Сплав для раскисления и легирования стали

 

Использование: для раскисления и легирования стали с целью повышения ее износоустойчивости. Сущность изобретения: в сплав, содержащий кремний, алюминий, бор, кальций и железо, дополнительно введен цирконий, при следующем соотношении компонентов, мас. % : кремний 30,0 - 45,0; алюминий 2,0 - 13,0; бор 0,5 - 3,0; кальций 0,6 - 3,0; цирконий 3,0 - 15,0; железо остальное. 1 табл.

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 [1] .

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

Известен комплексный сплав железа, кремния, алюминия, бора, кальция и азота [2] .

Недостатком этого сплава является присутствие в нем азота, который уменьшает воздействие бора в присаживаемую сталь, что приводит к уменьшению прокаливаемости и износоустойчивости.

Наиболее близким по составу к заявляемому является сплав следующего химического состава, мас. % : Кремний 30,0-45,0 алюминий 2,0-13,0 Бор 0,5-3,0 Кальций 0,6-3,0 Ванадий 3,0-8,0 Железо Остальное Недостатком этого сплава является то, что обработанная им сталь имеет низкую износоустойчивость.

Целью изобретения является повышение износоустойчивости обработанной стали.

Цель достигается тем, что сплав для раскисления и легирования стали, содержащий кремний, алюминий, бор, кальций и железо, дополнительно содержит цирконий при следующем соотношении компонентов, мас. % : Кремний 30,0-45,0 Алюминий 2,0-13,0
Бор 0,5-3,0
Кальций 0,6-3,0
Цирконий 3,0-15,0
Железо Остальное
Исключение из состава сплава ванадия и введение вместо него более сильного нитридообразующего материала-циркония свидетельствует о соответствии предлагаемого изобретения критерию "Новизна".

Заявляемая совокупность отличительных признаков позволяет достичь поставленную цель - повысить износоустойчивость стали.

Изобретение соответствует критерию "Положительный эффект" по наличию разницы в результатах при использовании известного и заявляемого решений:
Для определения соответствия заявляемого решения критерию "существенные отличия" по каждому признаку был проведен (поиск по научно-технической литературе и патентной документации (основным индексом МКИ^1-4).

Поскольку среди известных не обнаружено технических решений, содержащих признаки, сходные с отличительными признаками и выполняющие заявляемую функцию, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "Существенные отличия".

Наличие в указанных пределах кремния обеспечивает уменьшение окисляемости бора и циркония и их равномерное распределение в объеме металла, что благоприятно сказывается на комплексе механических свойств стали.

Содержание в предлагаемом сплаве 2-13 мас. % алюминия в совокупности с кальцием увеличивает раскислительную способность кремния. Алюминий не оказывает этого влияния при его содержании менее 2,0 мас. % , а при содержании его в сплаве более 13 мас. % повышается окисляемость сплава на воздухе и угар при использовании.

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

Малые присадки (в количестве 0,003-0,005 мас. % в стали) сильно повышают прокаливаемость. Прокаливаемость возрастает особенно существенно при одновременном введении в сталь несколько легирующих элементов, т. е. целесообразно его введение в виде комплексного сплава. Введение в сталь сплава с бором в количестве 0,5-3,0 мас. % способствует повышению усвоения легирующих элементов, так как бор повышает раскислительную способность сплава и эффективно влияет на форму и природу включений в стали. Бор в количестве менее 0,5 мас. % не увеличивает раскислительной способности сплава и не является микролегирующей добавкой из-за незначительности его содержания в сплаве.

При содержании в сплаве свыше 3,0 мас. % бора возникает угроза ухудшения свойств стали, а именно: опасность возникновения красноломкости, снижение технологической пластичности, образование камневидного излома, падение вязких свойств, снижение прокаливаемости.

Цирконий является хорошим раскислителем и модификатором стали, превосходя по своей раскислительной способности алюминий. Он связывает в прочные соединения азот и серу, нейтрализуя их вредное влияние на сталь. В сочетании с другими элементами увеличивает вязкость, прочность и износостойкость стали, улучшает прокаливаемость, свариваемость, обрабатываемость и сопротивление коррозии. При введении в сталь цирконий устраняет красноломкость.

При содержании в сплаве менее 3 мас. % циркония указанный эффект достигаться не будет из-за получения низкого содержания циркония в стали, а при увеличении его содержания в сплаве более 15 мас. % остаточное содержание циркония в стали будет чрезмерным. Введение в сплав 3-15 мас. % циркония будет способствовать образованию в стали прочных нитридов циркония, что в свою очередь приведет к усилению бора как микролегирующего элемента.

Предлагаемый сплав в виде примесей содержит углерод, фосфор серу, содержание которых строго ограничено из-за их влияния на свойства обрабатываемой стали.

Получение предлагаемого сплава может быть основано на восстановлении углеродом в руднотермической печи оксидов кремния, циркония, кальция, алюминия и бора.

В лабораторных условиях методом сплавления выплавили 5 составов предлагаемого сплава и один известный со средним значением ингредиентов. В таблице показан химический состав сплавов и результаты испытаний на абразивную износоустойчивость полученных сталей.

Сплавы получены в индукционной печи емкостью 10 кг, использующиеся для легирования и раскисления стали марки 35. Обработка стали известным и предлагаемым сплавами производится одинаковым их количеством (15,5 г/кг стали) без дополнительных корректировок. Испытания износоустойчивости производили по известной методике. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1661239, кл. C 22 C 35/00, 1990.

2. Авторское свидетельство СССР N 368342, кл. C 22 C 35/00, 1970.

Формула изобретения

СПЛАВ ДЛЯ РАСКИСЛЕНИЯ И ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ, содержащий кремний, алюминий, кальций, бор, железо, отличающийся тем, что, с целью повышения износоустойчивости стали, он дополнительно содержит цирконий при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Кремний 30 - 45
Алюминий 2 - 13
Кальций 0,6 - 3,0
Бор 0,5 - 30,
Цирконий 3 - 15
Железо Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1