Спосіб виробництва литих низьколегованих сталей з карбонітридним зміцненням

Реферат: Спосіб виробництва литих низьколегованих сталей з карбонітридним зміцненням включає виплавку сталі в плавильному агрегаті, її розкиснювання, присадку азотоносія, випуск металу в сталерозливний ківш, введення в ківш розкиснювача, що містить лужноземельні метали, алюмінійвмісних матеріалів та феротитану. Метал в ковші продувают азотом та розливають на відцентроволитій машині з захистом струменя аргоном. UA 94623 U (12) UA 94623 U UA 94623 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до металургії, зокрема до способів виробництва литих низьколегованих сталей з карбонітридним зміцненням. Відомий "Спосіб виробництва литих низьколегованих сталей з карбонітридним зміцненням" по патенту України на винахід № 86996, МПК (2009) С21С7/00, С21С5/00, С22С38/14 (дата публікації 10.06.2009, бюл. № 11). Даний спосіб виробництва литих низьколегованих сталей з карбонітридним зміцненням включає виплавку сталі в плавильному агрегаті, її розкиснювання, присадку азотоносія, випуск металу в сталерозливний ківш, введення в ківш алюмінійвмісних матеріалів і феротитану, заливку металу у форми. При цьому як азотоносій використовується карбамід, який присаджується порціями по 0,05-0,20 кг/т у вигляді спеціальної лігатури на основі подрібненого стандартного феросплаву. Основними перевагами використання способу є: поперше, значне поліпшення механічних та експлуатаційних властивостей, також і холодостійкості литих низьколегованих сталей за рахунок додаткового подрібнення зерна, що досягається завдяки формуванню в металі значної кількості нітридних і карбонітридних фаз. По-друге, незначне підвищення собівартості литих низьколегованих сталей завдяки використанню для їх карбонітридного зміцнення відносно дешевих і масово вироблюваних матеріалів, так як азотоносій використовується карбамід, а як сильні нітридостворюючі елементи - титан та алюміній. У третіх, забезпечується стабільне засвоєння азоту розплавом азотоносія, яким є карбамід, при виключенні браку відливок за рахунок виділення вільного азоту у вигляді пузирів. Недоліком способу виробництва литих холодостійких низьколегованих сталей є те, що він не задовольняє сучасним і перспективним вимогам та експлуатаційним властивостям литих сталей для виготовлення виробів, що працюють в екстремальних умовах крайньої Півночі. Відомий "Спосіб виробництва литих хладостойких низьколегованих сталей" по патенту України на корисну модель № 45724, МПК (2009) С22С29/02 (дата публікації 25.11.2009, бюл. № 22). Даний спосіб виробництва литих низьколегованих сталей з карбонітридним зміцненням включає виплавку сталі в плавильному агрегаті, її розкиснювання, присадку азотоносія, випуск металу в сталерозливний ківш, введення в ківш розкиснювача, тобто модифікатору, що містить лужноземельні метали, алюмінійвмісних матеріалів та феротитану. Основною перевагою використання способу по прототипу є: забезпечення високої і стабільної холодостійкості за рахунок використання як карбонітридного зміцнення, для значного подрібнення зерна, так і диспергування і глобулізація сульфідних і оксидних включень. Недоліком способу виробництва литих низьколегованих сталей з карбонітридним зміцненням в умовах звичайної розливки є обмежена межею розчинності азоту в твердому розчині кількість нітриду алюмінію, що не дозволяє максимально покращувати механічні властивості сталі, в т.ч. і її холодостійкість. Цю проблему вирішує спосіб, що є предметом даної заявки. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити спосіб виробництва литих низьколегованих сталей з карбонітридним зміцненням, в якому для забезпечення високих механічних властивостей сталі, в т.ч. і її холодостійкості, використовують більш високий вміст азоту в рідкому металі, а ніж у прототипі. Поставлена задача вирішується тим, що в способі виробництва литих низьколегованих сталей з карбонітридним зміцненням, що включає виплавку сталі в плавильному агрегаті, її розкиснювання, присадку азотоносія, випуск металу в сталерозливний ківш, введення в ківш розкиснювача, що містить лужноземельні метали, алюмінійвмісних матеріалів та феротитану, згідно з корисною моделлю, додатково метал у ковші продувають азотом та розливають на відцентроволитій машині з захистом струменя аргоном. При цьому як азотоносій може використовуватися карбамід, у вигляді спеціальної лігатури на основі подрібненого стандартного феросплаву; азотований феросплав на базі низько- і середньовуглецевих марок ферохрому, феромарганцю, феросилікомарганцю, азотований металевий марганець і тому подібне. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю істотних ознак корисної моделі і технічних результатом, що досягається, забезпечується наступним. Комплексне мікролегування азотом, алюмінієм і титаном литих низьколегованих сталей приводить до утворення великої кількості нітридних і карбонітридних фаз, що приводять до значного подрібнення зерна і, відповідно, підвищення механічних і експлуатаційних властивостей, в т.ч. холодостійкості. Введення в сталь розкиснювачів (модифікаторів), що містять лужноземельні метали, приводить до активного диспергування і глобулізації сульфідних і оксидних включень, що дозволяє додатково істотно поліпшити холодостійкість литих сталей. При цьому спільне введення азотоносія, алюмінійвмісних матеріалів, феротитану, розкиснювачів (модифікаторів), що містять лужноземельні метали, забезпечує синергетичний ефект від їх комплексного використання, в результаті якого забезпечується краще засвоєння розплавом всіх елементів, що вводяться, а значить, і вищий комплекс механічних та експлуатаційних властивостей литих сталей. 1 UA 94623 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Продування металу в ковші азотом дозволяє: рівномірно розподілити легуючі елементи у всьому об'ємі розплаву і підвищити вміст азоту в сталі. Розливка на відцентроволитій машині забезпечує: по-перше, додаткове значне введення азоту в розплав, завдяки його підсосу з атмосфери і, відповідно, зменшується витрата спеціального присаджуваного азотоносія. Подруге, з'являється можливість фіксації в твердому розчині при кристалізації сталі надмірних концентрацій азоту в порівнянні із статичним розливанням (злитки, безперервна заготівка, звичайне лиття), завдяки додаванню динамічного тиску відцентрових сил на метал. Це приводить до збільшення кількості нітриду алюмінію в сталі і додаткового підвищення її механічних властивостей, в т.ч. і холодостійкості. По-третє, забезпечується очищення сталі від неметалічних включення і шкідливих домішок, які при відцентровому розливанні витісняються на внутрішню поверхню відливання і потім цей шар віддаляється. Захист струменя металу аргоном при його розливанні дозволяє понизити угар алюмінію і титану. З метою оцінки механічних властивостей литих низьколегованих сталей з карбонітридним зміцненням, які отримуються за способом, що заявляється, і по його прототипу, були виплавлені в дуговій сталеплавильній печі ДСП-3 дослідні плавки сталі 10ХСНД, модифікованою карбонітридними титану і нітридами алюмінію, результати яких наведені в таблиці 1. Розкиснювання сталі в печі проводили феромарганцем і феросиліцієм або феросилікомарганцем за звичайною технологією. Потім здійснювали присадку азотоносія, за який на всіх плавках застосовувався карбамід, який вводився в плавильний агрегат трьома порціями по 0,20 кг/т у вигляді спеціальної лігатури на основі подрібненого до фракції - 20 мм феросилікомарганцю марки МнС17. Потім метал випускався в сталерозливний ківш, на дні якого знаходяться: вторинний алюміній марки АВ87 в кількості 1 кг/т і підігрітий розкиснювач, тобто модифікатор, що містить лужноземельні метали. При цьому, на всіх плавках, що проводяться за способом виробництва сталі, що заявляється, та по прототипу, як розкиснювач, тобто модифікатор, який містить лужноземельні метали, застосовувався силікокальцій марки СК20 в кількості 2 кг/т. Після наповнення ковша на ¼ об'єму присаджували феротитан марки ФТи70 в кількості 0,5 кг/т. Заливку металу дослідно-промислових партій здійснювали на серійні відливки відповідно до наявних замовлень (по прототипу) і на відцентроволитій машині ЦЛ-117 (по способу, що заявляється). Після проведення термообробки з виливок вирізалися зразки, які потім випробувалися на розтягування по ГОСТ 1497-78 та ударну в'язкість по ГОСТ 9454-78. Випробування на статичне розтягування проводили на випробувальній машині типу "ТТ-ДМ-L Instron". Швидкість переміщення активного захвату складала 5 мм/хв. Відносна погрішність вимірювання зусилля складала 1 %. Визначення ударної в'язкості проводили на маятниковому копрі "PSWO-30" з запасом енергії 294 Дж. Відносна погрішність вимірювання роботи удару не перевищувала 1 %. Хімічний склад сталі визначали на спектрометрі "SPECTRO-MAX" на зразку, вирізаному з виливків. Вміст азоту в сталі визначався на газоаналізаторах фірми "Leco" з точністю 0,0001 %. Аналіз даних, наведених в таблиці, показав, що використання пропонованого способу виробництва литих низьколегованих сталей з карбонітридним зміцненням (плавки №№ 1-3) в порівнянні з прототипом (плавки №№ 4-7) забезпечує більш високі механічні властивості сталі, в т.ч. і її холодостійкість. Таблиця № з/п/ 1 2 3 4 5 6 7 Загальна кількість присаджуваних в сталь, кг/т Механічні властивості в , т, Карбаміду Алюмінію Феротитану Силікокальцію  ,% МПа МПа 5 Відомий спосіб виробництва сталі (прототип) 0,015 560 375 19,0 0,6 1,0 0,5 2,0 0,016 565 380 19,5 0,015 550 370 19,5 Пропонований спосіб виробництва сталі 0,020 573 417 21,0 0,019 570 405 21,5 0,6 1,0 0,5 2,0 0,021 575 430 20,5 0,020 570 415 21,0 2 Вміст азоту, мас. % сталі -40 KCU , 2 Дж/см 54 50 60 73 74 63 75 UA 94623 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб виробництва литих низьколегованих сталей з карбонітридним зміцненням, що включає виплавку сталі в плавильному агрегаті, її розкиснювання, присадку азотоносія, випуск металу в сталерозливний ківш, введення в ківш розкиснювача, що містить лужноземельні метали, алюмінійвмісних матеріалів та феротитану, який відрізняється тим, що метал в ковші продувають азотом та розливають на відцентроволитій машині з захистом струменя аргоном. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3