Комплексный сплав для микролегирования и раскисления стали на основе железа

Изобретение относится к области металлургии, в частности к ферросплавному производству, и может быть использовано в сталеплавильном производстве для микролегирования и раскисления металлического железоуглеродистого расплава бором. Комплексный сплав содержит, мас.%: бор 0,5-2,0, хром 20-35, кремний 35-55, железо и примеси остальное. Изобретение позволяет получить комплексный борсодержащий сплав с высокой и стабильной степенью усвоения бора для обработки широкого сортамента марок сталей. 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к ферросплавному производству, и может быть использовано в сталеплавильном производстве для микролегирования и раскисления металлического железоуглеродистого расплава бором.

Бор применяется для микролегирования стали, предназначенной для труб, строительных конструкций, коррозионно- и жаростойких деталей. Уникальность бора состоит в том, что его добавки в сталь составляют всего 0,001-0,003%, что в сотни раз меньше, чем других микролегирующих элементов. Добавки бора повышают пластичность, прочность, прокаливаемость стали. Доказано, что под влиянием бора образуется тонконеоднородная дислокационная субструктура с меньшими размерами мартенситных кристаллов и более дисперсными и равномерно распределенными карбидными включениями. Низкая степень применения бора для микролегирования стали во многом связана с элементным составом вводимых ферросплавов, не обеспечивающим высокое и стабильное усвоение бора, повышенные механические характеристики обрабатываемой стали.

Известен ряд борсодержащих ферросплавов, содержащих кроме бора железо, кремний, алюминий, хром, марганец, кальций и другие элементы в разных пропорциях.

В настоящее время для микролегирования и модифицирования стали в основном применяется ферробор, содержащий мас.%: 6-20 бора; 2-10 кремния; 3-10 алюминия; железо и примеси - остальное (ГОСТ 14848-69). Недостатком этого сплава является высокое содержание в нем бора и связанное с этим малое количество присаживаемого ферробора в сталь (0,15-0,3 кг сплава на 1 т стали), что приводит к низкому и нестабильному усвоению бора в стали вследствие отсутствия активных элементов и значительному браку продукции.

Известен комплексный борсодержащий сплав, содержащий, мас.%: 17-19 бора; до 3,0 кремния; 35-43 хрома, 5,0-6,0 алюминия (Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л. «Борсодержащие стали и сплавы». М.: Металлургия, 1986, с.52). Этот сплав имеет высокое содержание бора, а введение его в расплав в небольших количествах не обеспечивает равномерного распределения по всему объему и стабильности усвоения.

Наиболее приемлемым для микролегирования бором является принятый за прототип комплексный сплав, содержащий, мас.%: 3-6 бора; 3-8 кремния; 0,3-2,5 титана; 2,5 алюминия; 55-70 хрома; 1-6 марганца; 3-6 углерода; остальное - железо (Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л. «Борсодержащие стали и сплавы». М.: Металлургия, 1986, с.52). Недостатками этого сплава являются высокое содержание бора, что препятствует равномерному распределению по всему объему, а низкое содержание кремния не обеспечивает высокую степень усвоения. Кроме того, для его получения необходимо использование дорогостоящего импортного сырья.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение комплексного борсодержащего сплава, обеспечивающего высокую и стабильную степень усвоения бора сталью, и пригодного для обработки широкого сортамента марок сталей.

Указанный технический результат достигается тем, что комплексный сплав для микролегирования и раскисления стали на основе железа, содержащий бор, хром и кремний, согласно изобретению содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%: бор 0,5-2,0; хром 20-35; кремний 35-55; железо и примеси - остальное.

Содержание бора в сплаве в количестве 0,5-2,0 мас.% связано с тем, что для высокого и стабильного усвоения элементов ферросплава его количество, вводимое в жидкую сталь, должно находиться, как установлено экспериментально, в пределах от 3 кг/т стали до 10 кг/т. При содержании в ферросплаве бора 0,5 мас.% для получения его в стали 0,003 мас.% с учетом усвоения необходимо ввести в расплав стали около 10,5 кг ферросплава на 1 т стали, а при содержании 2 мас.% бора в ферросплаве - 3,1 кг/т стали.

Кремний в борсодержащих ферросплавах служит, в основном, для того, чтобы при вводе ферросплава в жидкую сталь раскислять ее, связывая в ней кислород и азот в прочные соединения, предотвращая взаимодействие с ними бора, поскольку бор, связанный в оксиды и нитриды, неэффективен. Содержание кремния в борсодержащем сплаве должно обеспечивать связывание кислорода и азота. Поэтому можно считать, что увеличение содержания кремния в ферросплаве усиливает раскисляющий эффект, а высокая эффективность раскисления достигается при содержании в сплаве более 20-25 мас.% кремния. Содержание в ферросплаве 35-55% кремния связано с тем, что организация производства нового сплава возможна на существующих мощностях по производству ферросиликохрома с минимальным изменением технологии. Содержание кремния свыше 55% приводит к удорожанию сплава.

Хром, содержащийся в предлагаемом сплаве, необходим для того, чтобы улучшить служебные характеристики стали, такие как прочность, твердость и коррозионная стойкость. Содержание хрома в борсодержащем комплексном сплаве 20-35 мас.% позволяет использовать предлагаемый сплав при получении конструкционных и инструментальных сталей типа ХВС, ХС. Содержание хрома в данных сталях находится в пределах 0,8-1,5 мас.%. Пониженное содержание хрома в ферросплаве (<20 мас.%) приводит к нестабильному усвоению и снижению количества хрома в стали. Содержание более 35 мас.% Cr в ферросплаве приводит к увеличению его количества в стали выше пределов, разрешенных ГОСТ.

Концентрация железа обусловлена шихтовыми материалами и технологическими условиями выплавки ферросплава. Его концентрация в сплаве не лимитируется.

Примеры конкретного осуществления изобретения

Эксперименты по усвоению элементов сплава сталью проводили в лабораторных условиях. Опытные образцы ферросплава получали путем сплавления компонентов (ферросиликохрома, ферробора, и стали). Для этих целей оптимально подходит сплав марки FeSiCr 45 (ГОСТ 11861-91) и ферробор (ГОСТ 14848-69). Легирование стали проводили в печи сопротивления с графитовым тиглем. Химический состав обрабатываемой стали, мас.%: углерод 0,17; кремний 0,1; марганец 0,5; сера 0,01; фосфор 0,02. Обработку вели при температуре 1580°С. Количество вводимых ферросплавов рассчитывалось на получение содержания хрома в металлическом расплаве 1%, что характерно для большего объема конструкционных марок стали (табл.1). Данный сплав можно получать в промышленных условиях на базе существующего оборудования и технологий выплавки силикохрома. В качестве шихтовых материалов можно использовать FeSiCr 45 (ГОСТ 11861-91) и природный борсодержащий материал.

Рассчитали количество ферросплава, необходимого для легирования марки стали 15Х. Содержание хрома приняли по верхней границе 1%, а бора в интервале 0,001-0,003%, степень усвоения хрома 0,8 и бора 0,4-0,6.

Таблица 1
Химический состав стали X15
Элемент C Si Mn Ni S P Cr Cu
Содержание 0,12-0,18 0,17-0,37 0,4-0,7 До 0,3 До 0,035 До 0,035 0,7-1,0 До 0,3
* Остальное - железо

В таблице 2 приведен известный состав (прототип) - 1 и варианты 2-10 нового сплава.

Установлено, что предлагаемый комплексный сплав для более стабильного и полного усвоения должен обладать рациональной плотностью 5000-7000 кг/м3, при таких значениях сплав вовлекается в гидродинамические потоки и быстрее растворяется в расплаве. Из всех представленных образцов только сплав 3 не обладает рациональной плотностью.

Сплав 2 из-за низкого (30%) по сравнению с другими содержания кремния привел к содержанию бора меньше 0,001% из-за низкого коэффициента его усвоения. Сплав 3 имеет более высокое содержание кремния (60%), чем другие образцы, и содержание бора в стали оказалось выше допустимого значения. Сплав 4 содержит хрома несколько ниже, чем другие образцы (19%), поэтому для легирования стали до 1% хрома требуется больше ферросплава, что приводит к увеличению содержанию бора больше допустимого. Сплав 5 имеет повышенное содержание хрома (40%), поэтому при легировании стали до 1% хрома сплава 5 требуется гораздо меньше чем сплава 4, поэтому содержание бора в стали оказалось меньше необходимого значения (0,001%). Сплав 6 содержит недостаточное количество бора (0,4%), о чем свидетельствует недостаточное содержание бора в стали (менее 0,001%) при вводе в сталь 1% хрома. Сплав 10 содержит бора (2,2%) больше, чем необходимо для микролегирования, его содержание в стали выше допустимого значения (0,003%). При легировании стали образцами 7-9 ее химический состав соответствует ГОСТ, а содержание бора находится в пределах от 0,001 до 0,003%.

Таким образом, удовлетворительные результаты по химическому составу показали образцы 7-9, соответствующие требованиям ГОСТ.

Расчет себестоимости сплавов показал, что сравнительные затраты на получение предлагаемого борсодержащего сплава как минимум на 35-40% ниже чем у прототипа.

Из приведенных в таблице 2 результатов следует, что предлагаемый сплав отличается от прототипа по воздействию на качество обрабатываемого металла и степени усвоения бора сталью, а также обладает рациональной плотностью. Кроме того, он дешевле других известных борсодержащих ферросплавов.

Таблица 2
Показатели эффективности усвоения и микролегирования стали бором при использовании борсодержащего ферросплава
№ п.п. Химический состав ферросплавов*, мас.% Плотность, кг/м3 Соответствие составу стали Cr Соответствие содержанию бора в стали
B Cr Si Al Ti C
1 прототип 6 70 6 2,5 1,5 6 6237 нет нет (выше 0,003%)
2 1 25 30 - - 0,5 5954 да нет (ниже 0,001%)
3 1 25 60 - - 0,5 4291 да нет (выше 0,003%)
4 1 19 45 - - 0,5 5191 да нет (выше 0,003%)
5 1 40 45 - - 0,5 5020 да нет (ниже 0,001%)
6 0,4 25 45 - - 0,5 5156 да нет (ниже 0,001%)
7 0,5 25 45 - - 0,5 5150 да да
8 1,5 25 45 - - 0,5 5095 да да
9 2 25 45 - - 0,5 5067 да да
10 2,2 25 45 - - 0,5 5056 да нет (выше 0,003%)
* Остальное - железо и примеси.

Комплексный сплав для микролегирования и раскисления стали на основе железа, содержащий бор, кремний, хром, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:

бор 0,5-2,0
хром 20-35
кремний 35-55
железо и примеси остальное



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам для легирования, рафинирования и модифицирования сталей для изготовления деталей, работающих при температурах до минус 60°С.
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении и тракторостроении при производстве отливок из серого чугуна с перлитной структурой металлической основы.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в литейном производстве при изготовлении отливок с повышенными механическими и служебными свойствами.

Изобретение относится к металлургическому и литейному производству, в частности к модификаторам для изготовления чугунов, работающих в условиях абразивного износа.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при переработке титансодержащего шлака на титано-алюминиевый сплав. Способ включает приготовление шихты смешением титансодержащего шлака с алюминием и кальцийсодержащим материалом, в качестве которого используют фторид кальция и кальций, или фторид кальция и оксид кальция, или фторид кальция и смесь кальция и оксида кальция, при поддержании в шихте соотношения диоксид титана:порошок алюминия:кальций и/или оксид кальция:фторид кальция по массе 1:(0,58-1,62):(0,28-1,1):(0,09-0,32), восстановительную плавку шихты при температуре 1450-1750°С и отделение сплава от шлака.

Лигатура // 2521916
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при получении высокопрочного чугуна с шаровидным графитом без структурно свободного цементита в литом состоянии.
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом без структурно свободного цементита в литом состоянии на основе металлизированных окатышей и стальных отходов.

Изобретение относится к электрохимическому получению лигатурных алюминий-циркониевых сплавов. В способе осуществляют анодную гальваностатическую поляризацию циркония с плотностью тока 0,5-4,0 мАсм-2 в течение 1-5 часов в расплавленных хлоридах щелочных металлов или смеси хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов, содержащих расплавленный алюминий или алюминий-магниевый сплав, при температуре 700-750°С в атмосфере аргона.
Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению сплавов алюминия с редкоземельными металлами. Способ получения лигатуры алюминий-скандий включает расплавление алюминия, алюминотермическое восстановление скандия из исходной шихты, содержащей фторид скандия, хлорид калия и фторид натрия под покровным флюсом и последующую выдержку полученного расплава.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к химическому составу и технологии получения лигатурных прутков для модифицирования зеренной структуры слитков из алюминиевых сплавов.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам внепечной обработки стали кальцием. Сталь выпускают из сталеплавильного агрегата в ковш, подавая в него раскислители, легирующие и шлакообразующие материалы, а также кальцийсодержащий материал, и продувают нейтральным газом.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству низкокремнистой стали с внепечной обработкой и разливкой на установках непрерывной разливки стали.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству коррозионностойкой стали с внепечной обработкой и разливкой на установке непрерывной разливки.
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к раскислительным рафинировочным смесям при внепечной обработке металла на агрегате печь-ковш. В качестве материала, содержащего CaF2, используют флюс следующего состава, мас.%: 23-43 MgO, 25-45 Al2O3, 10-20 SiO2, 5-10 CaO и 2-7 CaF2.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу комплексной внепечной обработки жидкой стали в ковше инертными газами. Осуществляют электродуговой подогрев металла со шлаком тремя полыми электродами, установленными по центру свода агрегата ковш-печь, продувку и перемешивание металла у его поверхности и внизу у поверхности днища инертными газами, подаваемыми через отверстия в полых электродах, и через устройство в днище ковша, соответственно.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для внепечной обработки жидкой стали инертными газами и сыпучими порошкообразными материалами в агрегате ковш-печь, который снабжен закрепленной на корпусе ковша под его сводом футерованной фурмой для продувки жидкого металла инертным газом с установленным в верхней ее части защитным конусом, имеющим сопла для подачи инертного газа на шлак вокруг фурмы, при этом полые электроды установлены в отверстиях по центру свода ковша, а упомянутое устройство для продувки жидкого металла в днище ковша размещено со смещением от осей полых электродов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу и комплексу для производства стали. Комплекс содержит дуговую печь, ковшевую металлургическую печь, устройство вакуумирования и участок разливки, при этом производительность комплекса для производства стали ограничена плавильной мощностью дуговой печи.
Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам для легирования, рафинирования и модифицирования сталей для изготовления деталей, работающих при температурах до минус 60°С.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к присадке проволоки с наполнителем для легирования расплавленной стали. Проволока содержит металлическую оболочку, расположенную вокруг смешанного вещества, состоящего из FeNb и Si.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в литейном производстве при изготовлении отливок с повышенными механическими и служебными свойствами.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к внепечной обработке стали проволокой с порошковым наполнителем. Наполнитель порошковой проволоки содержит, мас.%: барий 5-28, кальций 1-30, кремний 30-65, алюминий 0-5, железо остальное. Изобретение позволяет повысить чистоту высокоуглеродистой стали по неметаллическим включениям и раскатанным загрязнениям, механические свойства стали, оптимизировать технологический процесс производства стали, обеспечить более высокое усвоение кальция и бария из наполнителя, а также исключить случаи затягивания сталеразливочного стакана, снизить уровень брака готового металла по внутренним дефектам, выявляемым ультразвуковым контролем, повысить качество стальных изделий за счет улучшения их механических свойств. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к ферросплавному производству, и может быть использовано в сталеплавильном производстве для микролегирования и раскисления металлического железоуглеродистого расплава бором. Комплексный сплав содержит, мас.: бор 0,5-2,0, хром 20-35, кремний 35-55, железо и примеси остальное. Изобретение позволяет получить комплексный борсодержащий сплав с высокой и стабильной степенью усвоения бора для обработки широкого сортамента марок сталей. 2 табл.

Наверх