Лигатура

 

1. ЛИГАТУРА, содержащая алнминий, кремний, кальций, магний, титан, азот и железо, отличающ а я с я тем, что, с целью стабилизации химического состава металла и его механических свойств в процессе разливки, она дополнительно содержит углерод, марганец и барий при следующем соотисшении компонентов, мае. %: Алюминий 0,5-3,0 Кремний 25-65 Кальций 1-10 Магний 0,1-2,0 Титан 0,3-4,0 Азот 0,01-2,00 Углерод 0,2-2,0 Марганец 0,1-8,0 (Л : Барий 5-32 Железо Остальное 2. Лигатура по п. 1, о т л и чающаяся тем, что .соотношение бария, кальция и магния составляет 1:

ае ои

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ЗСЮ С 22 С 35 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

25-65

1-10

0,1-2,0

0,3-4,0

0 01-2,00

0,2-2,0

0,1-8,0

5-32

Остальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3543025/22-02 (22) 26. 01. 83 (46) 15.03.84. Бюл. Р 10 (72) В.Ф.Кислицын, A.A.Филиппенков, Э.Я.Сидельковский, С.А.Донской, А,В.Èàñëåííèêîâ, А,А.Ïàðôåíîâ, В.Т.Чава, В.И.Жучков, С.В.Лукин и И.B.Pÿá÷èêîâ (71) Уральский научно-исследовательский институт черных металлов, Ермаковский завод ферросплавов им. XXIII съезда КПСС и Институт металлургии Украинского научного центра AH СССР (53) 669.15-198(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 313887, кл. С 22 С 35/00, 1970.

2.. Авторское свидетельство СССР

1Р 532653, кл. С 22 С 35/00, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР ,9 954477, кл. С 22 С 35/00, 1980. (54)(57) 1. ЛИГАТУРА, содержащая алюминий, кремний, кальций, магний, титан, азот и железо, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью стабилизации химического состава металла и его механических свойств в процессе, разливки, .она дополнительно содержит углерод, марганец и барий при следующем соотнсндении компонентов, мас. %:, Алюминий 0,5-3,0 Кремний

Кальций

Магний

Титан

Азот

Углерод

Марганец ,Барий

Железо

2. Лигатура по п. 1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что,соотношение бария, кальция и магния составляет 1:(0,2-0,32): (0,02-0,063) ..

10796 83

Изобретение относится к металлургии черных металлов, в частности к ферросплавам и лигатурам, используемым для раскисления, модифицирования и упрочнения низко- и высоколегированных сталей.

Известна лигатура щая, вес. Ъ:

5 (1), содержа2,5-25,0

Барий

Кальций

Алюминий

Магний

5-1 О

0,5-3,0

О, 8-1,2

Марганец

Железо

0,5-2,0

3-8

О, 15-0,25

Остальное

Углерод

Кремний

Эта лигатура является сильным раскислителем но не обладает модифицирующей и Упрочняющей способностью.

Известен также комплексный модификатор f2) содержащий, вес.Ъ:

3-6

Магний

Кальций

3-15

0,5-15,0

Барий

5-20

5-15

РЗМ

1-5

Бор

1-15

5-15

ЖелЕзо

Титан

Кремний Остальное

Известный комплексный модификатор обладает сильным модифицирующим воздействием на сталь, однако высокое . содержание магния и кальция может вызвать пироэффект и выброс металла при введении сплава в жидкую сталь„ а высокое содержание титана и бора снижает ударную вязкость стали, так как образуется большое количество включений сульфидов, оксидов и нитрндов по границам зерен.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является лигатура (3), содержащая, вес. %:

50 бО б5. Алюминий

Кремний

Кальций

Магний

Титан

Азот

Железо

11-30

30-75

0,51-2,5

0,1-1;2

0,1-3, 8

0,08-0,95

Остальное

Обработка жидкого металла сплавом такого состава не обеспечивает эффективное измельчение зерна или модифицирующего воздействия на металл, что снижает уровень его пластичности и вязкости, а также не обеспечивает стабилизации состава . стали по ходу разливки ее по формам.

Цель изобретения — стабилизация химического состава металла и его механических свойств в процессе разливки»

Поставленная цель достигается тем, что лигатура, содержащая алюминий, кремний, кальций, магний, титан, азот и железо, дополнительно содержит углерод, марганец и барий при следующем соотношении компонентов, мас. В:

0 5-3,0

25-65

1-10

0,1-2,0

0,3-4, О

0,01-2,ОО

0,2-2,0

0,1-8,0

5-32

Алюминий кремний

Кальций

Магний

Титан

Азот

Углерод

Марганец

Барий

Железо Остальное

При этом соотношение бария, кальция и магния составляет 1:(0,20,32):(0,02-0,063) .

Предлагаемая лигатура выплавляется методами сплавления или угле-, силикотермическим процессом с насыщением азотом. Лигатура может вводиться в жидкий металл при выпуске его иэ печи или в малые ковши перед заливкой в формы.

Стабильность химического состава по ходу разливки обеспечивается хорошим перемешиванием металла в ковше за счет бария, кальция и магния, глубокого раскисления и модифицирования за счет алюминия, титана, углерода, марганца, азота и их соотношений,.

Введенные дополнительно углерод, марганец и барий позволяют компенсировать угар сильных раскислителей, марганца и углерода по ходу разливки металла, а благодаря этому стабилизировать и механические свойства стали.

Металлографические исследования выявляют равномерность распределения нитридов и карбонитридов титана при оптимальном их соотношении. Содержание марганца в лигатуре менее

0,1% практически не влияет на свойства обрабатываемого металла. Обработка стали 20Г1ФЛ лигатурой с содержанием марганца более 8,0% мо1079683

1

Таблица 1.Химиче ск ий со став, В

Вариант лигатур

Ре Мп

А1

49 5 20 4 1 96 0 6 Ост.

1 (прототип)

2 (ниже нижнего) 0,15 24,3 0,45 0,26 0,007 -"- 0,07

3 (нижний предел) 0,1

0,3 0,01

0,20

25 р0 0,5 .44,8 1,7

65,0 3,0

4 (средний)

5 верхний) 2,11 1,02

4,52

8,0

4,0 2,0

2,0

6 (выше верхнего}

8,3

4,07 2,09

66,0 3,32

2,1

7 (верхний предел) 4,52

2,10 1,00

45,1 1,8

1,2

8 (средний предел}

1,21 44,9 1,75 2,13 1,03 -"- 4,54

1,20 45,0 1,77 2,13 0,98

4,55

9 (нижний) жет вызвать отклонение по верхнему I его пределу в ниэколегированной стали.

Содержание в лигатуре бария меньше 5,0%, кальция меньше 1,0%, магния меньше 0,1% не влияет на стабильность химического состава и механическихсвойств обрабатываемого металла, а содержание бария больше 32%, кальция больше 10,0 и магния больше

2,0 вызывает пнроэффект и может привести к выбросу металла. Изменение соотношения этих компонентов в сплаве приводит или к снижению стабильности по химическому составу и механическим свойствам, или к повы- 15 шению возможности выброса жидкого металла из ковша при обработке его лигатурой.

Пример. В 400 кг индукционной печи выплавляют сталь 20Г1ФЛ. ;щ

При выпуске металла из печи в пер вый ковш емкостью 50 кг вводят лигатуру, соответствующую по составу прототипу. В 5 последующих ковшей такой же емкости вводят предлагаемую лигатуру с содержанием компонентов в различных пределах (для сравнения ее влияния на свойства полученнЬй низколегированной стали) . Разливка проводится ступенчатос первая порция металла заливается в "трефу" и пос.ледняя порция - во вторую "трефу"..

Так исследуется стабильность свойств.

Металл, обработанный известной (прототип) и предлагаемой лигатурами ,разливается в "трефы", заготовки из которых подвергаются нормализации от 950 С. Затем иэ заготовок вырезаются образцы и испытываются на прочность и ударную вязкость.

Составы лигатур, стали и результаты испытаний приведены в табл. 1.

t079683

Химический состав, %

Вариант лигатур

С Ип

Cs Ng

Ва

1 (прототип) "0,12

0,20 0,10 0,48

0,16 0,7 0,41

1,2 0,6

0,08

Предлагаемый

2 (ниже нижнего)

0,20 1,0

0,19 0,8

0,11

0,46

4,5

0,9 0,09

0,07

0,43 (H HHA п едел) 1,0 0,1

0,11

0,21 1,1

0,21 1,1

0,22 1,0

0,22 1,0

0,20 1,1

0,20 1,1

0,22 1,0

0,22 1,0

0,47

0,46

5,0

0,11

4 (средний) 0,10

0,50

5,39 1,07

18,7

0,10

0,50

10,0 2,0

5 (верхний) 0,11

0,53

32,0

0,52 0,11

0,10

0,51

6 выше (верхнего)

О, 1 0

0,51

7 (верхний предел ) 0,09

0,22 1,0

0,22 1,0

10,0 2,0

0 50

32,0

0,09

0 50

8 (средний предел) 0,50 0,10

4,7 . 0,7 0,23 1,0

0,23 1,0

18,7

-0,10

0,50

0,49

9 (нижний) 0,10

0,22 1,1

1,0 0,1

5;0

0,49 0,10

0,22 1,1

35,0 10,2 2,1

Соотношение ЩЗМ

Продолжение табл. 1

7 т

1079683

Продолжение. табл. 1

Г м имический сос1 тав, %

Механические свойства

Вариант риод звки

Балл зерна

МПа КСЧ, Мцж м

2 при, С стали

+20 -40

0,016 Начало 546 0,60 0,38 6

1 (прототип) 0,017 Конец

520 0,53 0,30

2 (ннже нижнего) 0,012 Начало 527 0,70 0,39 7

0,010 Конец 524 0,69 0,36

0,02

0,01

3 (нижний предел}

0,025 0,013 Начало 553 0,74 0,41 . 7

0,025 0,014 Конец 550 0,74 0,42

4 (средний) 0,016 Начало 585 0,76 0,42 8

0,016 Конец 585 0,76

0,42

0,032 0,017 Начало 587 0,75 0,.42 8

5 (верхний) 0,031 0,017 Конец 586 0,76 0,41 б (выше верхнего) 0,043 0,020 Начало 591 0,74 0,38. 8

0,045 0,020 Конец 589 0,72 0,36

7 (верхний предел) 0,015 Начало 586 0,78 0,43

0,03

0,015 Конец 586 0,78

0,03

0,43

8 (средний нредел) 0,014 Начало 583 0,77

0,014 Конец 583 0,77

0,015 Начало 584 0,76

0,42

0,42

9 (нижний) 0,42

0,03

0,015 Конец 584 0,76

0,42

0,03

Сравнение известной лигатуры с оптимальным вариантом предлагаемой, 60 выявляет улучшение хладостойкости и усталостной прочности стали 20Г1ФЛ при обработке ее предлагаемой лигатурой.

0,032

0 i 031

0,03

0i03

0,028

0,028

В табл. 2 приведены данные хладостойкости стали 20Г1ФЛ, обработанной сравниваемыми ли.— гатурамн (варианты 1 и 4.табл. 1) .

1079683

Таблица 2

KCV, кДж/м, при С

Лигатура

-20

-40

Известная прототип

320

600

Предлагаемая 760

420

В табл. 3 приведены характеристи- 20Г1ФЛ, обработанной сравниваемыми ки усталостной прочности стали лигатурами (варианты 1 и 4, табл,1) .

Т а б л и ц а 3

Ъ б-iT

МПа

6 ИПа

Лигатура

Известная (прототип) 210

3,37

2,02

2,33

115

230

2,00

1,92

250

130

1 i 03

240

Предлагаемая

110

2,18

3 37

260

120

2,02

2,16

1,03

139

2,08

ВНИИПИ Заказ1262/26 Тираж 603

Подписное филиал ППП "Патент, r,Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

В табл. 3 приняты следующие обозначения:

6.1. — предел выносливости гладких образцов,,C6 -. теоретический коэффициент концентрации напряжений, .6<- предел выносливости образцов с концентраторами напряжения;

- эффективный коэффициент концентрации напряжения.

Йизкие свойства у стали, обрабо танной известной лигатурой, объясняются выделением неметаллической фа° эы - нитридов алюминия по границам зерен при одновременном растворении

Ъ. стали азота и алюминия, содержащегося в больших количествах в составе известной лигатуры, что подтверждается и межзерным изломом стали.

Содержание А1 и N в предлагаемой лигатуре значительно ниже,(в

15 и 2,5 раза соответственно). При этом во время обработкц предлагаемой лигатурой происходит дополнительное

4Q раскисление металла и корректировка состава по марганцу.

Анализ данных табл. 1-3 выявляет следующее: стабильность химсостава повышается на 12-15%, механи45 ческих свойств на 8-13%, прочность стали возрастает на 8% при увеличении уровня ударной вязкости на 30%.

Обработка стали предлагаемой лигатурой гарантирует снижение брака аитых заготовок по нестабильности химсостава и механическим свойствам металла.

Такие отклонения при выплавке .низко- и, особенно высоколегированных сталей составляют около 3% от объема производства стали.

Экономический эффект от применения предлагаемого сплава при его годовой выплавке 480 т (одна круглогодично работающая печь мощностью з0 1200 кВА на Ермаковском заводе ферросплавов) составляет 1086,7 тыс.руб