Сплав для раскисления и легирования стали

 

Сущность изобретения: сплав содержит, мас. % : кремний 14,4 - 34,0; марганец 40 - 68,0; алюминий 0,1 - 5,0; кальций 0,1 - 4,0; магний 0,2 - 2,0; углерод 0,2 - 2,0; фосфор 0,05 - 0,4; сера 0,01 - 0,04; бор 0,5 - 3,0; медь 0,02 - 10,0; титан 4,0 - 8,0, железо остальное. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству ферросплавов, используемых для раскисления и легирования стали.

Известны сплавы для раскисления и легирования стали, содержащие марганец, кремний, бор и другие элементы (1).

Основной недостаток - низкое извлечение бора в сталь.

Наиболее близким по составу к заявляемому является сплав (2) следующего химического состава, мас. % : Кремний 14-34 Марганец 40-75 Алюминий 0,1-5,0 Кальций 0,1-4,0 Магний 0,2-2,0 Углерод 0,2-2,0 Фосфор 0,05-0,4 Сера 0,01-0,04 Бор 0,1-3,0 Азот 0,03-3,0 Медь 0,02-10,0 Железо Остальное Наряду с положительными характеристиками сплав обладает недостатками - низким извлечением бора в сплав и невысокой прокаливаемостью полученной стали.

Целью изобретения является повышение прокаливаемости стали.

Предлагаемый сплав, содержащий кремний, марганец, алюминий, кальций, магний, углерод, фосфор, серу, бор, медь, железо, дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас. % : Кремний 14-34 Марганец 40-70 Алюминий 0,1-5,0 Кальций 0,1-4,0 Магний 0,2-2,0 Углерод 0,2-2,0 Фосфор 0,05-0,4 Сера 0,01-0,04 Бор 0,5-3,0 Медь 0,02-10,0 Титан 4,0-8,0 Железо Остальное Заявляемая совокупность отличительных признаков позволяет достичь поставленную цель - повысить прокаливаемость стали.

Малые присадки бора (в количестве 0,003-0,005% в стали) сильно повышают прокаливаемость. Прокаливаемость возрастает особенно существенно при одновременном введении в сталь нескольких легирующих элементов. Введение в сталь бора в количестве 0,5-3 мас. % способствует повышению усвоения легирующих элементов и износостойкости стали, так как бор повышает раскислительную способность сплава, эффективно влияет на форму и природу включений в стали.

Бор в количестве менее 0,5 мас. % не увеличивает раскислительной способности сплава, что не приводит к уменьшению угара элементов и не является микролегирующей добавкой из-за незначительности его содержания в сплаве. При содержании в сплаве свыше 3 мас. % бора возникает реальная угроза ухудшения свойств стали, а именно: опасность возникновения красноломкости, снижение технологической пластичности, образование камневидного излома, падение вязких свойств, снижение ее прокаливаемости.

Введение в состав сплава меди (0,02-10 мас. % ) способствует повышению износостойкости стали за счет образования ее прослоек, которые плотно и прочно сцеплены с поверхностью зерен, не окисляются, не наклепываются и способны к многократной пластической деформации без разрушения. Кроме того, медь, стабилизируя карбиды и карбонитриды бора, делает их устойчивыми против выкрашивания.

При содержании в сплаве меди меньше 0,02 мас. % нарушается стабилизация карбидов и карбонитридов бора, а образующейся медной прослойки оказывается недостаточно для защиты контактирующей поверхности, вследствие чего износостойкость стали снижается. Увеличение содержания меди в сплаве более 10 мас. % приводит к ее накоплению под слоем оксидов и внедрению меди при горячей обработке давлением в границы зерен, вызывая тем самым образование поверхности трещин.

Наличие в сплаве в указанных количествах кремния и марганца обеспечивает уменьшение окисляемости бора и его равномерное распределение в объеме металла, что благоприятно сказывается на износостойкости и комплексе механических свойств стали.

Содержание в предлагаемом сплаве 0,1-5,0 мас. % алюминия в совокупности с бором увеличивает раскислительную способность марганца и кремния. Алюминий при содержании меньше 0,1 мас. % не оказывает этого влияния, а при содержании его более 5,0 мас. % повышаются окисляемость сплава на воздухе и угар при использовании.

Присутствие в сплаве 0,1-4,0 мас. % кальция улучшает усвоение азота в расплаве и повышает чистоту по оксидным включениям сплава, а также физико-механические свойства обрабатываемой им стали. При содержании кальция менее 0,1 мас. % указанный эффект мало ощутим, а при содержании более 4,0 мас. % происходит не очищение матрицы сплава от неметаллических включений, а ее загрязнение вследствие "запутывания" в ней оксидов кальция.

Магний в количестве 0,2-2,0 мас. % повышает усвоение кремния, марганца и алюминия. Это объясняется тем, что при введении сплава в сталь происходит активное испарение магния, вызывающее барботаж металла, в результате чего происходит перемешивание металла, которое способствует равномерному распределению и усвоению марганца, кремния и алюминия.

При содержании магния менее 0,2 мас. % уменьшается модифицирующая способность сплава, а при увеличении его содержания более 2 мас. % влияние магния на форму и размеры включений значительно уменьшается, что ухудшает комплекс механических свойств стали.

Наличие в предлагаемом сплаве 4-8 мас. % титана способствует более высокой и стабильной прокаливаемости борсодержащих сталей. Это достигается при совместном раскислении и легировании алюминием, титаном, кремнием и марганцем. Однако в этом случае необходимо точно дозировать размер вводимых добавок, поскольку завышение остаточного содержания титана (более 0,03-0,04% по массе) может не только снизить прокаливаемость стали, но и уровень пластических и вязких свойств литой стали.

При содержании в сплаве менее 4 мас. % титана указанный эффект достигаться не будет из-за получения низкого содержания титана в стали, а при увеличении его содержания в сплаве более 8 мас. % остаточное содержание титана в стали будет превышать 0,04% по массе, что повлечет за собой ухудшение свойства стали.

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

Получение предлагаемого сплава основано на восстановлении углеродом в рудно-термической печи оксидов кремния, марганца, титана, кальция, алюминия, бора. Медь вводят в шихту в виде отходов медной стружки. В качестве восстановителя при выплавке сплава используется металлургический коксик.

В лабораторных условиях выплавляли три состава предлагаемого сплава и один известный со средним значением ингредиентов.

В таблице показан химический состав сплавов и результаты определения прокаливаемости ст. 35.

Сплавы, полученные в индукционной печи емкостью 10 кг, используются для раскисления и легирования стали марки 35. Обработка стали известным и предлагаемым сплавами производится одинаковым их количеством (15,5 г/кг стали) без дополнительных корректировок.

Прокаливаемость определили по ГОСТ 5657-69. (56) Авторское свидетельство СССР N 497350, кл. C 22 C 35/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР N 1421793, кл. C 22 C 35/00, 1988.

Формула изобретения

СПЛАВ ДЛЯ РАСКИСЛЕНИЯ И ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ, содержащий кремний, марганец, алюминий, кальций, магний, углерод, фосфор, серу, бор, медь и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения прокаливаемости стали, он дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас. % : Кремний 14,0 - 34,0 Марганец 40,0 - 68,0 Алюминий 0,1 - 5,0 Кальций 0,1 - 4,0 Магний 0,2 - 2,0 Углерод 0,2 - 2,0
Фосфор 0,05 - 0,4
Сера 0,01 - 0,04
Бор 0,5 - 3,0
Медь 0,02 - 10,0
Титан 4,0 - 8,0
Железо Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2