Модификатор для стали

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в литейном производстве при изготовлении отливок с повышенными механическими и служебными свойствами. Модификатор содержит, мас.%: ультрадисперсный порошок тугоплавкого соединения из группы: карбид, нитрид, оксид, карбонитрид, оксикарбонитрид, борид 2-60, один или несколько порошков лигатур из группы: ферротитан, ферроцирконий, феррониобий, феррованадий остальное. Изобретение позволяет повысить механические свойства отливок из модифицированной стали, что позволяет снизить толщину стенок отливок без ухудшения их конструктивной прочности. 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в литейном производстве для изготовления литых заготовок с повышенными механическими и служебными свойствами.

Известно [1] применение в составе модификатора дисперсных тугоплавких карбидов, нитридов, боридов, оксидов одного или нескольких элементов, выбранных из VI, V групп периодической системы в качестве инокулятора, и титана в качестве протектора при следующем соотношении компонентов, мас.%

Оксид, карбид, нитрид, борид	5-50
Титан	50-95

Недостатком этого модификатора является низкая степень усвоения модификатора в условиях открытой плавки и разливки и низкие механические свойства металла из-за наличия титана в составе добавки, который сам подвергается интенсивному окислению и не выполняет роль протектора для инокулирующих частиц. Использование дорогостоящих компонентов, таких как титан приводит к существенному удорожанию процесса модифицирования низкоуглеродистых сталей, что не всегда приемлемо.

Наиболее близким техническим решением по достигаемому эффекту является модификатор [2], содержащий ультрадисперсные тугоплавкие керамические частицы в качестве инокулятора, хром и (или) никель в качестве протектора при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ультрадисперсные тугоплавкие керамические частицы	50-90
хром и (или) никель	остальное

Недостатком данного модификатора является использование дорогостоящих порошков хрома и никеля в качестве протектора, приводящего к существенному удорожанию процесса модифицирования и низкая степень усвоения добавки для сталей открытой плавки. Данный модификатор обладает низкой модифицирующей способностью низкоуглеродистых сталей, что является причиной кристаллизации отливок с грубой макро- и микроструктурой и невысокими механическими свойствами.

Задача изобретения является повышение механических свойств отливок из углеродистых сталей.

Поставленная задача достигается тем, что модификатор для стали, включающий ультрадисперсный порошок тугоплавкого соединения в качестве инокулятора и протектор, в качестве инокулятора используют ультрадисперсный порошок тугоплавкого соединения из группы: карбид, нитрид, оксид, карбонитрид, оксикарбонитрид, борид, а в качестве протектора применяют один или несколько порошков лигатур из группы: ферротитан, ферроцирконий, феррониобий, феррованадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ультрадисперсный порошок тугоплавкого
соединения из группы:
карбид, нитрид, оксид,
карбонитрид, оксикарбонитрид, борид	2-60
один или несколько порошков
лигатур из группы:
ферротитан, ферроцирконий,
феррониобий, феррованадий	остальное

Применение в качестве протектора порошков лигатур позволяет эффективно защитит частицы ультрадисперсного порошка от окисления и коагуляции при их вводе в металлический расплав. Причем использование порошков лигатур позволяет провести обработку расплава без существенного изменения химического состава сплава, что не требует дополнительной корректировки химического состава модифицируемого сплава.

При этом выбор в качестве протектора порошков лигатур не приводит к заметному повышению себестоимости продукции в результате низкой стоимости применяемых лигатур, таких как ферротитан, ферроцирконий, феррониобий, феррованадий. При этом используемые лигатуры достаточно хрупки для получения их порошков методом дробления в щековых дробилках и в шаровых мельницах. Полученные дисперсные порошки обладают достаточно высокой активностью, позволяющей их использовать как эффективных протекторов для ультрадисперсных порошков тугоплавких материалов.

Модификатор опробовали при изготовлении литых заготовок из стали 20Л и 25Л. Выбранные лигатуры предварительно дробили в щековой дробилке. Окончательное измельчение производили в шаровой мельнице до получения порошков дисперсности 20-60 мкм. Смесь порошков лигатуры и ультрадисперсного порошка готовили в смесителе типа «пьяная» бочка.

Модификатор готовили методом прессования равномерной по составу смеси порошков в брикет и дегазировали.

Сталь 20Л и 25Л плавили в индукционной печи ИСТ - 016. При температуре 1630-1650°С сталь после раскисления обрабатывали известным и предложенным модификатором. После выдержки 30-60 секунд металл выпускали в ковш, из которого заливали в формы с целью получения образцов на механические испытания.

Для испытаний на растяжение из литых заготовок были изготовлены образцы по ГОСТ 1497-91. Испытания проводили на разрывной машине УМЭ-10Т. Образцы на ударную вязкость испытывали на копре КМ-30. Результаты испытаний приведены в таблице.

Из полученных данных видно, что предложенный состав модификатора обеспечивает эффективность модифицирования и повышение механических свойств отливок.

Использование предложенного модификатора позволяет повысить предел прочности на 10-15%, предел текучести на 15-25%, относительное удлинение на 10-25%.

Ожидаемый экономический эффект от использования предложенного модификатора рассчитывали из условия повышения механических свойств отливок из модифицированной стали, что позволяет снизить толщину стенок отливок без ухудшения их конструктивной прочности.

Анализ эксплуатационных характеристик отливок из стали 20Л и 25Л показал, что повышение механических свойств в указанных пределах позволяет снизить вес отливок на 10-15%, что равноценно увеличению выпуска литья при равных расходах на 10%. Учитывая то, что отпускная цена литья из стали 25Л в среднем составляет 65 тыс.рублей на тонну, экономический эффект составит 6,5 тысяч рублей на тонну годного литья.

Литература.

1. Авторское свидетельство СССР №1077323, кл. С22С 35/00, 1983.

2. Патент РФ №2344180 С2, кл. С21С 1/00, от 20.01.2009.

Таблица
Способ изготовления	Сталь	Инокулятор	Протектор	Механические свойства
Состав	Кол-во	Состав	Кол-во	Gв, МПа	Gт, МПа	δ,%	Ψ,%	KCV, при - 60°С, кДж/м2
Предлагаемый	20Л	карбонитрид титана	1	ферротитан	99	470	280	26	50	4,1
	20Л	карбонитрид титана	65	ферротитан	35	483	296	28	52	3
	20Л	карбонитрид титана	2	ферротитан	98	508	304	31	54	6,1
	20Л	карбонитрид титана	60	ферротитан	40	512	320	30	58	7,4
	20Л	карбил титана	5	ферроцирконий	95	522	307	31	60	6,8
	25Л	нитрид титана	30	феррониобий	70	538	313	30	61	5,1
	25Л	оксикарбонитрид титана	15	феррованадий	85	531	326	29	57	4,9
	20Л	оксид магния	40	ферротитан феррованадий	60	533	319	28	54	5,2
	25Л	борид титана	50	ферроцирконий феррованадий	50	540	308	26	53	4,3
20Л	карбонитрид титана	60	хром	40	437	233	26	46	2
Известный	25Л	карбонитрид титана	60	никель	40	463	262	24	38	1,6

Модификатор для стали, включающий ультрадисперсный порошок тугоплавкого соединения в качестве инокулятора и протектор, отличающийся тем, что в качестве инокулятора используют ультрадисперсный порошок тугоплавкого соединения из группы: карбид, нитрид, оксид, карбонитрид, оксикарбонитрид, борид, а в качестве протектора используют один или несколько порошков лигатур из группы: ферротитан, ферроцирконий, феррониобий, феррованадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ультрадисперсный порошок тугоплавкого
соединения из группы:
карбид, нитрид, оксид,
карбонитрид, оксикарбонитрид, борид	2-60
один или несколько порошков
лигатур из группы:
ферротитан, ферроцирконий,
феррониобий, феррованадий	остальное