Сплав для микролегирования стали

 

СПЛАВ ДЛЯ МИКРОЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ, содержащий ниобий, кремний и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения степени усвоения ниобия и прочности стали, он дополнительно содержит медь, кальций , алюминий, иттрий и азот при следующем соотношении компонентов, мае.%: 12-30 Ниобий 5-40 Кремний 0,01-10,0 Медь 0,5-10,0 Кальций 0,5-35,0 Алюминий 0,01-5,0 Иттрий § 0,001-1,0 Азот Железо Остальное (Л

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4 (51) С 22 С 35/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3580267/22-02 (22) 12.04.83 (46) 07. 02.85. Бюл. № 5 (72) В.И. Жучков, Н.А. Ватолин, А.В. Елютин, Е.И. Арзамасцев, И.Х. Ромазан, H.ß. Винокуров, С.Г. Рыскина, В.Л. Егоров, А.Л. Завьялов, В.Я. Камышев, Ю.Б. Иальцев и Н.В. Корчемкина (71) Институт металлургии Уральского научного центра АН .СССР, Институт

Гиредмет и Уральский научно-исследовательский институт черных металлов (53) 669.13-198(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 260894, кл. С 22 С 35/00, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 478886, кл. С 22 С 35/00, 1974.

3. Патент Японии № 44-9983, кл. 10 F 24, 1980..„Я0„„1 13842 (54) (57) СПЛАВ ДЛЯ МИКРОЛЕГИРОВАНИЯ

СТАЛИ, содержащий ниобий, кремний и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения степени усвоения ниобия и прочности стали, он дополнительно содержит медь, кальций, алюминий, иттрий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.Ж:

Ниобий 12-30

Кремний 5-40

Медь О, 01-10,0

Кальций 0 5-10 0

Алюминий 0,5-35,0

Иттрий 0,01-5,0

Азот 0,001-1,0

Железо Остальное

1138426

Значительные пределы изменения содержания ниобия и кремния в извест ном сплаве существенно влияют на изменение температуры его плавления.

Сплав не гарантирует низкой темпера- 40 туры плавления во всем предлагаемом интервале соотношений Nb u Si. При максимальных содержаниях Nb и минимальных Ях легирование стали известным сплавом в ковше затруднено ввиду 45 высокой температуры его плавления (> 1550 С). Легирование же стали в печи ведет к большим потерям ниобия, связанным с его .угаром. Отрицательно сказывается на качестве стали ее пе- 50 регрев перед выпуском для более пол-. ного растворения сплавов при ковшевом легировании (большая газонасыщенность, увеличение неметаллических включений и т.д.), Кроме того, из- 55 вестный сплав не дает стабильного усвоения ниобия сталью, и при максимальных содержаниях в сплаве ниобия и миИзобретение относится к производству стали и ферросплавов, в частности к легированию конструкционных сталей ниобием.

Известен сплав для легирования11) содержащий, мас. :

Ниобий 30-50

Марганец 20-30

Кремний 410

Алюминий 45

Титан «<5

Железо Остальное

Сплав пригоден для ковшевого легирования, но высокое содержание

КЪ влечет к неравномерному распределению его в массе металла и к нестабильному усвоению ниобия.

Известен также сплав для легирования (2 3 содержащий, мас.7:

Ниобий . 40-60

Никель 5-20

Железо 5-10

Хром Остальное

Недостатки сплава: нестабильное распределение в массе металла при иикролегировании и высокая температура плавления.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является сплав (3), содержащий, мас.7:.

Ниобий

Кремний

Железо

35 нимальных кремния наблюдается значительная сегрегация ниобия в массе слитка ° Усвоение ниобия сталью колеблется в пределах 65-707. Зги недостатки сплава отрицательно сказываются на прочностных характеристиках стали. С другой стороны, максимальные содержания кремния в сплаве сужают область применения ввиду возможности превышения пределов по кремнию на многих марках стали.

Целью изобретения является повышение степени усвоения ниобия и прочности стали.

Поставленная цель достигается тем, что сплав для легирования стали, содержащий ниобий, кремний и железо, дополнительно содержит медь, кальций, алюминий, иттрий и азот при следующем соотношении компонентов, мас. 7:

Ниобий 12-30

Кремний 5-40

Медь 0,01-10,0

Кальций 0,5-10,0

Алюминий 0 5-35 0

Иттрий 0,01-5 0

Азот 0,001 — 1,0

Железо Остальное

Нижний предел содержания Nb — 12X обуславливается тем, что с понижением содержания ниобия в сплаве требуется ввод в сталь больших количеств сплава, а это, в свою очередь, увеличивает количество вводимого кремния, что нежелательно на целом ряде конструкционных марок сталей. Так, на

10Е2БД (0,17-0,37 Si), где содержание кремния повышается за счет использования кремнийсодержащих ферросплавов (Si-Mn), применение сплава с 127 Nb„ 57 Si вносит в сталь О, 17.

Si, что ведет к получению в готовой стали содержаний кремния, предусмотренного ГОСТом.

Верхний предел по ниобию (307) и нижний — bio кремнию (5 ) и алюминию (0,57) обусловлены температурой плавления сплава. С уменьшением содержания кремния и алюминия, а также с увеличением ниобия относительно указанных пределов температура плавления сплава значительно повышается, снижая эффект ковшевого легирования. Время растворения значительно увеличивается. Уиеньшается усвоение ниобия. Ухудшаются механические характеристики стали. При увеличении

426

3 1138 содержания алюминия > 357. резко сужа- ется сортамент выплавленных сталей.

Кроме того, сплавы с содержанием кремния > 40Х склонны к рассыпанию.

Медь переходит в сплав, и при содержании в стали от 0,01 до 0,57 увеличивает ее пластичность в холодном состоянии, повышает коррозионную стойкость нержавеющей стали. Верхний предел ее содержания обусловлен 10 ухудшением пластических свойств стали.

Верхний предел 1,00X по содержанию азота. зависит от растворимости азота в стали, а нижний 0,001X — от наличия карбонитридов в стали. Наличие в сплаве кремния, алюминия, меди, кальция и иттрия значительно (в 10 раз) увеличивают скорость его растворения за счет тепла экзотермических щ реакций этих компонентов, что улучшает условия равномерного распределения ниобия в массе металла, Содержание иттрия 0,01-5 OX увеличивает раскислительную способность 25 сплава, кроме того, иттрий повышает усвоение ниобия сталью. При содержании иттрия в лигатуре > 5Х наблюдается повышенный угар ниобия за счет пироэффекта.

Легирование стали малыми количествами ниобия в сочетании с иттрием обеспечивает получение стали с высокими прочностными свойствами за счет ее карбонитридного упрочнения. Каль- ции и иттрии обладает большим срод35 ством к кислороду, что предохраняет ниобий от окисления при вводе сплава в металлический расплав.

Пример . Содержание элементов с стали 10ГБД . согласно э

ТУ-14-1-939-74 составляет, X. Mn 1,21,6; Si О, 17-0,37; Ti 0,01-0,03;

Nb 0,02-0,05. Содержание других элементов должно соответствовать

ГОСТ 19282-73.

При выплавке этой стали при температуре 1600 С в мартеновской печи с садкой 500 т для предварительного раскисления присаживается часть силикомарганца СИп 1? (, 1/3 расчет50 ного), остальное количество СМп 17 дается в ковш во время выпуска. Одновременно со сплавом СМп 17 в ковш дается сплав предлагаемого состава из расчета получения 0,057. Nb в стали. Распределение ниобия в стали контролируют по пробам, отбираемым со струи в процессе разливки.

Результаты испытаний представлены в таблице.

При механических испытаниях стали получены следующие средние показатели:6"76 кг/см ; а„ 8,0- ег/мм, усвоение ниобия сталью в среднем составило - 93X.

Микролегирование конструкционных сталей предлагаемым сплавом на

0,02=0,05X Nb увеличивает прочностные характеристики по пределу текучести на 207, по пределу прочности на 107. по сравнению с известным способом при сохранении высокого уровня платических свойств.

Высокую степень упрочнения дают добавки сплава в горячекатаную сталь.

Каждый 0 01X Nb в совокупности с элементами сплава повышают временное сопротивление на 1,5-3 кг/мм, предел текучести на 3-5 кг/мм2.

Анализ результатов плавок показывает, что минимальный угар ниобия получен в сплавах с содержанием кальция 0 5-.10Х и иттрия 0 5-5 ОХ.

При содержании кальция (0,5Х усвоение ниобия было < 80X вследствие

его угара.

Замеры температур плавления сплава во всем предлагаемом интервале соотношений элементов, показали, что они не превышают 1350 С. Это обеспечивает эффективное ковшевое микролегирование стали без необходимости перегрева ее в печи перед выпуском.

Сплав предназначается для микролегирования различных марок конструктивных сталей и особенно сталей, идущих на изготовление магистральных труб больших диаметров для нефтеи газопроводов, а также сталей, работающих при низких температурах.

Кроме того, микролегирование конструкционных сталей позволяет эа счет улучшения прочностных свойств уменьшить сечения профилей металлоконструкций-, значительно облегчая их (до 307) без снижения прочности.

Ожидаемый экономический эффектсоставит 500 руб. на тонну сплава.

1138426 твлъв Nb, 2 )Срсдввв ств

ВСВЬ !ОВОС

3 4 S

СВВС СВОЙСТВУ

° > М1 °

Т/CN 1ÏВ °

4 22еОО 2090

ВВВОСТ е4О

7 33,0 !О,О

63 69 66 68 67

2т2 SS 947 70 80

В

ОСТВВВВОО ЗВМВО

Корректор И. Эрдейи

Подписное

° 01 0,3 0,3 Otpt OtPOt 97 96 93 96 97 94.1 12,0 39 О

2 19,9 19,0 6,0 23,0 7,0 3>0 0,4 93 92 94 93 96 94

3 30,0 9е0 10ер 33,0 10,0 St,pp 1,000 97 96 97 98 97 97

3,0 30,0 3,0 4,0 0,3 94 94 9S 94 . 93 94

3 30,0 40,0 1ОтО. 3,0 10,0 S,OO 1,000 93 96 93 96 94 9S

6 30ТО 6тО !ОТО 33ТО 10тО 3еОО 1э000 94 92 96 94 94 94

Составитель Н. Шепитько

Редактор Н. Егорова Техред М.Надь

Закаэ 10637/19 Тираж 583

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

8 ° 1 83 1112 99 60 .

Ь О ЬО 110S 97

8 Z 77 1100 98 61

8,0 79 1090 9S .8ВО 84 1110 92 62

8,3 78 t 11t 96 62