Сплав для раскисления легирования и модифицирования стали

(51) С 22 С 35/ тем, что ческих с трещиноу с цельюойств,удартоичивосо содержит антал при понентов полнител индий и ошении к-2 7 11,3" 2,73,2-4,56,4-7,310181,2-1,8Остальное ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ПИСАНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(21) 3447751/22-02(56) 1. Авторское свидетельство ССС й 297694, кл, С 22 С 35/00, 1970,2, Авторское свидетельство СССР й 834194, кл. С 22 С 35/00, 197964) Ю) сплАВ для РАскисления,леги РОВАНИЯ И МОДИФИЦИРОВАНИЯ СТАЛИ,содержащий кальций, редкоземельные ме таллы, алюминий и марганец, о т л и чающий ся повышения пласт ной вязкости и ти стали, он до молибден, медь, следующем соотн вес./:Кальций Редкоземельные металлы АлюминийМолибден Медь Индий ТанталМарганец1 10446Изобретение относится к электро металлургии, в частности к изысканию сплавое для раскисления легирования и модифицирования стали,и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах.Известен сплав 1.1 для легироеачя стали и чугуна, содержащий РЗМ, кремний и марганец при следующем соотоношении компонентов, вес.4:РЗМ35-50Кремний 6-10Марганец ОстальноеНедостатки указанного сплава низкая эффективность модифицирования и нестабильные результаты в производственных условиях.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является сплав 2 для раскисления, легирования и модифицирования стали, содержащий кремний, марганец, РЗМ, алюминий, кальций, магний и железо при следующем соотношении компонентов, вес.1:Кремний 17-40Марганец 40- 75РЗМ 0,3-8;0 .Алюминий 0,4-4,030Кальций 0,4-4,0Магний 0,2-4,0Железо Остальное Присутствие в известном сплаве кремния приводит к снижению модифи- З 5 цирующего воздействия кальция, Модифицирующее действие кальция проявляется в большей степени в случае обработки стали сплавом, не содержащим кремния. При этом пластические свойства стали, ее ударная вязкость и трещиноустойчивость возрастают более существенно без снижения прочностных характеристик. Кроме того, необходимо увеличивать расход сплава для легирования марганцовистой стали вследствие низкого содержания в нем марганца. При этом содержание кремния в стали увеличивается выше верхнего предела,а так ке в стали повышается содержание РЗМ и кальция, что приводит к охрупчиванию стали.Цель изобретения - повышение пластических свойств, ударной вязкости и 55 трещиноустойчивости стали.Поставленная цель достигается тем , что сплав для раскисления леги 53 2рования и модифицирования стали,содержащий кальций, редкоземельные металлы, алюминий и марганец, дополнительно содержит молибден, медь, индий и тантал при следующем соотношении компонентов, вес,0:Кальций 1,0- 2,7Редкоземельные металлы 1,0-2,0Алюминий 1,3-2,7Молибден 32-45Медь 6,4-7,3Индий 1, 0-1,81Тантал . 1, 2-1,8Марганец ОстальноеПрисутствие в составе сплава РЗМ и кальция обусловлено прежде всего тем, что эти составляющие, будучи введены в сталь вместе, улучшают ее свойства в .большей степени, чем каждая из добавок в отдельности. Это объясняется эффективным иодифицированием неметаллических включений.Оксиды и сульфиды РЗМ тугоплавки, мелкодисперсны и трудно коагулируют.Скорость их всплывания невелика, поэтому для ускорения удаления из металла нематаллических включений при раскислении и модифицировании стали РЗМ целесообразно вводить дополнительный элемент, тоже обладающий большим средством к кислороду и сере, который участвовал бы вместе с РЗМ в формировании комплексных включений с более низкой температурой плавления и большей склонностью к коагуляции.Такими свойствами обладает кальций.Дополнительное введение в состав сплава индия и тантала значительно усиливает совместное эффективное модифицирующее влияние РЗМ и кальция. Это проявляется прежде всего в участии этих элементов в образовании неметаллических включений глобулярной формы, оксидов и сульфидов, остающихся в стали,1Присутствие в предлагаемом сплаве марганца в количестве, необходимом для легирования, и отсутствие в нем кремния значительно снижает упругость пара кальция при температурах жидкой стали,Это приводит к тому, что кальций участвует в процессе раскисления и модифицирования уже во время растворения всех составляющих предлагаемого сплава. При этом повышается модифицирующий эффект., 81,1 1,8 1,679,83,1 80,2 3В случае присутствия в сплавекремния упругость пара кальция неснижается и при введении такого сплава в жидкую сталь граничный слой металла быстро насыщается кальцием.Кальций не может больше растворяться, пока не пройдет время, необхо"димое для его диффузии из граничногослоя в основную массу металла. Следо"вательно, преобладающая цасть вве Оденного кальция испаряется и окисля"ется. Модифицирующий эффект незначительный.Одновременная присадка в сталь1РЗМ, кальция, индия,и тантала оказыва ет значительное рефинирующее воздейст вие на границы зерен от примесей,что в сочетании с их модифирующим влиянием на структуру приводит к воз"растанию пластичности металла, егоударной вязкости и трещиноустойчивости.Дополнительное введение в составсплава меди необходимо для легирования стали, а также для стабилизации 25ее прочностных характеристик ипредотвращения роста зерна при нагреве,Присутствие в сплаве молибденаобусловлено необходимостью легирования стали и достижения высокой вязкости при -60 С,Кроме того, медь, молибден,и марганец повышают плотность сплава, что позволяет производить обработку жидкойl 35стали через шлак, например, в процессе электрошлвкового переплава (литья); . 4Алюминий, имеющийся в сплаве предохраняет РЗМ, кальций, индий, тантал, марганец от окисления и повышает степень усвоения этих элементов.Кроме того, алюминий способствует уменьшению количества образующейся в стали интерметаллидной упрочняющей фазы, наличие которой в стали приводит к снижению пластических свойств и вязкости металла.Содержание в предлагаемом сплаве РЗМ, кальция, Индия, тантала ниже указанных пределов не обеспечивает достижения необходимого эффекта модифицирования стали, более полного удаления кислорода, серы и неметаллических включений, получения оксидов и сульфидов благоприятной формы, очищения границ зерен, повышения пластических свойств стали, ее ударной вязкости и трещиноустойчивости.Содержание этих элементов выше указанных пределов вызывает образование в стали хрупких фаз, что резко снижает механические свойства металла.При содержании алюминия в составе лигатуры менее 13. не обеспечивается достаточно полная защита других элементов от окисления. Содержание алюминия выше 2,7/ приводит к повышенному расходу его и увеличению концентрации этого элемента в стали выше необходимой,П р и м е р . В вакуумной индукционной печи выплавляют сплавы, составы которых приведены в табл,1.3 1044653бЖидкий металл запивают в метапличе- сом АНФс добавкой 204 кремнезеские формы. При этом получают пласти- . ма и 8 окислов марнагца.Раскислены сечением 20 х 75 мм и длиной 1000 мм, ние ,легирование и модифицированиеОпробование полученных сплавов про- стали в процессе переплава осуществводят при эпектрощлаковом переплаве 5 ляют с помощью дополнительных элект литье 1 стали типа 08 ГЗДМЛ.При этом в родов, которыми служат пластины из расходуемых электродах содержатся. полученных сплавов, прикрепленные с . 005 марганца, 0054 меди и следы мо- четырех сторон к основному электроду либдена. Содержание других элементов Масса направляемых заготовок составе электродах составляет, 3: углерод 10 ляет 1500 кг. Расход сплавов состав,08; кремний 0,28; алюминий 0,02, ляет 95-105 кг на 1 т переплавляемосера 0,029. го металла.Расходуемые электроды переппавля- В. полученных заготовках определяют на установке ЭШП с наружным диамет- ютсодержание молибдена, меди, кальром 400 мм и внутренним диаметром 15 ция, РЗМ алюминия, индия, тантала, 250 мм кристаллиэаторами под флю- марганца, серы. (табл. 2) . Таблица 2 Сплав Са РЗМ А 1 и Та Мп 5 Мо Со 0,69 0,74 0,04 0,03 0,007 8,30 0,003 0,05 0,008 0,010 8,10 0,005 0,07 0,1 0,020 8,05 0004 0,06 0,02 0,015 8,37 0,006 0,31 0,03 0,04 0,08 0,06 0,02 0,08 0,37 0,40 0,46 073 0,79 0,05 0,06 Содержание других элементов практически не изменяется. Дпя сравнения по аналогичной методике направляют заготовку с использованием в качестве дополнительных электродов известного сплава, при следующем соотношении,компонентов, вес,3:Кремний 17,0Марганец 75,0Редкоземельные металлы 2,1Алюминий 1,07Кальций 1,10Магний 1,0345Железо ОстальноеС целью получения кремния в стали в требуемых пределах снижают расход сплава до 24-25 кг на 1 т переплавляемого металла. При этом количество дополнительных электродов (пластин) уменьшается до одного. В то же время содержание элементов в расходуемых электродах составляет ,: молибден 0,4; медь 0,7; алюминий 0,03, марганец 6,5; следы кремния; сера 0,026.После переплава содержание элементов в заготовке составляет : молибден О, 39 медь 0,68; кремний 039 кальций 0003:о 00026 РЗМ алюминий 0,02; марганец 8,4; магний 0,004; сера 0012, При этом молибден и медь переходят в переплавляемый металл только из расходуемого электрода,алюминий и марганец - из расходуемого и дополнительного электродов, кремний, кальций, РЗМ,магний - только иэ дополнительного электрода.После термообработки определяют характеристики механических свойств стали, полученной с использованием дополнительных электродов из предлагаемого и известного сплава (табло 3)1044653 10 Составитель Н. ШепитькоТехред И,Метелева Корректор Л.БокшанВ Ю М Редактор С.Квятковская Тираж 627 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Заказ 7465/22 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Содержание кислорода и неметаллических включений в опытном и сравниваемом металле соответственно составляет 0,002-0,0033 и 0,006-0,0081, 0,005-0,0074 и 0,014-0,0171. Максима льный размер включений в опытном металле составляет 5-8 мкм, а в,сравниваемом 12- 15 мкм,Размер зерна в опытном металле характеризуется баллом 7-8, а в сравниваемом 6-7.1 О Таким образом, предлагаемый составсплава позволяет легировафть сталь в необходимых пределах молибденом,медью и марганцем, раскислять и модифицировать металл алюминием, кальцием,РЗМ, индием и танталом, получать заготовки с мелкозернистой структурой, с меньшим содержанием кислорода, серы и неметаллических .включений (при меньшем. их размере. и благоприятном распределении их в структуре стали). Все это способствует повышению пластических свойств стали, еевязкости и трещиноустойчивости привысоких характеристиках прочности.