способ электрошлакового переплава

Формула изобретения

Способ электрошлакового переплава, включающий кристаллизацию металла из расплава флюса, содержащего легирующие компоненты в виде вольфрамсодержащего минерального сырья, отличающийся тем, что вольфрамсодержащее минеральное сырье вводят в составе флюса, поддерживают высоту расплавленного флюса в пределах 40-60 мм, а в качестве вольфрамсодержащего минерального сырья используют шеелитовый и/или вольфрамитовый концентрат с содержанием основных компонентов, мас. %: оксид вольфрама 45-72, оксид железа 10-25, оксид марганца 2-10, оксид кремния 3-8.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургической промышленности и, в частности, касается упрочнения, восстановления деталей, а также получения качественных инструментальных сталей методом электрошлакового переплава.

Известны способы электрошлаковой наплавки для упрочнения и восстановления инструмента сплавами, содержащими карбиды вольфрама (см. ж. Цветные металлы, 2, 1993, с.59-61).

Известные технические решения характеризуются дополнительными трудовыми и материальными затратами, связанными с предварительным получением исходных соединений из минерального сырья.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ упрочнения породоразрушающего инструмента при его изготовлении или восстановлении (патент РФ 2167750, В 23 К 25/00, заявлено 25.08.1999г.).

Согласно этому способу осуществляют электрошлаковую наплавку рабочей части инструмента с последующим упрочнением и легированием наплавленного слоя путем введения легирующих компонентов в зону расплава в виде минеральных концентратов в количестве, обеспечивающем заданный химический состав упрочняемого слоя.

Основным недостатком известного способа является то, что подача легирующих компонентов в виде пластины или шихты из дозатора после наплавки не обеспечивает равномерное распределение этих компонентов по всему объему шлака, что приводит к неоднородности качественного и количественного состава в объеме легированного слоя и соответственно к ухудшению свойств инструмента.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа, который бы обеспечил оптимальные условия одновременного шлакового переплава и легирования с получением стабильных по всему объему металла свойств.

Поставленная задача достигается тем, что в способе электрошлакового переплава с кристаллизацией металла из расплава флюса, включающего легирующие компоненты в виде вольфрамсодержащего минерального сырья, согласно предлагаемому изобретению вольфрамсодержащее минеральное сырье вводят в составе флюса, поддерживая при этом высоту расплавленного флюса в пределах 40-60 мм, а в качестве вольфрамсодержащего минерального сырья используют шеелитовый и/или вольфрамитовый концентрат с содержанием основных компонентов в мас.%: оксиды вольфрама 45-72, железа 10-25, марганца 2-10, кремния 3-8.

Преимущество предлагаемого изобретения заключается в том, что использование в качестве вольфрамсодержащего минерального сырья шеелитового и/или вольфрамитового концентратов в заявленном количественном составе по основным компонентам позволяет наиболее эффективно применять, в том числе, концентрат из окисленных руд, которые не нашли промышленного применения в связи с тем, что гидрооксиды железа и марганца, реагентоемкие глинистые и шламистые (породообразующие) компоненты аккумулируют значительную часть практически неотделимых тонкодисперсных вольфрамсодержащих соединений. Введение вольфрамсодержащего концентрата в составе флюса в количестве до 70% улучшает свойства его за счет ионизирующих, шлакообразующих компонентов: кальцита, рутила, кварца, раскислителей в виде соединений железа, марганца алюминия. Дополнительно для восстановления вольфрама вводят углерод.

Поддержание высоты расплавленного флюса в пределах 40-60 мм определено оптимальными условиями по защите расплавленного металла от воздействия окружающей среды (менее 40 мм защита - недостаточная), а более 60 мм - происходит застывание шлака.

ПРИМЕР 1. Шеелитовый и/или вольфрамитовый концентрат с содержанием основных компонентов в мас. %: оксид вольфрама 58, оксид железа 17, оксид марганца 6 и оксид кремния 5, прокаливали в печи при температуре 250-300^oС в течение 2 ч. Измельченные до фракции 0,315 м компоненты шихты перемешивали в соотношении, в мас. %: вольфрамсодержащий концентрат - 35, доломит - 40, фторид кальция - 10, графит - 15. В полученную шихту вводили жидкое стекло в соотношении 1: 5, полученную смесь гранулировали путем продавливания шихты через сито до размера частиц 2,0 мм.

Сушку и прокалку агломерированного флюса проводили при температуре 400^oС в течение 4,5 ч. После прокалки флюс дробится до размера частиц 2,0 мм. Электрошлаковую переплавку проводили с использованием сварочного выпрямителя марки ВДУ 1601. Процесс проводили при поддержании тока 450-500 А, напряжении 40 В. В эксперименте использовали сварочную проволоку марки Св08Г2С диаметром 3 мм, длиной 20 м. Шлаковый переплав осуществляли в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе. Флюс вводили в количестве, поддерживающем высоту его в пределах 50 мм. В табл. 1 представлен химический состав сплава и шлака после переплава.

Твердость металла, полученного в результате переплава под флюсом БК-6 В (указанный выше состав), составила 55-60 HRC, ударная вязкость 4,5 кгсм/см², коэффициент износостойкости относительно стали 40 ХНК_и 1,04. Металл-сплав практически соответствует конструкционной высоколегированной стали.

Пример 2. Шеелитовый и/или вольфрамитовый концентрат с содержанием основных компонентов в мас.%: оксид вольфрама 58, оксид железа 17, оксид марганца 6 и оксид кремния 5 прокаливали в печи при температуре 250-300^oС в течение 2 ч. Измельченные до фракции 0,315 мм компоненты шихты перемешивали в соотношении, в мас. %: вольфрамсодержащий концентрат - 70, фторид кальция -15, графит - 15. В полученную шихту вводили жидкое стекло в соотношении 1: 5, полученную смесь гранулировали до размера частиц 2,0 мм. Сушку и прокалку агломерированного флюса проводили при температуре 400^oС. После прокалки флюс измельчали до размера частиц 2 мм. Процесс электрошлакового переплава проводили при условиях, указанных в примере 1. В табл. 2 приведен химический состав сплава и шлака после переплава.

Твердость металла, полученного в результате переплава, составила 50-55 HRC, ударная вязкость 4,8 кгсм/см², коэффициент износостойкости относительно стали 40 ХН составил 1,08.

Полученный материал соответствует свойствам высоколегированной стали и может найти применение при изготовлении как базовый сплав для получения быстрорежущей стали. Предлагаемая технология может найти применение при восстановлении рабочих поверхностей, работающих в условиях трения и ударных нагрузок.