Сплав для раскисления и легирования стали Советский патент 1992 года по МПК C22C35/00 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству ферросплавов, используемых для раскисления и легирования стали.

Известны сплавы для раскисления и легирования стали, содержащие марганец, кремний, бор и другие элементы.

Основной недостаток данных сплавов - низкая износостойкость полученной стали. Наиболее близким по составу к предлагаемому является сплав следующе го химического состава, мас.%:

Кремний14,0-34,0

Марганец40-75

Алюминий0,1-5,0

Кальций0,1-4,0

Магний0,2-2.0

Углерод0,2-2.0

Фосфор0,05-0,4

Сера0,01-0,04

Бор0,1-3,0

Азот0,03-3,0

Медь0,02-10,0

ЖелезоОстальное

Недостатком данного сплава является низкая износостойкость стали.

Цель изобретения - повышение износостойкости стали.

Поставленная цель достигается тем, что сплав, содержащий кремний, марганец, алюминий, кальций, магний, бор, медь и железо, дополнительно содержит цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

(Л

С

Кремний

Марганец

Алюминий

Кальций

Магний

Углерод

Фосфор

Сера

Бор

Медь

Цирконий

Железо

14,0-34,0

40,0-60.0

0,1-5,0

0.1-4,0

0,2-2,0

0,2-2,0

0,05-0,4

0,01-0,04

0,5-3,0

0,02-10,0

3,0-15,0

Остальное

xi го

СО

„

XI 00

Малые присадки бора (в количестве 0,003-0,005% в стали) сильно повышают прокаливаемость. Последняя особенно существенно возрастает при одновременном введении в сталь нескольких легирующих элементов. Введение в сплав бора в количестве 0,5-3% способствует повышению усвоения легирующих элементов в сталь и повышению ее износостойкости, так как бор повышает раскислительную способность сплава, эффективно влияет на форму и природу включений в стали.

Бор в количестве менее 0,5% не увеличивает раскислительную способность сплава, что не приводит к уменьшению угара элементов и не является микролегирующей добавкой из-за незначительности его содержания в сплаве. При содержании в сплаве бора 3% возникает реальная угроза ухудшения свойств стали, а именно опасность возникновения красноломкости, снижение технологической пластичности, образование камяевидного излома, падение вязких свойств, снижение ее прокали- ваемости.

Бор следует вводить в металл, предварительно раскисленный и очищенный от избытка кислорода и азота такими сильными элементами, как алюминий и ванадий; введение бора в ванну в. виде комплексного сплава с этими элементами обеспечивает его высокое усвоение и использование. Вот почему из состава сплава исключен азот.

Введение в состав сплава меди (0,02- 10,0%) способствует повышению износостойкости стали за счет образования ее прослоек, которые плотно и прочно сцеплены с поверхностью зерен, не окисляются, не наклепываются и способны к многократной пластической деформации без разрушения. Кроме того, медь, стабилизируя карбиды и карбонитриды бора, делает их устойчивыми против выкрашивания.

При содержании в сплаве меди менее 0,02% нарушается стабилизация карбидов и кэрбонитридов бора, а образующейся медной прослойки оказывается недостаточно для защиты контактирующей поверхности, вследствие чего износостойкость стали снижается, Увеличение содержания меди в сплаве более 10% приводит к ее накоплению под слоем оксидов и внедрению меди при горячей обработке давлением в границы зерен, вызывая тем самым образование поверхности трещин.

Наличие в сплаве в указанных количествах кремния и марганца обеспечивает уменьшение окисляемости бора и его равномерное распределение в объеме металла, что благоприятно сказывается на износостойкости и комплексе механических свойств стали.

Содержание в предлагаемом сплаве 0,1-5,0% алюминия в совокупности с бором увеличивает раскислительную способность марганца и кремния. Алюминия при содержании меньше 0,1% не оказывает этого влияния, а при содержании его более 5,0% повышается окисляемость сплава на воздухе и угар при использовании.

Присутствие в сплаве 0,1-4,0% кальция

повышает чистоту по оксидным включениям сплава, а также физико-механические свойства обрабатываемой им стали. При содержании кальция менее 0,1% указанный эффект мало ощутим, а при содержании более 4,0% происходит не очищение матрицы сплава от неметаллических включений, а ее загрязнение вследствие запутывания в ней оксидов кальция.

Магний в количестве 0,2-2,0% повышает усвоение марганца и алюминия. Это объясняется тем, что при введении сплава в сталь происходит активное испарение магния, вызывающее барботаж металла, в результате чего происходит перемешивание

металла, которое способствует равномерному распределению и усвоению марганца, кремния и алюминия.

При содержании магния менее 0,2% уменьшается модифицирующая способность сплава, а при увеличении его содержания более 2,0% влияние магния на форму и размеры включений значительно уменьшается, что ухудшает комплекс механических свойств стали.

Цирконий является хорошим раскисли- телем и модификатором стали, превосходя по своей раскислительной способности алюминий. Он связывает в прочные соединения азот и серу, нейтрализуя их вредное

влияние на сталь. В сочетании с другими элементами он увеличивает вязкость, проч- ность и износостойкость стали, улучшает ее прокаливаемость, свариваемость, обрабатываемость и сопротивление коррозии.

Цирконий позволяет снизить содержание азота в стали без ухудшения ее свойств. При введении его в стаЛь устраняется красноломкость.

При содержании в сплаве менее 3%

циркония указанный эффект не достигается из-за получения низкого содержания циркония в стали, а преувеличении его содержания в сплаве более 15% остаточное содержание циркония в стали становится

чрезмерным. Введение в сплав 3-15% циркония способствует образованию в стали прочных нитридов циркония, что в свою очередь приводит к усилению бора как микролегирующего элемента.

Предлагаемый сплав в виде примесей содержит углерод, фосфор и серу, содержание которых строго ограничено из-за влияния на свойства обрабатываемой стали.

Получение предлагаемого сплава основано на восстановлении углеродом в рудно- термической печи оксидов кремния, марганца, циркония, кальция, алюминия и бора. Медь вводят в шихту в виде отходов медной стружки. В качестве восстановителя при выплавке сплава используется металлургический коксик.

В лабораторных условиях методом сплавления выплавили три состава предлагаемого сплава и один известный со средним значением ингредиентов.

В таблице показан химический состав сплавов, а также приведены результаты испытания износостойкости Ст35 (износостойкость определяли по ГОСТу).

Сплавы получены в индукционной печи емкостью 10 кг, используются для легирования и раскисления стали марки 35. Обработка стали известным и предлагаемым

0

сплавами производится одинаковым их количеством (15,5 г/кг стали) без дополнительных корректировок.

Формула изобретения Сплав для раскисления и легирования стали, содержащий кремний, марганец, алюминий, кальций, магний, бор, медь, углерод, фосфор, серу и железо, отличающий- с я тем, что с целью повышения износостойкости стали, он дополнительно содержит цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

5

0

Кремний

Марганец

Алюминий

Кальций

Магний

Бор

Медь

Углерой

Фосфор

Сера

Цирконий

Железо

14-30

40-60

0.1-5.0

0.1-4.0

0,2-2.0

0,5-3,0

0,02-10,0

0,2-2,0

0,05-0,4

0,01-0.04

3-15

Остальное

Изобретение относится к сплавам для раскисления и легирования стали. Цель изобретения - повышение износостойкости стали. Сплав содержит, мас.%: S114-34; Мп 40-70; А 0,1-5,0; Са 0,1-4.0; Мд 0,2-2,0; С 0,2-2,0; Р 0,05-0,4; S 0,01-0,04; В 0,5-3,0; Си 0,02-10,0; Zr 3,0-15; Fe остальное. В результате обработки предлагаемым сплавом стали марки Ст35 ее износостойкость повышается на 3-11 %. 1 табл.