Реферат
Целью данного изобретения является создать комплексный сплав, позволяющий не только выполнять свою основную функцию по удалению кислорода из жидкой стали, но и за счёт добавления в сплав титана в определённых пропорциях расширить его функциональность, добавив ей дополнительные свойства за счёт модифицирования и микролегирования, тем самым улучшив механические и потребительские свойства обработанной стали, такие как износоустойчивость, ударная вязкость, свариваемость, огнестойкость, хладостойкость и пластичность, а также улучшить усвояемость кремния в процессе плавки металла, уменьшить его угар и снизить себестоимость готовой стали.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
Изобретение относится к области чёрной металлургии, в частности к процессам создания сплава для раскисления, модифицирования и микролегирования стали.
Известным способом раскисления стали является раскисление металлическим алюминием (1). Алюминий, как раскислитель, является самым распространенным и дешёвым, наиболее доступным и простым в использовании раскислителем, но он имеет
недостатки. Это, прежде всего, связано с тем, что при ковшевом раскислении, с использованием алюминия в качестве раскислителя, фактическая степень усвоения алюминия составляет не более 30-40% (2), а после раскисления он превращается в окисел Al2O3 и суспензируется в расплавленной стали в виде очень мелких частиц, и это занимает длительное время, чтобы он всплыл на поверхность и превратился в шлак. Причина в том, что частицы Al2O3 очень мелкие по сравнению с другими продуктами раскисления.
Обычные продукты раскисления, такие как MnO и SiO2, имеют крупный размер частиц, поэтому они легко всплывают на поверхность расплавленной стали и удаляются с помощью шлакоуловителя. Суспензированный таким образом Al2O3 в конечном итоге остаётся в затвердевшем стальном изделии в виде неметаллических включений. Чем больше неметаллических включений остаётся в изделии, тем хуже становятся механические свойства отлитой стали.
Известен сплав (прототип) для раскисления стали (железо алюминиево кремниевый сплав) состава, мас.%: 10,0-30,0 кремний; 30,0-75,0 алюминий; остальное – железо и примеси в допустимых пределах . (Пат. Украина 60931 А, С22С35/00) (3).
Недостатком этого сплава является то, что обработанная им сталь имеет относительно низкую износоустойчивость и другие механические и потребительские свойства.
Целью данного изобретения является, за счёт дополнительного раскисления и модифицирования титаном введённым в состав прототипа в определённых пропорциях, добиться более глубокого и стабильного раскисления, улучшить механические и потребительские свойства обработанной стали, такие как износоустойчивость, ударная вязкость, свариваемость, огнестойкость, хладостойкость и пластичность, а также улучшить усвояемость кремния в процессе плавки металла, уменьшить его угар и снизить себестоимость готовой стали.
Титан является хорошим раскислителем и модификатором стали, превосходя по своей раскислительной способности алюминий. Он связывает в прочные соединения азот и серу, нейтрализуя их вредные влияние на сталь. В сочетании с другими элементами увеличивает вязкость, прочность и износостойкость стали, сопротивление коррозии с сохранением свариваемости (4).
Благодаря сильному, химически активному титану, введённому в известный состав прототипа в пропорциях 6 – 15%, мы получаем комплекс сложного металлургического сплава, каждый элемент которого (Al, Si, Ti) дополняет друг друга и суммарно позволяет проводить более глубокое и стабильное раскисление стали. Это достигается при совместном раскислении, модифицирования и микролегировании жидкой стали алюминием, кремнием и титаном.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем:
Сплав для раскисления стали, содержащий алюминий, кремний и железо, отличающийся тем что, с целью повышения механических и потребительских свойств, он дополнительно содержит титан и максимально допустимые значения примесей при следующем соотношении компонентов.
Принятые пределы соотношения компонентов в сплаве являются рациональными. Причиной заданного предела содержания алюминия от 20 до 28% по настоящему изобретению является стремление к уменьшению повреждения стали неметаллическими включениями, такими как Al2O3, образующихся в алюминийсодержащих раскислителях, как упоминалось выше. И это наиболее подходящее содержание с точки зрения цены и эффективности раскисления на наш взгляд.
В композиционном раскислителе по настоящему изобретению внедрено от 8 до 15% кремния. Кремний (Si) также обладает хорошей раскисляющей способностью и после реакции раскисления он образует кластер с SiO2, Al2O3, TiO2 и т.д. и легко переходит в шлак.
Наличие в предлагаемом сплаве 6,0 – 15,0 мас. % титана способствует более глубокому и стабильному раскислению и стали. Однако в этом случае необходимо точно дозировать и количество вводимых добавок, поскольку завышение остаточного содержания титана (более 0,03 – 0,04 мас. % ) может снижать уровень пластических и вязких свойств литой стали.
В частности, уменьшение концентрации титана ниже определённого предела в сплаве не обеспечивает при обработке стали желаемого эффекта раскисления, микролегирования и модифицирования остаточных неметаллических включений. В то же время превышение допустимых пределов концентрации этих элементов (Al, Si и Ti) нецелесообразно вследствие того, что увеличивается стоимость производства предлагаемого сплава, а положительные свойства от применения не намного отличаются от заявляемых пределов по составу.
В лабораторных условиях, путём загрузки ломов железо, алюминия, титана и ферросилиция в определённой последовательности в индукционную печь, выплавили три состава предлагаемого сплава для раскисления стали и один известный со средним значением ингредиентов.
Хотим представить краткое описание технологии выплавки предлагаемого раскислителя стали.
В качестве печного агрегата использовалась лабораторная индукционная тигельная печь средней частоты серии ИСТ с выходом по готовому сплаву 10 кг.
Последовательно в тигель печи загружалась вся порция лома стального и после полного его расплавления в печь задавался лом титана ,ферросилиций и лом алюминия. Сплав тщательно перемешивался, доводился до необходимой температуры выпуска и
сливался в специальные изложницы.
Для получения опытного образца предлагаемого сплава использовали шихту состоящую из следующих материалов;
1) Лом стальной Ст3 со следующим составом химических элементов в %;
C – 0.19, Si – 0.21, Mn – 0.5, S – 0.03, P – 0.035, Cu – 0.3, Cr – 0.2, Fe – остаток.
2) Лом алюминия с содержанием Al не менее 99%
3) Ферросилиций FeSi65 по ГОСТ1415-93
4) Лом титана с содержанием Ti 95%
Полученные сплавы использовали для раскисления стали марки Ст35. Обработка стали известным и предлагаемым сплавами производится одинаковым их количеством (1,5 г/кг стали) без дополнительных корректировок.
В ходе металлографического анализа оценивали балл зерна структуры стали и индекс загрязнённости неметаллическими включениями. Результаты проведённого исследования показали, что раскисление новым, предлагаемым “Сплав для раскисления стали” способствует формированию мелкозернистой структуры и что приводит к изменению механических свойств стали.
На основании полученных данных предположили, что разработанная нами формула комплексного сплава позволяют одновременно с повышением прочностных характеристик (σ0,2 и σв) готовой продукции до уровня 740-760 МПа увеличивать характеристики деформативности (величину общего равномерного относительного удлинения при максимальной нагрузке – δmax и соотношение временного сопротивления к пределу текучести (σв/σ0,2) за счёт формирования мелкозернистой структуры на основе нанодисперсных карбонитридных фаз и изменения морфологии неметаллических включений на основе серы. При этом такая продукция будет обладать повышенной сейсмостойкостью (усталостной прочностью), хладостойкостью, огнестойкостью и огнесохранностью при сохранении свариваемости.
За счёт увеличения предела текучести до 15-20 процентов низкоуглеродистые конструкционные марки стали имеют более высокий уровень пластичности и меньшую склонность к образованию трещин в горячем состоянии, что является важным при непрерывной разливке стали.
В таблице2 проведены результаты лабораторных испытаний механических свойств стали предлагаемых сплавов. Испытания на разрыв проводились на универсальной испытательной машине серии МИГ на 100 тон, а ударная вязкость определялось на маятниковом копере по Шарпи.
Таким образом, предлагаемое изобретение, “Сплав для раскисления стали”, по сравнению с прототипом за счёт дополнительного содержания титана позволяет:
– проводить более глубокое и стабильное раскисление стали;
– значительно снижать содержание неметаллических включений;
– модифицировать остаточные неметаллические включения в благоприятные комплексы с их равномерным распределением в объёме стали;
– повысить механические и эксплуатационные свойства стали.
– повысить усвоение кремния сталью и уменьшить его угар. В ходе последующих опытно-промышленных плавках было выявлено, что каждый килограмм предлагаемого титаносодержащего раскислителя , который также сыграл роль катализатора усвояемости
кремния, снижает расход ферросилиция (FeSi), используемого в процессе плавки на 2-3 килограмма, что может обеспечить большую экономическую выгоду.
Проведённые нами опытно-промышленные плавки и полученный научно-технический результат позволяет нам утверждать что предложенная нами формула раскислителя стали по сути соответствует критериям новизны.
Источники технической информации:
1. В.Л. Трибушевский, канд. техн. наук, Л.В. Трибушевский, Б.М. Немененок, д-р техн. наук, Г.А. Румянцева, канд. техн. наук (БНТУ). Особенности раскисления стали алюминием s.3-8 Металлургия : республиканский межведомственный сборник научных трудов. Вып. 35 /ред. колл.: В. И. Тимошпольский [и др.]. – Минск : БНТУ, 2014.
2. С. Г. Мельник, А. И. Троцан , А. А. Онищенко, Б. Ф. Белов, ПАО «Донецкий завод ферросплавов» о применении Al-содержащих ферросплавов для раскисления стали s1-4. 204/ЛИТЬЕ И МЕТАЛЛУРГИЯ 3(72).2013
3. Patent Ukrayna 60931 A, С22С35/00
4. Ивченко А.В. Армирование для строительства в сейсмоактивных регионах. Аспекты производства, применения и контроля. Аспекты Min Miner Sci. 11(3). АММС. 000762. 2023. s 1-5
Формула изобретения
Сплав для раскисления стали, содержащий алюминий, кремний и железо,
отличающийся тем что, с целью повышения механических и потребительских свойств, он
дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, в мас.%:
– Алюминий 20-28%
– Кремний 8-15%
– Титан 6-15%
примеси;
– Медь не более 0.5%
– Свинец не более 0.1%
– Марганец не более 0.5%
– Цинк не более 0.05%
– Сера не более 0.03%
– Фосфор не более 0,03%
– Железо ост.
Авторы: Аббасов Мазахир Аббас оглы; Кунгуров Юрий Юрьевич