Лигатура для стали и чугуна (варианты)
Изобретение относится к области металлургии, а именно к бескремниевым лигатурам, применяемым для раскисления, рафинирования и модифицирования в процессе внепечной обработки жидкого металла при его выпуске из плавильной печи в разливочный ковш. В первом варианте лигатура имеет следующий состав компонентов, мас.%: кальций 5-15, редкоземельные металлы 20-34, алюминий 10-25, никель 2-9, марганец 2-14, железо остальное. Во втором варианте лигатура имеет следующий состав компонентов, мас.%: кальций 5-12, редкоземельные металлы 20-33, алюминий 10-25, никель 2-9, марганец 2-13, суммарное содержание титана, ванадия и бора не превышает 5, железо остальное. Изобретение позволяет повысить прочностные и пластические свойства литого металла при высокой полноте усвоения компонентов лигатуры обрабатываемым металлом. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 2 табл.
Группа изобретений относится к области металлургии, а именно к бескремниевым лигатурам, применяемым для раскисления, рафинирования и модифицирования жидкого металла в процессе его внепечной обработки.
Использование известных бескремниевых лигатур при обработке жидкого металла непосредственно в разливочном ковше, т.е. вне плавильной печи, позволяет получить литой металл с более высоким уровнем механических и эксплуатационных свойств, чем при использовании в аналогичных условиях лигатур, в составе которых содержится кремний. Это связано с тем, что на границах зерен не образуются моноокись кремния и силикаты, снижающие механические и эксплуатационные характеристики литого металла (Н.Н.Киселева, В.П.Кузнецов, С.Н.Примеров, Н.Н.Кукушкин. Влияние бескремниевой лигатуры на свойства стали 08Г2ДНФД, ж. Литейное производство. 2001, №12, с.10; В.С.Лозов, Н.И.Бублик, А.А.Черенков, С.Н.Примеров. Опыт применения бескремниевой комплексной лигатуры для отливок горнодобывающей техники. ж. Литейное производство, 2002, № 4, с.10; С.Примеров, В.Харин, В.Плотников. Бескремниевые лигатуры, ж. Национальная металлургия, 2001, № 1, с.46-47).
Известна бескремниевая лигатура для стали и сплавов (авт. свид. СССР №834195, С 22 С 35/00, опубл. 30.05.1981), содержащая кальций, редкоземельные металлы (РЗМ), алюминий и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кальций 5-15
Редкоземельные металлы 10-30
Алюминий 10-25
Никель Остальное.
Недостаток указанной лигатуры состоит в низкой полноте усвоения ее компонентов обрабатываемым металлом.
Известна также бескремниевая лигатура (патент РФ №2191213; 7С 22 С 19/03, 35/00; опубл. 20.10.2002), содержащая кальций, редкоземельные металлы, алюминий, железо и никель при следующем соотношении компонентов, маc.%:
Кальций 3-15
Редкоземельные металлы 10-25
Алюминий 5-25
Железо 6-20
Никель Остальное
Компоненты этой лигатуры усваиваются обрабатываемым металлом полнее, чем компоненты вышеуказанной лигатуры, что повышает механические и эксплуатационные свойства литого металла. Эта лигатура является наиболее близкой к предлагаемым лигатурам и принята за прототип.
Недостаток лигатуры-прототипа состоит в том, что она не обеспечивает достижения высокого уровня прочностных и пластических свойств литого металла.
Предлагаемая группа изобретений решает задачу повышения прочностных и пластических свойств литого металла при высокой полноте усвоения компонентов лигатуры обрабатываемым металлом.
Указанный технический результат достигается в первом изобретении тем, что лигатура для стали и чугуна, содержащая кальций, редкоземельные металлы, алюминий, железо и никель, дополнительно содержит марганец при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кальций 5-15
Редкоземельные металлы 20-34
Алюминий 10-25
Никель 2-9
Марганец 2-14
Железо Остальное
Во втором изобретении технический результат достигается тем, что лигатура для стали и чугуна, содержащая кальций, редкоземельные металлы, алюминий, железо и никель, дополнительно содержит марганец и один или несколько элементов, выбранных из группы, содержащей титан, ванадий и бор, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кальций 5-12
Редкоземельные металлы 20-33
Алюминий 10-25
Никель 2-9
Марганец 2-13
Суммарное содержание
титана, ванадия и бора Не превышает 5
Железо Остальное
При этом лигатура содержит, мас.% титана - 1-5, ванадия 1-5, бора 0,5-3.
Марганец является десульфуратором. Образует с компонентами лигатуры ряд металлических соединений, имеющих разные температуры плавления, что повышает равномерность плавления лигатуры в обрабатываемом металле и усиливает ее модифицирующее действие. Марганец способствует сфероидизации включений, уменьшающей зарождение микротрещин. Как эффективный раскислитель, марганец нейтрализует кислород и фосфор, образуя оксисульфиды марганца. Особенно эффективно нейтрализует серу, образуя соединения, удаляемые вместе со шлаком.
Кальций оказывает раскисляющее действие и повышает вязкость металла. Совместно с редкоземельными металлами марганец очищает границы зерен обрабатываемого металла от вредных примесей.
Редкоземельные металлы обладают высокой модифицирующей способностью и раскисляющим действием, измельчают дендритную структуру металла.
Алюминий снижает температуру плавления лигатуры за счет образования легкоплавких фаз, совместно с кальцием способствует глобуляризации неметаллических включений и измельчению аустенитной структуры, снижает склонность чугуна к отбелу.
Никель благоприятно влияет на равномерность растворения лигатуры в обрабатываемом металле и повышает его трещиноустойчивость.
Железо повышает полноту усвоения компонентов лигатуры обрабатываемым металлом.
Титан, ванадий и бор измельчают структуру металла, повышают его прочность и ударную вязкость.
Примеры составов предлагаемых лигатур и их влияния на свойства обрабатываемых сталей и чугуна представлены в таблицах 1 и 2. В представленных примерах использованы следующие условные обозначения: 
b - предел прочности, МПa; т - предел текучести, MПа; 
- относительное удлинение, %; 
- относительное сужение, %; KCU - ударная вязкость, Дж/см 2.
Лигатуру вводили в жидкий металл при его выпуске из плавильной печи в разливочный ковш. Количество вводимой лигатуры по отношению к объему обрабатываемой стали составляло 0,2 мас.%, по отношению к объему обрабатываемого чугуна - 0,1 мас.%.
Данные, приведенные в табл.2, показывают, что сталь и чугун, полученные с использованием предлагаемых лигатур, обладают повышенными прочностными и пластическими свойствами.
Формула изобретения
1. Лигатура для стали и чугуна, содержащая кальций, редкоземельные металлы, алюминий, железо и никель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит марганец при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кальций 5-15
Редкоземельные металлы 20-34
Алюминий 10-25
Никель 2-9
Марганец 2-14
Железо Остальное
2. Лигатура для стали и чугуна, содержащая кальций, редкоземельные металлы, алюминий, никель и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит марганец и один или несколько элементов, выбранных из группы, содержащей титан, ванадий и бор, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кальций 5-12
Редкоземельные металлы 20-33
Алюминий 10-25
Никель 2-9
Марганец 2-13
Суммарное содержание титана,
ванадия и бора Не превышает 5
Железо Остальное
3. Лигатура по п.2, отличающаяся тем, что она содержит титан в количестве 1-5 мас.%.
4. Лигатура по п.2, отличающаяся тем, что она содержит ванадий в количестве 1-5 мас.%.
5. Лигатура по п.2, отличающаяся тем, что она содержит бор в количестве 0,5-3 мас.%.
