Спосіб одержання заготовок з аустенітних хромонікелевих сталей, стабілізованих титаном

1. Спосіб одержання заготовок з аустенітних хромонікелевих сталей, стабілізованих титаном, що включає розплавлення шихти в електродуговій печі з одержанням розплаву, продувку його кис U 2 (19) 1 3 його киснем, наступне доведення розплаву по хімічному складі, розливання його в злитки, термомеханічну обробку злитків з одержанням заготовок, їх наступну термообробку шляхом нагрівання заготовок до температури загартування, витримку протягом часу і охолодження заготовок у воді (див. ТУ «ДСС» 001-2004р. Технічні умови ВАТ «Днепроспецсталь», Запоріжжя, 2004p.). У відомому способі термічну обробку отриманих заготовок здійснюють шляхом їхнього нагрівання до температури загартування рівної 10201100°С і витримують при цій температурі протягом 2,5-4,5 годин з наступним охолодженням у воді. Недоліком відомого способу є невисокі механічні характеристики, а саме низька ударна в'язкість металу в напрямку перпендикулярному напрямку деформації заготовок, а також низький вихід придатного продукту. Це пов'язане з тим, що при кристалізації металу в злитках з аустенітних хромонікелевих сталей стабілізованих титаном при вмісті сірки 0,0150,030%, мас. утворюється титанова евтектика, що розташовується по границях дендритних гілок первинного фериту, при цьому сульфідна фаза являє собою безперервний кістяк з пластинчастими гілками. При термомеханічній обробці злитка сульфіди титану не деформуються, а крихко дробляться і вистроюються в отриманій заготовці у вигляді суцільних ланцюжків у напрямку деформації, створюючи спрямований розподіл сульфідів уздовж заготовки, що викликає анізотропію механічних властивостей у поперечному напрямку заготовки. Наступна термічна обробка заготовок, що представляє собою їхнє нагрівання під загартування до температури 1020-1100°С із витримкою 2,5-4,5 години, не забезпечує повного розчинення сульфідів і карбосульфідів титану. У результаті цього, при наступному загартуванні і охолодженні заготовок, вид сульфідів титану і характер їх розподілу по перетину заготовки істотно не змінюється. Сульфіди титану формуються у вигляді ланцюжків уздовж заготовки з деяким періодичним розривом їх суцільності. Спостерігаються також одиничні глобулярні утворення сульфідів титану, хаотично розподілених по перетину заготовки. Внаслідок цього, не забезпечується рівномірність механічних властивостей, а саме ударної в'язкості по перетину заготовки, що приводить до зниження виходу придатного продукту. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу одержання заготовок з аустенітних хромонікелевих сталей стабілізованих титаном шляхом введення нових режимів термічної обробки заготовок, що дозволяє регулювати кінетику утворення сульфідів і карбосульфідів титану, а також природу титановмісних неметалічних включень, характер їх розподілу в металі заготовки, що зумовлює зниження рівня анізотропії механічних властивостей, а саме ударних характеристик у поперечному напрямку заготовки, а також підвищення придатного продукту. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі одержання заготовок з аустенітних хромонікелевих сталей стабілізованих титаном, що включає розплавлення шихти в електродуговій 57953 4 печі з одержанням розплаву, продувка його киснем, наступне доведення розплаву по хімічному складу, розливання його в злитки, термомеханічну обробку злитків з одержанням заготовок, їх наступну термообробку шляхом нагрівання заготовок до температури загартування, витримку протягом часу і охолодження заготовок у воді, відповідно до корисної моделі, новим є те, що заготовки нагрівають до температури загартування рівної 11011130°С і витримують протягом 5-10 годин, причому температуру нагрівання заготовок під загартування і час їх витримки вибирають із співвідношення, відповідно: Т=1230(S+0,05d·10-3)+1070; =153,8(S+0,05d10-3)+1,54, де, S - вміст сірки в готовій сталі, %, мас; d - діаметр заготовки, мм. Новим є також те, що вміст сірки в сталі становить 0,015-0,030%, мас. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак та технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. Проведення термічної обробки заготовок у заявлених режимах, а саме нагрівання під загартування в межах 1101-1130°С при часі витримки рівному 5-10 годин, відбувається повне розчинення сульфідів і карбосульфідів титану в -залізі. При цьому вибір температури нагрівання під загартування та час витримки згідно до вищевказаних експериментально встановлених залежностей, які враховують вміст сірки у конкретної марки сталі, а також геометричні параметри заготовки, дозволяє встановити оптимально необхідні і достатні значення цих параметрів, при яких при наступному загартуванні заготовок забезпечується процес сфероїдизації та коалесценції сульфідів титану з утворенням одиничних крапкових утворень, рівномірно розподілених у металі по перетину заготовки. Завдяки цьому, досягається максимально низький рівень анізотропії механічних властивостей металу в поперечному напрямі заготовки, забезпечується підвищення ударних властивостей металу, що дозволяє значно збільшити вихід придатного продукту. Вміст сірки в сталі заготовок у межах 0,0150,030% мас. обирається відповідно до того, що заявлені хромонікелеві аустенітні сталі з таким вмістом сірки, мають високу здатність металу до наступної механічної обробки, наприклад, різанням і т.і. Спосіб одержання заготовок з аустенітних хромонікелевих сталей стабілізованих титаном здійснюється в такий спосіб. Здійснюють розплавлення розрахункової кількості шихти необхідного складу в електродуговій печі ємністю 50 т. Потім отриманий розплав (напівпродукт) продувають аргонно-кисневою сумішшю в агрегаті газокисневого рафінування з метою зниження вмісту вуглецю в розплаві. Швидкість і величина витрати кисню залежить від вмісту вуглецю в напівпродукті та хімічного складу сталі. Доведення металу по хімічному складі, що включає його гомогенізацію, рафінування і остаточне розкислення проводять в установці піч-ківш. 5 57953 Метал заданого складу марки сталі, яка виплавляється, розливають у злитки масою 3,5-6,5 т. Потім отримані злитки піддають термомеханічній обробці, наприклад куванню, при температурі 1100-1280°С на пресі 6000 з одержанням заготовок певного профілю, наприклад циліндричні діаметром більш ніж 160 мм, або ж прямокутного перетину і т.і. Заготовки піддають природному охолодженню на повітрі. Для термічної обробки заготовок їх піддають нагріванню до температури загартування 1101-1130°С і витримують протягом часу від 5 до 10 годин. Температуру нагрівання заготовок з конкретної марки сталі і час витримки обирають залежно від вмісту в ній сірки по вищевказаним залежностям. Приклад конкретного виконання способу (№7 у Таблиці). В електродуговій печі ємністю 50 т розплавляють шихту відповідної марки сталі 08Х17Н13М2Т при вмісті первинного вуглецю в напівпродукті рівному 0,90% мас. Потім отриманий розплав заливають в агрегат газокисневого рафінування з донним дуттям і продувають аргоннокисневою сумішшю при співвідношенні - аргон: кисень, рівному від 1:10 до 10:1 (зміну співвідношення аргону і кисню проводять по спеціальній програмі). Витрата газокисневої суміші становить: 40 м3 на тонну сталі за хвилину протягом 100 хвилин. Обробку роблять до досягнення вуглецю в металі до 0,05%, мас. Далі розплав переливають в установку піч-ківш, де роблять його доведення до заданого хімічного складу. Для цього здійснюють рафінування (обробка аргоном), розкислення металу (введення феросиліцію, алюмінію і титану). Вміст сірки в сталі становить 0,022%, мас. Отриманий розплав розливають у злитки вагою 6 6,5 т і охолоджують на повітрі до кімнатної температури. Потім злитки піддають гарячому куванню на пресі при температурі 1250°С і одержують циліндричні заготовки діаметром 300 мм, які охолоджують на повітрі і ріжуть на мірні довжини. Для термічної обробки отриманих заготовок зі сталі вищевказаної марки з вмістом сірки 0,022% мас. і при діаметрі 300 мм розраховують температуру нагрівання в відповідності до залежності, що заявляється: Т°С=1230(0,022+0,0530010-3)+1070=1115,5°С і відповідно час витримки заготовок: =153,8(0,022+0,0530010-3)+1,54=7,2 год. Після витримки заготовок протягом розрахованого часу здійснюють їх загартування у воді і подальше охолодження на повітрі. Визначають механічні характеристики металу в заготовці, а саме роботу удару на поперечних зразках (зразках типу Т), за загальновідомою методикою відповідно до Держстандарту 9454-78 на механічному копрі МК-30. Отримані результати надані в Таблиці. Середнє значення обумовленої характеристики підраховують за результатами випробувань не менш трьох зразків на кожне місце відбору зразка. Структура - мартенсит; бал діючого зерна – 9. Додатково, відповідно до заявленої корисної моделі, був отриманий ряд заготовок із різних марок хромонікелевих сплавів, стабілізованих з різним вмістом S і діаметром d. У кожному конкретному прикладі розраховували температуру загартування і час витримки. Результати випробувань зразків на механічні характеристики надані в Таблиці. Таблиця № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Марка сталі 08Х18Н10Т 08Х18Н10Т 08Х18Н10Т 08Х18Н10Т 08Х18Н10Т 08Х17Н13М2Т 08Х17Н13М2Т 08Х17Н13М2Т 12Х18Н10Т 12Х18Н10Т 08Х18Н10Т 08Х18Н10Т 08Х17Н13М2Т 08Х17Н13М2Т прототип Вміст Температура Діаметр/ заго- Робота Час витримки, Вихід придатносірки, % нагріву під закатовки, мм удару, Дж год. го, од. мас. лку, °С 0,012 300 92 1103 5,69 1,50 0,015 200 87 1101 5,39 1,50 0,020 300 76 1113 6,92 1,50 0,030 300 65 1125 8,46 1,50 0,035 300 54 1132 9,23 0,98 0,017 200 83 1103 5,69 1,00 0,022 300 79 1116 7,23 1,50 0,035 200 55 1125 8,46 1,00 0,012 200 89 1097 4,92 1,50 0,020 200 81 1107 6,15 1,50 0,020 100 93 1101 5,39 1,50 0,029 400 67 1130 9,08 1,50 0,020 120 95 1102 5,54 1,50 0,020 300 52 1060 4,30 1,00 Примітка:  - вихід придатної продукції за прототипом прийнятий за 1,0 (одиницю). Як видно з Таблиці, робота удару одержаних заготовок, згідно способу, який заявляється, скла дає від 65 до 95Дж, що перевищує даний показник за прототипом на 20-50%. 7 57953 Таким чином, використання способу, який заявляється, для виготовлення заготовок з аустенітної хромонікелевої сталі стабілізованої титаном, дозволить (порівняно з прототипом) одержати високоякісні заготовки з мінімальними втратами, підвищити продуктивність процесу, а також вихід Комп’ютерна верстка М. Ломалова 8 придатного продукту в 1,2-1,5 рази та знизити собівартість продукції. У способі одержання заготовок, який заявляється, використовується стандартне устаткування вітчизняного виготовлення та відомі матеріали, що підтверджує промислову придатність способу. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601