Способ легирования стали азотом и ниобием

 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к легированию стали азотом Цель изобретения - повышение усвоения азота и ниобия, стабилизация состава стали и повышение ее эксплуатационных характеристик Легирование стали проводят азотированным ниобийсодержащим сплавом, содержащим 6-12% азота и 42-70% ниобия плотностью 6-7 г/см с фракцией нитридов ниобия в нем 1-5 мкм. Применение ферросплава позволяет повысить степень усвоения элементов и механические свойства стали 3 табл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (pi)% С 21 С 7/00

ГОСУДА Р СТ В Е ННЫ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 (21) 4421054/02 (22) 05.05.88 (46) 15.12.91. Бюл. N 46 (71) Московский автомобильный завод им, И.А,Лихачева (72) А.Ю,Конов, А.Д.Чулкова, С.Л,Буйко, Ю.К.Конов, Ю,Ю; Хухры М.К.Зиатдинов и

Ю.M.Ìàêñèìîâ (53) 669.046.516(088.8) (56) Бабаскин Ю.3. Структура и свойства литой стали, Киев; Наукова думка, 1980, с, 162, Там же, с. 163. (54) СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ АЗОТОМ И НИОБИЕМ

Изобретение относится к литейному производству, в частности к легированию сталей азотом и ниобием.

Цель изобретения — повышение усвоения азота и ниобия, стабилизация состава стали и повышение ее эксплуатационных хВрВКТр.ристик.

8 данном изобретении легирование стали азотом и ниобием осуществляют путем введения в печь после расплавления шихты азотированного ниобийсодержащего сплава, имеющего плотность 6 — 7 г/см.

Я при содержании азота 6-12% и ниобия 42—

70% при фракции нитридов ниобия 1 — 5 мкм.

Указанный -азотированный ниобийсодержащий сплав получают путем азотирования феррониобия методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Его состав, мас,%: Nb 42 — 70; Ng 6 — 12; Si 10 — 30; Al 2 — 6; Ti

0,05 — 1; Fe остальное.

Компоненты, содержащиеся в сплаве помимо ниобия и азота, являются активными раскислителями стали, более активными чем ниобий, а потому дополнительно способствуют.повышению усвоения ниобия и

„„. Ж„„1б98301 А1 (57) Изобре1ение относится к литейному производству, в частности к легированию стали азотом. Цель изобретения — повышение усвоения азота и ниобия, стабилизация состава стали и повышение ее эксплуатационных характеристик. Легирование стали проводят азотированным ниобийсодержащим сплавом, содержащим 6-12% азота и

42 — 70% ниобия плотностью 6 — 7 г/см с

3 фракцией нитридсв ниобия в нем 1 — 5 мкм.

Применение ферросплава позволяет повысить степень усвоения элементсв и механические свойства стали. 3 табл. повышению свойств стали. Кроме того, являясь активными нитридообразуюшими элементами, они, образуя нитриды, также повышают эксплуатационные свойства стали.

Введение азотированного ниобийсодержащего ферросплава в печь непосредственно после расплавления шихты значительно повышает степень усвоения ниобия и азота, поскольку в отличие от ковшевого легирования лигатура успевает полностью раствориться и равномерно распределиться в обьеме металла независимо эт размера кусков вводимого материала.

Равномерное распределение и достаточное время нахождения лигатуры в расплаве способствует впоследствии (при затвердевании стали) выделению мелко- и монодисперсных нитридов, что стабилизирует свойства стали, повышает ее экспгуатационные характеристики. Кроме того, в отличие от ковшевого легирования, введение лигатуры в печь в сочетании с высоким содержанием легирующих KQMëîHåíòîâ позволяет при необходимости легировать сталь значительным

1698301

10 количеством ниобия и азота, При ковшевом легировании введение большого количества лигатуры приводит к захола«киванию металла, ошгаковыванию .лигатуры, а следовательно, г;лохому ее- усвоению. При ковшеьом легировании требуется сущестВенный перегрев металла в пе lv, что отри цательно сказывается на уровне его свойств, ;,а cTBGMflbHocTH cocTQBG металла.

Для высокой степени усвоения компоНентов в печь может быть введена лигатура лишь достаточно ВысОкОЙ плотности порядка 6-7 г/см, близкоЙ к плотности жидз

1<ой стали, Иначе большая часть лигатуры

Пспадет в шлак, Г1ри.Высоком содержании азота B лигатуре достаточно высокая плот ность может быть достигнута ллшь при повышении количества ниобия ь ней за счет белее легких компонентов (А1, П, Fe, Sl), а также за счет низкой пористости лигатуры.

Плотность лигатуры, полученной методом

СВС, не превышает 5%; Однако одно только увеличение количества ниобия приводит (и:эи невысоком содержании азота) к пониженному усвоению ниобия из-за его окисления в процессе плавки. Одновременное повышение содер>кания Nb и М в легирующем сплаве связывает сба компонента и термоустойчивые нитриды {NbM — 2440"С;

Мзй — 2370 С), обеспечиьая высокую сте,пень усвоения сталью «к ниобия, так и азо.та.

Высо;<ий уровень содержа;-и я в легирующем сплавс ниобия л азота гарантирует выделение достаточно большого количества нитридоь как при затвердевании стали(первичные нитриды), так и при ее эксплуатации при высоких температурах (вторичные нитриды), Именно нитоиды обеспечива1от дисперсное уг1рочнение стали, поэтому увеличение их количества, а также их равномерное распределение и Bb!coKBR дисперсность (за счет введения лигатуры в печь) обеспечива1от повышение эксплуатационных свойств стали, как в холодном сосТо«нии, гак и при высоких температурах, Граничные значения выбранных парам Втров определены следующим образом.

Снижение плотности лигатуры ро эна чений менее 6 г/см приводит к уменьше нию усвоения ниобия и азота, делает

\ невозможным ее введение в печь.

Увеличение плотности лигатуры затруднительно при содержании в ней 6-12% азота.

Увеллчение содер>кания ниобия в лигатуре свыше 70% повышае" температуру ее плавления, что создает опасность неравномерного распределения з ементов B стали, снижения усвоения легирующих компонентов.

Уменьшение содержания ниобия B лигатуре ведет к сни>кению ее плотности, уменьшению количества нитридов ниобия - стали, Увеличение содержания азота в лиг:.r ре вызывает понижение ее плотности, «Величивает температуру плавления лигатуры, а так>ке создает опасность выделения газообразного азота в стали.

Уменьшение содержания азота в легирующем сплаве ведет к снижейию количества нитридов, дисперсионно упрочняюших сталь вшироком диапазоне температур,,а также влечет за собой снижение степени усвоения несвязанного ниобия за счет его окисления.

Сущность изобретения поясняется примерами, В инду <ционной печл емкост:ю 1 т выплавляли сталь расчетного1состави,%: С 0,3>;

Р 2,2; Мп 0,5; Cr 20,0; Ni 20; Nb 1,5; N 0,20.

Пример 1. На подину печи производили завалку Lljl/t>

Гlocrle введения аэотированного феррониобия и его растворения сталь сли зали в ковш, где Ое раскисляли цериевой лигатурой и алюминием. Затем сталь -ливали в ковш емI„ ocTI Io 1 т. Температура стали в пе лл перед заливкой 1610 С, температура металла в ковше перед заливкой форм 1560ОС, Пример 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1, но состав и плотность лигатуры иные (табл, i). 1(Оличество вводимой лигатуры 18 кг, температура металла соответственно 1615 и 1570 С.

Г(р и м е р 3 (известный). пигатуру совместно с раскислителями ввели надноковшо перед разливкой металла. Количество лигат"уры 28 кг.

Состав лигатуры v! e плотность даны в табл.1. Введение значительного количества лигатуры в печь потребовало перегрева расплава в печи до 1670 С, из-за чего пришлось дополнительно компенсировать угар хрома и корректиоовать содержанис углерода, Температура металла перед разллвкой его из ковша 15350С, Пример 4 (состав и плотность лигатуры — по известному, порядок введения — по предлагаемому способам,. Порядок Вы,,,авку стали осуществля от по примеру 1 с ВВедением лигатуры в печь, состав и плотность лигатуры — по примеру 3. Из-за н<-.достагочной плотности лигатура остается на зеркале металла, ошлаковываегся. Значительная ее

Таблица1 че,0

08,0 Лигатура содержит кроме того 0,1",, C и 15,3 ф; Mn..

Таблица2

Таблица3

30 часть уносится вместе со шлаком. Температура металла соответственно 1620 и 1570 С.

Степень усвоения ниобия и азота оценивали, сопоставляя расчетное количество компонентов в стали с его фактическим содержанием (табл.2).

В табл. 3 приведены данные, характеризующие эксплуатационные свойства стали.

Механические характеристики определяли на литых образцах.

207ь образцов, полученных по примеру

3, имели брак по спаю и недоливу (захолаживание металла).

Степень усвоения азота и ниобия по данному способу значительно превышает, степень усвоения этих элементов по известному решению. Механические свойства стaли при использовании предлагаемого способа также выше.

<формула изобретения

Способ легирования стали азотом и ниобием, включающий расплавление шихты, легирование расплава аэотированным ниобийсодержащим ферросплавом, о т л и ч а ю10 шийся тем, что, с целью повышения усвония азота и ниобия, стабилизации состава стали и повышения ее эксплуатационных ,характеристик. расплав легируют ферросплавом плотностью 6-7 г/см, содержа15 щим 6-127; азота и 42 — 707, ниобия с фракциеи нитридов ниобия в нем 1 — 5 мкм.