Модификатор

Авторы патента:

C22C35/00 - Сплавы (лигатуры) для легирования железа или стали

C21C7/00 - Обработка расплавленных ферросплавов, например стали, не отнесенная к группам C21C 1/00-C21C 5/00 (обработка расплавленных металлов во время формования B22D 1/00,B22D 27/00; переплавка черных металлов C22B)

Владельцы патента RU 2751503:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам модификаторов для улучшения свойств отливок из хромоникелевых сталей, применяемых для изготовления трубонасосных агрегатов, работающих при низких температурах. Модификатор содержит, мас.%: диборид титана 20-40, нитрид бора 20-60, хром - остальное. Изобретение позволяет увеличить эффект измельчения дендритной структуры отливок, что обеспечивает повышение хладостойкости при сохранении других механических характеристик. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к составам модификаторов для улучшения свойств хромоникелевых сталей, применяемых для изготовления трубонасосных агрегатов, работающих при низких температурах.

Известна модифицирующая смесь (патент RU №2459001, С22с 35/00, опубл. 20.08.2012, БИ №23), позволяющая повысить износостойкость и фрикционные свойства чугуна, содержащая, мас.%

Магний 12-17

Графит 15-20

Борный ангидрит 12-15

Гидрид кальция 7-11

Нитрид бора 10-20

Феррофосфор 8-12

Ферросилиций остальное.

Недостатком этого модификатора является высокая концентрация углерода и фосфора, что обусловливает высокую твердость и низкую пластичность литого металла и не позволяет использовать такую смесь при отливке стальных заготовок из хромоникелевых сталей.

Известна смесь для модифицирования чугуна (АС 1323602, С 22 с 35/00, опубл. 15.07.1987, БИ № 26) и повышающая его износостойкость, содержащая, мас.%:

Алюминий 15-25

Нитрид бора 2.5-7.5

Нитрид титана 15-30

Железо остальное.

Однако при использовании этой смести для модифицирования хромоникелевой стали имеет место неблагоприятный пироэффект, обусловливающий низкую усвояемость компонентов смеси и выгорание основных легирующих элементов в обрабатываемом расплаве, что не позволяет получить требуемые химический состав и механические свойства металла отливок.

Наиболее близким по химическому составу является модификатор (патент RU № 2434965, С22с 35/00, опубл. 27.07.2011, БИ № 21), позволяющий повысить жаропрочность и износостойкость хромоникелевых сплавов содержащий, мас.%:

Карбид бора 50-70

Диборид титана 20-40

Хром остальное.

Однако при введении такого модификатора в хромоникелевые низкоуглеродистые стали образуется большое количество карбидов, которые повышают твердость и хрупкость отливок, что обусловливает низкую пластичность такого металла при отрицательных температурах (хладостойкость).

Технической задачей данного изобретения является повышение хладостойкости отливок из хромоникелевой стали при сохранении прочностных свойств.

Технический результат достигается за счет того, что модификатор, содержащий диборид титана и хром дополнительно содержит нитрид бора при следующем соотношении в мас.%:

Диборид титана 20-40

Нитрид бора 20-60

Хром остальное.

Бор широко применяется как легирующий элемент в хромоникелевых и сплавах. В то же время высокая твердость карбида бора (40·10³ МН/м²), практически полное отсутствие пластической деформации и низкая смачиваемость обусловливает высокую хрупкость и склонность к горячим трещинам литого металла. Вследствие этого карбид бора целесообразно использовать для повышения износостойкости сталей.

Введение вместо карбида бора нитрида бора в количестве 20-60 мас.% усиливает эффект модифицирования за счет увеличения количества центров кристаллизации в стали. При взаимодействии его с жидким расплавом образуются сложные боридонитридные соединения титана, хрома и железа, диспергирующие структуру стали, что повышает ее хладостойкость и оказывает решающее влияние на достижение цели изобретения.

При концентрации нитрида бора менее 20 - мас.% его влияние на хладостойкость металла незначительно, а при увеличении ее более 60 мас.% снижается стабильность структуры, увеличивается количество неметаллических включений, вследствие чего ухудшаются упруго-пластические свойства литого металла.

Для усиления эффекта воздействия на литой металл целесообразно использовать комплексное модифицирование стали, для чего необходимо вводить дополнительно другие соединения в таких количествах, которые не приводили бы к охрупчиванию и обеспечивали отсутствие трещин в отливках при обеспечении достаточно высокой хладостойкости металла и сохранении прочностных свойств.

С этой целью использован диборид титана, с концентрацией 20-40 мас.% который обусловливает сравнительно низкую твердость и относительно высокую пластичность стали, а с другой стороны, хорошо смачивается расплавом.

Хром обладает высокой растворимостью в расплавах на основе железа и вводится как вещество-протектор, предохраняющее частицы соединений от коагуляции и растворения. Кроме того он является основой обрабатываемых сталей и может использоваться в качестве нейтральной добавки.

Модификатор готовят путем прессования смеси из порошкообразных компонентов в брикеты при давлении 500-700 МПа. В качестве компонентов используют порошки диборида титана по ТУ 6-09-03-7-75, хрома по ГОСТу 5905-79, нитрида бора по ТУ 26.8 – 002222/6 – 07-2003 с размером частиц 20...100 мм.

Проверку эффективности действия предложенного модификатора проводили при электрошлаковом литье кольцевых заготовок из стали 08Х15Н8М.

Расплав накапливали в плавильной емкости электрошлаковым способом. После окончания процесса накопления в расплав вводили модификатор в количестве 0,3 мас.%. Температура расплава при модифицировании 1900°С. Для обеспечения равномерности распределения добавок в расплаве модификатор вводили за 3-5 минут до слива расплава в изложницу.

Упрочнение термической обработкой проводили на режимах, включающих нормализацию (нагрев металла до температуры 1100°С, выдержку в течение 2 ч) и отпуск при 250°С (выдержка 24 часа).

Исследования проводили на образцах металла после термообработки. Для испытаний на растяжение из литых заготовок изготавливались образцы по ГОСТ 1497-91. Образцы, изготовленные по ГОСТ 9454-78 использовали для испытаний на ударную вязкость.

Для количественной оценки воздействия легирующих элементов на свойства литого металла было изготовлено семь отливок: 2, 3 и 4 предлагаемые составы, 1 и 5 составы с содержанием компонентов, выходящих за заявляемые пределы, 6 – состав прототипа, 7 – без модифицирования. Свойства металла без модифицирования и с модифицированием известным и предложенным модификатором приведены в таблице.

Таблица

Номера составов	Состав модификатора, мас.%	Размер дендритной ячейки, mkm	Механические свойства
Карбид бора	Диборид титана	Хром	Нитрид бора	σ_В МПа	σ₀₂ МПа	δ	Ψ	KCV^-60 МДж /м²
1	-	60	30	10	65	1186	792	14,4	28.6	0.54
2	-	40	40	20	55	1208	816	15,3	31.2	0.62
3	-	30	30	40	50	1224	834	16,7	34.7	0.71
4	-	20	20	60	40	1253	848	18,1	36.5	0.79
5	-	10	20	70	45	1261	837	17,5	35.7	0.74
6 Прототип	60	30	10	-	105	1547	1022	7,2	19.1	0.19
7	Без модифицирования	85	1172	779	13.3	27.4	0.43

Как видно из таблицы наилучшими свойствами обладает металл отливок составов 2, 3 и 4.

Результаты испытаний показали, что, обработка стали 08Х15Н8М предлагаемыми составами модификатора по сравнению с модификатором-прототипом измельчает её структуру в 1,9-2,6 раза и повышает ударную вязкость литого металла при температуре – 60°С (хладостойкость) в 3,2-4,1 раза. По сравнению с не модифицированной сталью её структура измельчается в 1,5-2,1 раза, хладостойкость повышается в 1,4-1,8 раза, при незначительном повышении прочности (в среднем на 3-7%), предела текучести (в среднем 5-9%), и более значительном повышении относительного удлинения (в среднем на 15-36%) и относительного сужения (в среднем на 13-33%). Это можно объяснить тем, что в расплаве образование боридных соединений происходит на ранних стадиях кристаллизации модифицированного металла. В результате зародышеобразующая способность частиц повышается, о чем свидетельствует уменьшение размера дендритной ячейки структуры металла, а хладостойкость стали повышается. Это позволяет значительно повысить надежность работы изготовленных из отливок деталей трубонасосных агрегатов, работающих при низких температурах.

Модификатор для хромоникелевых сталей, содержащий порошки диборида титана и хрома, отличающийся тем, что для повышения хладостойкости стали при сохранении прочностных свойств он дополнительно содержит порошок нитрида бора при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Диборид титана	20-40
Нитрид бора	20-60
Хром	остальное

Изобретение относится к области металлургии, в частности к модификаторам для производства чугуна с шаровидным графитом. Модификатор для производства чугуна с шаровидным графитом содержит сплав на основе ферросилиция в виде частиц, состоящий из, мас.%: 40-80 Si, 0,02-8 Са, 0-5 Sr, 0-12 Ва, 0-15 редкоземельного металла, 0-5 Mg, 0,05-5 Al, 0-10 Mn, 0-10 Ti, 0-10 Zr, Fe и неизбежные примеси - остальное, при этом указанный модификатор дополнительно содержит в расчете на общую массу модификатора в мас.%: 0,1-15 Sb2O3 в виде частиц и по меньшей мере один из 0,1-15 Bi2O3 в виде частиц, и/или 0,1-5 одного или более из Fe3O4, Fe2O3, FeO в виде частиц или их смеси, и/или 0,1-5 одного или более из FeS, FeS2, Fe3S4 в виде частиц или их смеси.

Способ получения дисперсного порошка ферросилиция - утяжелителя // 2741879

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству дисперсного порошка ферросилиция - утяжелителя. Способ получения дисперсного порошка ферросилиция - утяжелителя для обогащения минерального сырья включает выплавку в электропечи ферросилиция заданного химического состава с использованием в качестве шихтовых компонентов стальной стружки и/или лома и марочного ферросилиция, выпуск расплава в промковш и подачу расплава в камеру распыления через калиброванное отверстие с диспергированием исходящей струи расплава.

Модификатор // 2739042

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам модификаторов, используемых для улучшения свойств отливок из хромникелевых дисперсионнотвердеющих сталей, работающих в условиях интенсивного износа при высоких температурах, применяемых для изготовления инструмента горячего деформирования различного назначения, например валков горячего проката.

Способ изготовления лигатур в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым электродом // 2734220

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству лигатур в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым вольфрамовым электродом. Способ изготовления лигатуры, включающий загрузку шихтовых материалов в медный водоохлаждаемый кристаллизатор, размещенный в плавильной камере вакуумной дуговой печи с нерасходуемым вольфрамовым электродом, закрытие плавильной камеры печи, откачку воздуха и напуск инертного газа в плавильную камеру печи, первичное расплавление шихтовых материалов электрической дугой, переворачивание полученного слитка и его повторный переплав.

Спеченная лигатура из порошковых материалов для легирования алюминиевых сплавов // 2725496

Изобретение относится к области порошковой металлургии металлов и сплавов, а именно к производству лигатур на основе алюминия для легирования сплавов на основе алюминия. Спеченная лигатура из порошковых материалов для легирования алюминиевых сплавов содержит, мас.

Комплексный сплав для микролегирования и раскисления стали на основе железа // 2715510

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в сталеплавильном производстве для микролегирования и раскисления металлического железоуглеродистого расплава бором. Комплексный сплав содержит, мас.%: бор 0,5-2,5, алюминий 10,0-15,0, кремний 50,0-60,0, железо и примеси остальное.

Модификатор для жаропрочных никельхромовых сплавов // 2706922

Изобретение относится к области металлургии, а именно к модифицированию жаропрочных сплавов на основе тугоплавких элементов никеля, хрома, молибдена, кобальта, вольфрама ультрадисперсными порошковыми комплексами тугоплавких соединений. Модификатор содержит, мас.%: ультрадисперсный порошок карбонитрида титана 2,0-7,0, порошок титана 15,0-20,0, порошок никеля 10,0-15,0, порошок хрома 5,0-6,0, порошок молибдена 5,0-6,0, порошок вольфрама 5,0-6,0, порошок кобальта 5,0-6,0, порошок алюминия 12,0-15,0, порошок магния 8,0-12,0, порошок марганца 4,0-5,0 и порошок железа 2,0-5,0.

Способ получения лигатуры "алюминий-скандий" (варианты) // 2704681

Изобретение относится к металлургическим технологиям в области редких и цветных металлов и может быть использовано для получения лигатуры алюминия со скандием. Алюминотермическое восстановление фторида скандия осуществляют путем расплавления в температурном интервале 740-780°С шихты в виде солевой композиции следующего состава, мас.%: фторид скандия 16-25, хлорид калия или натрия 79-60, фторид натрия 5-15, и с массовым соотношением Al:соль выше 3.0, и выдержки полученного металлического расплава в течение 20-60 минут с удалением солевого флюса, после этого полученный расплав лигатуры перегревают до 900-950°С в течение 10-20 минут с последующей разливкой.

Модифицирующая смесь // 2704153

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для обработки расплавов латуней. Модифицирующая смесь содержит, мас.

Технологическая линия для производства композиционных ферросплавов, лигатур и бескислородных огнеупорных материалов для металлургии // 2697305

Изобретение относится к металлургии и касается технологической линии для производства ферросплавов, лигатур и огнеупорных материалов. Технологическая линия содержит размещенный после склада сырья участок шихтоподготовки, оборудованный взаимосвязанными системами приготовления шихтовых смесей с их одновременной сушкой и загрузки тиглей шихтой для осуществления синтеза, и участок дробления, помола и фракционирования спёков готовой продукции, размещенный после участка механической разделки тиглей со спёком, а участок синтеза содержит СВС реакторы, оборудованные запальными устройствами и подключенные к системам азотоснабжения и охлаждения, к системе вакуумирования и системе газоснабжения различными технологическими газами в зависимости от типа получаемой продукции.

Устройство для донной продувки металла газом в ковше // 2750254

Изобретение относится металлургии, в частности к донной продувке жидкого металла инертным газом в ковше. Устройство содержит гнездовой блок с установленными в нем фурмами с индивидуальными газоподводящими трубками, при этом в гнездовом блоке установлены две или более фурмы с обеспечением ленточного потока газа в течение всего периода продувки, при этом все фурмы имеют открытые рабочие поверхности, уровни которых отклонены от уровня рабочей поверхности гнездового блока, а расстояние между большими основаниями фурм меньше диаметра этих оснований.