2228235 - Стальная отливка (варианты) и стальной материал с улучшенной обрабатываемостью, способ переработки расплавленной стали (варианты) и способ получения стальной отливки и стального материала

Стальная отливка (варианты) и стальной материал с улучшенной обрабатываемостью, способ переработки расплавленной стали (варианты) и способ получения стальной отливки и стального материала

Реферат

Настоящее изобретение относится к стальной отливке с улучшенной обрабатываемостью и качеством, с малым количеством поверхностных раковин и внутренних дефектов, обладающей структурой затвердевания с одинаковым размером зерен, и к стальному материалу, полученному при переработке стальной отливки, а также к способам переработки расплавленной стали, которые могут улучшить качество и обрабатываемость стали путем усиления роста затвердевших зародышей и очистить структуру затвердевания при получении слитка или стальной отливки из расплавленной стали после того, как она была подвергнута обезуглероживающей очистке с использованием способа отливки слитка или способа непрерывного литья. Изобретение относится к способу литья хромсодержащей стали с небольшим числом поверхностных раковин и внутренних дефектов, имеющей мелкодисперсную структуру затвердевания, и к бесшовным стальным трубам, полученным с использованием этой стали. По изобретению стальная отливка с улучшенной обрабатываемостью имеет зону, где не менее 60% от общего поперечного ее сечения заняты равноосными кристаллами, диаметр (в мм) которых удовлетворяет следующей формуле: D<1,2X^{+0,75, в которой D означает диаметр (мм) отдельных равноосных кристаллов внутренней структуры, в которой кристаллы имеют одинаковую ориентацию, и Х является расстоянием (в мм) от поверхности стальной отливки до данного кристалла. Стальная отливка и стальной материал, полученный переработкой стальной отливки, имеют очень мало поверхностных изъянов и внутренних дефектов. 9 с. и 25 з.п. ф-лы, 20 ил., 14 табл.}

Кроме того, настоящее изобретение относится к способу переработки расплавленной стали, который может улучшить качество и обрабатываемость стали путем усиления роста затвердевших зародышей и очистить структуру затвердевания при получении слитка или стальной отливки из расплавленной стали после того, как она была подвергнута обезуглероживающей очистке с использованием способа отливки слитка или способа непрерывного литья.

Более того, настоящее изобретение относится к способу литья хромсодержащей стали с небольшим числом поверхностных раковин и внутренних дефектов, имеющей мелкодисперсную структуру затвердевания, и к бесшовным стальным трубам, полученным с использованием этой стали.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

До сих пор стальные отливки получали литьем расплавленной стали в плоские заготовки, блюмы, заготовки и отлитые полосы и т.д. с помощью способов литья слитков с использованием неподвижных литейных форм и с помощью способов непрерывного литья с использованием вибрационных литейных форм, ленточных и полосовых литейных машин и т.д. и путем их нарезания на куски заданного размера.

Указанные стальные отливки нагревают в перегревающих печах и т.д. и затем перерабатывают, чтобы получить стальные листы и профили и т.д., путем черновой прокатки и чистовой прокатки и т.д.

Аналогично, стальные отливки для бесшовных стальных труб получают путем отливки расплавленной стали в блюмы и заготовки с использованием способов литья слитков и способов непрерывного литья. Указанные стальные отливки нагревают в перегревающих печах и т.д., затем подвергают черновой прокатке и подают на стадию производства труб в виде стального материала для производства труб. Далее стальной материал формуют после повторного нагревания, придавая ему прямоугольную или круглую форму, и затем заготовку прошивают с помощью оправки, чтобы получить бесшовные трубы.

Структуры затвердевания стальных отливок до переработки, а также условия переработки, такой как прокатка и т.д., оказывают существенное влияние на свойства стального материала.

В общем структура стальной отливки, как показано на фиг.7, состоит из относительно мелких быстро охлажденных кристаллов в поверхностном слое, который охлаждается и быстро затвердевает в литейной форме, крупных столбчатых кристаллов, образующихся внутри поверхностного слоя, и равноосных кристаллов, образующихся в центральной части. В некоторых случаях столбчатые кристаллы могут доходить до центральной части.

Когда в поверхностном слое стальной отливки существуют крупные столбчатые кристаллы, как упоминалось выше, мигрирующие элементы, медь и т.п., и их химические соединения сегрегируются на границах зерен крупных столбчатых кристаллов, что приводит к хрупкости этих мест сегрегации и, вследствие неравномерного охлаждения, в поверхностном слое стальной отливки образуются поверхностные изъяны, такие как трещины и насечки и т.п. В результате ухудшается выход из-за увеличения объема восстановительных работ, таких как шлифование и зачистка стальной отливки.

При переработке упомянутой выше стальной отливки посредством прокатки и т.п., вследствие анизотропии деформации, вызванной увеличением размера зерен неравномерных кристаллов, деформационные свойства в перпендикулярном направлении становятся отличными от свойств в продольном направлении, и могут возникать такие дефекты, как ужимины и трещины и т.п. Кроме того, ухудшаются такие свойства, как параметр r (показатель протяжки) и/или появляются поверхностные изъяны, такие как складки (в частности, образование гребней и бороздок в листах нержавеющей стали).

В частности в материале из нержавеющей стали, для которого важным является внешний вид, возникают такие поверхностные изъяны, как дефекты кромки шва и бороздки, которые приводят к ухудшению внешнего вида и к увеличению числа краевых обрезков.

Кроме того, когда бесшовные стальные трубы получают из упомянутой выше стальной отливки, в стальной трубе остаются поверхностные изъяны, такие как ужимины и трещины или внутренние дефекты, такие как внутренние трещины, пустоты и осевая ликвация, имеющиеся в стальной отливке. Более того, в ходе производства труб, формование и прошивка способствуют образованию упомянутых выше дефектов, и на внутренней поверхности стальных труб образуются такие дефекты, как трещины и ужимины. Это приводит к снижению выхода из-за увеличения объема восстановительных работ, таких как шлифование и зачистка стальной отливки.

Эта тенденция отчетливо проявляется в бесшовных трубах из ферритной нержавеющей стали, содержащей хром.

Когда крупные столбчатые кристаллы и большие равноосные кристаллы находятся внутри стальной отливки, внутренние дефекты, такие как внутренние трещины, образовавшиеся в результате деформации, вызванной утолщением и правкой и т.п., в стальной отливке генерируется центральная пористость, образовавшаяся в результате сжатия при затвердевании расплавленной стали, и осевая ликвация, вызванная течением незатвердевшей расплавленной стали на последней стадии затвердевания.

Таким образом, поверхностные изъяны, образовавшиеся на стальной отливке, вызывают снижение выхода из-за увеличения объема восстановительных работ, таких как шлифование и частая зачистка поверхности. Если эта стальная отливка используется для такой переработки, как черновая прокатка и чистовая прокатка и т.п., кроме поверхностных раковин, образовавшихся на стальной отливке, в стальном материале остаются внутренние дефекты, такие как внутренние трещины, центральная пористость и осевая ликвация и т.п., что приводит к отбраковыванию при ультразвуковом испытании (УЗИ), снижению прочности или ухудшению внешнего вида, и в последующем увеличивается объем восстановительных работ, и необходима частая зачистка стального материала.

Образование поверхностных изъянов и внутренних дефектов в стальной отливке можно подавить, улучшая структуру затвердевания стальной отливки.

Кроме того, образование поверхностных раковин, таких как поверхностные дефекты и насечки, вызванные неравномерным охлаждением и неравномерным уменьшением объема, возникающим при затвердевании стальной отливки можно подавить, создавая однородную и мелкодисперсную структуру затвердевания стальной отливки.

Более того, образование внутренних дефектов, таких как внутренние трещины, центральная пористость, осевая ликвация и т.п., вызванные уменьшением объема при затвердевании и течением незатвердевшей стали и т.п. внутри стальной отливки, можно подавить, увеличивая долю равноосных кристаллов внутри стальной отливки.

Поэтому для подавления образования поверхностных раковин и внутренних дефектов стальной отливки и полученного из нее стального материала и для улучшения обрабатываемости и качества стальной отливки, такого как ударная вязкость и т.п., важно подавить укрупнение столбчатых кристаллов в поверхностном слое стальной отливки, чтобы повысить долю равноосных кристаллов внутри стальной отливки и создать в целом однородную и мелкодисперсную структуру затвердевания.

Для решения этих проблем были предприняты различные меры, предотвращающие возникновение поверхностных раковин и внутренних дефектов в стальной отливке и стальном материале, полученном из нее, с тем, чтобы создать форму включений в расплавленной стали и превратить структуру затвердевания в мелкодисперсную структуру равноосных кристаллов, регулируя процесс затвердевания.

В числе прочих мер увеличения доли равноосных кристаллов в структуре затвердевания стальной отливки известны следующие: 1) способ отливки при низкой температуре, путем понижения температуры расплавленной стали, 2) способ электромагнитного перемешивания расплавленной стали в процессе затвердевания и 3) способ генерирования оксидов и включений в расплавленной стали путем добавления их или других компонентов в расплавленную сталь, которые действуют в качестве зародышей затвердевания в процессе затвердевания расплавленной стали, или способ, сочетающий указанные выше способы 1)-3).

В качестве варианта воплощения, относящегося к низкотемпературному литью по указанному выше способу 1), например, в опубликованной (после экспертизы) заявке Японии №7-84617 описан способ предотвращения образования гребней в листовой ферритной нержавеющей стали путем выделения стальной отливки при ее охлаждении в литейной форме и поддержании температуры перегрева (температуры, полученной путем вычитания температуры ликвидуса расплавленной стали из фактической температуры расплавленной стали) не выше чем 40С, при непрерывном разливе расплавленной стали и путем поддержания доли равноосных кристаллов в стальной отливке не ниже чем 70%.

Однако, согласно способу, раскрытому в опубликованной (после экспертизы) заявке Японии №7-84617, поскольку уменьшается температура перегрева, возникают проблемы: закупорки разливочного стакана, которая вызвана затвердеванием расплавленной стали при литье, что затрудняет литье из-за адгезии гарнисажа; предотвращения флотации включений, что вызвано увеличением вязкости; и генерирования дефектов, обусловленных включениями, оставшимися в расплавленной стали. Поэтому этим способом трудно снизить температуру перегрева в такой степени, чтобы можно было получить стальную отливку с достаточной долей равноосных кристаллов.

Таким образом, до сих пор не было ясно, какой размер зерен равноосных кристаллов, расположенных от поверхностного слоя внутрь стальной отливки, является желательным и насколько однородной должна быть структура затвердевания.

В опубликованной (до экспертизы) заявке Японии №57-62804 описан способ обжатия стальной отливки и связывания центральной зоны под действием давления, в условиях, когда незатвердевшая часть остается внутри, для того чтобы исключить внутренние дефекты, такие как центральная пористость стальной отливки и т.п.

Однако, в соответствии со способом, описанным в опубликованной (до экспертизы) заявке Японии №57-62804, поскольку центральная часть стальной отливки связывается в результате снижения давления, когда большая часть стальной отливки является незатвердевшей, хрупкий затвердевший слой подвергается значительной нагрузке обжатия, что вызывает внутренние трещины и осевую ликвацию, и т.п. С другой стороны, при недостаточном обжатии существует проблема, что останутся внутренние дефекты, такие как центральная пористость и т.п., что приводит к образованию таких дефектов на внутренней поверхности, как трещины и ужимины, когда стальная отливка прошивается в процессе производства труб; это вызывает ухудшение качества стальных труб.

Как упоминалось выше, с помощью традиционных способов трудно получить хромсодержащую стальную отливку, обладающую мелкодисперсной структурой затвердевания и контролируемым количеством поверхностных раковин и внутренних дефектов, чтобы в последующем получить трубу, не разрывая (при воздействии значительного обжатия) непрерывную стальную отливку. Более того, до сих пор было не ясно, какой вид литья и обработки стальной отливки необходимо осуществлять, для того чтобы стабильно получать в промышленном масштабе трубы из хромсодержащей стали (ферритной нержавеющей стали) без дефектов.

Кроме того, в качестве способа применения электромагнитного перемешивания расплавленной стали, в соответствии с указанным выше способом 2), например, в опубликованных (до экспертизы) заявках Японии №49-52725 и 2-151354, раскрыт способ улучшения структуры затвердевания стальной отливки путем использования электромагнитного перемешивания расплавленной стали в литейной форме или после литейной формы, в ходе процесса затвердевания, что способствует флотации включений и контролирует рост столбчатых кристаллов.

Однако, в соответствии со способом, описанным в опубликованных (до экспертизы) заявках Японии №49-52725 и 2-151354, когда на расплавленную сталь вблизи литейной формы воздействует перемешивающий поток, вызванный электромагнитным полем, хотя структура затвердевания части поверхностного слоя стальной отливки может стать дисперсной, структура внутри стальной отливки не может стать достаточно дисперсной. С другой стороны, когда на расплавленную сталь воздействует перемешивающий поток после литейной формы, хотя структура затвердевания внутри стальной отливки может стать дисперсной, на части поверхностного слоя стальной отливки образуются крупные столбчатые кристаллы, и таким образом, невозможно одновременно получить дисперсные структуры затвердевания во внутренней части и в поверхностном слое стальной отливки.

Более того, воздействуя только перемешивающим потоком на расплавленную сталь в ходе процесса затвердевания в электромагнитном поле, трудно получить стальную отливку, имеющую дисперсную структуру затвердевания с заданным размером зерен, и таким образом, влияние электромагнитного перемешивания на улучшение структуры затвердевания является ограниченным.

Кроме того, в качестве способа использования электромагнитного перемешивания расплавленной стали, как описано в опубликованной (до экспертизы) заявке Японии №50-16616, существует способ предотвращения образования гребней под действием электромагнитного перемешивания расплавленной стали в ходе процесса затвердевания, срезания верхушек растущих столбчатых кристаллов, использование срезанных верхушек столбчатых кристаллов в качестве зародышей твердой фазы и контроля доли равноосных кристаллов в структуре затвердевания стальной отливки на уровне не менее 60%. Однако, в соответствии со способом, описанным в опубликованной (до экспертизы) заявке Японии №50-16616, поскольку электромагнитное перемешивание используется для стальной отливки, покидающей литейную форму, столбчатые кристаллы остаются в поверхностном слое стальной отливки. Таким образом, на стальной отливке имеются поверхностные изъяны, такие как трещины и насечки, вызванные столбчатыми кристаллами, и на стальном материале, переработанном путем прокатки и т.п., кроме ужимин и трещин, имеются поверхностные изъяны, такие как гребни.

Кроме указанных, существуют способы, которые описаны в опубликованной (до экспертизы) заявке Японии №52-47522, для получения стальной отливки с дисперсной структурой затвердевания, путем введения электромагнитной мешалки на расстоянии от 1,5 до 3,0 м от уровня мениска в литейной форме непрерывного литья, при тяге 60 мм рт.ст., и, как раскрыто в опубликованной (до экспертизы) заявке Японии №52-60231, для получения стального материала, не содержащего внутренних дефектов, таких как осевая ликвация, центральная пористость, и т.п., путем литья расплавленной стали при температуре перегрева от 10 до 50С, также с использованием электромагнитного перемешивания незатвердевшего слоя стальной отливки при литье и превращением структуры затвердевания в дисперсную структуру, состоящую из равноосных кристаллов.

Однако, в соответствии со способом, описанным в опубликованной (до экспертизы) заявке Японии №52-47522, поскольку растущие столбчатые кристаллы (дендритной структуры) подавляются путем использования электромагнитного перемешивания расплавленной стали в ходе затвердевания в литейной форме, хотя вблизи области приложения электромагнитного перемешивания структура затвердевания может стать в некоторой степени дисперсной, для получения стальной отливки, имеющей полностью дисперсную структуру затвердевания, все же существует проблема, состоящая в том, что необходимо многоступенчатое электромагнитное перемешивание и, таким образом, возрастают затраты на оборудование. Более того, монтаж многоступенчатой электромагнитной мешалки является чрезмерно сложным с точки зрения места монтажа, и таким образом, способ, описанный в опубликованной (до экспертизы) заявке Японии №52-47522, имеет ограничения при получении стальной отливки с полностью дисперсной структурой затвердевания.

Кроме того, в соответствии со способом, раскрытым в опубликованной (до экспертизы) заявке Японии №52-60231, поскольку используется низкотемпературное литье, существует проблема закупорки разливочного стакана из-за осаждения включений на внутренней поверхности погруженного стакана; на поверхности расплавленной стали образуется корка из-за перепада температуры расплавленной стали в литейной форме, и таким образом, в некоторых случаях режим работы становится нестабильным, и процесс литья прерывается.

Как отмечено выше, в случае низкотемпературного литья, из-за снижения температуры литья расплавленной стали возникают такие проблемы, как прерывание литья, вызванное закупоркой погружаемого стакана, используемого для разлива расплавленной стали в литейную форму, и снижение скорости литья, вызванное уменьшением количества подаваемой расплавленной стали, и таким образом, затруднительно снизить температуру литья в такой степени, чтобы можно было стабильно получать дисперсную структуру затвердевания стальной отливки.

Кроме того, в случае использования электромагнитной мешалки, даже несмотря на локальное применение электромагнитного перемешивания в процессе затвердевания расплавленной стали, недостатком является то, что образуются столбчатые кристаллы и крупные равноосные кристаллы, что является причиной поверхностных изъянов и внутренних дефектов, и в результате снижается выход из-за увеличения объема восстановительных работ, и частой зачистки, причем качество стального материала также ухудшается из-за внутренних дефектов, таких как внутренние трещины и центральная пористость и т.п.

С другой стороны, можно рассмотреть получение структуры затвердевания, дисперсной по всему сечению стальной отливки, путем введения множества электромагнитных мешалок на расположенной снизу стороне литейной формы, включая мениск. Однако, поскольку степень дисперсности изменяется в зависимости от места приложения перемешивания, невозможно стабильно получать структуру затвердевания, дисперсную по всей стальной отливке. Если требуется получить стабильную и дисперсную структуру затвердевания, то увеличивают число электромагнитных мешалок, которые следует монтировать. Поскольку число монтируемых электромагнитных мешалок ограничивается затратами на оборудование и конфигурацией непрерывной литейной машины, сам монтаж необходимого числа мешалок является затруднительным. В любом случае, даже если монтируется множество электромагнитных мешалок, нельзя получить достаточно дисперсную структуру затвердевания.

Кроме того, в качестве варианта воплощения способа генерирования оксидов и включений в расплавленной стали, которые выполняют роль зародышей твердой фазы, путем добавления самих оксидов, или включений, или других компонентов в расплавленной стали, в соответствии с описанным выше способом 3), например, в опубликованной (до экспертизы) заявке Японии №5390129 раскрыт способ превращения всей структуры затвердевания стальной отливки в равноосные кристаллы путем добавления в расплавленную сталь проволоки, в которую закатан порошок железа и оксиды Со, В, W и Мо, и др., и воздействия перемешивающего потока в том месте, где плавится проволока. Однако в соответствии с этим способом, растворение добавок в проволоке происходит нестабильно, и иногда они остаются нерастворенными. Когда появляется нерастворившийся осадок, он может вызвать образование дефектов в продукте. Даже если все добавки в проволоке растворяются, очень трудно равномерно диспергировать добавки по всей стальной отливке, от поверхностного слоя по всему объему. В результате, размер зерен в структуре затвердевания становится неоднородным, что нежелательно. Кроме того, поскольку на процесс равноосной кристаллизации влияет положение электромагнитной мешалки и тяга перемешивания, этот способ имеет тот недостаток, что он подвержен ограничениям и условиям, связанными с оборудованием. Способ добавления дисперсных частиц нитрида титана (TiN) и др. в ходе литья раскрыт в опубликованной (до экспертизы) заявке Японии №63-140061. Однако этот способ имеет те же самые недостатки, что и способ по опубликованной (до экспертизы) заявке Японии №53-90129.

Что касается эффекта генерирования включений, которые выполняют роль зародышей твердой фазы, путем добавления требуемых компонентов в расплавленной стали, например, вообще известен способ образования нитрида титана в расплаве ферритной нержавеющей стали и способ получения равноосных кристаллов в структуре затвердевания (например, Tetsu to Hagane, Vol.4- S79, 1974). Однако, для получения достаточного эффекта при равноосной кристаллизации путем образования вышеупомянутого нитрида титана, как описано выше в "Tetsu to Hagane", необходимо повысить концентрацию титана в расплавленной стали не менее чем до 0,15 мас.%.

Следовательно, для обеспечения достаточно равноосной кристаллизации путем образования нитрида титана, как описано выше, требуется повышенное количество дорогостоящей добавки титанового сплава, что приводит к увеличению производственных затрат. Кроме того, возникают проблемы дросселирования разливочного стакана, вызванные крупными частицами нитрида титана при литье и образованием ужимин на полученном листе. Кроме того, поскольку химический состав стали ограничен относительно добавляемого количества нитрида титана, ограничивается и сортамент применяемых сталей.

Желательным является метод эффективного получения стальной отливки с дисперсной структурой равноосных кристаллов путем добавления некоторых компонентов в минимально возможном количестве, и в связи с этим предложен способ добавления магния в расплавленную сталь.

Однако, поскольку температура кипения магния составляет около 1107С, ниже чем температура расплавленной стали, а растворимость магния в расплавленной стали почти равна нулю, даже если добавить магний в расплавленную сталь, большая его часть испаряется и удаляется. Поэтому, если магний добавляется обычным способом, его содержание обычно остается очень низким, и таким образом, необходимо разработать способ добавления магния.

Авторы настоящего изобретения, в ходе исследования процесса добавления магния, обнаружили, что состав оксидов, образующихся после добавления магния, определяется не только составом расплавленной стали, но также составом шлака. Иными словами, было установлено, что только добавляя магний в расплавленную сталь, трудно сформировать включения, которые имеют состав, эффективно действующий в качестве зародышей твердой фазы в расплавленной стали.

Например, в опубликованной (до экспертизы) заявке Японии №7-48616 раскрыт способ для увеличения содержания магния в расплавленной стали путем предоставления шлака, покрывающего поверхность расплавленной стали в емкости, такой как литейный ковш, шлаком СаО-SiO₂-Аl₂О₃, содержащим MgO в количестве от 3 до 15 вес.%, и содержанием FeO, Fе₂О₃ и МnО, доведенным не более, чем до 5 вес.%, и добавлением магниевого сплава, проходящего через шлак, а также для улучшения качества стального материала посредством формирования дисперсных оксидов MgO и MgO-Al₂O₃.

В соответствии со способом, раскрытым в опубликованной (до экспертизы) заявке Японии №7-48616, поскольку шлак СаО-SiO₂-Аl₂О₃ покрывает поверхность расплавленной стали, можно ожидать преимущественного увеличения содержания магния за счет подавления его испарения. Однако, в способе, раскрытом в опубликованной (до экспертизы) заявке Японии №7-48616, оговаривается только общее количество FeO, Fe₂O₃ и МnО в шлаке, покрывающем расплавленный металл, составляющее не более чем 5 вес.%, а количество SiO₂ не оговаривается. Тогда, в случае значительного содержания SiO₂ в шлаке, при добавлении магния или магниевого сплава, магний будет реагировать с SiO₂, содержащимся в шлаке, и содержание магния в расплавленной стали снижается. При низком содержании магния оксид алюминия и др. примеси в расплавленной стали не могут преобразоваться в оксиды, содержащие MgO, в расплавленной стали остаются крупные частицы оксида алюминия, и в конечном итоге, это вызывает образование дефектов в стальной отливке и, в конечном итоге, в стальном материале.

Поскольку функция алюминийоксидной системы, как зародышей твердой фазы, является ограниченной, структура затвердевания стальной отливки становится грубой и на поверхности или в объеме стальной отливки возникают такие дефекты, как трещины, осевая ликвация и центральная пористость, и т.п., и таким образом, ухудшается текучесть стальной отливки.

Кроме того, существует та проблема, что в стальном материале, полученном из указанной выше стальной отливки, также возникнут изъяны поверхности и внутренние дефекты, вызванные грубой структурой затвердевания, и таким образом ухудшаются текучесть и качество материала.

Более того, поскольку не оговорены какие-либо ограничения для концентрации оксида кальция в шлаке или концентрации кальция в расплавленной стали, в некоторых случаях, вместо образования высокоплавкого оксида магния и т.п., образуются низкоплавкие сложные соединения (оксиды CaO-Al₂O₃-MgO), которые не действуют как зародыши твердой фазы.

В опубликованных (до экспертизы) заявках Японии №№10-102131 и 10-296409 предложены способы улучшения структуры затвердевания стальной отливки путем регулирования количества магния, содержащегося в расплавленной стали, в интервале от 0,001 до 0,015 вес.%, формирования мелких частиц (дисперсных) оксидов с хорошей диспергируемостью и распределения оксидов по всему объему стальной отливки.

Однако, поскольку в способах, раскрытых в опубликованных (до экспертизы) заявках Японии №№10-102131 и 10-296409, оксиды равномерно распределены от поверхностного слоя по всему объему стальной отливки с высокой плотностью, не менее чем 50/мм², в некоторых случаях такие дефекты, как трещины и ужимины, вызванные оксидами, возникают в стальной отливке, обрабатываемой стальной отливке, или в стальном материале, полученном из стальной отливки. В этом случае требуются восстановительные работы, такие как шлифование поверхности и т.п., или стальной материал зачищается, и таким образом снижается выход продукции.

Кроме того, когда оксиды находятся на поверхности стального материала или они существуют вблизи поверхностного слоя, проблема состоит в том, что, когда эти оксиды контактируют с кислой или соленой водой и т.п., оксиды (содержащие оксид магния) растворяются, и ухудшается коррозионная стойкость стального материала.

Затем, в результате проведения различных экспериментов, в которых уточняются оптимальные условия равноосной кристаллизации, вызванной добавлением магния в расплавленную сталь, авторы настоящего изобретения обнаружили, что, даже если компоненты расплавленной стали и/или состав шлака не изменяются, порядок добавления магния и раскисляющих элементов, таких как алюминий, оказывает большое влияние на явление равноосной кристаллизации.

Иными словами, было установлено, что, когда алюминий добавляют после добавления магния в расплавленную сталь, поскольку оксид алюминия покрывает поверхность частиц оксида магния, зародившихся после добавления магния, образовавшийся оксид магния не эффективно действует в качестве зародышей твердой фазы.

В результате не достигается влияние оксида магния на получение дисперсной структуры затвердевания, структура твердой фазы становится более грубой и возникают поверхностные изъяны, такие как трещины и др., и внутренние дефекты, такие как осевая ликвация, центральная пористость и др. В результате увеличивается объем восстановительных работ для стальной отливки и стального материала, которые зачищаются, причем ухудшаются выход и качество продукции.

Как было отмечено выше, традиционными способами добавления оксидов и собственно включений в расплавленную сталь, в качестве зародышей твердой фазы, и генерирования зародышей твердой фазы в расплавленной стали путем добавления требуемого компонента трудно получить стальную отливку с равномерной структурой затвердевания, без дефектов. Поэтому существует проблема, заключающаяся в том, что невозможно получить стальной отливки с отличной обрабатываемостью в процессе прокатки и т.п., и далее, стальной материал хорошего качества и малым количеством дефектов.

До сих пор было неясно, какого типа структуру затвердевания необходимо получить для стабильного промышленного производства стальной отливки с хорошей обрабатываемостью, но не содержащей дефектов.

Как было пояснено выше, суть заключается в том, что при использовании традиционных способов достижения равноосной кристаллизации стальной отливки путем литья при низкой температуре, используя электромагнитное перемешивание или добавляя оксиды, которые образуют зародыши твердой фазы, невозможно стабильное промышленное производство стального материала хорошего качества и малым количеством дефектов, путем подавления образования поверхностных изъянов и внутренних дефектов, таких как трещины, насечки, осевая ликвация, центральная пористость и т.п., которые возникают в стальной отливке, с дальнейшим получением бездефектной стальной отливки, имеющей структуру затвердевания с одинаковым диаметром зерен, и таким образом улучшается обрабатываемость стальной отливки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение было осуществлено с учетом указанных выше особенностей, причем цель изобретения заключается в предоставлении стальной отливки с улучшенной обрабатываемостью и/или качеством, путем создания дисперсной и однородной структуры затвердевания и подавления образования поверхностных изъянов и внутренних дефектов, таких как трещины, осевая ликвация и центральная пористость.

Другой целью настоящего изобретения является предоставление стального материала, полученного переработкой указанной стальной отливки, с улучшенной обрабатываемостью и/или качеством, без поверхностных изъянов и внутренних дефектов.

Дополнительной целью настоящего изобретения является разработка способа переработки расплавленной стали, в котором возможно получение дисперсной структуры затвердевания стальной отливки, путем обеспечения образования магнийсодержащих оксидов с высокой температурой плавления, которые действуют в качестве зародышей твердой фазы.

Еще одной целью настоящего изобретения является разработка способа непрерывного литья, в котором можно получать стальные отливки превосходного качества, как, например, коррозионная стойкость и др., с малым количеством дефектов, которые возникают в стальном материале в ходе переработки стальной отливки в стальной материал, путем создания дисперсной структуры затвердевания и подавления образования поверхностных изъянов и внутренних дефектов, таких как трещины, ликвация и др.

Дополнительной целью настоящего изобретения является предоставление способа литья стальной отливки хромсодержащей стали, в котором возможно повышение выхода продукции и т.п., с малым количеством дефектов, которые возникают в стальной трубе, при получении из стальной отливки бесшовной стальной трубы, путем создания дисперсной структуры затвердевания и подавления образования поверхностных изъянов и внутренних дефектов, таких как трещины, ликвация и др., и стальной трубы, полученной из указанной стальной отливки.

Стальная отливка согласно настоящему изобретению, соответствующая указанным выше целям (в последующем называемая как "стальная отливка по варианту А"), отличается тем, что не менее 60% от общего поперечного сечения стальной отливки заняты равноосными кристаллами, диаметр которых удовлетворяет следующей формуле:

D<1,2X^+0,75,

в которой D означает диаметр отдельных равноосных кристаллов внутренней структуры, в которой кристаллы имеют одинаковую ориентацию, и Х является расстоянием (в мм) от поверхности стальной отливки.

Путем получения структуры затвердевания стальной отливки, которая удовлетворяет указанной выше формуле, становится возможным сужение ширины столбчатых кристаллов, оставшихся в поверхностном слое, повысить стойкость к растрескиванию путем подавления микросегрегации, вызванной распределением твердых и жидких компонентов расплавленной стали в ходе затвердевания, подавить образование трещинных дефектов, вызванных напряжением от деформации, возникшей в ходе затвердевания, утолщения, правки и т.п. стальной отливки, и кроме того, предотвратить образование внутренних дефектов, таких как центральная пористость, осевая ликвация и др., вызванные усадкой при затвердевании и течением расплавленной стали в центральной части отливки.

Более того, поскольку стальная отливка по варианту А со структурой затвердевания, удовлетворяющей указанной выше формуле, имеет однородные характеристики деформации и улучшенную обрабатываемость при переработке путем прокатки и т.п., в переработанном стальном материале подавляется образование поверхностных изъянов и внутренних дефектов.

Кроме того, согласно варианту А стальной отливки указанные равноосные кристаллы могут занимать все поперечное сечение отливки.

Занимая все поперечное сечение стальной отливки однородной и мелкодисперсной структурой затвердевания без столбчатых кристаллов и уменьшая микросегрегацию в поверхностном слое и внутри стальной отливки, можно повысить стойкость к растрескиванию, вызванному деформацией и напряжением в ходе затвердевания. В результате, можно предотвратить образование поверхностных изъянов и внутренних дефектов стальной отливки, причем улучшается обрабатываемость за счет улучшения равномерности деформации в ходе формования, по всему поверхностному слою и внутри стальной отливки.

Другая стальная отливка с улучшенной обрабатываемостью по настоящему изобретению, которая соответствует указанным выше целям (в последующем называемая как "стальная отливка по варианту В"), отличается тем, что максимальный диаметр зерна кристалла на глубине от поверхности стальной отливки не более чем в три раза превышает средний диаметр зерна кристалла на той же самой глубине.

Получая структуру затвердевания, удовлетворяющую указанному выше усл

Патент 2228235