Способ легирования стали азотом и ниобием

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 21 С 7/О ЗОБР ОПИСАН К ДВторСК 0 Ь 1 У ЕТЕЛЬСТВ литейно роме того, явобразующим1 триды, такжсвойства стд ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР(71) Московский автомобильный завод имИ,А,Лихачева(54) СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ АЗОТОМ И НИОБИЕМ Д.Чулкова, С.Л,Буйко, хра, М,К.Зиатдинов и Изобретение относится к лу производству, в частности к легированию сталей азотом и ниобием.Цель изобретения - повышение усвоения азота и ниобия, стабилизация состава стали и повышение ее эксплуатационных характеристик,В данном изобретении легирование стали азотом и ниобием осуществляют путем введения в печь после расплавления шихты азотированного ниобийсодержащего сплава, имеющего плотность б - 7 г/см,Я при содержании азота 6-120, и ниобия 42 - 70;4 при фракции нитридов ниобия 1 - 5 мкм.Указанный азотированный ниобийсодержащий сплав получают путем азотирования феррониобия методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Его состав, мас,ф(,: НЬ 42 - 70; К 2 6 - 12; Э 10 - 30; А 2 - 6; Т 0,05-1; Ре остальное.Компоненты, содержащиеся в сплаве помимо ниобия и азота, являются активными раскислителями стали, более активными чем-ниобий, а потому дополнительно способствуют.повышению усвоения ниобия и(57) Изобре 1 ение относится к литейному производству, в частности к легированию стали азотом. Цель изобретения - повышение усвоения азота и ниобия, стабилизация состава стали и повышение ее эксплуатационных характеристик. Легирование стали проводят азотированным ниобийсодержащим сплавом, содержащим 6-12; азота и 42 - 700/, ниобия плотностью б - 7 г/см с3 фракцией нитридсв ниобия в нем 1 - 5 мкм. Применение ферросплава позволяет повысить степень усвоения элементсв и механические свойства стали. 3 табл,повышению своиств стали. Кляясь активными нитридоэлементами, они, образуя нповышают эксплуатационныли Введение азотированного ниобийсодержащего ферросплава в печь непосредственно после расплавления щихты значительно повышает степень усвоения ниобия и азота, поскольку в отличие от ковшевого легирования лигатура успевает полностью раствориться и равномерно распределиться в обьеме металла независимо эт размера кусков вводимого материала. Равномерное распределение и достаточное время нахождения лигатуры в расплаве способствует впоследствии (при затвердевании стали) выделению мелко- и монодисперсных нитридов, что стабилизирует свойства стали, повышает ее экспгуатационные характеристики. Кроме того, в отличие от ковшевого легирования, введение лигатуры в печь в сочетании с высоким содержанием легирующих компонентов позволяет при необходимости легировать сталь значительным5 количеством ниобия и азота, При ковшевом легировании введение большого количества лигатуры приводит к захола киванию металла, ошлаковыванию .лигатуры, а следовательно, г;лохому ее усвоению. При ковшеьом легировании тоебуется сущестВенный перегрев металла в печи, что отрицательно сказывается на уровне его свойств, еа стабильности состава металла.Для высокой степени усвоения компонентов в печь может быть введена лигатура Лишь достаточно высокой плотности псядка 6-7 г/см, близкоЙ к плотности жидзКой стали, Иначе большая часть лигатуры Пспадет в шлак, Г 1 ри.зысоком содержании азота в лигатуре достаточно высокая плотНссть может быть достигнута лишь при повышении количества ниобия ь ней за счет белее легких компонентов А 1, Ч, Ре, Я 1), а также за счет низкой пористости лигатуры. Плотность лигатуры, полученной методом СВС, не превышает 50; Однако одно только увеличение количества ниобия приводит п эи невысоком содержании азота) к пониженному усвоению ниобия из-за его окисления в процессе плавки, Одновременное повышение содержания МЬ и М 2 в легирующем сплаве связывает сба компонента в термоустойчивые нитриды (ИЬИ - 2440"С; В 1 зй 2 - 2370 С), обеспечиьая высокую сте,пень усвоения сталью зк ниобия, так и азота. Высокий уровень содержан я В легирующем сплавс ниобия и азота гарантирует выделение достаточно большого количества нитридоь как при затвердевании стали(первичные нитриды), так и при ее эксплуатации при высоких температурах (вторичные нит.риды), Именно нитоиды обеспечивают дисперсное уг 1 рочнение стали, поэтому увеличение их количества, а также их равномерное распределение и высокая дисперсность (эа счет введения лигатуры в печь) обеспечива 1 от повь 1 шение эксплуатационных свойств стали, как в холодном состоянии, гак и при высоких температурах,Граничные значения выбранных параметров определены следующим образом.Снижение плотности лигатуры до значений менее 6 гСм приводит к уменьше нию усвоения ниобия и азота, делаетневозможным ее введение в печь.Увеличение плотности лигатуры затруднительно при содержании в ней 6-12% азота.Увеличение содергкания ниобия в лигатуре свыше 70% повышаег температуру ееплавления, что создает опасность неравномерного распределения элементов в стали, снижения усвоения легирующих компонен- тов Уменьшение содержания ниобия в лигатуре ведет к снижению ее плотности, уменьшению количества нитридов ниобия стали, Увеличение содержания азота в лиг;,тое Вызывает понижение ее плотности, увеличивает температуру плавления лигатуры, а такке создает опасность выделения газообразного азота в стали.Уменьшение содержания азота в легиртощем сплаве ведет к снижеНию количества нитридов, дисперсионно упрочняюших сталь в широком диапазоне температур, а также влечет за собой снижение степени усвоения несвязанного ниобия за счет его окисления.Сущность изобретения поясняется примерами,В индукционной печл емкост ю 1 т выплавляли сталь расчетного 1 состави,",: С 0,3; Р 2,2; Мп 0,5; Сг 20.0; М 120; ИЬ 1,5; Н 0,20,П р и м е р 1. На подину печи производили завалку шихты, состоящей из углеродистой стали, гранулированного никеля, феррохрома, ферросилиция, После расплавления садки в печь вводили 26 хг феррониобия, предварительно азотированного методом С 13 С(СОСтав его приведен в табл.1). Г 1 осле введения азотированного феррониобия и его растворения сталь сливали в ковш, где Ое раскисляли цериевой лигатурой и алюминием, Затем сталь сливали В ковш емкостно 1 т. Температура стали в печи перед заливкой 1610 С, температура металла в ковше перед заливкой форм 15600 С,П р и м е р 2, Способ осуществляют аналогично примеру 1, НО состав и плотность лигатуры иные (табл,1), 1(оличество вводимой лигатуры 18 кг, температура металла соответственно 1615 и 1570 С.Г р и м е р 3 известный). пигатуру совместно с раскислителями ввели надноковшо г 1 еред разливкой металла, Количество лигатуры 28 кГ.Состав лигатуры и ее плотность даны в табл,1, Введение значительного количества лигатуры в печь потребовало перегрева расплава в печи до 1670 С, из-за чего пришлось дополнительно компенсировать угар хрома и корректиоовать содержанис углерода, Гвмператуоа металла перед разливкой его из ковша 15 УС,П р и м е р 4 (состав и плотность лигатуры - по известному, порядок введения - по предлагаемому способам,. Порядок вылавку стали Осуществляот по примеру 1 с введением лигатуры в печь, состав и плотность лигатуры - по примеру 3, Из-за недоста Гочной плотности лигатура остается на зеркале металла, ошлаковываегся. Значительная ее,0 08 одержит кроме того 0,1 ф С и 15,3Мп.,ига Та часть уносится вместе со шлаком. Температура металла соответственно 1620 и 1570 С.Степень усвоения ниобия и азота оценивали, сопоставляя расчетное количество компонентов в стали с его фактическим содержанием (табл.2).В табл. 3 приведены данные, характеризующие эксплуатационные свойства стали.Механические характеристики определяли на литых образцах.207 ь образцов, полученных по примеру 3, имели брак по спаю и недоливу (захолаживание металла),Степень усвоения азота и ниобия по данному способу значительно превышает , степень усвоения этих элементов по известному решению. Механические свойства стали при использовании предлагаемого способа также выше,формула изобретения Способ легирования стали азотом и ниобием, включающий расплавление шихты, легирование расплава азотированным ниобийсодержащим ферросплавом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения усво; ния азота и ниобия, стабилизации состава стали и повышения ее эксплуатационных ,характеристик. расплав легирют ферросплавом плотностью 6-7 г/см, содержа щим 6-12 Д азота и 42 - 70 оь ниобия сфракцией нитридов ниобия в нем 1 - 5 мкм,