Способ производства подшипниковой стали

 

Изобретение относится к способам выплавки подшипниковой стали в дуговых печах. Целью изобретения является снижение количества и размеров глобулярных и строчечных оксидных включений при том же содержании сульфидных включений. После выплавки стали в дуговой печи осуществляют ее выпуск с печным шлаком в ковш, вакуумную обработку нераскисленной или частично раскисленной стали. Сталь выпускают из печи с нераскисленным шлаком основностью 2,5 - 4,5 с содержанием в нем оксидов железа 8 - 25%, а окончательное раскисление стали проводят во время или после вакуумной обработки. Снижение содержания глобулярных и строчечных оксидных, сульфидных включений соответственно 0,5; 2; 2 балла. 1 табл.

Изобретение относится к способам плавки высокоуглеродистой стали, например подшипниковой, марок ШХ 15 СГ, ШХ 20 СГ, используемой для изготовления подшипников качения. Эти стали производят главным образом в электродуговых печах с основной футеровкой. Целью изобретения является снижение количества и размеров глобулярных и строчечных оксидных включений при том же содержании сульфидных включений. Основной задачей при получении высококачественной подшипниковой стали является понижение количества и размеров неметаллических включений. По ГОСТ 801-78 в подшипниковой стали контролируются баллы (размеры) следующих типов неметаллических включений: сульфидных, строчечных оксидных и глобулярных оксидных. Нарушения ГОСТ по любым видам неметаллических включений приводят к забракованию металла. Поэтому любая технология должна предусматривать получение подшипниковой стали с допустимыми размерами всех видов неметаллических включений. Исследованиями установлено, что количество и размеры (баллы) сульфидных включений в стали находятся в прямой связи с содержанием серы в металле. Поэтому для выполнения требований ГОСТ 801-78 по баллам сульфидных включений требуется осуществлять глубокую десульфурацию металла, получая в готовой стали содержание серы существенно менее 0,02% Известно также, что десульфурирующая способность шлаков возрастает с увеличением их основности. При эмульгировании в металл частиц основного раскисленного шлака (содержание FeO менее 3%) сразу же интенсивно протекает десульфурация металла этими частицами. На поверхности шлаковых частиц образуется слой, сильно обогащенный серой и состоящий из сульфидов кальция CaS. Вследствие этого резко снижается межфазное натяжение на границе металл шлаковая частица σ_м-шл, что прежде всего препятствует укрупнению шлаковых частиц. Кроме того, вследствие понижения σ_м-шл уменьшается скорость всплывания шлаковых частиц, затрудняются их отделение от металла и переход в шлак. Поэтому относительно мелкие эмульгированные шлаковые частицы (менее 50 мкм) могут не удалиться из стали и образовать в ней глобулярные оксидные включения. Уменьшение десульфирирующей способности шлака в момент эмульгирования путем повышения его окисленности (FeO) до более 3% или снижения основности раскисленого шлака ограничивает десульфурацию и на поверхности шлаковых частиц либо вообще не образуется обогащенного серой слоя, либо он незначителен и σ_м-шл почти не снижается. При высокой основности (2,5 3) и высокой окисленности шлака (FeO > 5% ) массивной оболочки из сульфидов кальция на поверхности шлаковых частиц не образуется. Поэтому эмульгированные в металл частицы основного окисленного шлака могут быстро укрупняться, так как слой, насыщенный серой, на их поверхности сразу не образуется, а если и образуется, то медленно. Поэтому мелкие эмульгированные шлаковые частицы успевают укрупниться до критических размеров (50 мкм и более). При таких больших размерах влияние поверхностных явлений на удаление частицы из металла незначительно вследствие малой удельной поверхности частицы, и шлаковые частицы сравнительно легко удаляются из шлака, металл не загрязняется глобулярными включениями. Если организовать десульфурацию металла укрупняющимися шлаковыми частицами, это приведет к снижению содержания в стали глобулярных оксидных включений. Существенным недостатком известных способов, предусматривающих обработку стали шлаками с низкой десульфурирующей способностью, является невозможность глубокой десульфурации стали и трудность получения требуемых ГОСТ 801-78 низких баллов сульфидных включений в стали. Следует отметить, что углеродистый лом среднего качества содержит 0,05 0,06% серы. Поэтому способы, предусматривающие обработку металла окисленным шлаком невысокой основности, требуют работы на специальной шихте с низким содержанием серы (не более 0,025%), что существенно ограничивает область их применения. Обработка стали высокоосновным шлаком обеспечивает хорошую десульфацию ( малое количество сульфидных неметаллических включений). Повышенное содержание оксидов железа в высокоосновном шлаке обеспечивает отсутствие глобулярных неметаллических включений в стали. Обработка окисленным шлаком нераскисленного или малораскисленного металла делает эффективной последующую обработку, например, в вакууматоре порционного типа. Раскисление кремнием и алюминием вакуумированного металла обеспечивает низкое содержание оксидов. Перед сливом металла в ковш и (или) во время его присаживают раскислители и доводят содержание растворенного в стали кислорода до 0,005 0,010% Указанные пределы выбраны по следующим причинам. Заметной десульфурации при обработке стали шлаком со значительным содержанием окислов железа можно добиться только при высокоосновном шлаке. Поэтому нижний предел основности принят 2,5. Верхний предел 4,5 выбирают из-за того, что при большей основности даже высокожелезистые шлаки (содержание оксидов железа 25%) обладают большой вязкостью и обработка стали таким шлаком малоэффективна. Нижний предел содержания оксидов железа 8% принят для обеспечения надлежащей жидкотекучести высокоосновному шлаку. Превзойти верхний предел 25% оксидов железа в шлаке практически трудно на высокоуглеродистых сталях, какими являются шарикоподшипниковые. Допускается в соответствии с известным способом добавка раскислителей перед или во время обработки шлаком. При присадке, например, кремния на дно ковша раскисляется не только металл, но и шлак, содержание оксидов железа можно резко понизить до содержания FeO в конечном ковшевом шлаке 1 2% При этом, как показывает опыт, количество глобулярных включений остается на том же уровне, что и при железистом шлаке. Количество серы и соответственно сульфидных неметаллических включений резко уменьшается. При этом сталь раскисляется лишь частично, что обеспечит эффективное вакуумирование и соответственно снижение количества строчечных оксидных включений. П р и м е р 1. Осуществление процесса раскисления шлака при частичном раскислении стали подтверждается расчетом. При выпуске плавки стали массой 40 т количество высокоосновного шлака 1 т, содержание оксидов железа 15% Количество кислорода, содержащееся в оксидах железа шлака, составляет где 16 атомная масса кислорода; 72 молекулярная масса оксида железа. Для перевода этого кислорода в кремнезем потребуется кремния где 28 атомная масса кремния. Если принять усвоение ферросилиция при добавке его в ковш 50% то содержание кремния в стали увеличивается на Это частично раскисленная сталь, которая эффективно провакуумируется, так как содержит достаточное количество растворенного кислорода (около 0,01% ). П р и м е р 2. В 100 т дуговой печи выплавляют конструкционные и подшипниковые стали на свежей шихте. Перед выпуском плавки наводят в печи шлак основностью 3 4 и содержанием оксидов железа 10 -20% которые обеспечивают шлаку достаточную жидкоподвижность. После доводки металла в печи по содержанию хрома, марганца и углерода сливают металл из печи вместе со шлаком указанного состава. За время выпуска содержание серы в стали уменьшается на 25 50% в зависимости от количества углерода в стали. Содержание кислорода в нераскисленной подшипниковой стали составляет 0,006 0,010% П р и м е р 3. В дуговой печи емкостью 100 т пробуют вариант с частичным раскислением металла и шлака с присадкой в ковш 300 кг ферросилиция с содержанием кремния 65% В этом случае содержание серы уменьшается на 32 - 58% а содержание кислорода в стали 0,005 0,008%
Применение предлагаемого способа позволяет улучшить качество стали. Средние баллы оксидных глобулярных, строчечных и сульфидных неметаллических включений не превышают величины 0,5; 2; 2 соответственно; аналогичные показатели при плавке по базовому способу 0,96; 2,73; 2,66, а по известному способу с вакуумированием раскисленного металла 2,12 2,4; 2,30 2,32; 1,69 2,11. Пониженное содержание оксидных глобулярных и строчечных включений одинаково гарантируется во всем диапазоне значений основности 2,5 -4,5 и окисленности 8 25% и не превышает 0,5 и 2 баллов соответственно по шкале ГОСТ 801-78. П р и м е р 4. В дуговой печи емкостью 100 т выплавляют подшипниковую сталь на свежей шихте. После достижения требуемого содержания углерода 0,8 -0,9% и температуры 1600 1630^oС, частичного спуска шлака окислительного периода полупродукт доводят по содержанию хрома, марганца и углерода присадкой необходимых ферросплавов. Условия и результаты проведения плавок даны в таблице. Основность во всех случаях увеличивают добавками свежеобожженной извести до величины 2,2 5,1, содержание окислов железа - добавками железорудных окатышей до величины 8,1 24,8, при необходимости увеличения жидкоподвижности шлака добавляют плавиковый шпат. В варианте 6, кроме того, добавляют в ковш ферросилиций с содержанием кремния 65% Вариант 7 плавка по известному способу. Данные, приведенные в таблице, свидетельствуют о том, что содержание кислорода в полупродукте находится на уровне 0,008 0,009% т.е. является оптимальным с точки зрения последующего вакуумирования. Высокая эффективность вакуумирования наблюдается также у частично раскисленных плавок (вариант 6), так как содержание кислорода достаточно высоко. Из данных таблицы видно, что с увеличением основности последовательно от 1 до 4 варианта десульфурация улучшается. При основности выше 4,5 (вариант 5) шлак получается очень густой, десульфурация ухудшается, не удается обеспечить достаточную жидкоподвижность шлака и, следовательно, хорошую десульфурацию. При плавке по известному способу (вариант 7) содержание серы находится на том же уровне, однако предлагаемый способ обеспечивает снижение глобулярных оксидных включений до 0,5 балла, строчечных оксидных и сульфидных включений до 2 баллов.

Формула изобретения

Способ производства подшипниковой стали, включающий плавку стали в дуговой печи, выпуск стали с печным шлаком, вакуумную обработку нераскисленной или частично раскисленной стали, отличающийся тем, что, с целью снижения количества и размеров глобулярных и строчечных оксидных включений при том же содержании сульфидных включений, сталь выпускают из печи с нераскисленным шлаком основностью 2,5 4,5 с содержанием в нем оксидов железа 8 25% а окончательное раскисление стали производят во время или после вакуумной обработки.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 02.11.1996

Номер и год публикации бюллетеня: 17-2001

Извещение опубликовано: 20.06.2001        

---