Синтетический сплав для металлургии



Синтетический сплав для металлургии
Синтетический сплав для металлургии
Синтетический сплав для металлургии

 


Владельцы патента RU 2577660:

Общество с ограниченной ответственностью Научно-технологический центр "СибЭкоТерм" (ООО "СибЭкоТерм") (RU)

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в литейном производстве как добавка в сплав при изготовлении отливок из стали и чугуна с повышенными механическими и служебными свойствами. Сплав содержит, мас. %: алюминий 2,2-4, молибден 2,1-3, редкоземельные металлы (РЗМ) 2,2-4, кремний 5,5-7, углерод 2-3,5, ванадий 0,5-1, щелочноземельные металлы (ЩЗМ) 0,5, железо остальное. Изобретение позволяет упростить процесс введение добавки в виде синтетического сплава в объем жидкого металла и ускорить усвоение расплавом введенной добавки без окисления ее компонентов, что приводит к стабильным результатам без дополнительного дорогостоящего оборудования и уменьшению трудозатрат. 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в литейном производстве как добавка в сплав при изготовлении отливок из стали и чугуна с повышенными механическими и служебными свойствами.

В настоящее время получены многочисленные данные (Рябчиков И.В., Мизин В.Г., Лякишев Н.П., Дубравин А.С. М.: Металлургия, 272 с. 1983 г.) [1], подтверждающие эффективность применения в виде добавок в литейном производстве стали и чугуна различных комплексных сплавов с редкоземельными металлами (РЗМ), щелочными металлами (ЩЗМ) и другими активными элементами. Данные сплавы обеспечивают высокие физико-механические, технологические и эксплуатационные свойства стали и чугуна.

Вместе с тем существующие масштабы и темпы роста производства таких сплавов с активными элементами и прежде всего с РЗМ и ЩЗМ не соответствуют современным требованиям металлургии и машиностроения.

Одной из причин медленного внедрения некоторых эффективных сплавов является несовершенство и сложность метода введения их в жидкий металл, что предопределяет высокую стоимость и отсутствие стабильных свойств металлоизделий (Ипатов В.А., Кейс Н.В., Соколова А.В. и др. - Изв. АН СССР. Металлы, 1977, №4, с. 131-134) [2].

Наиболее близким является сплав ЖКМК6, описанный в [1] на стр. 225, который содержит (мас. %) Са 7,7; Mg 9,4; РЗМ 5,5; Ва 3.3; Si 45,2; Fe 25,3 плотность q 3,5 г /см3.

Недостатком данного сплава является низкая плотность, за счет чего сплав находится на поверхности жидкого металла, что приводит к окислению его компонентов, в особенности РЗМ, и необходима специальная техника и технология для достижения усвоения его расплавом металла

Задачей изобретения является создание сплава, который легко вводится и усваивается жидким металлом и обеспечивает высокие механические и служебные свойства отливок из сталей и сплавов.

Технический результат состоит в том, что упрощается введение сплава в объем жидкого металла, ускоряется усвоение расплавом введенной добавки исключается окисление ее компонентов, что приводит к стабильным результатам, без дополнительного дорогостоящего оборудования, уменьшает трудозатраты и достигаются высокие механические и служебные свойства отливок из сталей и сплавов.

Поставленная задача решена за счет того, что в известный сплав, содержащий кремний (Si), железо (Fe), РЗМ и ЩЗМ, согласно изобретению введены: алюминий (Al), углерод (С), молибден (Мо), ванадий (V) при следующем соотношении компонентов (мас. %): РЗМ 2.2-4, Si 5,5-7, С 2-3,5, Al 2,2-4, Мо 2,1-3, V 0,5-1, ЩЗМ 0,5 остальное Fe.

Такой состав позволяет иметь данному синтетическому сплаву плотность порядка q 6,5-7 г /см3. При данной плотности синтетический сплав при его введении погружается в жидкий металлический сплав, таким образом, для его усвоения не требуется специальных устройств. При погружении в жидкий объем металла данного сплава не происходит окисления содержащего в нем таких элементов, как РЗМ, ванадий, алюминий и ЩЗМ, атмосферным кислородом. Следовательно, происходит полное усвоение данных элементов металлом. Исследования показали критичность для стали и сплавов РЗМ добавок, как это было указано в [2], даже более 0,003% церия может приводить к значительному уменьшению ударной вязкости. Естественно, что если сплав находится на поверхности жидкого металла, то нет гарантии его полного усвоения, и, наоборот, при полном погружения сплава в объем жидкого металла гарантировано, что РЗМ и ЩЗМ будут взаимодействовать только с кислородом, который находится в объеме жидкого металла. Данное положение позволило снизить количество РЗМ и ЩЗМ в сплаве в несколько раз.

Выбор химических элементов обусловлен следующими соображениями. Как правило, модификаторы делятся на два класса: инокуляторы и ингибиторы. Инокуляторы - это химические элементы, которые понижают поверхностное натяжения, что приводит, с одной стороны, к образованию зародыша для нового кристалла, а с другой стороны, облегчает рост граней кристалла. Ингибиторы - это химические элементы, которые замедляют рост кристаллов. И есть третьи элементы, которые производят раскисление металла.

Роль инокулятора в нашем случае играет ванадий и карбид ванадия, образующийся в процессе плавки, так как ванадий и железо образуют непрерывный ряд твердых растворов. Верхний предел ванадия обусловлен количеством необходимых зародышей кристаллов. Исходим из объема кристалла на уровне 1 мкм3. Нижний предел должен обеспечивать образование кристаллов не более 100 мкм3.

Молибден играет двойственную роль, в некоторых случаях он выступает инокулятором, а в других случаях - ингибитором.

Мощный ингибитор - это церий. Его растворимость в железе составляет тысячные доли процента. Превышение порога растворимости церия приводит к выталкиванию его на границу зерен кристаллов железа. При значительном содержании церия более 0,008% происходит выброс его в отдельные области чистого металла. Такие островки, как правило, являются центрами напряжений и приводят к зарождению трещин. Таким образом, церий препятствует росту кристаллов железа. Выбор церия также обусловлен тем, что он самый дешевый из всех РЗМ. Количества же церия в синтетическом сплаве обусловлено тем, чтобы в стали не образовывались области из чистого церия, что соответствует верхнему пределу в синтетическом сплаве 4%.

В роли раскислителей выступают алюминий, кремний и кальций. Кальций при взаимодействии со свободным кислородом в металле образует оксид. Однако оксид кальция при взаимодействии с водой образует соединение, которое приводит к межкристаллитной коррозии. Поэтому его оставляем на нижнем пределе 0,5% в синтетическом сплаве. Алюминий и кремний выбираем из условия, чтобы в конечном изделии из металла химический состав соответствовал ГОСТ для данной марки стали. Углерод образует тугоплавкие карбиды молибдена и ванадия как центры кристаллизации.

Таким образом, состав сплава выполняет комплексную роль и состоит из ряда противоречивых химических элементов, поэтому назван синтетическим сплавом.

При производстве сплавов типа [1] необходимо увеличение кремния, поскольку при меньшем содержании его в сплаве не удается стабилизировать РЗМ металлы. В нашем случае, так как РЗМ составляет всего 2,2-4, стабилизация не требуется.

Пример получения синтетического сплава.

Приготовление шихты на 15 кг синтетического сплава.

Берут концентрат оксидов РЗМ (оксид церия 98% в количестве 900 г, что соответствует заявляемой концентрации в сплаве 4%), смешивают с концентратом оксида ванадия (пентоксид ванадия марки ч.д.а. 800 г, что соответствует 1% в сплаве)

Кроме этого в шихту добавляют оксид железа (16,8 кг оксида железа) А затем шихту перед загрузкой в тигель электрошлаковой установки нагревают до 250-300°C.

Готовят шлаковую ванну электрошлаковой установки, для чего в тигель засыпают CaF2 (2 кг) и СаО (1 кг) и нагревают до 1300°C, в результате чего образуется жидкая фаза. Указанные количества соединений кальция не войдут в конечный состав сплава, они останутся в неметаллической части (шлаке).

Затем в тигель засыпают приготовленную ранее шихту в количестве 30% от общего веса, добавляют кокс из расчета 25% (2 кг) от стехиометрического расчета по восстановлению железа по реакции 2 (Fe2O3)+3С=4Fe+3CO2

Доводят засыпанную массу до жидкого состояния, температура равна 1560°C.

Вводят следующую порцию шихты с коксом (т.е. 60% массы шихты).

Добавляют кремний (1,6 кг, что будет соответствовать 5.5%-7% в заявляемом составе) и стружку алюминия (3,5 кг, что будет соответствовать 2-2,4% в заявляемом составе).

Добавляют в расплав оставшуюся шихту с коксом и в этот момент добавляют ферромолибден из расчета получения молибдена в синтетическом сплаве от 2% до 3%. (950 г марки «60 ферромолибден»).

В расплав добавляют 1 кг силикокальция (CaSi). Расчет добавления силикокальция производят таким образом, чтобы количество кальция в синтетическом сплаве было порядка 0,1%-0,5%.

Жидкий расплав сливается в изложницу. После охлаждение продукт извлекается и отделяется металл от шлака. Металла получаем 15 кг.

Микролегирование синтетическим сплавом (3% РЗМ) проводили и на сталь 12Х18Н9ТЛ, сравнение проводили с образами из проката той же стали.

1. Химический состав остался неизменным.

2. Содержание ферритной фазы (норма по ГОСТ 11878-66 от 0,5-10 баллов), в образцах после микролегирования 4,95-5,77.

3. Металлографическое исследование производилось по ГОСТ 10243-75. Обнаружен ликвидационный квадрат 1 балл.

4. Механические испытания при температуре 20°C по ГОСТ 9651-84 показали G в + 20 = 462,8  МПа , норма по G в + 20 = 441,  МПа ,

δ+20=49,2%, норма 16%; φ+20=60,3%, норма 32%.

δ+20 - сужение при разрушении

φ+20 - относительное удлинение

5. Механические испытания при температуре 350°C по ГОСТ 9651-84 показали G в + 350 = 390  МПа норма по ТУ G в + 350 = 333  МПа ,

δ+350=28%, норма 16%: φ+350=64,3%, норма 26%.

6. Испытание на стойкость к межкристаллитной коррозии (ГОСТ 6032-2003) показали, что образцы из стали 12Х18Н9ТЛ с микролегированием предлагаемым синтетическим сплавом стойкие к межкристаллитной коррозии.

Источники информации

1. Рябчиков И.В., Мизин В.Г., Лякишев Н.П., Дубравин А.С. М. Металлургия», 272 с. 1983 г..

2. Ипатов В.А., Кейс Н.В., Соколова А.В. и др. - Изв. АН СССР. Металлы, 1977, №4, с. 131-134.

Синтетический сплав для изготовления отливок из стали и чугуна, содержащий кремний, железо, редкоземельные металлы (РЗМ) и щелочноземельные металлы (ЩЗМ), отличающийся тем, что он содержит алюминий, углерод, молибден, ванадий при следующем соотношении компонентов, мас. %:

РЗМ 2,2-4
Кремний 5,5-7
Углерод 2-3,5
Алюминий 2,2-4
Молибден 2,1-3
Ванадий 0,5-1
ЩЗМ 0,5
Железо Остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам лигатуры, которая может быть использована для производства чугуна. Лигатура содержит, мас.%: алюминий 2,0-3,0; гафний 23,0-25,0; бор 3,0-5,0; углерод 0,5-1,5; ниобий 15,0-20,0; цирконий 5,0-10,0; железо - остальное.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве титановых сплавов. Лигатура для титановых сплавов содержит, мас.%: ванадий 30-50, углерод 1-4, молибден 5-25, титан 5-20, алюминий 20-50, примеси - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам смесей для легирования и модифицирования сталей, используемых для производства литых изделий высокой эксплуатационной надежности для работы техники, железнодорожных вагонов в сложных низкотемпературных климатических условиях.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству жаростойких нейтронопоглощающих сталей, применяемых в атомной энергетике. Лигатура содержит, % мас.: гадолиний 41-74, алюминий 14,0-25,4, кремний 0,6-20, железо остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению лигатуры никель-редкоземельный металл. В способе расплавляют никель, выдерживают полученный расплав и смешивают его с редкоземельным металлом, производят индукционное перемешивание расплава, его разливку и охлаждение, при этом расплавляют никель в вакууме в инертном тигле индукционной печи, полученный расплав нагревают до температуры 1500-1700°C и выдерживают до его дегазации в плавильной камере под вакуумом, после чего снижают температуру расплава никеля до 1400-1550°C и в вакууме или атмосфере инертного газа порционно добавляют в него редкоземельный металл.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для обработки расплавов медных сплавов и чугуна. Модифицирующая смесь содержит, мас.%: углекислый барий 40-50, кальцинированную соду 10-20, карбонат стронция 40-45.

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при производстве сплавов титана. Лигатура содержит, мас.%: ванадий 40-50, титан 5-20, углерод 3-5, алюминий - остальное.

Изобретение относится к производству лигатур цветных металлов, в частности к получению алюминиево-титановой лигатуры, и может быть использовано в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности, изготавливающих деформируемые и литейные алюминиевые сплавы.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для получения сплавов на основе алюминия. Способ включает получения лигатуры алюминий-фосфор в виде таблеток состава, мас.%: фосфор 1,5-3,5, железо 6,0-16, алюминий остальное.
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.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для обработки расплавов медных сплавов и чугуна. Модифицирующая смесь содержит, мас.%: углекислый барий 40-50, кальцинированную соду 10-20, карбонат стронция 40-45.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для модифицирования серого чугуна или чугуна с шаровидным графитом. Способ включает создание плазменной дуги между поверхностью указанного сплава и катодом плазменной горелки прямого действия, установленной в литейном распределителе, находящемся перед линией литейных форм, причем указанная плазменная горелка прямого действия содержит анод, частично погруженный в упомянутый литейный чугунный сплав, и катод, находящийся на высоте от поверхности упомянутого сплава для создания плазменной дуги между катодом и поверхностью упомянутого сплава, причем анод, или катод, или они оба содержат графит, который предоставляет затравку кристаллизации для упомянутого сплава.

Изобретение относится к металлургии, в частности к внепечной обработке расплавов стали, чугуна и цветных металлов. Состав включает материал, содержащий карбонаты кальция, бария и стронция, при этом он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: СаО 16,0-40,0, ВаО 10,0-24,0, SrO 2,5-11,5, СО2 18,0-30,0, SiO2 2,0-15,0.

Предлагаемое изобретение относится к области химического аффинажа в цикле производства ядерного топлива и может найти применение в области получения чистых солей и окислов ядерно-активных химических элементов из концентратов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к созданию сплава с цирконием и титаном для рафинирования, микролегирования и раскисления стали и чугуна. .

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к обработке металлического расплава рафинирующим шлаком. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к смесям для микролегирования и модифицирования высокопрочных чугунов, работающих в условиях абразивного и фрикционного изнашивания, используемых для изготовления литых деталей механизмов трения.
Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для легирования чугуна марганцем. .
Изобретение относится к металлургии, в частности к модифицирующей смеси для обработки антифрикционного чугуна, используемой в литейном производстве. .
Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в сталеплавильном производстве для раскисления, модифицирования и рафинирования сталей, сплавов и чугунов.

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к способам получения высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита, и может быть использовано при производстве средних и крупногабаритных отливок с толщиной стенки 50 мм и выше. Способ включает расплавление шихты в плавильном агрегате, значительный перегрев расплава до 1480-1520°С для осуществления модифицирования путем обработки его лигатурой, содержащей редкоземельные металлы, и магнийсодержащим модификатором, при этом модификатор и лигатуру кладут на дно ковша, прогретого до 750-800°С, послойно в виде слоя модификатора, присыпки в виде шлака магнитоактивного, последующего слоя лигатуры и заключительного слоя в виде чугуна дробленого со шлакообразующими добавками, а наполнение ковша расплавом осуществляют в промежуток времени от 1 до 1,50 мин, после чего выдерживают расплав чугуна в течение 8-9 мин. Изобретение обеспечивает стабильное получение шаровидной формы графита, снижает себестоимость за счет использования дешевых лигатур и снижает их расход за счет использования отходов доменного производства и чугуна дробленого со шлакообразующими добавками фракцией до 10 мм. 1 з.п. ф-лы, 1 пр., 3 табл., 1 ил.
Наверх