РЗМ) выносятся потоками на границу раздела со шлаком и ассимилируются им. Использование силумина взамен традипи 35 онного алюминия позволяет улучшить рафинирующие действия на металл и повысить модифицирующий эффект от других добавок.

На третьем этапе в разливочном 40 ковше в отсутствии кислорода идет интенсивное взаимодействие большей части вводимых РЗМ (60-70 ) с примесями, главным образом с серой. В результате очень высокого химического сродства РЗМ и серы образуется большое количество мелких и округлых сульфидов и оксисульфидов этих металлов, которые имеют высокую плотность

5,5-6,5 г/смз и плохо удаляются из металла.

Благодаря тому, что эти частицы имеют высокую температуру плавления и формируются в жидком металле, при понижении температуры они играют роль 55 подложек в процессе кристаллизации и способствуют измельчению структуры.

Регламентированное соотношение компонентов, вводимых по новому способу, обеспечивает высокое усвоение модификаторов и получение в металле оптимальных остаточных концентраций РЗМ в пределах 0,04-0,09%. Округлые и мелкие сульфиды РЗМ, содержащие частицы, равномерно расположенные в матрице, в отличие от круглых марганцевых сульфидов неблагоприятной вытянутой формы, в значительной степени концентрирующихся по границам зерен и снижающих пластичность и ударную вязкость стали.

Введение силумина менее 0,9 кг/т не обеспечивает достаточного раскисления металла и может привести к появлению газовой пористости, а добавка его более 1,3 кг/т приводит к появлению большого количества нитридов алюминия, наиболее характерных для электроплавки, являющихся очагами разрушения при статических и динамических нагрузках.

Присадка силикокальция менее

1,5 кг/т неэффективна, так как незначительно влияет на снижение загрязненности оксидными включениями, в результате чего значительное количество РЗМ работает в качестве раскислителей и снюкается количество сульфидов РЗМ, способствующих измельчению неметаллических фаз ° Введение силикокальция более 2,6 кг/т нецелесообразно, так как приводит к его сильному угару и перерасходу силикокальция. Кроме того, значительно возрастает содержание кремния в готовой стали, превышая требуемое по марке. Поэтому количество вводимого силикокальция регламентировано 1,52,5 кг/т..Оптимальное количество вво-. димых РЗМ равно 0,07-0,14% или 0,71,4 кг/т. При меньшем количестве РЗМ невелик эффект модифицирования, а в результате образования сульфидов марганца заметно снижаются значения пластичности и ударной вязкости. При увеличении количества присаживаемых

РЗМ интенсивно образовываются скопления церийсодержащих частиц, имеющих неправильную остроугольную форму и являющихся концентраторами напряжений, Кроме того, увеличение количества присаживаемых РЗМ ведет к значительному удорожанию стали.

Присадка в промежуточный ковш менее 30 сплава РЗМ не обеспечивает максимального окончательного раскисления стали, .при этом введение в раз1361182 ливочный ковш более 70Х от общего количества добавляемого сплава РЗМ не обеспечивает равномерного распределения РЗМ в небольшом объеме металла и однородности структуры. Присадка в промежуточный ковш более 40Х сплава РЗМ приводит к вторичному окислению РЗМ при переливе из промежуточного в разливочный ковш и снижению степени усвоения РЗМ металлом и, в результате, их модифицирующего воздействия на сталь.

Пример. В электродуговой печи выплавляют низколегированную SiMn-Мо-литейную сталь по стандартной технологии. После достижения в конце окислительного периода заданного со-. держания углерода проводят предварительное раскисление металла, после чего плавка выпускается в промежуточный ковш. Во время выпуска в промежуточный ковш присаживается силумин в количестве 0,8-1,4 кг/т,. а затем силикокальций в количестве,1,4-2,6 кг/т и 20-50Х. сплава РЗМ, с учетом введения присадок в различных сочетаниях: в количестве ниже нижнего уровня, в пределах, требуемых по предлагаемому способу, и выше верхнего уровня. Соответственно 50-80Х сплава РЗМ приса; живают в разливочный ковш под струю металла. По предлагаемому способу применяют силумин, содержащий 6-8Х кремния, остальное — алюминий, а по известному — алюминий вторичный, силикокальций СКЗО, сплав РЗМ, содержащий 36Х суммы РЗМ 42Х кремния, 4Х алюминия, остальное — железо. Отливки из выплавленной стали термообрабатывают по принятому режиму: закалка от

800-900. С, охлаждение в воде, отпуск о при 630-640 С, охлаждение в воде.

Характер включений (форма, размер) и загрязненность ими стали излучают металлографически, механические свойства — по стандартным методам.

Параметры предлагаемого и известного способов модифицирования и характеристики стали приведены в табл.

1 и 2 соответственно.

В табл.1 приведены параметры способов модифицирования литейной стали и химический состав выплавленного металла. Сталь вариантов 1-7 окончательно раскислена и модифицирована при введении силумина в количестве

0,9-1,3 кг/т, силикокальция в количестве 1,5-2,5 кг/т и РЗМ в количе5

20

30

40

55 стве 0,7-1;4 кг/т, обеспечивающих получение предельных и средних значений параметров предлагаемого способа модифицирования ° Варианты 8-11 предусматривают введение запредельных количеств силумина, силикокальция и соотношений силумина и РЗМ, варианты

12, 13 — запредельных количеств РЗМ, присаживаемых в промежуточный и разливочный ковши. Вариант 14 оговаривает параметры известного способа.

Усвоение РЗМ у вариантов 1-7 значительно вышее, чем у вариантов 8-13, что обусловлено введением оптимальных количеств силумина, силикокальция и выполнением отношения силумина и

РЗМ в соответствии с регламентированным введением в ковш РЗИ: в промежуточный ковш 30-40Х от общего количества и в раэливочный ковш 60-70Х.

Наиболее высокая степень усвоения

РЗМ наблюдается у вариантов 2,6 и 7, когда количества вводимых силумина и силикокальция находятся на верхнем предела или среднем уровне и обеспечивают максимальное раскисление металла, В результате этого РЗМ наиболее полно взаимодействует с серой, полностью связывая ее в тугоплавкие включения, плохо удаляющиеся из жидкого металла, тем самым парализуя негативное влияние этой примеси на механические и технические свойства литейной стали.

Об образовании большого количества мелких округлых.сульфидов РЗМ свидетельствует подсчет индекса загрязненности. Отношение глобулярных (РЗМ-содержащих) сульфидов к остроугольным (сульфидам марганца) у ста.ли, модифицированной по вариантам

1-7, составляет 1,43-3, 1. В случае вариантов 8-11 это отношение составляет 0,39-1,1, т.е. в этом случае преимущественно идет образование остроугольных сульфидов марганца, преимущественно концентрирующихся по границам дендритных кристаллитов и первичного зерна.

Неблагоприятное соотношение глобулярных сульфидов к остроугольным (0,48-1,06) наблюдается и в вариантах

12 и 13 обработки, когда присадка повышенного количества РЗМ (более

70Х) в разливочный ковш приводит наряду с мелкими округлыми частицами к интенсивному образованию скоплений

1361182 конгломератов неправильной формы, неравномерно расположенных в металле (вариант 12), или неоправданной потере РЗМ в результате вторичного

5 окисления, недостатка их для взаимодействия с серой и образования благоприятных по форме неметаллических включений (вариант 13), О значительной степени образования дисперсных частиц сульфидов РЗМ свидетельствует подсчет размеров частиц: в вариантах

1-7 размер глобулярных сульфидов наб ходится в пределах 2,6 10 — 3,6"

«10 м, а в вариантах 8-13 запредель- 15 ных количеств и соотношений — в преб -6 делах 26 10 — 43-10 м.

Согласно полученным данным количество вводимых добавок зависит от содержания углерода и степени легиро-20 вания стали. Предусмотрено введение . присадок для обеспечения эффективного воздействия на морфологию неметаллических включений и механические .свойства кремний-марганец-молибден- Z5 содержащей литейной стали с содержанием углерода 0,30-0,40%.

Варианты 1-7 модифицйрования стали обеспечивают наиболее высокие значения пластичности и ударной вязко— сти. Это обусловлено формированием мелких и округлых РЗМ-содержащих сульфидов, которые в значительной степени связывают серу, и хорошим рафинированием металла..

Варианты 8-13 рбработки стали с запредельными количествами и параметрами имеют значительно более низкие значения механических свойств. Главным образом это обусловлено тем, что 4О преимущественно образующиеся крупные и остроугольные сульфиды марганца являются концентраторами напряжений и очагами разрушения металла при статических и динамических нагрузках.

Размер этих включений составляет

-6 Ь

4,6 10 — 5, 1. 10 м и заметно превышает размер глобулярных сульфидов.

В вариантах 8 и 10 образование сульфидов марганца вызвано неудовлетворительным окончательным раскислением металла из-за недостатка вводимого силумина и взаимодействием РЗМ с кислородом.

В то же время отношение силумина к РЗМ выше запредельного (1:1,25) приводит, как и в варианте 12 с присадкой запредельного количества РЗМ в разливочный ковш (80X), к образованию крупных скоплений Р3М-содержащих частиц (цериевой неоднородности), . повышающих склонность к хрупкому разрушению. Присадка повышенных количеств силумина в вариантах 9 и 11 обработки приводит к образованию нитридов алюминия, способствующих снижению ударной вязкости и пластических свойств. О негативном влиянии на металлические включения повышенных присадок РЗМ в промежуточный ковш (вариант 13) говорилось, поэтому значения механических свойств здесь также невелики.

Известный способ раскисления (вариант 14) имеет неудовлетворительный уровень свойств. Это обусловлено тем, что введение большей части РЗМ в промежуточный ковш приводит к неоправданной его потери при переливе в разливочный ковш, что наряду с их вообще малым количеством (0,25 кг/т) пагубно влияет на процессы образования благоприятных по форме, размеру и характеру расположения сульфидов РЗМ.

Отношение концентрации глобулярных сульфидов к остроугольным составляет

0,36, а размер превалирующих остроугольных сульфидов марганца равен

5"10 м. Кроме того, используемый в известном способе раскисления алюминий менее эффективен, чем силумин.

Зкономический эффект от использования предлагаемого способа модифицирования заключается в повышении механических и эксплуатационных характеристик, обеспечивающих, в конечном итоге, увеличение надежности и долговечности ответственных отливок. формула и з обретения

Способ модифицирования литейной стали, включающий предварительное раскисление в сталеплавильном агрегате марганецсодержащим сплавом, окончательное раскисление алюминием в ковше и модифицирование при разливке редкоземельными металлами, отличающийся тем, что, с целью повышения усвоения модифицирующих добавок, измельчения неметаллических включений, улучшения пластичности и ударной вязкости, алюминий вводят в виде силумина в количестве 0,9-1,3 кг/т в ковш с последующей присадкой силикокальция в количестве

7 1361182

1,5-2,5 кг/т и 30-40Х редкоземельных металлов, а модифицирование осуществляют 60-70Х редкоземельных металлов общем массовом отношении вводиI сулимина и редкоземельных метал-. соответственно 1: (О, 8-1, 1) .

Таблица! при лов рисадка РЗМ в ро»екуточньй овщ г/т X от общего количества нй состав стали, Х

Присадка ра лнвоч

Вари ант риадка

ЗМ, г/т лроковщ, 1

Х о го чес

0,25 35

033 f 18 074 031 0032 0025

0,36 1,25 0,79 0,29 0,029 0,026

0,34 t,26 О, 72 0,30 О, 030 0,024

1 0,9

2 1,3

3 0,9

4 1,3

1:0,8

0,7

1 5

0,45 65

1,4

0,95

0,45 32

2>5

0,36 36 0,64 64

1,0

2 5

108 035 126 074 029 0031 00?>

1>5

0,67 67

0,60 60

10 033 33

5 0,9 1,5

0,34 1,17 0>81 0,31 0,030 0,023

10 040 40

0> 70

0,36

1:0,8

6 1,3 2,5

7 11 20

035 1,23 075 030 0030 0023

1:0,9

0,65

1:1.25 0,36 1,29 0,74 0,29 0,035 0,0 5

0,68 68

8 0,8

1,4

0,035

0,026

0,33 t, 19 О, 72 0,31

1:0,7

0 63 63

2,6

1> 1>25 О 37 1 24 О 76 О 27 0>034 0 025

0,70

2,6

0,34 1,23 0>74 0,30 0,037 0,027

1:0,7

0,65 65

1,4

0,35 1,24 0,73 0,30 0,033 0,023

1,04 80

2,1

0,50

О 34 1 25 О 74 О 30 О 035 О 02.

1! 1,0

1,9

0,05

0,35 1,26 0,74 0,31 0,036 0,025

2,0

Таблица2

Ударная вязкость, KCU; Дж/см, при о температуре, С

Вари- Усвоанты ение

РЗИ, 7. азмер сульфидов, «10 м

Загрязненность сульфидами, «10 астичность, I

20 -40

Ic.0 Ic.Ã ас.о. ас.r. 0 (!7

58 О, 76 1,09

2 64 0,48 1,31

3 60 О )5 1,16

4 62 0,50 1,18

5 57 0,42 1,30

6 69 0,49 1,19

4,5

3,6

16,3 41,2 84

20,9 50,4 96

17,6 43,5 88

4,1

2,9

4,2

3,1

3,0

21 4 51 3 95

3,9

3,2

17,4 44,4 82

4,4

2,9

21,5 50,8 96

7 68 040 1 25

3,6

2,6

22,8 52,2 102

8 46 1,01 0,89

4,9

4 3

13,1 31,2

13,9 34,1

13,4 32,6

29

9 50 1 26 О 72

10 52 О, 92 1,02

34

4,2

5,2

36

9 1,4

10 0,8

11 1,4

12 1,2

13 1,О.

14 1>0

1,0 0,30 30

1,0 0,35 35

1 0 0 32 32

1,0 0,37 . 37

1,О 0,30 30

1 О О 35 35

1>3 0>26 20

1,О 0,50 50

0,25 0,20 80

1,25 0,78 0,28 0,032 0,0".6

1361182

Продолжение табл. 2

Ударная вязкость, KCU; Дж/см«, при о температуре, С сво- Загрязненность ние сульфидами, ЗМ, «10

Пластичность, Е азмер сульфидов, «10. м

Вари анты

Ic.0 Ic.Ã ас.о. ас.г.

20 -40

39

4,1

3,7

5,0

14 57 1,61 0,58 5,2

Составитель А.Минаев

Техред М.Маргентал Корректор М.Максимишинец

Редактор С.Пекарь

Заказ 6198/30 Тираж 550 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r Ужгород, ул. Проектная, 4

11 48 1,38 0,54 5,4

12 53 0,89 О, 94 4,8

13 43 1,35 0,65 5,1

12,2 23,3 64

151 363 76

14,2 31,1 72

15,3 39,5 75