СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЗОТИРОВАННЫХ ФЕРРОСПЛАВОВ И ЛИГАТУР Российский патент 2008 года по МПК C22C33/04 C22C35/00 C22C29/16 

Изобретение относится к области черной и цветной металлургии, в частности к получению азотированных ферросплавов и лигатур для последующего легирования азотом стали, меди, алюминия и других металлов и/или сплавов, в том числе к получению ферросплавов и лигатур, азотирование которых известными способами невозможно вследствие низкой растворимости в них азота и низкого сродства их компонентов к азоту, например никеля, меди, фосфора.

В настоящее время для легирования стали азотом используют азотированные сплавы железа с хромом, марганцем, молибденом, ванадием, титаном и другими элементами, а также азотированные комплексные сплавы элементов, обладающих большим сродством к азоту.

Известен способ получения азотированных ферросплавов, содержащих компоненты, обладающие большим сродством к азоту, при котором расплавленные исходные материалы выдерживают в атмосфере азота или других азотосодержащих газов. Содержащийся в газовой фазе азот растворяется в металлическом расплаве, а при затвердевании расплава выделяется в виде дисперсной нитридной фазы, распределенной в металлической матрице (см. Гасик М.И. и др. Теория и технология производства ферросплавов. - М.: Металлургия, 1988. - С.382-384).

Недостатком известного способа является необходимость длительной (несколько часов) выдержки ферросплава в жидком состоянии в атмосфере азотосодержащего газа, что требует большого расхода энергии на поддержание температуры расплава, а также низкое (1...2%) содержание азота в сплаве, обусловленное малой растворимостью азота в сплавах при высокой температуре азотирования компонентов.

Известен способ получения азотированных комплексных ферросплавов путем азотирования порошков ферросплавов в твердом виде, включающий измельчение исходного материала (Fe-Mn, Fe-V, Fe-Cr, Fe-Nb и др.) до частиц размером >2 мм, смешивание их в определенном соотношении, нагрев порошков на поддонах в вакуумных печах при остаточном давлении не выше 133,3 Па до температуры 800°С, выдержку в атмосфере азота чистотой 99% при температуре 900...950°С (см. Гасик М.И., Емлин Б.И. Электрометаллургия ферросплавов. Киев-Донецк: Вища школа, 1983. С.174).

Способ позволяет получать комплексные азотированные ферросплавы с содержанием азота до 10% и хорошим комплексом потребительских свойств - достаточно высокой плотностью и относительно низкой температурой плавления. Это достигается за счет того, что образующиеся при азотировании комплексных ферросплавов нитриды разобщены друг от друга металлической матрицей, образованной тяжелыми металлами и имеющей вследствие этого высокую плотность при относительно низкой температуре плавления, что позволит при введении их в жидкую сталь вследствие большой плотности частично или полностью погрузиться в расплав. При этом металлическая матрица ферросплава полностью растворяется и образует со сталью расплав, разобщающий отдельные частицы тугоплавких нитридов и не позволяющий им слипаться в крупные конгломераты. Мелкие частицы нитридов имеют развитую поверхность контакта с расплавом, что обеспечивает их быстрое растворение в нем и хорошее усвоение азота сталью.

Недостатком известного способа является ограничение в составе исходных комплексных сплавов. Последнее обусловлено тем, что в составе смеси нецелесообразно использовать сплавы, которые содержат сильные нитридообразующие элементы в малых количествах, т.к. не образующие нитридов элементы являются балластом, препятствующим контакту нитридообразующих элементов с азотом и снижающим эффективность нитридообразования. Кроме того, в способе большая (порядка 70 часов) длительность процесса и большие энергетические затраты (2000...10000 кВт/час) на тонну ферросплава в зависимости от его состава.

Известен способ получения азотированных ферросплавов путем самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), при котором азотированию подвергают измельченные сплавы кремния с одним или несколькими металлами, выбранными из ряда кальций, алюминий, титан, ниобий, хром, марганец, железо (см. патент RU № 2210615 по кл. С22С 33/00, заяв. 24.07. 2002, опуб. 20.08.2003).

Способ позволяет легировать металлы с большим содержанием кремния.

Недостатком известного способа является получение в качестве основного азотосодержащего компонента нитрида кремния и ограниченного набора компонентов, которые могут содержаться в получаемых материалах. Нитрид кремния имеет высокую (более 2000°С) температуру плавления, малую плотность и не смачивается сталью, вследствие чего при введении в расплав всплывает на границу раздела металла со шлаком и растворяется преимущественно в шлаке, а не в металле.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту и выбранным в качестве прототипа является способ получения азотированных ферросплавов и лигатур, включающий измельчение исходных материалов, представляющих собой основу из металлов и/или сплавов III-VIII групп Периодической системы и добавки в виде нитридообразующих металлов или сплавов, смешивания их послойно и азотирования смеси в режиме горения, при этом в качестве нитридообразующей добавки используют измельченные металлы и/или сплавы, по крайней мере, одного компонента, выбранного из группы кальций, магний и барий, в пропорции 5...20 (мас.%) измельченной основы, либо 5...50 (мас.%) измельченной нитридообразующей добавки вводят в слой измельченной основы. При осуществлении известного способа брали за основу измельченный сплав (феррованадий, хром металлический и сплав ферротитан) отдельно или в сочетании с измельченными металлами с III по VIII группу. В качестве нитридообразующей добавки использовали стружку или измельченный металл - кальций, магний - или измельченные сплавы кальция с кремнием, бария с кремнием, магния с алюминием с фракцией 0,01...1.0 мм.

Способ позволяет получать в азотосодержащих ферросплавах слои материалов с разной температурой плавления. Послойное азотирование измельченной основы и нитридообразующей добавки приводило к образованию в ферросплавах и лигатуре последовательно расположенных по высоте брикета нитридов с различной температурой плавления. При контакте ферросплавов и/или лигатур с жидким металлом в условиях сталеплавильного агрегата брикет разделялся на части по границам легкоплавких прослоек.

Недостатком известного способа является ограничения по составу используемых в качестве основы сплавов (в виде готовых ферросплавов, например феррованадия или ферротитана, использованных в известном способе). Обусловлено это тем, что реакция самораспространяющегося высокотемпературного синтеза нитридов должна обеспечивать выделение необходимого для поддержания процесса СВС количества тепла. Если выделенного тепла недостаточно, процесс затухает. Поэтому в качестве основы в известном способе из всего ряда металлов и/или сплавов III-VIII групп использованы только сильные нитридообразущие элементы или неазотированные ферросплавы с большим содержанием таких элементов, при химическом взаимодействии которых с азотом выделяется большое количество тепла. Это является необходимым условием для процесса СВС.

Кроме того, в известном способе азотированию подвергают материалы и основы, и добавки, т.е. большое количество исходного материала, для азотирования которого требуется гораздо больше тепла. Это повышает затраты на получение азотированных ферросплавов и лигатур, а использование в известном способе ферросплавов, нитридообразующие элементы которых, как правило, уже связаны в химические соединения, например CaSi, приводит к тому, что требуется предварительное разрушение их, на которое также требуются значительные затраты тепла. Это удорожает процесс азотирования.

При этом в исходных ферросплавах прослойки железа между фазами, содержащими нитридообразующие компоненты, являются диффузионными барьерами, препятствующими непосредственному контакту реагентов при реакции нитридообразования. По этим причинам азотирование в процессе СВС исходных ферросплавов происходит труднее, чем чистых металлов. Затруднение возрастает с увеличением содержания в ферросплаве железа или других неактивных компонентов, обладающих низким сродством к азоту. Следовательно, азотирование методом СВС ферросплавов с высоким содержанием железа или других неактивных по отношению к азоту компонентов невозможно.

В известном способе при контакте слоистых азотированных ферросплавов или лигатур с жидким металлом в условиях сталеплавильного агрегата плавление происходит преимущественно по слоям легкоплавкой добавки, а тугоплавкие нитриды в твердом виде всплывают на поверхность, где ассимилируются шлаком. В результате процесс легирования азотом стали характеризуется низким усвоением азота и нитридообразующего элемента, а следовательно, недостаточными потребительскими свойствами получаемых таким образом азотированных ферросплавов и лигатур.

Задачей изобретения является снижение затрат на получение азотированных ферросплавов и лигатур и улучшение их потребительских свойств путем повышения усвоения азота и нитридообразующего компонента сталью и сплавами при их легировании.

Техническим результатом является расширение ассортимента азотируемых материалов с приобретением ферросплавами и лигатурами новых свойств, регулируемым содержанием азота и значениями плотности и температуры плавления у ферросплавов и лигатур, в том числе на основе материалов, азотирование которых известными способами невозможно.

Указанная задача решается тем, что в известном способе получения азотируемых ферросплавов и лигатур, включающем измельчение основных исходных материалов из металлов и/или сплавов III-VIII групп Периодической системы, и добавки, их смешивание и азотирование в режиме горения, согласно изобретению в качестве основных исходных материалов используют дополнительно металлы I, II групп и неметаллы III-VIII групп Периодической системы, а в качестве добавки нитридообразующие металлы и/или сплавы, при этом азотированию в режиме горения подвергают только добавку, а измельченные основные исходные материалы и продукт азотирования добавки смешивают при массовом соотношении (1-5):1, после чего смесь компактируют, спекают или сплавляют.

Кроме того, основные исходные материалы и продукт азотирования добавки могут измельчать до размера частиц 0,3 мм.

Проведенные исследования по источникам патентной и научно-исследовательской информации показали, что предлагаемое изобретение неизвестно и не следует явным образом из изученного материала, т.е. соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Предлагаемый способ получения азотированных ферросплавов и лигатур может найти применение в металлургии при получении азотированных ферросплавов и лигатур методом СВС для последующего легирования стали, сплавов меди, алюминия и других металлов, в том числе к получению ферросплавов и лигатур, азотирование которых известными методами невозможно вследствие малой растворимости в них азота и малого сродства их компонентов к азоту. Данный способ может быть воспроизведен с использованием оборудования и инструментария, изготавливаемых как отечественной, так и зарубежной промышленностью, следовательно, «промышленно применим».

Отличительными признаками предлагаемого способа от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, являются:

1. Расширение ассортимента основных исходных материалов использованием дополнительных металлов и сплавов I и II групп и неметаллов III-VIII групп Периодической системы, что дает возможность:

- азотировать не только сталь и чугун (черные металлы), но и цветные металлы (латуни, бронзы, силумины и т.д.);

- получать азотированные ферросплавы и лигатуры с широким комплексом свойств (температура плавления, плотность), которые обеспечивают азотирование не только высокотемпературных (черных) расплавов, но и сплавов с низкой температурой плавления и высокой плотностью (медные и другие цветные сплавы);

- использовать один и тот же нитридообразующий материал в разных композициях в зависимости от состава азотируемых сталей или цветных сплавов;

- получать ферросплавы и лигатуры, азотирование которых известными способами невозможно вследствие низкой растворимости в них азота и низкого сродства их компонентов к азоту, например никеля, меди, фосфора.

2. Азотированию в режиме горения (СВС) подвергают только измельченную нитридообразующую добавку, что обеспечивает устойчивый синтез (стабильность горения с большим выделением тепла), при этом количество азотируемого материала, по сравнению с прототипом уменьшается в 2...5 раз, что упрощает технологию, сокращает время синтеза, а следовательно, и затраты.

3. Смешивание измельченных материалов основы и продукта азотирования нитридообразующей добавки обеспечивает рассредоточение частиц нитридов в объеме основы, что при введении смеси в легируемый расплав и расплавления в ней основы обеспечивает большую поверхность контакта нитридных частиц со сталью и высокую скорость растворения, т.е. за счет придания нитридным частицам лучшего комплекса потребительских свойств обеспечивается высокое усвоение азота и нитридообразующего компонента при легировании стали и сплавов.

4. Компактирование, спекание, сплавление смеси фиксирует расположение частиц основы и нитридообразующей добавки относительно друг друга, что также является необходимым условием для достижения высокого усвоения азота сталью, а соотношение материала основы по отношению к нитридообразующей добавке от (1-5):1 обеспечивают оптимальный комплекс потребительских свойств азотированных ферросплавов и лигатур. При соотношении в смеси основы <1:1 количество основы может оказаться недостаточным для разобщения зерен нитридов, вследствие чего они могут слипаться, всплывать с большой скоростью на поверхность, что уменьшит степень усвоения азота и легирующих элементов сталью. При соотношении материала основы к нитридообразующей добавке >5:1 в полученных ферросплавах и лигатурах будет недостаточно высокая концентрация азота, что потребует увеличения их расхода и усложнит процесс легирования стали. Измельчение компонентов смеси до размера частиц 0,3 мм необходимо для равномерного распределения нитридов в смеси и является оптимальным для образования плотной смеси с большой поверхностью контакта нитридной фазы и металлических компонентов смеси. После погружения компактированной, спеченной или сплавленной смеси в легируемый расплав металлические компоненты расплавляются и, перемешиваясь с основным расплавом, обеспечивают хороший доступ металлического расплава к поверхности нитридов. Тем самым достигается хорошая смачиваемость нитридных частиц расплавом, большая поверхность их реагирования и высокая скорость растворения нитридов в легируемом металле.

Частицы нитридов >0,3 мм всплывают в металлическом расплаве с высокой скоростью, а вследствие менее развитой поверхности контакта растворяются медленнее, чем мелкие частицы. Не растворившиеся частицы, всплывшие на поверхность металлической ванны, ассимилируются шлаком. Это уменьшает степень усвоения азота.

Таким образом, совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения позволяет достичь технического результата, а именно расширения ассортимента азотируемых материалов с приобретением новых свойств азотированными ферросплавами и лигатурами, регулируемым содержанием азота и значениями плотности и температуры плавления у ферросплавов и лигатур, в том числе на основе материалов, азотирование которых известными способами невозможно.

Способ осуществляется следующим образом.

В качестве основных исходных материалов используют дополнительно измельченные до порошков металлы I, II групп и неметаллы III-VIII групп Периодической системы, а именно железо и/или подобранные в определенном соотношении ферросплавы. В качестве нитридообразующей добавки берут измельченные до порошков ферросплавы и лигатуры с высоким содержанием кремния, хрома, марганца, ванадия и других нитридообразующих элементов с фракцией порошков 0,3 мм. Нитридообразующую добавку в виде порошка загружают в реактор СВС-20. В качестве запального элемента используют порошок алюминия. Реакцию горения инициируют с помощью нагретой вольфрамовой спирали при пропускании через нее постоянного тока силой до 15 А. При этом азотирование происходит только в самой добавке. После этого порошок основы перемешивают с порошком азотированной добавки в соотношении от (1-5):1, после чего смесь компактируют прессованием, скатыванием, спеканием, сплавлением или используют в качестве наполнителя при изготовлении порошковой проволоки.

Из производственного опыта следует, что

- в качестве материала основы могут быть использованы помимо чистых металлов и/или сплавов и неметаллов любые ферросплавы или лигатуры, введение которых в сталь или сплавы предусмотрено технологическими инструкциями на выплавку или обработку стали или сплава конкретной марки. При этом предпочтительно использовать те ферросплавы или лигатуры, введение которых осуществляется на заключительной стадии выплавки или обработки расплава и присадка которых не встречает технологических или экологических затруднений;

- в качестве материала нитридообразующей добавки целесообразно использовать материал, наиболее легко поддающийся азотированию и в продукте азотирования которого содержится максимальное количество азота. Наиболее предпочтительным материалом для азотирования является кремний кристаллический, а также его богатые сплавы с железом, хромом или марганцем, которые легко азотируются, а содержание азота в кремнии может достигать 40 (мас.%). Кремний вводится практически в сталь всех марок и во многие сплавы цветных металлов, а технология его введения не вызывает никаких затруднений. Однако при необходимости в качестве материала нитридообразующей добавки могут быть использованы любые нитридообразующие металлы и/или сплавы;

- введение в состав стали азотированных ферросплавов и лигатур, синтезированных известными способами нитридов или сплавов с высоким содержанием нитридов, позволяет производить синтез нитридов в наиболее благоприятных условиях, используя в качестве исходного материала чистые компоненты или сплавы и обеспечивая тем самым наиболее благоприятные термодинамические и кинетические условия синтеза. Присадка в расплавленную сталь индивидуальных нитридов не обеспечивает высокого усвоения азота вследствие неблагоприятных физических свойств нитридных фаз - высокой температуры плавления и малой плотности. Вследствие высокой температуры плавления нитриды при погружении в расплав металла не плавятся, а растворяются. В случае присадки индивидуальных нитридов или их смесей они слипаются, скорость всплывания конгломерата частиц, обладающих малой плотностью, увеличивается, в результате не успевшие раствориться нитриды всплывают на поверхность, где поглощаются шлаком.

Введение нитридов с состав смеси с ферросплавами и легирующими элементами позволяет повысить плотность смеси и снизить температуру плавления ниже температуры расплава. Отсутствие необходимости подвергать смесь порошков азотированию из газовой фазы позволяет включать в состав смеси любые компоненты в любом соотношении. Подбором компонентов смеси и их соотношений можно в широких пределах изменять химический состав, в том числе по содержанию азота, а также важнейшие физические свойства - плотность и температуру плавления, механическую прочность компактированной, спеченной или сплавленной смеси. Химический состав смеси, плотность и температуру плавления матрицы определяют исходя из ограничений, накладываемых маркой азотируемой стали или сплавов, а также используемыми способами введения смеси в расплав.

Смесь можно вводить в расплав в виде прессованных брикетов, гранул, спеков или сплавленных кусков, в виде наполнителя порошковой проволоки и другими способами. Технология введения смеси определяет необходимый комплекс ее физических свойств и способ компактирования. Так, для введения смеси в расплав в виде наполнителя порошковой проволоки смесь достаточно упаковать известными методами в оболочку проволоки. Для присадки смеси в струю жидкого металла ей целесообразно придать форму гранул, а для погружения в ванну расплавленного металла смесь необходимо спрессовать в брикеты, окусковать сплавлением или спеканием.

Соответственно способу введения путем подбора соответствующих ферросплавов или их компонентов и технологий компактирования подбирается комплекс необходимых свойств - плотность, температура плавления, механическая прочность и другие.

Пример № 1.

В качестве материала нитридообразующей добавки использовали ферросилиций марки ФС75. В результате азотирования измельченного ферросилиция марки ФС75 методом СВС получили спек частиц нитридов кремния Si₃N₄, алюминия AlN, железа Fe₄N, а также лебоита α-FeSi₂ и свободного кремния Si. Измерение плотности азотированного ферросилиция методом гидростатического взвешивания показало, что она непостоянна по объему слитка СВС и изменяется в пределах 1,63...2,68 г/см³, т.е. полученный материал легче не только жидкой стали, но и расплавленного шлака. Нагрев кусочков азотированного ферросилиция до температуры 1800°С не вызвал никаких изменений их формы, хотя появились признаки начальной стадии спекания. Это свидетельствует о высокой температуре плавления материала, существенно превышающей температуру жидкой стали.

Растворение кускового азотированного ферросилиция. В алундовый тигель поместили железо марки ЖЧК и для увеличения тепловой инерции тигель поместили в более массивный графитовый тигель. Тигли в сборе поместили в печь Таммана. Железо расплавили и нагрели до температуры 1600°С. На поверхность расплава вводили взвешенные кусочки азотированного ферросилиция с точно измеренными размерами и при помощи кварцевых трубок принудительно погружали кусочки сплава в жидкий металл. Несмотря на это кусочки всплывали на поверхность расплава. После принудительного погружения и выдержку азотированного ферросилиция в объеме расплава в течение 1 минуты печь выключали, металл охлаждали и с поверхности металла отделяли кусочки сплава.

Кусочки азотированного ферросилиция легко отделялись от поверхности металла. Затвердевший слиток железа был плотным, боковая поверхность ровная. Измерение размеров и взвешивание кусочков показало, что ни размеры, ни масса кусочков не изменились. Это свидетельствует о том, что азотированный ферросилиций плохо смачивается сталью и практически не взаимодействует с расплавом.

Растворение порошка азотированного ферросилиция. Азотированный ферросилиций раздробили, измельчили на механическом истирателе, порошок просеяли через сито с ячейками 0,3 мм. Порцию просеянного порошка засыпали в железную трубку диаметром 6 мм, трубку обжали с двух сторон.

В печи Таммана расплавили железо марки ЖЧК и при температуре 1600°С в расплав погрузили трубку с порошком. Через 40 секунд трубка растворилась, и на поверхность металла всплыл порошок ферросилиция в виде спеченного цилиндра. Цилиндр легко отделился от металла, хотя при извлечении рассыпался в порошок. Взвешивание порошка показало, что масса порошка не изменилась.

Использование окускованной смеси порошков азотированного и неазотированного ферросилиция. Азотированный ферросилиций раздробили, измельчили на механическом истирателе, порошок просеяли через сито с ячейками 0,3 мм. Таким же способом приготовили порошок неазотированного ферросилиция марки ФС75. Порошки смешали в соотношении 1:1, смесь засыпали в алундовый тигель и поместили в печь Таммана. При температуре 1310°С в тигле образовался расплав. Тигель извлекли из печи, охладили на воздухе. Полученный слиток раскололи на кусочки.

В печи Таммана расплавили железо марки ЖЧК и при температуре 1600°С на поверхность расплава ввели кусочек сплавленной смеси азотированного и неазотированного ферросилиция. Кусочек плавал на поверхности металла, а вокруг него выделялись пузырьки газа. После принудительного погружения кусочка в расплав с помощью кварцевой трубочки кусочек расплавился и растворился. При этом из жидкого металла выделялись пузырьки газа, а поверхность металла покрылась шлаковой пленкой.

При охлаждении полученный стальной слиток «вырос», а на боковой поверхности закристаллизовавшегося слитка обнаружилось большое количество газовых пузырей.

Использование порошка азотированного ферросилиция, который засыпали в трубку диаметром 6 мм и обжали с двух сторон. В печи Таммана расплавили железо марки ЖЧК и при температуре 1600°С в расплав погрузили трубку с порошком. В процессе растворения трубки на поверхность металла всплывали пузырьки газа, после растворения трубки поверхность металла покрылась шлаковой пленкой.

При охлаждении стальной слиток также «вырос», а на боковой поверхности закристаллизовавшегося слитка находилось большое количество газовых пор.

Использование окускованной смеси порошков азотированного ферросилиция и железа. Азотированный ферросилиций раздробили, измельчили на механическом истирателе, порошок просеяли через сито с ячейками 0,3 мм. Порошок азотированного ферросилиция смешали с порошком восстановленного водородом железа в соотношении 1:1, смесь засыпали в алундовый тигель и поместили в печь Таммана. При температуре 1415°С в тигле образовался расплав. Тигель извлекли из печи, охладили на воздухе. Полученный слиток раскололи на кусочки.

В печи Таммана расплавили железо марки ЖЧК и при температуре 1600°С на поверхность расплава ввели кусочек сплавленной смеси азотированного ферросилиция с железом. Кусочек частично погрузился в расплав, но плавал на поверхности металла. Вокруг плавающего кусочка выделялись пузырьки газа. Спустя 2,5 минуты кусочек полностью расплавился, а поверхность металла покрылась шлаковой пленкой.

При охлаждении стальной слиток также «вырос», а на боковой поверхности закристаллизовавшегося слитка образовалось большое количество газовых пор.

Пример № 2.

(Использование смеси нитридов и не поддающихся азотированию материалов). Нитрид кремния Si₃N₄, полученный методом СВС кристаллического кремния, раздробили, измельчили на механическом истирателе, порошок просеяли через сито с ячейками 0,3 мм и смешали с порошком меди в соотношении 1:3. Полученную смесь загрузили в алундовый тигель и сплавили при температуре 1150°С в печи Таммана. Слиток разделили на кусочки.

В печи Таммана расплавили железо марки ЖЧК и при температуре 1600°С на поверхность расплава ввели кусочек сплавленной смеси нитрида кремния с медью. Кусочек погрузился в расплав, а на поверхности металла выделялись пузырьки газа. Спустя 1,5 минуты выделение газа прекратилось, а поверхность металла покрылась шлаковой пленкой.

При охлаждении легированный медью и азотом стальной слиток «вырос». На боковой поверхности закристаллизовавшегося слитка образовались газовые поры. Результаты опробования азотированных ферросплавов сведены в таблицу.

Таким образом, способ получения азотированных ферросплавов и лигатур по сравнению с прототипом обеспечивает возможность получения с малыми энергетическими затратами широкого ассортимента азотированных сплавов, в том числе не поддающихся азотированию известными способами, с регулируемым содержанием азота, оптимальными значениями плотности и температуры плавления, что позволяет снизить затраты на получение азотированных ферросплавов и лигатур и повысить их потребительские свойства путем повышения усвоения азота и нитридообразующего компонента сталью и сплавами при их легировании.

Результаты опробования азотированных ферросплавов№ п/пСостав и содержание (% мас.) компонентовСпособ компактирования и введенияПлотность, г/см³Температура пл., °ССодержание азота, % мас.ПрочностьРезультаты опробования (поведение при введении в расплав, качество слитка)1100 ферросилиций ФС75 азотированныйСпек, куском1,7...2,7>180027Удовл.Не погружается, не плавится, не растворяется. Слиток плотный.2100 ферросилиций ФС75 азотированныйПорошок, в стальной оболочке˜2,6>180027-Всплывает, не плавится, не растворяется. Слиток плотный.350 ферросилиций ФС75 азотированный+50 ферросилиций ФС75Сплавленный, куском˜2,8˜131013Удовл.Частично погружается, растворяется. Слиток пористый, газонасыщенный.450 ферросилиций ФС75 азотированный+50 ферросилиций ФС75Порошок, в стальной оболочке˜2,6˜131013-Растворяется. Слиток пористый, газонасыщенный.5100 нитрид Si₃N_{4(прототип)}Спек, куском1,6...2,6>180038Удовл.Не погружается, не плавится, не растворяется. Слиток плотный.6100 нитрид Si₃N₄Порошок, в стальной оболочке˜2,4>180038-Всплывает, не плавится, не растворяется. Слиток плотный.750 нитрид Si₃N₄+50 ферросилиций ФС75Сплавленный, куском2,6...2,8˜131019Удовл.Частично погружается, растворяется. Слиток пористый, газонасыщенный.850 нитрид Si₃N₄+50 ферросилиций ФС75Порошок, в стальной оболочке˜2,7˜131019-Растворяется. Слиток пористый, газонасыщенный.950 нитрид Si₃N₄+50 железо порошокСплавленный, куском4,8...4,9˜155019ВысокаяЧастично погружается, растворяется. Слиток пористый, газонасыщенный.1050 нитрид Si₃N₄+50 железо порошокПорошок, в стальной оболочке˜4,6˜155019-Растворяется. Слиток пористый, газонасыщенный.1133,3 нитрид Si₃N₄+66,7 медь порошокСплавленный, куском6,2˜110013ВысокаяПогружается, растворяется. Слиток пористый, газонасыщенный.1233,3 нитрид Si₃N₄+66,7 медь порошокПорошок, в стальной оболочке˜6,0˜110013-Растворяется. Слиток пористый, газонасыщенный.1350 нитрид VN+50 нитрид Si₃N₄Порошок, в стальной оболочке˜4,4>2000˜29-Частично всплыл, не плавится, частично растворяется. Слиток плотный, есть поры.1450 нитрид VN+50 ферросилиций ФС75Сплавленный, куском4,4...4,6˜131010Удовл.Частично погружается, растворяется. Слиток пористый, газонасыщенный.1550 нитрид VN+50 ферросилиций ФС75Порошок, в стальной оболочке˜4,4˜131010-Растворяется. Слиток пористый, газонасыщенный.1625 нитрид VN+25 нитрид Si₃N₄+50 железо порошокПорошок, в стальной оболочке˜3,9˜155014-Растворяется. Слиток пористый, газонасыщенный.1725 нитрид VN+25 нитрид Si₃N₄+50 железо порошокСплавленный, куском˜3,9˜155014Удовл.Растворяется. Слиток пористый, газонасыщенный.18100 нитрид Mg₃N₂Порошок, в стальной оболочке˜2,7>2500˜26-Всплывает, не плавится, не растворяется. Слиток плотный.1950 нитрид Mg₃N₂+50 железо порошокПорошок, в стальной оболочке˜4,9˜1550˜12-Растворяется. Слиток пористый, газонасыщенный.2050 нитрид Mg₃N₂+50 железо порошокСплавленный, куском˜5˜1550˜12ВысокаяЧастично погружается, растворяется. Слиток пористый, газонасыщенный.2150* нитрид Si₃N₄+50 ферросилиций ФС75Сплавленный, куском2,6...2,8˜131019Удовл.Частично погружается, растворяется. Образовался шлак. Слиток плотный, имеются отдельные поры.2250* нитрид Si₃N₄+50 ферросилиций ФС75Порошок, в стальной оболочке˜2,7˜131019-Образовался слой шлака. Слиток плотный, имеются отдельные поры.* - порошок не просеян

Изобретение относится к области черной и цветной металлургии, в частности к получению азотированных ферросплавов и лигатур для последующего легирования азотом стали, меди, алюминия. В качестве основных исходных материалов используют металлы I, II групп и их сплавы, неметаллы III-VIII групп Периодической системы, а в качестве добавки - нитридообразующие металлы и/или их сплавы. Азотированию в режиме горения подвергают только добавку. Измельченные основные исходные материалы и продукт азотирования добавки смешивают при массовом соотношении (1-5):1, после чего смесь компактируют, спекают или сплавляют. Изобретение позволяет расширить ассортимент азотируемых материалов с приобретением ферросплавами и лигатурами новых свойств, регулировать содержание азота и значения плотности и температуры плавления у ферросплавов и лигатур, в том числе на основе материалов, азотирование которых известными способами невозможно. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения азотированных ферросплавов и лигатур, включающий измельчение основных исходных материалов, в качестве которых используют металлы III-VIII групп Периодической системы и/или их сплавы, и добавки, их смешивание и азотирование в режиме горения, отличающийся тем, что в качестве основных исходных материалов используют дополнительно металлы I, II групп и неметаллы III-VIII групп Периодической системы, а в качестве добавки - нитридообразующие металлы и/или их сплавы, при этом азотированию в режиме горения подвергают только добавку, а измельченные основные исходные материалы и продукт азотирования добавки смешивают при массовом соотношении (1-5):1, после чего смесь компактируют, спекают или сплавляют.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что основные исходные материалы и продукт азотирования добавки измельчают до размера частиц 0,3 мм.