Способ модифицирования стали и сплавов

пц 435291 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Своз СоветскихСоциалистицескихРеспублик(51 2) Приоритет Гасударственный квинтеСовета 1 иинистров СССРеа данаи изобретенийи атирытий(53) УДК 669.046(088.8) 07.74, БюллетеньОпубликован та опубликования описания 15.11.74 2) Авторы изобретения. Ершов, И, В. Гаврилин, И. К. Каллиопин, В. М, Бычев, Р. В. Чудиер и М. А. Старосельский Владимирский политехнический институт) Заявитель Б МОДИФИЦИРОВАИИЯ СТАЛИ И СИЛА 54) С Изобретение относится к области обраоотки стали и сплавов в распыленном состоянии, в частности к способам модифицирования стали и сплавов на основе железа, никеля, хрома и марганца путем ввода тугоплавких нитридов.В настоящее время стали и сплавы с дисперсными включениями нитридов широко применяются в промышленности, Известно, что нитриды позволяют в ряде случаев значительно повысить механические и специальные свойства сталей и сплавов.Однако получаемые по известной техчологии нитриды не являются центрами кристаллизации и не измельчают первичной структуры стали. Причина этого частично заключается в природе используемых нитридов. Например, нитриды Мп, Сг, МЬ, Ч и А 1, широко используемые в настоящее время, при температурах кристаллизации стали и сплавов не существуют в виде самостоятельной фазы и естественно не могут служить центрами кристаллизации, Значительно реже используются тугоплавкие нитриды типа ТЮ и ХгЫ, не растворимые в сталях и сплавах в интервале температур обычного металлургического цикла (до 1700 С). Эти нитриды существуют в жидкой стали в виде твердых включений и могли бы служить центрами кристаллизации. Однако установлено, что включения указанных нитридов, получаемые по обычной технологии, вырастают до больших размеров(-10 микрон), чаще всего располагаются пограницам зерен и не служат центрамп кри 5 сталлизации. В ряде случаев присутствие тугоплавких нитридов считается нежелательным, так как они пе растворяются в твердойстали, не поддаются термообработкз и, следовательно, размерами этих включений невоз 10 можно управлять. Причиной этого являетсято, что существующая технология получениястали и сплавов с нитридами целиком ориентирована на получение растворимых в твердой стали (до определенных температур) нит 1.,ридов Мп, Сг, А 1, Ъ и КЬ,По этой технологии сплав насыщается каказотом, так и нитридообразующими элементами в плавильном агрегате, в процессе выплазки стали. При такой технологии нитриды Мп,20 Сг, Л 1, Ч и МЬ находятся в растворе или дажев диссоциированном состоянии и остаются встали.Недостаток этого способа по отношени;о ктугоплавким нитридам состоит в том, что нит 2 риды типа Т 1 Х и ХгМ, не растворимыс в жидкой стали, образуют твердые включения, которые до момента разливки и начала кристаллизации успевают вырасти до значител.- ных размеров и в большинстве всплыть в30 шлак. Никаких мер по управлению размерами15 го 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 65 Важным является именно порядок ввода азота и нитридообразующих элементов. Коэффициент диффузии азота в стали на порядок меньше коэффициента диффузии Т 1 и, вероятно, других указанных элементов. Поэтому следует вводить именно,нитридообразующие элементы в насыщенный азотом расплав; а не наоборот. При вводе нитридообразующих элементов в расплав, насыщенный азотом, эти элементы растворяются и распределяются быстрее, чем перераспределяется азот в расплаве, в связи с чем нитриды образуются по всему объему расплава, При обратном варианте, т, е. при вводе азота в насыщенный нитридообразующими элементами расплав, азот связывается в нитриды только у поверхности раздела металл - газ, так как по мере связывания азота в нитриды, нитридообразующие элементы поступают к поверхности раздела быстрее, чем азот диффундирует в глубь расплава. При этом образуются крупные нитриды, неравномерно расположенные в массе металла. Кроме того, при таком варианте усваивается лишь часть азота, а оставшаяся этих нитридов в жидких сталях и сплавах не предпринимается.Целью изобретения является создание условий для управления в жидкости сталях и СпЛавах размерами включений тугоплавких, не растворимых в сталях и сплавах нитридов, что позволило бы без термообработки в твердом состоянии получать включения тугоплавких нитридов тех размеров, которые являются наиболее благоприятными для улучшения механических и специальных свойств стали и сплавов, а также для придания этим включениям свойств модификаторов второго рода, измельчающих первичную структуру. По аналогии с включениями растворимых в стали нитрчдов, размеры включений тугоплавких, не растворимых нитридов не должны превышать порядка 1 микрона,С целью регулирования размеров включений предложен способ, по которому нитридообразующие элементы (титан, цирконий, уран, торий, гафний, тантал и церий) вводятся в насыщенный азотом расплав в процессе разливки при температуре на 30 - 80 С выше температуры начала кристаллизации расплава.Как известно, размеры кристаллов, растущих из жидкой фазы, определяются, главным образом скоростью диффузии элементов кристалла в жидкой фазе и временем процесса роста. При вводе нитридообразующих элементов по описываемому способу период роста нитридов максимально сокращен, а скорость их роста является наименьшей, так как температура сплава при этом близка к температуре кристаллизации и, следовательно, скорость диффузии составляющих кристалла в расплаве является также минимальной. В таких условиях всплывание образовавшихся включений тугоплавких нитридов максимально затруднено. часть переходит в молекулярное состояние и может образовывать в отливке или слитке газовые раковины,Для наиболее быстрого протекания процесса растворения нитридообразующих элементов и для наиболее равномерного их распределения в массе металла нитридообразующие элементы следует вводить в виде порошка с размерами частиц, не более 0,5 мм, способом, обеспечивающим хорошее перемеши ванне вводимого порошка и насыщенного азотом расплава в литниковой системе, в полости литейной формы или изложницы,В качестве примера осуществления предложенного способа ниже излагается технология модифицирования отливок из стали 45 Л включениями нитрида титана ТЮ. Сталь выплавляют в индукционной тигельной печи емкостью 50 кг. После раскисления сталь насыщают азотом путем засыпки на открытую поверхность жидкой стали в тигле порошка аммиачной селитры КН 4 ИОз в количестве 0,3 кг. После выдержки в течение 3 - 5 мин счища;от остатки шлака, и сталь выпускают в ковш, где проводят комплексное раскисление силикокальцием. При температуре стали в ковше 1570+10 С, измеренной термопарой погружения, производят разливку. В течение всего процесса заливки в струю стали, перегретой на 30 - 80 С над температурой начала кристаллизации, равномерно вводят порошок губчатого титана с размерами частиц не более 0,5 мм в количестве 0,2/о от веса стали в форме. Одновременно в той же литниковой системе заливается контрольная отливка, в которую титан не вводится. При этом достигается максимальная идентичность условий получения контрольной отливки, что дает возможность выявить эффект модифицирования в чи. стом виде. Из центральной части полученных отливок весом 10 кг и с толщиной стенки 100 мм вырезают (по высоте) темплеты и образцы для изготовления микрошлифов. После шлифовки темплетов замеряют их твердость по Бринелю и затем подвергают глубокому травлению с целью выявления макроструктуры. На микрошлифах изучают размеры и распределение нитридов титана. Эти исследования показали, что в контрольной отливке растворенный азот выделяется при затвердевании с образованием газовых раковин. В опытной отливке весь азот был связан в нитриды титана, имеющие размеры не более 1 - 5 мик. рон и равномерно распределенные в массе металла. Форма включений - в основном ромрическая, треугольная с отдельными игольчатыми включениями. Твердость отливки с нитридами титана повысилась на 15/о, Наибольшие размеры первичных кристаллов макро- структуры в контрольной отливке составляли 1 - 5 см, тогда как в отливке с нитридами титана - 0,1 - 0,5 мм, т. е. размеры первичных кристаллов уменьшились в 100 раз. Это указывает на то, что включения Т 1 И, полученные4,35291 Предмет изобретения Составитель И. Каллиопин Редактор Е. Братчикова Техред Л. Богданова Корректор Н. АукЗаказ 3108/18 Изд,65 Тираж 591 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2 по предложенному способу, являются центрами кристаллизации и способствуют измельчению первичной структуры слитка. 1. Способ модифицирования стали и сплавов на основе железа, никеля, хрома и марганца тугоплавкими нитридами, заключающийся в насыщении расплава азотом и последующей обработке титаном, цирконием,ураном, торием, гафнием, танталом и церием,отличающийся тем, что, с целью регулирования размеров включений, нитридообразующие элементы вводят в насыщенный азотом5 расплав в процессе разливки при температурена 30 - 80 С выше температуры начала кристаллизации расплава,2. Способ по п, 1, отличающийся тем,что натридообразующие элементы вводят в10 расплав в виде частиц с размером не более0.5 мм.