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 железа с бором такие как ферробор, ферроборал, никельбор, хромбор, грейнал и другие.

Недостатками указанных сплавов являются высокая температура плавления и низкая легирующая способность.

Наиболее близким по составу к предлагаемому является сплав для раскисления и легирования стали следующего химического состава, мас.%:

Кремний30,0-45.0

Алюминий2,0-13,0

Бор0,5-5,0

Кальций0,6-3,0

Азот0.03-3,0

ЖелезоОстальное

Недостатком этого сплава является присутствие в нем азота, который уменьшает воздействие бора в присаживаемую сталь, что выражается в уменьшении прокаливае- мости железоуглеродистого сплава.

Цель изобретения - повышение прока- ливаемости и износоустойчивости стали.

Поставленная цель достигается тем, что сплав для раскисления и легирования стали, содержащий кремний, ал-юминий, бор, кальций и железо, дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний30,0-45,0

Алюминий2,0-13,0

Бор0,5-3.0

Кальций0,6-3,0

Ванадий3,0-8.0

ЖелезоОстальное

Наличие в указанных пределах кремния обеспечивает уменьшение окисляемости бора и ванадия и ихравномерное распреде- ление в объеме металла, что благоприятно сказывается на прокаливаемости и комплексе механических свойств стали.

Содержание в предлагаемом сплаве 2- 13% алюминия в совокупности с кальцием увеличивает раскислительную способность кремния. Алюминий не оказывает этого влияния при его содержании менее 2.0%, а при

4

А

00 СЛ

4

содержании его в сплаве более 13% повышаются окисляемость сплава на воздухе и угар при использовании.

Присутствие в сплаве кальция улучшает чистоту стали по оксидным включениям. При содержании кальция менее 0,6% указанный эффект малоощутим, а при содержании более 3,0% происходит не очищение матрицы от неметаллических включений, а ее загрязнение от запутывания в ней оксидов кальция.

Бор оказывает существенное влияние на свойства стали, вводить его в расплав следует только после раскисления, так как он является очень сильным раскислителем. С целью повышения его извлечения в сталь введение целесообразно в виде комплексного сплава с железом, кремнием, алюминием, кальцием и ванадием. Малые присадки бора (в количестве 0,003-0,005 в стали) сильно повышают прокаливаемость. Прокаливаемость возрастает особенно существенно при одновременном введении в сталь нескольких легирующих элементов. Введение, в.етвяь сплава с бором в количестве 0,5-3,0% способствует повышению усвоения легирующих элементов, тек как бор повышает раскис л ительную способность сплава и эффективно влияет на форму и природу включений стали.

Бор s количестве менее 0,5% не увеличивает раскиспительную способность сплзвз и не является м кродег«рующей добавкой из- за незначительиоети его содержания в сплаве.

При содержании в сплаве свыше 3,0% бора возникает угроза ухудшения свойств стели, а именно опасность возникновения красноломкости, снижения технологической пластичности, образования камневид- ного излома, падения вязких свойств, снижения прокаливавмости.

Ванадий используется, в основном, как легирующий элемент. Даже в небольших количествах влияет на свойства сталей. В ста- лях аустенитного класса ванадий стабилизирует аустенит при высоких температурах и низком содержании углерода. Образуя карбиды, он измельчает структуру стали, повышая ее прочность, вязкость, пластичность и износоустойчивость. При 0,03- 0,05 % ванадия уменьшается склонность стали к старению, обусловленная повышенным содержанием азота, улучшается поверхность слитка. При концентрации ванадия 0,01-0,04% существенно повышаются свойства закаленной и высокоотпущенной стали. Легированные ванадием стали используются для производства рельсов, труб и машин, работающих при низких температурах, Он увеличивает прочность сварных швов.

При содержании в сплаве менее 3,0% ванадия указанный эффект не достигается из-за получения низкого содержания ванадия

в стали, а при увеличении его содержания в сплаве более 8,0% остаточное содержание ванадия в стали чрезмерно и приводит к неоправданному перерасходу компонента. Введение в сплав 3,0-8,0% ванадия

0 способствует образованию в стали прочных нитридов ванадия, что, в свою очередь, приводит к усилению бора, как микролегирующего элемента.

Предлагаемый сплав в виде примесей

5 содержит фосфор и серу, содержание которых строго ограничено из-за их влияния на свойства самого сплава, а также физико-химические свойства обрабатываемой стали. Получение предлагаемого сплава может

0 быть основано на восстановлении углеродом в рудовосстановительной печи оксидов кремния, алюминия, кальция, бора и ванадия. В качестве восстановителя при выплавке сплава используется металлургический

5 коксик.

В идентичных лабораторных условиях выплавляют пять составов предлагаемого сплава и один известный со средним значением ингредиентов,

0 В табл. 1 показан химический состав сплавов.

В индукционной лечи емкостью 30 кг полученные сплавы используются для раскисления и легирования стали марки 50РА.

5 Обработку стали известным и предлагаемым сплавами производят одинаковым их количеством (15 г/кг стали) без дополнительных корректировок.

В табл. 2 приведены усвоение элемен0 тов раскислителей используемых сплавов, значения прокаливаемое™ и износоустойчивости полученных сталей.

Из данных, полученных при исследовании, установлено, что присадка в сплав ванадия не

5 оказывает значительного влияния на повышение использования кремния и алюминия, однако существенно улучшает прокаливаемость и износоустойчивость полученной стали. Формула изобретения

0 Сплав для раскисления и легирования стали, содержащий кремний, алюминий, бор, кальций и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения прокаливаемо- сти и износостойкости стали, он дополни5 тельно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний30-45

Алюминий2-13

Бор0,5-3,0

Кальций Ванадий

0,6-3,0 3-8

Железо

Остальное

Использование: изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству ферросплавов, используемых для раскисления и легирования стали. Сущность изобретения: сплав содержит, мас.%: кремний 30-45; алюминий 2-13; бор 0,5-3; кальций 0,6-3; ванадий 3-8; железо остальное. Использование предлагаемого сплава для раскисления и легирования стали марки 50 РА позволяет повысить абразивную износостойкость на 11-12,3% и прокаливаемость на 1,1-7,2%, при этом температура закалки снижается на 25-30%. 2 табл.

Т а б л и ц а 1

Таблица 2