RU2026404C1 - Лигатура для раскисления и модифицирования рельсовой стали - Google Patents
Лигатура для раскисления и модифицирования рельсовой стали Download PDFInfo
- Publication number
- RU2026404C1 RU2026404C1 SU5034137A RU2026404C1 RU 2026404 C1 RU2026404 C1 RU 2026404C1 SU 5034137 A SU5034137 A SU 5034137A RU 2026404 C1 RU2026404 C1 RU 2026404C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- ligature
- master alloy
- section
- carbon
- Prior art date
Links
Landscapes
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
Сущность изобретения: лигатура дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%: кальций 6 - 20; кремний 30 - 60; марганец 0,5 - 6; алюминий 0,5 - 6; хром 0,1 - 2; титан 0,1 - 2; бор 0,5 - 3; углерод 0,1 - 0,8; магний 0,01 - 0,1; железо - остальное, и также может дополнительно содержать ванадий в количестве 1 - 12 мас.%. Сталь после обработки предлагаемой лигатурой имеет хорошую однородность свойств по сечению. 1 з.п. ф-лы.
Description
В настоящее время для раскисления и модифицирования рельсовой стали применяют ферросплавы, содержащие один-два раскисляющих или модифицирующих элемента, такие как ферросилиций, силикокальций, феррованадий и др.
Недостатком применения ферросплавов, отвечающих требованиям ГОСТа, является пониженная эксплуатационная стойкость рельсов вследствие повышенного размера зерен и высокой неоднородности закалки рельсов по сечению.
Известны лигатуры (1-5) для обработки стали, содержащие раскисляющие и модифицирующие элементы - кальций, кремний, титан и др., которые могут быть использованы для раскисления и модифицирования рельсовой стали (лигатуры-аналоги).
1. Лигатура, содержащая, мас.%: Ca 13-25; Al 7-45; Si 5-30; Fe 5-35; Mn 10-50.
2. Лигатура, содержащая, мас.%: Ca 0,5-40; Si 45-90; Mn 0,5-8; Al 1-1,5; Fe - остальное.
3. Лигатура, содержащая, мас.%: Si 45-52; Cr 22-30; Ca 6-10; Al 5-10; Mg 1-1,8; Fe - остальное.
4. Лигатура, содержащая, мас.%: Si 8-20; Cr 35-60; Mn 20-35; Al 0,5-4; Ca 0,2-4; Mg 0,2-2; Fe - остальное.
5. Лигатура, содержащая, мас.%: Si 45-56; Mn 5-22; Ca 4-10; Cr 15-22; Al 0,5-3; Mg 0,5-1,5; Fe - остальное.
Лигатуры - аналоги имеют недостаток, заключающийся в том, что рельсы, изготовленные из стали, обработанной этими лигатурами, имеют пониженные эксплуатационные характеристики вследствие неоднородности механических свойств по сечению рельса после термообработки.
В качестве прототипа принята наиболее близкая по сущности лигатура, содержащая, мас. % : Ca 4-12; Si 25-55; Cr 20-40; Al 1,5-10; Mg 0,5-3; Ti 3-15; B 0,2-10; Mn 0,5-6; Fe - остальное.
Недостатком лигатуры (сплава для раскисления и модифицирования стали) является пониженная эксплуатационная стойкость рельсов вследствие неоднородности механических свойств по сечению термообработанных рельсов. Это объясняется тем, что в процессе термообработки происходит различный перепад температур по сечению переменных размеров. При этом в готовом рельсе образуется различная структура стали и размер зерна по поперечному сечению рельса и на торцовых участках, находящихся в наиболее напряженных местах ударных нагрузок при движении подвижного состава на магистральных участках железной дороги. На участках рельсов с переходом одной структуры к другой при знакопеременных нагрузках возникают микротрещины, которые в дальнейшем переходят в макротрещины с последующим скалыванием головки рельса.
Задачей изобретения является повышение стойкости рельсовой стали к знакопеременным нагрузкам, выравнивание структуры стали по сечению переменного профиля после термической обработки при одновременном повышении механических характеристик стали в тонких и толстых сечениях готового изделия.
Для решения поставленной задачи лигатура (сплав) для раскисления и модифицирования рельсовой стали дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%: Кальций 6-20 Кремний 30-60 Марганец 0,5-6 Алюминий 0,5-6 Хром 0,1-2 Титан 0,1-2 Бор 0,5-3 Углерод 0,1-0,8 Магний 0,01-0,1 Железо Остальное
Технический эффект от использования лигатуры приведенного состава усиливают, если она дополнительно содержит ванадий в количестве 1-12 мас.%.
Технический эффект от использования лигатуры приведенного состава усиливают, если она дополнительно содержит ванадий в количестве 1-12 мас.%.
Лигатура для раскисления и модифицирования стали с дополнительным содержанием углерода в соотношении, позволяющем получить соединение карбид бора (BrC) c высокой термодинамической и физической прочностью, при введении в сталь усваивается с равномерным распределением дисперсных частиц карбида бора в объеме стали. Частицы карбида бора являются устойчивыми центрами кристаллизации, измельчают зерно стали в слитке и в готовом изделии после горячей деформации и термообработки. Устойчивость мелкозернистой структуры сохраняется в готовом изделии с переменным сечением и сложной конфигурации.
Эффективность технического решения повышают лигатурой, которая содержит дополнительно ванадий, который в сочетании с бором и углеродом образует частицы карбида (BzC), окруженные атомами ванадия, т.е. между карбидом бора и матрицей образуется зона с повышенным содержанием ванадия. Переходная зона, обогащенная ванадием, повышает прочность связи карбида бора и матрицы стали. Это обстоятельство позволяет получить стальные изделия переменного сечения с выравненными и повышенными механическими свойствами во всех сечениях изделия. Механические свойства и структура стали, равномерные по сечению, предупреждают образование микротрещин в объеме изделия в переходных зонах от одного сечения к другому при знакопеременных нагрузках, в частности при движении железнодорожного состава на стыках рельсов.
Если содержание бора более 3 мас.% и углерода более 0,8 мас.%, то карбид бора укрупняется в агрегаты, что снижает механические свойства стали из-за возникновения концентраций напряжений по границам агрегатов.
Если содержание бора менее 0,5 мас.% и углерода менее 0,1 мас.%, то центров кристаллизации недостаточно, что резко снижает эффект измельчения зерна в литом и термообработанном состоянии. По сечению изделия механические свойства имеют значительную разницу из-за неустойчивости размера зерна при горячей деформации и термообработке.
Кальций, кремний, алюминий, марганец, титан взаимодействуют с растворенным кислородом в стали, а также с оксидами железа, входящими в состав шлаковых и неметаллических включений. Эти взаимодействия сопровождаются образованием легкоплавких многокомпонентных оксидных расплавов, которые при перемешивании стали за счет испарения магния коалесцируют и выводятся из жидкой стали.
Если содержание кальция, кремния, алюминия, марганца и титана меньше 6; 30; 0,5, 0,5 и 0,1 мас.% соответственно, то в стали остается повышенное количество кислорода, который окисляет бор, что снижает эффект выравнивания механических свойств по переменному сечению изделия. Кроме того, количество неметаллических включений, образующихся в результате взаимодействия этих элементов с кислородом, незначительно, снижается способность контактировать и коалесцировать в крупные частицы и они в значительной мере остаются в виде мелких включений в стали, что вызывает снижение механических свойств матрицы стали.
Если содержание кальция, кремния, алюминия, марганца и титана выше заявленных верхних пределов, то избыточное количество этих компонентов переходит в матрицу, снижая механические характеристики, в частности ударную вязкость.
Если содержание магния в лигатуре меньше 0,01 мас.%, то его количества недостаточно для перемешивания металла парообразным магнием, что снижает степень однородности распределения компонентов лигатуры в жидкой стали, и в готовом изделии переменного сечения появляется неоднородность структуры после термообработки, а также различие в механических свойствах по участкам сложного сечения изделия.
Если содержание магния более 0,1 мас.%, то снижается эффективность использования магния из-за чрезмерного испарения паров магния в атмосферу, а также бора и ванадия из-за выноса центров кристаллизации в шлак на поверхности жидкой стали в процессе обработки стали лигатурой.
Хром лигатуры после усвоения сталью переходит в матрицу, повышая ее механические свойства, а также прочность контакта на границе карбида бора и матрицы.
Если содержание хрома меньше 0,1 мас.%, то прочность сцепления карбида бора и матрицы снижается, что вызывает концентрацию напряжения и возникновение микротрещин. При содержании в лигатуре хрома более 2 мас.% он из-за повышенной активности образует карбиды, уменьшая количество карбидов бора в стали. При этом снижается эффект выравнивания механических свойств изделия с переменным сечением.
Технический эффект увеличивают использованием лигатуры, содержащей дополнительно ванадий в количестве 1-12 мас.%. Если содержание ванадия меньше 1 мас. % , то дополнительный эффект взаимодействия карбида бора и матрицы стали в изделии не достигается, что не сопровождается улучшением полученных свойств стали от лигатуры. При содержании в лигатуре ванадия более 12 мас.% повышения свойств стали не происходит, т.е. это содержание ванадия излишнее.
Лигатуру получают в руднотермической печи восстановительным процессом из сырья, содержащего оксиды компонентов, необходимых для получения лигатуры. Полученная лигатура выпускается в жидком виде из печи и разливается в плоские слитки.
Лигатура может быть получена сплавлением соответствующих компонентов в индукционной или дуговой печи.
Лигатуру после охлаждения в виде слитков измельчают на шнековой дробилке до кусков размером не более 100 мм и в таком виде используют для обработки стали в процессе слива ее в разливочный ковш. В процессе взаимодействия лигатуры с жидкой сталью компоненты лигатуры растворяются и равномерно распределяются в объеме металла.
Испытуемую лигатуру изготавливали сплавлением в атмосфере аргона силикокальция, ферросилиция, феррохрома, ферробора, стали, металлических марганца, титана, алюминия, магния, кальция (при его недостаточном количестве в лигатуре), а также феррованадия при получении лигатуры с ванадием. В процессе плавки с помощью графитированного электродного боя проводили присадку углерода.
Выплавку лигатуры проводили по 7 вариантам.
Полученные лигатуры предлагаемого состава и лигатура по прототипу испытаны для раскисления и модифицированная рельсовой стали марки М76. Сталь выплавляли в дуговой электропечи ДСП-5. При содержании углерода в пределах 0,68-0,71% сталь в печи раскисляли силикомарганцем и ферромарганцем.
Температура стали на выпуске из печи была в пределах 1575-1585оС. В процессе выпуска стали из печи в ковш присаживали лигатуру в количестве 8 кг на 1 т стали. Готовая сталь содержала, мас.%: С 0,7-0,75; Mn 0,85-0,9; Si 0,3-0,35; S 0,025; P 0,02.
Сталь после разливки прокатали на пруток сложного сечения в виде восьмерки с размером в тонком сечении 6 мм, а в толстом 30 мм.
Сталь после обработки лигатурами предлагаемого состава обладает большей однородностью, чем после обработки лигатурой по прототипу при изменении толщины изделия в 5 раз.
Эффективность предлагаемой лигатуры определяется сокращением отбраковки изделий по механическим свойствам из-за разброса показателей, а также повышения надежности службы рельсов железнодорожной широкой колеи.
Claims (1)
1. ЛИГАТУРА ДЛЯ РАСКИСЛЕНИЯ И МОДИФИЦИРОВАНИЯ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ, содержащая кальций, кремний, марганец, алюминий, хром, титан, бор, магний, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кальций - 6 - 20
Кремний - 30 - 60
Марганец - 0,5 - 6,0
Алюминий - 0,5 - 6,0
Хром - 0,1 - 2,0
Титан - 0,1 - 2,0
Бор - 0,5 - 3,0
Углерод - 0,1 - 0,8
Магний - 0,01 - 0,1
Железо - Остальное
2. Лигатура по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий в количестве 1-12 мас.%.
Кальций - 6 - 20
Кремний - 30 - 60
Марганец - 0,5 - 6,0
Алюминий - 0,5 - 6,0
Хром - 0,1 - 2,0
Титан - 0,1 - 2,0
Бор - 0,5 - 3,0
Углерод - 0,1 - 0,8
Магний - 0,01 - 0,1
Железо - Остальное
2. Лигатура по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий в количестве 1-12 мас.%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5034137 RU2026404C1 (ru) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | Лигатура для раскисления и модифицирования рельсовой стали |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5034137 RU2026404C1 (ru) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | Лигатура для раскисления и модифицирования рельсовой стали |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2026404C1 true RU2026404C1 (ru) | 1995-01-09 |
Family
ID=21600246
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5034137 RU2026404C1 (ru) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | Лигатура для раскисления и модифицирования рельсовой стали |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2026404C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102828071A (zh) * | 2011-06-13 | 2012-12-19 | 谢应旭 | 用于炼钢的铝钙钒铁合金及制备方法 |
-
1992
- 1992-03-26 RU SU5034137 patent/RU2026404C1/ru active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 451778, кл. C 22C 35/00, 1973. * |
Авторское свидетельство СССР N 522257, кл. C 22C 35/00, 1974. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102828071A (zh) * | 2011-06-13 | 2012-12-19 | 谢应旭 | 用于炼钢的铝钙钒铁合金及制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101798660B (zh) | 冷轧辊钢以铸代锻的精炼、变质及铸造方法 | |
US5972129A (en) | Process for smelting a titanium steel and steel obtained | |
Comineli et al. | Influence of titanium and nitrogen on hot ductility of C–Mn–Nb–Al steels | |
JP2003521582A (ja) | 鋼の細粒化方法、鋼の細粒化用合金及び細粒化用合金の製造方法 | |
WO2006068487A1 (en) | Modifying agents for cast iron | |
AU549961B2 (en) | Boron alloying additive for continuously casting boron steel | |
CN110230006A (zh) | 一种汽车变速箱用低磷齿轮钢的生产方法 | |
US4286984A (en) | Compositions and methods of production of alloy for treatment of liquid metals | |
JP4280163B2 (ja) | 低炭素鋼板、低炭素鋼鋳片およびその製造方法 | |
CN104593663B (zh) | 一种耐磨白口铸铁及其制备方法 | |
CN115896634B (zh) | 一种耐高温有色金属压铸成型模具钢材料及其制备方法 | |
RU2026404C1 (ru) | Лигатура для раскисления и модифицирования рельсовой стали | |
CN111961805B (zh) | 一种高锰钢钢液净化方法、产品及应用 | |
US3459540A (en) | Production of clean fine grain steels | |
SU1310451A1 (ru) | Чугун | |
US4348800A (en) | Production of steel products with medium to high contents of carbon and manganese and superior surface quality | |
JP2008266706A (ja) | フェライト系ステンレス鋼連続鋳造スラブの製造法 | |
KR102539284B1 (ko) | 내가스 결함성에 우수한 구상흑연주철 | |
JPS619554A (ja) | 冷間圧延用鍛鋼ロ−ル | |
JP2938456B2 (ja) | 冷間圧延用ワークロール及びその製造法 | |
US4024624A (en) | Continuous casting method for the production of rolled low carbon steel products with improved formability | |
SU1705390A1 (ru) | Лигатура дл стали | |
CN1916215A (zh) | 一种用于耐磨钢铁材料的中间合金及其用途 | |
SU1308630A1 (ru) | Смесь дл модифицировани чугуна | |
SU1705395A1 (ru) | Чугун |