СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУЛАТНОЙ СТАЛИ Российский патент 1998 года по МПК C21C5/52 C21D1/78 

Описание патента на изобретение RU2103380C1

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для производства булатной стали.

Известно, что необходимым условием для образования булатного узора, видимого на поверхности стали невооруженным глазом, должно быть получение аустенитного зерна размером более 500 мкм, которое окружено по границам карбидной сеткой [1]. Там же отмечается, что такое зерно получается при медленном охлаждении слитка после кристаллизации. Однако, как известно, при медленном охлаждении железоуглеродистых сплавов происходит полный или частичный распад карбидов железа (цементита), так называемая графитизация, это влечет за собой ухудшение механических свойств стали.

Из общих представлений о кристаллизации металла известно, что чем меньше расплав содержит примесей и меньше скорость его охлаждения, тем больше величина закристаллизовавшегося зерна. Таким образом, известно, что условиями получения крупного зерна аустенита может служить чистота от примесей исходных шихтовых материалов, рафинирование металлического расплава и замедленная скорость кристаллизации расплава, а условием предотвращения распада цементита может служить ускоренное охлаждение слитка после его кристаллизации.

Известны способы изготовления булатной стали за счет получения композиционных слитков, состоящих из науглероженных частиц железа, пропитанных чугуном. В результате последующей деформации слитка получается булатный узор [2,3] . Как показывает опыт, в этом случае структура науглероженных частиц железа имеет неравномерный состав по углероду, а области чугуна слишком отличаются по размерам друг от друга. Это приводит к понижению механических свойств данных сталей.

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления булатной стали, включающий загрузку в тигель лома углеродистой стали, расплавление стали, науглероживание ее графитом до содержания 1,6%, разливку стали в слитки и двухступенчатое охлаждение слитков: сначала до 900-1000oC со скоростью 15-80 o/мин, а по достижении этой температуры - со скоростью 200-300 o/мин [4] . Однако, как давно известно из теории кристаллизации, за счет разливки стали в слитке получается структура, состоящая из трех зон: наружная мелкозернистая, за ней идет зона столбчатых кристаллов и, наконец, зона равноосных кристаллов. Таким образом, структура по сечению слитка неравномерна и зерна размером более 500 мкм могут образоваться только в центральной части слитка. Из этого следует, что булатная структура может получаться не по всему сечению слитка и то, только при очень чистом от примесей расплаве. Лом же углеродистой стали по своему определению не может обеспечить необходимой чистоты расплава без применения дополнительного рафинирования, так как углеродистая сталь содержит постоянные примеси: марганца до 1%, кремния до 0,4% и др.

Кроме того, на первой ступени охлаждения при скорости кристаллизации 15-80 o/мин аустенитное зерно не успевает вырасти до размеров более 500 мкм, а на второй ступени охлаждения при скорости 200-300 o/мин в слитках с содержанием углерода более 1,6% могут образоваться термические трещины.

Цель изобретения - создание равномерной литой структуры с размерами зерен от 500 мкм и выше, которые при ковке слитка вытягиваются по направлению ковки, переплетаются между собой и образуют, таким образом, булатную структуру, видимую на поверхности стали невооруженным глазом после ее соответствующего травления; кроме того, предлагаемым способом получают ковкие железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 2% и более.

Решение поставленной задачи достигается тем, что выплавляют в тигле углеродистую сталь с минимальным содержанием примесей: для этого в исходной шихте используют наиболее чистые от примесей материалы, например, армко-железо; после науглероживания расплава графитом производят рафинирование расплава, например, применяя флюс, затем охлаждают расплав вместе с печью в том же тигле, в котором производилась плавка: на первой ступени замедленно, например, с закрытой крышкой печи до полной кристаллизации металла, а на второй ступени ускоренно, например, с открытой крышкой печи. Температуру кристаллизации определяют одним из известных методов, например термическим анализом. При этом на первой ступени скорость охлаждения поддерживается менее 15 o/мин, что способствует формированию зерна аустенита с поперечным размером более 500 мкм, а на второй ступени, за счет ускорения охлаждения закристаллизовавшегося слитка, предотвращается графитизация цементита.

Пример. В огнеупорный тигель загружают армко-железо 10 кг. После расплавления металл науглероживают графитом до концентрации 2,0%. Затем расплав рафинируют, добавляя в жидкий металл флюс. После этого охлаждают закрытую печь вместе с тиглем до температуры 1150oC. Затем печь открывают и продолжают охлаждать с открытой крышкой до комнатной температуры. В заключение вынимают тигель и извлекают из него готовый слиток.

В результате микроструктура слитка представляет из себя зерна перлита с размерами в поперечнике от 0,5 до 1 мм, которые окружены дискретной цементитной сеткой с крупными включениями первичного цементита (фиг.1, 50-кратное увеличение). При последующей ковке цементитные включения вытягиваются в направлении деформации, образуя красивый булатный узор (фиг.2, 3-кратное увеличение). Соответствующая термообработка позволяет придать булатной стали комплекс высоких механических свойств: упругость лучших пружинных сталей при прочности и твердости инструментальных сталей, используемых для обработки металлов, а крупные карбидные включения придают булатной стали высокую износостойкость.

Похожие патенты RU2103380C1

название год авторы номер документа
Способ изготовления булатной стали 1989
  • Гуревич Юрий Григорьевич
  • Басов Вячеслав Иванович
SU1668423A1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУЛАТНОЙ СТАЛИ 1992
  • Гуревич Юрий Григорьевич
RU2051184C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВА СО СВОБОДНЫМ И СВЯЗАННЫМ УГЛЕРОДОМ 2001
  • Дорофеев Г.А.
RU2196187C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ В ВАКУУМЕ СЛИТКОВ ОСОБОЧИСТОЙ МЕДИ 2009
  • Абрамушин Константин Михайлович
  • Беляев Анатолий Леонидович
  • Веселков Михаил Михайлович
  • Ильенко Евгений Владимирович
  • Котрехов Владимир Андреевич
  • Родченков Николай Васильевич
  • Ряховская Екатерина Николаевна
  • Шапкин Сергей Михайлович
  • Дробышев Валерий Андреевич
  • Зурабов Владимир Сергеевич
  • Чистов Юрий Иванович
  • Шиков Александр Константинович
RU2407815C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТИЕВО-АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1992
  • Игнатьев П.П.
  • Мирошник Н.П.
  • Науменко А.Ф.
RU2033451C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СПЛАВА ЖЕЛЕЗА С УГЛЕРОДОМ 2008
  • Урцев Владимир Николаевич
  • Наконечный Анатолий Яковлевич
  • Горностырев Юрий Николаевич
  • Дегтярев Василий Николаевич
  • Железнова Ирина Васильевна
  • Кацнельсон Михаил Иосифович
  • Корнилов Владимир Леонидович
  • Мокшин Евгений Дмитриевич
  • Самохвалов Геннадий Васильевич
  • Хабибулин Дим Маратович
  • Шмаков Антон Владимирович
RU2352671C1
Способ обработки кристаллизующегося металла 1978
  • Балуев Анатолий Иванович
  • Горынин Игорь Васильевич
  • Ключарев Валерий Евгеньевич
  • Орлов Лев Павлович
  • Пермитин Владимир Евгеньевич
  • Сенопальников Валерий Михайлович
  • Соболев Юрий Васильевич
  • Трухин Михаил Константинович
SU719803A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ 1985
  • Майборода В.П.
SU1492715A1
Способ изготовления слитков булатной стали 1955
  • Васильев П.В.
  • Голиков И.Н.
  • Гуревич Ю.Г.
  • Лонгинов М.Ф.
  • Люндовский Ю.И.
SU116334A1
СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ ЛИТИЯ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2000
  • Александров А.Б.
  • Забелин Ю.В.
  • Иванов В.Б.
  • Муратов Е.П.
  • Мухин В.В.
  • Шевкунов В.П.
  • Шипунов Н.И.
  • Ядрышников М.В.
RU2187569C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 103 380 C1

Реферат патента 1998 года СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУЛАТНОЙ СТАЛИ

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для производства булатной стали. При изготовлении булатной стали в тигель печи загружают наиболее чистую от примесей углеродистую сталь, например армко-железо, нагревают ее и расплавляют. После науглероживания расплава графитом производят его рафинирование и двухступенчатое охлаждение, которое ведут в печи вместе с тиглем, причем на первой ступени осуществляют замедленное охлаждение расплава до полной кристаллизации металла, а на второй ступени - ускоренное охлаждение, например, с открытой печью. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 103 380 C1

1. Способ изготовления булатной стали, включающий загрузку в тигель шихты, ее нагрев и расплавление, науглероживание расплава графитом и двухступенчатое охлаждение металла: на первой ступени замедленное, на второй - ускоренное, отличающийся тем, что в качестве шихты используют наиболее чистую от примесей углеродистую сталь, например армко-железо, после науглероживания расплава производят его рафинирование, например, при помощи флюса, а двухступенчатое охлаждение металла ведут в печи вместе с тиглем, причем на первой ступени охлаждение ведут до полной кристаллизации металла. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на первой ступени охлаждение ведут с закрытой печью, а на второй с открытой печью.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1998 года RU2103380C1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Назаренко В.Р
и др
Булат: мифы и действительность
- Металловедение и термическая обработка металлов, 1992, N 6, с
Способ сопряжения брусьев в срубах 1921
  • Муравьев Г.В.
SU33A1
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Гуревич Ю.Г
Загадка булатного узора
- М.: Знание, 1985, с
Автоматический огнетушитель 0
  • Александров И.Я.
SU92A1
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУЛАТНОЙ СТАЛИ 1992
  • Гуревич Юрий Григорьевич
RU2051184C1
Выбрасывающий ячеистый аппарат для рядовых сеялок 1922
  • Лапинский(-Ая Б.
  • Лапинский(-Ая Ю.
SU21A1
Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды 1921
  • Богач Б.И.
SU4A1
Способ изготовления булатной стали 1989
  • Гуревич Юрий Григорьевич
  • Басов Вячеслав Иванович
SU1668423A1
Выбрасывающий ячеистый аппарат для рядовых сеялок 1922
  • Лапинский(-Ая Б.
  • Лапинский(-Ая Ю.
SU21A1

RU 2 103 380 C1

Авторы

Балуев Алексей Евгеньевич

Даты

1998-01-27Публикация

1996-08-05Подача