RU2006514C1

RU2006514C1 - Alloy for reducing and alloying steel

Info

Publication number: RU2006514C1
Authority: RU
Inventors: О.Ю. Столяр
Original assignee: Камский политехнический институт
Priority date: 1991-06-03
Filing date: 1991-06-03
Publication date: 1994-01-30

Abstract

FIELD: steel production. SUBSTANCE: alloy contains, mass % : silicium 14.4-34.0, manganese 40-68.0, aluminium 0.1-5.0, calcium 0.1-4.0, magnesium 0.2-2.0, carbon 0.2-2.0, phosphorous 0.05- 0.4, sulfur 0.01-0.04, boron 0.5-3.0, copper 0.02-10.0, titanium 4.0-8.0, ferrum the rest. EFFECT: improves desired product quality. 1 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству ферросплавов, используемых для раскисления и легирования стали. The invention relates to ferrous metallurgy, and in particular to the production of ferroalloys used for deoxidation and alloying of steel.

Известны сплавы для раскисления и легирования стали, содержащие марганец, кремний, бор и другие элементы (1). Known alloys for deoxidation and alloying of steel containing manganese, silicon, boron and other elements (1).

Основной недостаток - низкое извлечение бора в сталь. The main disadvantage is the low extraction of boron in steel.

Наиболее близким по составу к заявляемому является сплав (2) следующего химического состава, мас. % : Кремний 14-34 Марганец 40-75 Алюминий 0,1-5,0 Кальций 0,1-4,0 Магний 0,2-2,0 Углерод 0,2-2,0 Фосфор 0,05-0,4 Сера 0,01-0,04 Бор 0,1-3,0 Азот 0,03-3,0 Медь 0,02-10,0 Железо Остальное
Наряду с положительными характеристиками сплав обладает недостатками - низким извлечением бора в сплав и невысокой прокаливаемостью полученной стали.The closest in composition to the claimed is an alloy (2) of the following chemical composition, wt. %: Silicon 14-34 Manganese 40-75 Aluminum 0.1-5.0 Calcium 0.1-4.0 Magnesium 0.2-2.0 Carbon 0.2-2.0 Phosphorus 0.05-0.4 Sulfur 0.01-0.04 Boron 0.1-3.0 Nitrogen 0.03-3.0 Copper 0.02-10.0 Iron Else
Along with positive characteristics, the alloy has disadvantages - low boron extraction into the alloy and low hardenability of the obtained steel.

Целью изобретения является повышение прокаливаемости стали. The aim of the invention is to increase the hardenability of steel.

Предлагаемый сплав, содержащий кремний, марганец, алюминий, кальций, магний, углерод, фосфор, серу, бор, медь, железо, дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас. % : Кремний 14-34 Марганец 40-70 Алюминий 0,1-5,0 Кальций 0,1-4,0 Магний 0,2-2,0 Углерод 0,2-2,0 Фосфор 0,05-0,4 Сера 0,01-0,04 Бор 0,5-3,0 Медь 0,02-10,0 Титан 4,0-8,0 Железо Остальное
Заявляемая совокупность отличительных признаков позволяет достичь поставленную цель - повысить прокаливаемость стали.The proposed alloy containing silicon, manganese, aluminum, calcium, magnesium, carbon, phosphorus, sulfur, boron, copper, iron, additionally contains titanium in the following ratio, wt. %: Silicon 14-34 Manganese 40-70 Aluminum 0.1-5.0 Calcium 0.1-4.0 Magnesium 0.2-2.0 Carbon 0.2-2.0 Phosphorus 0.05-0.4 Sulfur 0.01-0.04 Boron 0.5-3.0 Copper 0.02-10.0 Titanium 4.0-8.0 Iron Else
The claimed combination of distinctive features allows us to achieve the goal - to increase the hardenability of steel.

Малые присадки бора (в количестве 0,003-0,005% в стали) сильно повышают прокаливаемость. Прокаливаемость возрастает особенно существенно при одновременном введении в сталь нескольких легирующих элементов. Введение в сталь бора в количестве 0,5-3 мас. % способствует повышению усвоения легирующих элементов и износостойкости стали, так как бор повышает раскислительную способность сплава, эффективно влияет на форму и природу включений в стали. Small boron additives (in the amount of 0.003-0.005% in steel) greatly increase hardenability. Hardenability increases especially significantly with the simultaneous introduction of several alloying elements into steel. Introduction to boron steel in an amount of 0.5-3 wt. % helps to increase the assimilation of alloying elements and wear resistance of steel, since boron increases the deoxidizing ability of the alloy, effectively affects the shape and nature of inclusions in steel.

Бор в количестве менее 0,5 мас. % не увеличивает раскислительной способности сплава, что не приводит к уменьшению угара элементов и не является микролегирующей добавкой из-за незначительности его содержания в сплаве. При содержании в сплаве свыше 3 мас. % бора возникает реальная угроза ухудшения свойств стали, а именно: опасность возникновения красноломкости, снижение технологической пластичности, образование камневидного излома, падение вязких свойств, снижение ее прокаливаемости. Boron in an amount of less than 0.5 wt. % does not increase the deoxidizing ability of the alloy, which does not reduce the waste of elements and is not a microalloying additive due to the insignificance of its content in the alloy. When the content in the alloy is more than 3 wt. % boron there is a real threat of deterioration in the properties of steel, namely: the danger of red cracking, a decrease in technological plasticity, the formation of a stone-like fracture, a drop in viscous properties, and a decrease in its hardenability.

Введение в состав сплава меди (0,02-10 мас. % ) способствует повышению износостойкости стали за счет образования ее прослоек, которые плотно и прочно сцеплены с поверхностью зерен, не окисляются, не наклепываются и способны к многократной пластической деформации без разрушения. Кроме того, медь, стабилизируя карбиды и карбонитриды бора, делает их устойчивыми против выкрашивания. The introduction of copper (0.02-10 wt.%) In the composition of the alloy helps to increase the wear resistance of steel due to the formation of its interlayers, which are tightly and firmly adhered to the grain surface, are not oxidized, do not rivet, and are capable of repeated plastic deformation without fracture. In addition, copper, stabilizing boron carbides and carbonitrides, makes them resistant to chipping.

При содержании в сплаве меди меньше 0,02 мас. % нарушается стабилизация карбидов и карбонитридов бора, а образующейся медной прослойки оказывается недостаточно для защиты контактирующей поверхности, вследствие чего износостойкость стали снижается. Увеличение содержания меди в сплаве более 10 мас. % приводит к ее накоплению под слоем оксидов и внедрению меди при горячей обработке давлением в границы зерен, вызывая тем самым образование поверхности трещин. When the content in the alloy of copper is less than 0.02 wt. %, the stabilization of boron carbides and carbonitrides is disturbed, and the resulting copper layer is not enough to protect the contacting surface, as a result of which the wear resistance of steel decreases. The increase in copper content in the alloy is more than 10 wt. % leads to its accumulation under the oxide layer and the introduction of copper during hot pressure treatment at the grain boundaries, thereby causing the formation of surface cracks.

Наличие в сплаве в указанных количествах кремния и марганца обеспечивает уменьшение окисляемости бора и его равномерное распределение в объеме металла, что благоприятно сказывается на износостойкости и комплексе механических свойств стали. The presence in the alloy in the indicated amounts of silicon and manganese ensures a decrease in the oxidizability of boron and its uniform distribution in the metal volume, which favorably affects the wear resistance and the complex mechanical properties of steel.

Содержание в предлагаемом сплаве 0,1-5,0 мас. % алюминия в совокупности с бором увеличивает раскислительную способность марганца и кремния. Алюминий при содержании меньше 0,1 мас. % не оказывает этого влияния, а при содержании его более 5,0 мас. % повышаются окисляемость сплава на воздухе и угар при использовании. The content in the proposed alloy is 0.1-5.0 wt. % of aluminum in combination with boron increases the deoxidizing ability of manganese and silicon. Aluminum with a content of less than 0.1 wt. % does not have this effect, and when its content is more than 5.0 wt. % increase the oxidizability of the alloy in air and fumes when used.

Присутствие в сплаве 0,1-4,0 мас. % кальция улучшает усвоение азота в расплаве и повышает чистоту по оксидным включениям сплава, а также физико-механические свойства обрабатываемой им стали. При содержании кальция менее 0,1 мас. % указанный эффект мало ощутим, а при содержании более 4,0 мас. % происходит не очищение матрицы сплава от неметаллических включений, а ее загрязнение вследствие "запутывания" в ней оксидов кальция. The presence in the alloy of 0.1-4.0 wt. % calcium improves the absorption of nitrogen in the melt and increases the purity of the oxide inclusions of the alloy, as well as the physico-mechanical properties of the steel processed by it. When the calcium content is less than 0.1 wt. % the indicated effect is slightly perceptible, and with a content of more than 4.0 wt. % is not the purification of the alloy matrix from non-metallic inclusions, but its contamination due to the "entanglement" of calcium oxides in it.

Магний в количестве 0,2-2,0 мас. % повышает усвоение кремния, марганца и алюминия. Это объясняется тем, что при введении сплава в сталь происходит активное испарение магния, вызывающее барботаж металла, в результате чего происходит перемешивание металла, которое способствует равномерному распределению и усвоению марганца, кремния и алюминия. Magnesium in an amount of 0.2-2.0 wt. % increases the absorption of silicon, manganese and aluminum. This is explained by the fact that when the alloy is introduced into the steel, magnesium actively evaporates, causing metal bubbling, which results in the mixing of the metal, which contributes to the uniform distribution and assimilation of manganese, silicon and aluminum.

При содержании магния менее 0,2 мас. % уменьшается модифицирующая способность сплава, а при увеличении его содержания более 2 мас. % влияние магния на форму и размеры включений значительно уменьшается, что ухудшает комплекс механических свойств стали. When the magnesium content is less than 0.2 wt. % decreases the modifying ability of the alloy, and with an increase in its content of more than 2 wt. % the effect of magnesium on the shape and size of inclusions is significantly reduced, which affects the complex mechanical properties of steel.

Наличие в предлагаемом сплаве 4-8 мас. % титана способствует более высокой и стабильной прокаливаемости борсодержащих сталей. Это достигается при совместном раскислении и легировании алюминием, титаном, кремнием и марганцем. Однако в этом случае необходимо точно дозировать размер вводимых добавок, поскольку завышение остаточного содержания титана (более 0,03-0,04% по массе) может не только снизить прокаливаемость стали, но и уровень пластических и вязких свойств литой стали. The presence in the proposed alloy 4-8 wt. % titanium contributes to a higher and more stable hardenability of boron-containing steels. This is achieved by joint deoxidation and alloying with aluminum, titanium, silicon and manganese. However, in this case, it is necessary to accurately dose the size of the added additives, since an overestimation of the residual titanium content (more than 0.03-0.04% by weight) can not only reduce the hardenability of steel, but also the level of plastic and viscous properties of cast steel.

При содержании в сплаве менее 4 мас. % титана указанный эффект достигаться не будет из-за получения низкого содержания титана в стали, а при увеличении его содержания в сплаве более 8 мас. % остаточное содержание титана в стали будет превышать 0,04% по массе, что повлечет за собой ухудшение свойства стали. When the content in the alloy is less than 4 wt. % titanium, this effect will not be achieved due to the low titanium content in the steel, and with an increase in its content in the alloy more than 8 wt. % residual titanium content in steel will exceed 0.04% by mass, which will entail a deterioration in the property of steel.

Предлагаемый сплав в виде примесей содержит углерод, фосфор и серу, содержание которых строго ограничено из-за их влияния на свойства обрабатываемой стали. The proposed alloy in the form of impurities contains carbon, phosphorus and sulfur, the content of which is strictly limited due to their effect on the properties of the processed steel.

Получение предлагаемого сплава основано на восстановлении углеродом в рудно-термической печи оксидов кремния, марганца, титана, кальция, алюминия, бора. Медь вводят в шихту в виде отходов медной стружки. В качестве восстановителя при выплавке сплава используется металлургический коксик. The preparation of the proposed alloy is based on the reduction of silicon, manganese, titanium, calcium, aluminum, and boron oxides by carbon in an ore-thermal furnace. Copper is introduced into the charge in the form of waste copper chips. Metallurgical coke is used as a reducing agent in the smelting of the alloy.

В лабораторных условиях выплавляли три состава предлагаемого сплава и один известный со средним значением ингредиентов. In laboratory conditions, three compositions of the proposed alloy were smelted and one known with the average value of the ingredients.

В таблице показан химический состав сплавов и результаты определения прокаливаемости ст. 35. The table shows the chemical composition of the alloys and the results of determining the hardenability of Art. 35.

Сплавы, полученные в индукционной печи емкостью 10 кг, используются для раскисления и легирования стали марки 35. Обработка стали известным и предлагаемым сплавами производится одинаковым их количеством (15,5 г/кг стали) без дополнительных корректировок. Alloys obtained in an induction furnace with a capacity of 10 kg are used for deoxidation and alloying of grade 35 steel. The steel is treated with the known and proposed alloys in the same amount (15.5 g / kg of steel) without additional adjustments.

Прокаливаемость определили по ГОСТ 5657-69. (56) Авторское свидетельство СССР N 497350, кл. C 22 C 35/00, 1975. Hardenability was determined according to GOST 5657-69. (56) Copyright certificate of the USSR N 497350, cl. C 22 C 35/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР N 1421793, кл. C 22 C 35/00, 1988. USSR author's certificate N 1421793, cl. C 22 C 35/00, 1988.

Claims

ALLOY FOR DIVIDING AND ALLOYING STEEL, containing silicon, manganese, aluminum, calcium, magnesium, carbon, phosphorus, sulfur, boron, copper and iron, characterized in that, in order to increase the hardenability of steel, it additionally contains titanium in the following ratio of components, wt. %:
Silicon 14.0 - 34.0
Manganese 40.0 - 68.0
Aluminum 0.1 - 5.0
Calcium 0.1 - 4.0
Magnesium 0.2 - 2.0
Carbon 0.2 - 2.0
Phosphorus 0.05 - 0.4
Sulfur 0.01 - 0.04
Boron 0.5 - 3.0
Copper 0.02 - 10.0
Titanium 4.0 - 8.0
Iron Else