СПОСОБ ВЫПЛАВКИ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ ПЕРЕХОДНОГО КЛАССА
PROCEDURE FOR MELTING STAINLESS STEEL OF TRANSIENT CLASS

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к способам плавки нержавеющих сталей переходного класса, например ВНЛ-1, ВНЛ-2, ВНЛ-3, ВНЛ-5 и др.
Известен способ выплавки стали переходного класса ВНЛ-1 в открытой печи, включающий расчет шихты на избыток мартенсита, доводку до заданного фазового состава при плавке производят присадками хрома, никеля, углерода, причем сталь раскисляют в две стадии: предварительно Mn, Si, Ti и Аl, окончательно 0,1% Са, Si, или 0,05% Сl (Королев В.М. и др. Высокопрочная нержавеющая сталь ВНЛ-1, Литейное производство, №6, 1966, с.3-5).
2
Недостатком известного способа является низкий уровень механических свойств и большие затраты, необходимые для производства тонкостенных крупногабаритных отливок. Например, способ не исключает полного удаления легкоплавких окислов МnО·SiO и их отсутствия по границам зерен, а длительность процесса приводит к большим затратам энергии.
Наиболее близким по технической сущности является способ выплавки сталей переходного класса в вакуумной индукционной печи, включающий загрузку шихты, нагрев стали до температуры расплава (1530±10°С), предварительное раскисление, перегрев стали до температуры 1610±40°С и окончательное раскисление. (Производственная инструкция 1. 2. 257-84 «Выплавка литейных высокопрочных конструкционных и коррозионно-стойких сталей в открытых условиях и в вакууме и получение фасонных отливок», М., ВИАМ, с.7-11).
Недостатком известного способа является низкий уровень механических свойств и большие затраты, необходимые для производства тонкостенных крупногабаритных отливок. Заливка крупногабаритных отливок с толщиной стенок до 1 мм недостижима из-за недостаточной жидкотекучести расплава.
Целью изобретения является повышение уровня механических свойств стали, необходимых для производства тонкостенных крупногабаритных отливок.
-1
-2
Технический результат достигается тем, что в способе выплавки нержавеющих сталей переходного класса, включающем загрузку шихты, нагрев до температуры расплава, предварительное раскисление, перегрев стали, окончательное раскисление лигатурой, содержащей редкоземельный компонент, и разливку в вакууме или среде нейтрального газа, в качестве шихты используют исходную сталь с показателями магнитной индукции на нижнем пределе, расплавление шихты до температуры 1400-1420°С ведут при глубоком вакууме 1·10-1·10 мм рт. ст., после чего нагрев расплава до температуры разгона плены 1700-1730°С ведут при относительно низком давлении 20-50 мм рт. ст. в среде инертного газа, а за 2-3 минуты перед разливкой раскисляют лигатурой, содержащей редкоземельный компонент.
Установлено, что в процессе плавки при высоких температурах происходит угар углерода и никеля (С, Ni). Использование исходной стали в качестве шихты, с показателями магнитной индукции на нижнем пределе, обеспечивает экономию С и Ni.
-1
-2
Расплавление шихты при температуре 1400-1420°С ведут интенсивно на максимальной мощности при глубоком вакууме 1·10-1·10 мм рт. ст., что позволяет быстро провести эту стадию процесса плавки, не опасаясь угара легирующих элементов. Снижение вакуума производят напуском в плавильную камеру вакуумной печи инертного газа, например аргона.
Нагрев расплава до высоких температур 1700-1730°С при относительно низком давлении 20-50 мм рт. ст. в атмосфере инертного газа позволяет сохранить соотношение аустинитообразующих компонентов (углерода, никеля, кобальта, марганца) с мартенситообразующим компонентом (железом) и сохраняет показатели магнитной индукции, гарантирующие высокие показатели механических свойств.
Раскисление лигатурой, содержащей редкоземельный компонент, за 2-3 минуты перед разливкой, обеспечивает очистку расплава от загрязнений.
Способ реализуют следующим образом. В качестве шихты для выплавки стали используют компоненты: исходная сталь заводов поставщиков или литейный возврат собственного производства и легирующие компоненты для получения заданного химического состава по ОСТ 1.90090-79.
-1
-2
Исходную сталь совместно с другими компонентами загружают в тигель вакуумной индукционной печи. Первый этап плавки (нагрев шихты) и появления расплава при температуре 1400-1420°С ведут интенсивно на максимальной мощности при глубоком вакууме 1·10-1·10 мм рт. ст., который создают напуском в плавильную камеру вакуумной печи инертного газа, например аргона.
После полного расплавления всей шихты нагрев расплава до высоких температур разгона плены, равных 1700-1730°С, ведут при относительном давлении 20-50 мм рт. ст. в среде инертного газа. За 2-3 минуты до разливки металла в формы производят раскисление лигатурой, содержащей редкоземельный компонент, например церий.
Приготовленный расплав заливают в форму, установленную в вакуумной плавильной печи.
Достигаемые показатели механических свойств отливок по ОСТ 1.90090-79, прототипу и предлагаемому способу приведены в таблице.
Пример конкретного выполнения.
Известным способом изготавливают форму крупногабаритной тонкостенной отливки методом выплавляемых моделей. Перед заливкой форму прокаливают в газовой печи. Прокаленную форму с температурой 950-1050° устанавливают в вакуумную плавильную установку. В тигель плавильной печи вакуумной установки укладывают компоненты шихты: исходную сталь ВНЛ-5 завода поставщика с показателями магнитной индукции на нижнем пределе 160-165 мкА, литейный возврат собственного производства из этой же стали и легирующие компоненты по ОСТ 1.9000-79.
-1
-2
Установку закрывают и вакууммируют внутреннее пространство. Расплавление шихты до температуры 1400-1420°С ведут при остаточном давлении 1·10-1·10 мм рт. ст., после чего снижают давление в плавильной установке напуском аргона до остаточного - 20-50 мм рт. ст. Нагревают расплав до температуры разгона плены 1700-1730°С, а за 2-3 минуты перед разливкой - раскисляют лигатурой, содержащей радиоземельный компонент - церий. Затем расплав доводят до температуры заливки 1730°С и заливают в форму, установленную в вакуумной установке. Через 3-5 минут производят напуск воздуха в плавильную камеру установки, последнюю открывают и извлекают залитую форму.
Таблица
Марка стали
Механические свойства по
Механические свойства, предлагаемый
ОСТ 1.90090-79
способ
σ<sub>в</sub> кгс/мм<sup>2</sup>
σ<sub>0,2</sub> кгс/ мм<sup>2</sup>
δ %
Ψ %
a<sub>н </sub>кгм/см<sup>2</sup>
σ<sub>в</sub> кгс/мм<sup>2</sup>
σ<sub>0,2</sub> кгс/ мм<sup>2</sup>
δ %
Ψ %
a<sub>н </sub>кгм/см<sup>2</sup>
20°С
-196°С
20°C
-196°C
Не менее
НЛ-1
100
70
12
30
4
Не регламентируется
128-134,8
101,4-109,1
20-29,4
63-68
8,9-12,0
7,9-14,4
НЛ-2
135
90
10
30
4
139-146
101-118
12,5-18,9
61-68
7,2-14,3
-
НЛ-3
125
90
12
35
45
130-
99-
14-
54-
12,3
-
110
85
14
40
145
124
20
62
17,3
НЛ-5
150
120
12
30
4
152-
122-
18,4-
49-
6,9-
-
163
136
22,0
56
8,1