МОДИФИКАТОР ДЛЯ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ Российский патент 1994 года по МПК C22C35/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности, может быть использовано для модификации нержавеющих сталей аустенитного класса.

Известны модификаторы, содержащие ультрадисперсные порошки (УПД) тугоплавких соединений - инокуляторов и вещество-протектор, активирующий поверхности частиц инокулятора. В качестве инокулятора используют ультрадисперсные порошки тугоплавких соединений, выбранные из группы: нитрид, карбид, оксид карбонитрид, а в качестве протектора, например, титан [1], хром [2] и др. при следующем соотношении компонентов, мас.% [1]: Окисел, карбид, нитрид, борид 5-50 Титан 50-96 и для [2] Окисел, карбид, нитрид, борид 5-30 Хром 75-90
Недостатком этих модификаторов является их невысокая модифицирующая способность нержавеющих сталей в результате низкой плакирующей способности титана и хрома УДП тугоплавких соединений при модифицировании сталей открытой плавки вследствие высокого сродства титана и хрома к кислороду при температурах модифицирования, что приводит к дезактивации частиц УДП путем их блокировки оксидами из протектора. Данные модификаторы при вакуумной плавке обеспечивают только измельчение карбидных и карбонитридных фаз без улучшения морфологии и топографии δ -феррита в нержавеющих сплавах.

Наиболее близким техническим решением является модификатор [3], содержащий синтетические тугоплавкие частицы, выбранные из группы карбид, карбонитрид, нитрид, борид и вещество-протектор титан, кремний или ванадий и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: Синтетические тугоплавкие частицы из группы карбид, карбонитрид, нитрид, борид 3-5 Железо 6-72 Кремний или ванадий 20-60 Титан Остальное
Недостатком этого модификатора является невысокая модифицирующая способность δ -феррита в нержавеющих сплавах в результате высокого средства компонентов модификатора к кислороду, что приводит к дезактивации основной части порошка УДП при обработке расплава.

Данный модификатор обладает низкой модифицирующей способностью макроструктуры отливок из нержавеющей сталей, что является причиной кристаллизации отливок с грубой макро- и микроструктурой и невысокими механическими служебными свойствами.

Целью изобретения является повышение механических свойств отливок из нержавеющих сталей.

Поставленная цель достигается тем, что модификатор для нержавеющих сталей, содержащий ультрадисперсные порошки тугоплавких соединений на группы карбид, нитрид, оксид, карбонитрид и порошок железо в качестве протектора, причем протектор дополнительно содержит молибден при следующем соотношении компонентов, мас.%: Ультрадисперсный порошок инокулятора из группы кар- бид, нитрид, оксид карбонит- рид 1-10 Молибден 5-80 Железо Остальное
Модификатор не содержит в составе химических элементов, обладающих высоким средством к кислороду при температурах обработки расплава.

Модификатор не содержит в своем составе сильных карбидонитридообразующих элементов, приводящих к образованию на частицах УДП продукта взаимодействия, обладающего способностью инициировать только кристаллизацию карбидных фаз.

Состав модификатора подобран так, чтобы увеличить активность железа к химическим элементам, входящим в состав УДП, что дает возможность при приготовлении модифицирующего комплекса создать вокруг частиц УДП продукт взаимодействия, состоящий из железа и элементов УДП и обладающий способностью модифицировать δ -феррит.

Ввод в состав модификатора порошка молибдена дает возможность модифицировать как макроструктуру отливок, так и карбидную и карбонитридую фазы.

Предлагаемый модификатор содержит компоненты, избирательно модифицирующие микроструктуру и избыточные фазы сплава.

Порядок приготовления модификатора и его применения для модифицирования нержавеющих сталей иллюстрируется примерами.

П р и м е р 1. Модификатор применяли для обработки стали ЭИ268-Л следующего химического состава, мас. %: C 0,07; Si 1,0; Mn 1,0; Cr 17,5; Ni 4,5; Ti - не более 0,05. Сталь плавили в индукционной печи с основной футеровкой с наведением защитного шлака. Расплав перегревали до 1650± 20^оС. После модифицирования металла предложенной или известной добавкой его заливали в керамические формы с температурой 700-800^оС. Из полученных отливок вырезали образцы для исследований макро- и микроструктуры сплава и контроля механических свойств. Испытания на механические свойства проводили на универсальной разрывной машине УМЭ-10Т. Размер, форму и количество избыточных фаз определяли на металлографическом микроскопе МИМ-8 по известным методикам.

Результаты испытаний образцов и отливок, приведенные в табл.1, показали, что предлагаемый модификатор позволяет измельчить макроструктуру в 2-3 раза, уменьшить количество δ -феррита в микроструктуре до 3-5% при глобуляризации остаточного δ -феррита. В результате этого происходит повышение прочности σ_B на 25-30% при росте пластичности на 10-20%.

П р и м е р 2. Модификатор применяли для обработки сплав ВНЛ-5 следующего химического состава, мас.%: C 0,14; Cr 11,2; Ni 5,8; Mo 4,0.

Сталь плавили в индукционной вакуумной печи ИСВ-0,16 НФ с основной футеровкой. При температуре (1650+10)^оС раскисляли силикокальцием СК25 в количестве 0,1% и мишметаллом МЦ. После модифицирования сталь разливали в керамические формы с температурой 700-800^оС. Причем отливали детали диаметром 350 мм толщиной 45 мм. Из полученных отливок вырезали образцы для исследований макро- и микроструктуры отливок и контроля их механических свойств. Испытания на механические свойства проводили на универсальной разрывной машине УМЭ 10Т. Размер и форму избыточных фаз определяли на металлографическом микроскопе МИМ-8М.

Результаты испытаний образцов и отливок приведены в табл.2, из которой видно, что предложенный модификатор позволяет повысить предел прочности стали ВН Л-5 на 30-45% и пластичности в 1,2-1,7 раз. При этом содержание δ-феppита снижается до 3-5%.

Экономическую эффективность Э применения предложенного модификатора рассчитали из условия снижения брака отливок по δ -ферриту на стали ЭИ-268Л на агрегатном заводе им. В.В.Куйбышева г.Омска, по следующей формуле:
Э = С ˙П, где С - себестоимость тонны годного литья из стали ЭИ268Л;
П - снижение процента брака по δ-ферриту.

Область применения: производство нержавеющих сталей аустенитного класса. Сущность изобретения заключается в том, что предложенный модификатор для нержавеющих сталей дополнительно содержит молибден при следующем соотношении компонентов, мас. % : ультрадисперсный порошок одного компонента из группы тугоплавких соединений металлов IV-VI групп Периодической системы элементов: карбид, нитрид, борид, оксид, карбонитрид 1-10; молибден 5-80; порошок железа - остальное. Использование предложенного модификатора при производстве стали повышает σ_В в 1,05 - 1,12 раза; σ_Т в 1,03 - 1,09 раза и σ в 1,15 - 1,25 раза. 5 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. МОДИФИКАТОР ДЛЯ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ, содержащий инокулятор - ультрадисперсный порошок одного компонента из группы тугоплавких соединений металлов IV - VI групп Периодической системы элементов: нитрид, карбид, борид, оксид, карбонитрид, протектор - порошок железа, отличающийся тем, что, с целью повышения механических свойств нержавеющих сталей, он дополнительно содержит молибден при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ультрадисперсный порошок одного компонента из группы тугоплавких соединений металлов IV - VI групп Периодической системы элементов: нитрид, карбид, борид, оксид, карбонитрид 1 - 10
Молибден 5 - 80
Порошок железа Остальное
2. Модификатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве карбида он содержит карбид титана. 3. Модификатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве нитрида он содержит нитрид циркония. 4. Модификатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве борида он содержит борид титана. 5. Модификатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве оксида он содержит окись титана. 6. Модификатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве карбонитрида он содержит карбонитрид титана, или карбонитрид ниобия, или карбонитрид циркония.