Способ получения быстрорежущей стали из кусковых отходов изношенного режущего инструмента

Авторы патента:

Сарманова Лия Михайловна (RU)

Боровский Владислав Георгиевич (RU)

H05B7/07 - предназначенные для плавления

C22C38/18 - содержащие хром

B22D23/10 - электрошлаковое литье

Владельцы патента RU 2602579:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении быстрорежущей стали из кусковых отходов изношенного режущего инструмента и штамповой оснастки методом электрошлакового переплава. Кусковые отходы предварительно сортируют и перед сваркой подбирают таким образом, чтобы соотношение массовых долей используемых отходов из различных марок быстрорежущих сталей обеспечивало получение в результате переплава, полученный расходуемый электрод переплавляют, а конечный слиток имеет химический состав, отличающийся от состава исходных кусковых отходов, составляющих электрод. Изобретение позволяет расширить возможности использования кусковых отходов изношенного режущего инструмента из быстрорежущих сталей, входящих в состав сварного электрода, и дает возможность переплавлять отходы в одностадийном технологическом процессе, что позволяет сэкономить электроэнергию и исключить выгорание дорогостоящих легирующих элементов. 2 пр., 7 табл.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении быстрорежущей стали из отходов изношенного режущего инструмента и штамповой оснастки.

Отслуживший инструмент является ценным вторичным сырьем, поскольку содержит редкие, иногда отсутствующие в России дорогостоящие материалы: вольфрам, ванадий, кобальт, молибден и др.

Организация на крупных металлообрабатывающих заводах процесса переплава изношенного инструмента из быстрорежущей стали с использованием установки электрошлакового переплава (ЭШП) позволяет получать большой экономический эффект за счет сокращения расходов на закупку быстрорежущей стали.

Процесс ЭШП используется для получения высококачественной стали за счет удаления из металла серы, неметаллических включений и газов. Содержание кислорода уменьшается в 1,5-2 раза, серы - в 2-3 раза. Слиток отличается плотной однородной структурой по всему сечению, хорошим качеством поверхности, высокими механическими свойствами.

Известен способ получения быстрорежущей стали из отходов изношенного режущего инструмента методом ЭШП, в котором в качестве расходуемого электрода используют предварительно отлитые в индукционных или дуговых печах эти отходы (см. патент RU 2405843 от 23.06.09 г., кл. С22В 9/18).

При переплаве в электродуговой или индукционной печи отходов быстрорежущей стали происходит частичное выгорание легирующих дорогостоящих элементов, таких как вольфрам, ванадий, молибден, кобальт, хром и др. В процессе плавки проводится корректировка недостающих до того или иного химического состава стали легирующих элементов. Затем готовая сталь выливается в кокиль и полученные прутки используются в качестве расходуемых электродов при переплавке их на установке ЭШП.

Указанный двухстадийный технологический процесс получения быстрорежущей стали является длительным и дорогостоящим.

Известен способ получения стального слитка, когда для электрошлакового переплава используется составной электрод, полученный, например, сваркой (патент RU 2063455 приоритет 10.07.1990 г., кл. С22В 9/18). Этот способ может быть применен для получения, например, слитков быстрорежущей стали. Согласно этому способу электрод сваривают из кусков одной и той же марки, например, быстрорежущей стали и после ЭШП получают металл той же марки стали, что и исходный электрод. Данный способ сужает возможности использования имеющихся в наличии кусковых отходов из различных марок быстрорежущей стали, поскольку позволяет после переплава получать слиток только той марки стали, которая была использована при изготовлении электрода.

Задачей настоящего изобретения - расширение возможности использования кусковых отходов путем получения слитков из марок быстрорежущих сталей, отличающихся от марок сталей кусковых отходов, входящих в состав сварного электрода.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения быстрорежущей стали из кусковых отходов изношенного режущего инструмента из быстрорежущих сталей методом электрошлакового переплава, в котором расходуемый электрод изготовлен путем сварки этих отходов, согласно предложенному способу кусковые отходы предварительно сортируют и перед сваркой подбирают таким образом, чтобы соотношение массовых долей используемых кусковых отходов из различных марок сталей обеспечивало получение в результате переплава конечного слитка быстрорежущей стали с заранее заданным химическим составом, который отличается от химического состава исходных кусковых отходов, при этом длина любой части электрода, в которой выбранные соотношения массовых долей отходов из различных марок быстрорежущих сталей должны соблюдаться, определяется условием

L_Э=0,360D÷0,667D,

где L_Э - длина части электрода, в которой выбранные соотношения массовых долей отходов должна соблюдаться;

D - диаметр слитка.

Для получения равномерного по химическому составу слитка необходимо, чтобы выбранные соотношения массовых долей отходов из различных сталей соблюдались в любом объеме электрода, не превосходящем объем ванны металлического расплава в кристаллизаторе в процессе плавки.

Ванна расплава сверху ограничена слоем расплавленного шлака; поверхность раздела шлаковой и металлической ванны можно считать плоскостью. Дно жидкой ванны металла - фронт кристаллизации - имеет коническую форму (Е.А. Чернышов. Специальные плавильные печи. 4.1. Электродуговые печи: Учебное пособие. Нижегородский гос. техн. университет. H. Новгород. 2014 г., стр. 183), т.е. для целей нашего расчета можно принять, что ванна расплава имеет форму конуса. Объем V этого конуса равен

V=1/3 πD²/4·h_м,

где D - диаметр слитка, h_м - глубина ванны расплава.

Оптимальные свойства металла при переплаве достигаются, когда коэффициент формы кристаллической ванны

Κ_фр=D/2h_м=tg (α/2)

(он характеризует наклон фронта кристаллизации дна жидкой ванны и определяется отношением линейного размера слитка D к глубине конической чести ванны металла h_м) равен 1, т.е глубина ванны равна половине диаметра слитка . В этом случае объем ванны

V=πD³/24.

Для одноэлектродной печи ЭШП оптимальный диаметр электрода

d_м=k·D,

где k составляет 0,5-0,68 (там же, стр. 181).

Объем части электрода, в которой необходимо обеспечить требуемое соотношение массовых долей отходов, равен

V_Э=πd_м ²/4·L_Э.

Отсюда длина этой части электрода L_Э=4·V_Э/πd_м ²

или

L_Э=4·V_Э/πk²*D².

Поскольку V_Э=V,

L_Э=1/6 D/k².

С учетом того, что k=0,5-0,68,

L_Э=0,360D-0,667D.

При переплаве на слиток диаметром 200 мм оптимальный диаметр электрода d_м составляет 100-136 мм, а длина, на которой необходимо выдерживать соотношения массовых долей отходов, составляет не менее 72-133 мм. С увеличением длины L_Э задача по обеспечению требуемого соотношения облегчается.

Предложенный способ получения быстрорежущей стали - одноступенчатый, предварительный переплав отходов в электропечах не требуется, что позволяет сэкономить электроэнергию и исключить выгорание дорогостоящих легирующих элементов. При использовании сварного расходуемого электрода не требуется корректировка химического состава расплава, так как расплавленная сталь, проходя через шлак, быстро застывает в водоохлаждаемом кристаллизаторе, сохраняя при этом все легирующие элементы. Переплавляемый электрод сваривается из утилизируемых отходов инструмента из быстрорежущей стали, т.е. из сырья самого высокого качества, уже соответствующего техническим требованиям по чистоте. Поэтому в процессе переплава нет нужды в увеличении напряжения и силы тока с целью усиления рафинирующего действия шлаковой ванны в процессе переплава.

Использование электрода, сваренного из кусковых отходов изношенного режущего инструмента и/или штамповой оснастки из быстрорежущих сталей различного химического состава, содержащих (в % по массе): С - 0,73-1,5; Cr - 3,0-4,4; W - 1,5-18,5; V - 1,0-5,1; Со - до 10,5; Мо - до 9,0, предварительно отсортированных по маркам, позволяет при переплаве получать слиток, химический состав которого отличается от состава отходов, из которых он (электрод) составлен. При этом, благодаря варьированию содержания отходов из различных марок сталей, можно получить слиток быстрорежущей стали с химическим составом, соответствующим требованиям существующих ГОСТов или ТУ.

Пример 1.

В качестве примера рассмотрим электрод, составленный из отходов инструментов из стали двух марок: Р6Ф2К8М5 (ЭП658) ТУ 14-1-2966-80 и Р18Ф2К8М (ЭП379) ТУ 14-1-2966-80. Химический состав сталей приведен в табл. 1.

При переплаве электрода, составленного из равного количества отходов из сталей Р6М5Ф2К8 и Р18Ф2К8М, полученный слиток будет иметь состав, приведенный в табл. 2:

Как видно, состав слитка соответствует составу стали Р12Ф2К8М3 (ЭП657) ТУ 14-1-2666-80 (Табл. 1).

Чтобы из отходов сталей Р6Ф2К8М5 и Р18Ф2К8М получить слиток, соответствующий по составу стали Р12Ф2К8М3, необходимо обеспечить содержание стали Р6Ф2К8М5 в электроде от 46 до 52% (Р18Ф2К8М остальное). В этом случае химсостав слитка не будет выходить за пределы марочного состава стали Р12Ф2К8М3 (см. табл. 3).

Пример 2.

Рассмотрим электрод, составленный из отходов инструментов, изготовленных из быстрорежущей стали марок Р18Ф2К8М (ЭП379) ТУ 14-1-2966-80, Р9Ф5 ТУ 14-1-2459-2014 и Р12Ф2К10М3-Ш (ЭП682-Ш) ТУ14-1-1686-76. Химический состав стали Р18Ф2К8М (ЭП379) ТУ 14-1-2966-80 приведен с табл. 1, стали Р9Ф5 ТУ 14-1-2459-2014 и стали Р12ФЗК10М3-Ш (ЭП682-Ш) ТУ 14-1-1686-76 - в табл. 4.

Если выдерживать массовую долю отходов в электроде в пределах, указанных в табл. 5, то слиток, получаемый в результате переплава такого электрода, будет иметь химический состав, приведенный в табл. 6. Как видно, состав слитка отвечает химическому составу быстрорежущей стали Р13Ф4К5 (ЭП600) по ТУ 14-1-2394-2014 (табл. 7).

Таким образом, подбирая состав сварного электрода путем изменения содержания в нем отходов из различных марок быстрорежущей стали, можно управлять химическим составом получаемого слитка и получать сталь марки, отличающуюся от состава исходного электрода и которая соответствует по составу требованиям существующих ГОСТов или ТУ, расширяя таким образом возможность использования имеющихся кусковых отходов изношенного режущего и/или штампового инструмента из быстрорежущих сталей. Кроме того, он дает возможность переплавлять отходы в одноступенчатом технологическом процесс, что позволяет сэкономить электроэнергию и исключить выгорание дорогостоящих легирующих элементов.

Способ получения быстрорежущей стали из кусковых отходов изношенного режущего инструмента из быстрорежущих сталей методом ЭШП, включающий изготовление расходуемого электрода путем сварки упомянутых отходов, отличающийся тем, что кусковые отходы предварительно сортируют и перед сваркой подбирают таким образом, чтобы соотношение массовых долей используемых кусковых отходов из различных марок сталей обеспечивало получение в результате переплава конечного слитка быстрорежущей стали с заранее заданным химическим составом, который отличен от химического состава исходных кусковых отходов, при этом длина любой части электрода L_Э, в которой выбранные соотношения массовых долей упомянутых отходов из различных марок быстрорежущих сталей соблюдают, составляет
L_Э=0,360D÷0,667D,
где D - диаметр слитка.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для производства титансодержащих коррозионно-стойких марок стали методом электрошлакового переплава.

Расходуемый электрод для производства стали марки чс82-ш // 2571021

Изобретение относится к специальной электрометаллургии, а именно к производству слитков бор- и титансодержащей коррозионно-стойкой стали электрошлаковым переплавом для изготовления деталей атомного оборудования с высокой нейтронной поглощаемостью.

Графитовый электрод // 2559832

Изобретение относится к графитовому электроду дуговой электропечи. Графитовый электрод проявляет стойкость к окислению в результате модификации внешних характеристик цилиндрической поверхности (14).

Расходуемый электрод для выплавки слитков из инструментальной трещиночувствительной стали методом электрошлакового переплава // 2549024

Изобретение относится к области металлургии и предназначено для получения методом электрошлакового переплава (ЭШП) слитков из трещиночувствительной стали. Расходуемый электрод содержит инвентарную головку и сплавляемую часть, состоящую из верхней и нижней стальных частей разного состава.

Способ изготовления расходуемого электрода // 2382826

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии и может быть использовано при изготовлении расходуемого электрода для выплавки слитков высокореакционных металлов и сплавов, например титановых, в вакуумной дуговой электропечи.

Способ подготовки расходуемого электрода // 2374338

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии и может быть использовано для выплавки слитков тугоплавких и высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых.

Расходуемый электрод вакуумной дуговой печи и способ его изготовления // 2359432

Изобретение относится к области электротехники, в частности к расходуемым электродам для выплавки слитков высокореакционных металлов и сплавов, например титановых, методом вакуумного дугового переплава, а также к способу изготовления указанных электродов.

Расходуемый электрод дуговой электропечи // 2356188

Изобретение относится к специальной области электротехники и может быть использовано при вакуумном дуговом переплаве высокореакционных металлов и сплавов, например титановых.

Расходуемый электрод для получения высокотитанового ферросплава электрошлаковым плавлением // 2335553

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, в частности к конструкции расходуемого электрода, используемого при электрошлаковом переплаве титаносодержащей шихты.

Способ получения расходуемого электрода // 2331679

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к изготовлению прессованных расходуемых электродов из высокореакционных металлов и сплавов, например титановых, для последующего переплава.

Труба повышенной коррозионной стойкости // 2599474

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству труб нефтяного сортамента. Для повышения коррозионной стойкости металла труб в средах, содержащих сероводород (при парциальном давлении H2S до 1,5 МПа) и углекислый газ (при парциальном давлении СО2 до 0,1 МПа) как одновременно, так и в отдельности, и обеспечения предела прочности не менее 655 МПа, предела текучести от 552 до 758 МПа и сопротивления ударным нагрузкам при минус 60°С не менее 70 Дж/см2 трубы получают из стали, содержащей, мас.%: углерод 0,15-0,25, кремний 0,15-0,35, марганец 0,40-0,70, хром 0,70-1,50, молибден 0,10-0,30, ванадий 0,03-0,08, алюминий 0,015-0,050, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, азот не более 0,012, медь 0,15-0,35, никель не более 0,30 (или 0,30-0,70), железо и неизбежные примеси остальное.

Мартенситная коррозионно-стойкая хромсодержащая сталь с улучшенной обрабатываемостью резанием // 2586933

Изобретение относится к области металлургии, а именно к мартенситным коррозионно-стойким сталям, применяемым для изготовления режущего, мерительного инструмента, пружин, предметов домашнего обихода, подшипников, деталей компрессоров и других изделий, работающих до температур 400-450°C и в слабоагрессивных средах.

Предварительно сформованная в горячем состоянии сварная стальная деталь с высокой механической прочностью и способ ее получения // 2569436

Изобретение относится к сварной стальной детали и способу ее изготовления. Заготовка детали получена сваркой встык, по меньшей мере, одного первого и одного второго листа.

Горячештампованное изделие, способ изготовления горячештампованного изделия, энергопоглощающий элемент и способ изготовления энергопоглощающего элемента // 2562654

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению горячештампованного листа, используемого для изготовления энергопоглощающих элементов безопасности транспортных средств.

Стальной лист для применения в горячей штамповке, способ его получения и способ получения высокопрочной детали // 2557114

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стальному листу, используемому для горячей штамповки. Лист выполнен из стали, имеющей следующий химический состав, мас.%: C: 0,05-0,40, Si: 0,001-0,02, Mn: 0,1-3, Al: 0,0002-0,005, Ti: 0,0005-0,01, O: 0,003-0,03, один или оба из Cr и Mo в сумме 0,005-2, остальное Fe и неизбежные примеси.

Нержавеющая сталь мартенситного класса для медицинских инструментов // 2546947

Изобретение относится к области металлургии, а именно к коррозионно-стойким мартенситным сталям, используемым для изготовления медицинских инструментов. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,2-0,3, хром от более 15 до 16, марганец 0,2-0,5, кремний 0,1-0,3, азот от более 0,15 до 0,2, сера не более 0,015, фосфор не более 0,020, железо остальное.

Нержавеющая сталь с хорошей коррозионной стойкостью для топливного элемента и способ ее получения // 2528520

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению листа из нержавеющей стали для разделителя топливного элемента. Лист выполнен из стали, содержащей, в мас.% С: 0,03 или меньше, Si: 1,0 или меньше, Mn: 1,0 или меньше, S: 0,01 или меньше, Р: 0,05 или меньше, Al: 0,20 или меньше, N: 0,03 или меньше, Cr: от 20 до 40, по меньшей мере, один из металлов, выбранный из Nb, Ti и Zr, в сумме: 1,0 или меньше, Fe и неизбежные примеси остальное.

Стальной рельс и способ его изготовления // 2519180

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стальному рельсу, применяемому при железнодорожной перевозке грузов. Рельс выполнен из стали, содержащей в мас.%: от более чем 0,85 до 1,20 С, от 0,05 до 2,00 Si, от 0,05 до 0,50 Mn, от 0,05 до 0,60 Cr, Р ≤ 0,0150, Fe и неизбежные примеси - остальное.

Способ термической обработки жаропрочного и жаростойкого сплава х65нвфт // 2515145

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термической обработке заготовок из сплава Х65НВФТ на основе хрома. Для повышения жаростойкости сплава заготовку из сплава Х65НВФТ подвергают закалке путем нагрева до температуры 1270±10°C с выдержкой при этой температуре в течение 20 мин и охлаждают в масло.

Способ термической обработки жаропрочного и жаростойкого сплава х65нвфт // 2514899

Изобретение относится к области термической обработки. Техническим результатом изобретения является снижение твердости и стабилизация ее значений упрочненных заготовок из сплава Х65НВФТ.

Способ изготовления охлаждающего поддона металлургической печи // 2600046

Изобретение относится к специальной электрометаллургии, а именно к электрошлаковому литью охлаждающего поддона металлургической печи. В способе осуществляют изготовление заготовки поддона электрошлаковым переплавом медного электрода при температуре 1200-1350°С в неохлаждаемый стальной кристаллизатор, внутренние размеры которого соответствуют размерам и форме изготавливаемого поддона, получают заготовку в виде биметаллической отливки со стальным покрытием на двух взаимно параллельных поверхностях большего размера и трех поверхностях меньшего размера, после чего снимают стальное покрытие с одной из параллельных поверхностей большего размера упомянутой отливки с получением медной горизонтальной поверхности рабочей части поддона, предназначенной для размещения внутри печи, а на противоположной ей горизонтальной поверхности со стальным покрытием, используемой в качестве наружной части поддона, фрезеруют канавки, формирующие в нем канал для охлаждающей жидкости, после чего накрывают наружную часть поддона стальным листом и осуществляют последующую его приварку по образующей кромке листа.