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

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству ферросплавов,

Известен сплав для легирования стали , содержащий мас.%:

Алюминий10-24

Кремний0,1-5

Титан0,1-10

Ниобий20-40

Медь0,1-5

Цирконий0,5-5

ЖелезоОстальное

Недостатком сплава является то, что его использование не позволяет повысить усвоение сталью легирующих элементов, например ниобия и титана, вследствие довольно высокой температуры плавления сплава и его низкой плотности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является сплав для раскисления и легирования стали, содержащей, мас.%:.

Алюминий25-60

Ниобий15-50

Кремний0,1-15

Медь0,1-15

Титан0,1-10

Углерод0,01-2

ЖелезоОстальное

Этот сплав может применяться для комплексного раскисления и легирования сталей ниобием и алюминием.

Недостатком сплава является высокое содержание в нем алюминия, вследствие чего сплав имеет пониженную по сравнению с жидкой сталью плотность (до 5,8 г/см3), что не способствует высокому усвоению ниобия и титана, а это не позволяет достичь высоких прочностных характеристик стали.

Целью изобретения является повышение прочностных характеристик при сохранении пластичности стали и увеличение степени усвоения ниобия и титана

vj Ю КЭ 00 Ю

Поставленная цель достигается тем, что сплав для раскисления и легирования стали, содержащий ниобий, алюминий, кремний, титан, медь и железо, содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Ниобий10-25.

Алюминий3-10

Кремний3-8

Титан8-15

Медь17-35

ЖелезоОстальное

При выбранном соотношении компонентов плотность сплава составляет 7,0-7,8 г/см3, т.е. приближается к плотности жидкой стали, а температура плавления сплава 1350-1400°С. Это позволяет использовать сплав для ковшевого раскисления и легирования. Данный сплав находится в объеме жидкой стали, что предотвратит окисление легирующих элементов за счет атмосферы и шлака.

Медь повышает коррозионную стойкость стали и увеличивает ее прочность за счет дисперсного твердения. С присадками предлагаемого сплава в сталь вводится 0,03-0,14 мас.% меди, что при выплавке сталей с повышенной атмосферной коррозионной стойкостью типа 10Г2БД (содержащих 0,15-0,30 мас.% меди) позволит отказаться от дополнительных присадок меди, поскольку ее остаточное содержание в стали перед раскислением и легированием составляет 0,04-0,12 мас.%.

В результате микродобавок ниобия и титана в сталях образуются их карбиды и карбонитриды, которые вызывают измельчение зерна и повышение прочности. Алюминий раскисляет сталь, а также в результате образования дисперсных нитридов является эффективным регулятором величины зерна, препятствует старению и может оказывать положительное влияние на хладостойкрсть стали. Кремний является раскислителем стали.

Сплавы выплавляют в крупнолабор а- торной дуговой печи с мощностью трансформатора 100 кВА, 8 качестве шихтовых материалов используют ниобиевый концентрат состава, мас.%:

Nb20539; SI02 12; ТЮз 8; Zr02 4; MgO 3; CaO 24; металлоотходы состава, мас.%: Nb 20%; Ti 20%; Си остальное; железорудные окатыши (РезОз - 96 мас.%); алюминий и известь.

Шихту загружают в печь, расплавляют и выдерживают в расплавленном виде в течение 20-30 мин. Полученный расплав выпускают в изложницу. После остывания

расплава металл отделяют от шлака, чистят

и отбирают пробы для химического анализа.

Верхний предел содержания ниобия

(25%) обусловлен температурой плавления

сплава, С увеличением содержания ниобия (более 25 мас.%) температура плавления сплава значительно повышается, снижая эффект ковшевого легирования. Время растворения сплава в стали увеличивается.

Уменьшается усвоение ниобия и других легирующих элементов, ухудшаются прочностные характеристики стали.

Содержание ниобия менее 10 мас.% увеличивает удельный расход сплава для легирования стали, что существенно ухудшает тепловой баланс процесса легирования, снижает усвоение легирующих элементов, а следовательно, и прочностные свойства стали.

При выплавке сплава повышение содержания меди (более 35 мас.%) приводит к ее сегрегации, а также к резкому ухудшению дробимости сплава.

Снижение содержания меди в сплаве

(менее 17 мас.%) не позволяет получить сплав с оптимальной плотностью, что отрицательно сказывается на усвоении элементов сплава при легировании и на прочностные характеристики стали.

Исследованиями установлено, что в сплавах со значительным содержанием меди (более 15 мас.%) присутствие 3-8 мас.% кремния способствует улучшению дробимости сплава. Превышение содержания кремния в сплаве (более 8 мае %) не приводит к дальнейшему улучшению дробимости Содержание кремния менее 3 мас.% отрицательно сказывается на раскисляющей способности сплава.

Содержание титана в сплаве более 15 мас.% приводит при легировании стали к ухудшению ее ударной вязкости и пластичности.

При содержании титана в сплаве менее

8 мае. % эффективность раскисления снижается, что требует дополнительных присадок ферротитана.

При содержании в стали более 0,001 мас.% алюминия улучшается хладостой кость стали. При легировании стали сплавом, содержащим менее 3 мас.% алюминия, его содержание в стали получается менее 0,001 мас.%, что ухудшает хладостойкость стали.

5 Легирование стали сплавом, содержащим более 10 мас.% алюминия, не приводит к дальнейшему улучшению хладостойкое™ Полученные сплавы (табя.1) испытыва- , ют при раскислении и легировании стали,

выплавленной в индукционной печи емкостью 60 кг.

Раскисление и легирование осуществляют в ковше при выпуске стали из печи присадками силикомарганца, алюминия и ниобиевого сплава. Сталь разливают на 10- килограммовые слитки,которые прокатывают в пластины толщиной 10,5 мм. Из пластин изготавливают образцы для испытания механических свойств.

Примеры использования сплавов для раскисления и легирования приведены в табл.2.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что использование предлагаемого сплава в сравнении с прототипом обеспечивает повышение предела текучести стали на 8%, временное сопротивление разрыву на 12%; причем пластичность и ударная вязкость остаются на прежнем уровне. Усвоение ниобия увеличилось на 6%, титана - на 21 %.

0

5

0

Применение проката из стали, выплавленной с использованием предлагаемого сплава для раскисления и легирования, позволит сократить расход металла на 8% за счет большей прочности.

Формула изобретения Сплав для раскисления и легирования стали, содержащий ниобий, алюминий, кремний, медь, титан и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения прочностных характеристик при сохранении пластичности стали и увеличения степени усвоения ниобия и титана, он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Ниобий10-25

Алюминий3-10

Кремний3-8

Титан8-15

Медь 17-35

ЖелезоОстальное

Таблица 1

Сплав для раскисления и легирования стали. Изобретение относится к производству ферросплавов и предназначено для раскисления и легирования коррозионно- стойких сталей типа 10Г2БД. Сплав содержит, мас.%1 10-25 ниобия, 3-10 алюминия, 3-8 кремния, 8-15 титана, 17-35 меди и остальное - железо. При ковшевом легировании стали предлагаемым сплавом усвоени.е ниобия составляет 92-96%, титана - 45- 51%, при этом у обработанной стали 7т 455-475 МПа и а в - 545-595 МПа . 2 табл

Таблица2