RU2191213C1

RU2191213C1 - Hardener (versions)

Info

Publication number: RU2191213C1
Application number: RU2001129771/02A
Authority: RU
Inventors: С.Н. Примеров; А.В. Михеев; Ф.В. Михеев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "БКЛ"
Priority date: 2001-11-05
Filing date: 2001-11-05
Publication date: 2002-10-20

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: hardener, in particular, silicon-free hardener is used for simultaneous killing, refining, modifying and alloying (microalloying) of steel, alloys and cast iron. According to first version, hardener comprises calcium, rare-earth metals, aluminum and nickel, and further comprises iron, with said components being used in the following ratio, wt%: calcium 3-15; rare-earth metals 10-25; aluminum 5-25; iron 6-20; nickel the balance. According to other five versions, hardener comprises calcium, rare- earth metal, aluminum and nickel, and further comprises titanium, vanadium, niobium, yttrium or boron, and further comprises iron in an amount of 6-20 wt%. Addition of iron introduced into hardener composition results in formation of lighter phases causing reduction of hardener melting and dissolution temperature on the whole, and also provides for uniform distribution and more complete assimilation of hardener components in liquid metal. EFFECT: increased flowability of melt, improved mechanical and operating properties of steel, alloys and cast iron. 7 cl, 2 tbl

Description

Группа изобретений относится к области металлургии, а именно к бескремниевым лигатурам, используемым для одновременного раскисления, рафинирования, модифицирования и легирования (микролегирования) стали, сплавов и чугуна. The group of inventions relates to the field of metallurgy, namely to silicon-free alloys used for the simultaneous deoxidation, refining, modification and alloying (microalloying) of steel, alloys and cast iron.

Известны бескремниевые лигатуры для раскисления, рафинирования, модифицирования и легирования стали, сплавов и чугуна (С.Н. Примеров, Н.Н. Кукушкин, В.Ф. Харин, А.В. Жидков, Бескремниевые РЗМ-содержащие лигатуры, Труды пятого съезда литейщиков России, Российская ассоциация литейщиков, Радуница М., 2001 г., стр. 169-170; С.Н. Примеров, В. Харин, В. Плотников, Бескремниевые лигатуры, ж. Национальная металлургия, 2001 г., 1, стр. 46-47; В.Б. Вихляев, Н.Е. Суслова, С.М. Поцелуева, С.Н. Примеров, Влияние бескремниевых лигатур на свойства жаропрочных Ni-сплавов, ж. Литейное производство, 2000 г. , 10, стр. 14; А.В. Жидков, С.Н. Примеров, Н.В. Терловой, Н.Н. Кукушкин, Влияние бескремниевой комплексной лигатуры на свойства стали 15Х1М1ФЛА, ж. Литейное производство, 2001 г., 8, стр. 15-16). Silicon-free ligatures are known for deoxidation, refining, modification and alloying of steel, alloys and cast iron (S.N. Examples, N.N. Kukushkin, V.F. Kharin, A.V. Zhidkov, Silicon-free rare-earth metals containing ligatures, Transactions of the Fifth Congress Russian Foundry Workers, Russian Foundry Association, M. Radunitsa, 2001, pp. 169-170; S.N. Examples, V. Kharin, V. Plotnikov, Silicon-Free Ligatures, J. National Metallurgy, 2001, 1, pp. 46-47; VB Vikhlyaev, N.E. Suslova, S.M. Potselueva, S.N. Examples, Influence of silicon-free alloys on the properties of heat-resistant Ni alloys, J. Liteiny production, 2000, 10, p. 14; A.V. Zhidkov, S.N. Examples, N.V. Terlova, N.N. Kukushkin, Effect of silicon-free complex alloys on the properties of steel 15Kh1M1FLA, J. Foundry, 2001, 8, p. 15-16).

Бескремниевые лигатуры превосходят известные комплексные модификаторы - раскислители аналогичного назначения, в составе которых содержится кремний. Они повышают литейные, механические и эксплуатационные свойства сталей различных структурных классов и назначения, никелевых, хромистых, хромоникелевых и других сплавов, а также чугунов. (Труды пятого съезда литейщиков России, Российская ассоциация литейщиков, Радуница, М., 2001 г., стр. 170). В результате обработки расплава 0,2-0,3% бескремниевой лигатурой резко повышается уровень механических и эксплуатационных свойств полученного металла в сравнении с лигатурой аналогичного назначения, в состав которой входит кремний. Особенно повышаются пластичность, усталостная прочность, трещиноустойчивость и ударная вязкость при положительных и отрицательных температурах испытаний. Silicon-free ligatures outperform well-known complex modifiers - deoxidizers of a similar purpose, which contain silicon. They increase the casting, mechanical and operational properties of steels of various structural classes and purposes, nickel, chromium, chromium-nickel and other alloys, as well as cast irons. (Proceedings of the Fifth Congress of Foundry Workers of Russia, Russian Association of Foundry Workers, Radunitsa, M., 2001, p. 170). As a result of processing the melt with 0.2-0.3% silicon-free ligature, the level of mechanical and operational properties of the obtained metal sharply increases in comparison with the ligature of the same purpose, which includes silicon. Plasticity, fatigue strength, crack resistance and toughness are especially enhanced at positive and negative test temperatures.

Это объясняется тем, что в отливках, полученных после обработки жидкого металла бескремниевой лигатурой, на границах зерен отсутствуют моноокись и двуокись кремния, различные силикаты, отрицательно влияющие на механические характеристики стали, сплавов и чугуна. This is explained by the fact that in the castings obtained after processing a liquid metal with a silicon-free alloy, there are no silicon monoxide and dioxide, various silicates at the grain boundaries, which negatively affect the mechanical characteristics of steel, alloys, and cast iron.

Бескремниевые лигатуры для ряда марок сталей и сплавов описаны, например, в авторских свидетельствах СССР:
711146, С 22 С 35/00, опубл. 1979;
831846, С 22 С 35/00, опубл. 1981;
834193, С 22 С 35/00, С 22 С 19/03, опубл. 1981;
840180, С 22 С 35/00, опубл. 1981;
910826, С 22 С 35/00, опубл. 1981;
1008268, С 22 С 35/00, опубл. 1982;
1011718, С 22 С 35/00, опубл. 1982;
1024521, С 22 С 35/00, С22С19/03, опубл. 1983;
1548238, С 22 С 35/00, опубл. 1989;
1601175, С 22 С 35/00, опубл. 1990.Silicon-free ligatures for a number of steel and alloy grades are described, for example, in the copyright certificates of the USSR:
711146, С 22 С 35/00, publ. 1979;
831846, C 22 C 35/00, publ. 1981;
834193, C 22 C 35/00, C 22 C 19/03, publ. 1981;
840180, C 22 C 35/00, publ. 1981;
910826, C 22 C 35/00, publ. 1981;
1008268, С 22 С 35/00, publ. 1982;
1011718, C 22 C 35/00, publ. 1982;
1024521, С 22 С 35/00, С22С19 / 03, publ. 1983;
1548238, С 22 С 35/00, publ. 1989;
1601175, С 22 С 35/00, publ. 1990.

Все указанные бескремниевые лигатуры имеют в своем составе четыре общих компонента: алюминий, кальций, редкоземельные металлы и никель. All these silicon-free ligatures have four common components in their composition: aluminum, calcium, rare-earth metals and nickel.

Наиболее близкой к предлагаемой лигатуре в первом варианте состава является принятая за прототип известная лигатура для стали и сплавов (авт. свид. СССР 834195, С 22 С 35/00, опубл. 1981), содержащая кальций, редкоземельные металлы, алюминий и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кальций - 5-15
Редкоземельные металлы - 10-30
Алюминий - 10-25
Никель - Остальное
Наиболее близкой к предлагаемой лигатуре во втором и пятом вариантах состава является принятая за прототип известная лигатура для износостойкой стали (авт. свид. СССР 1024521, С 22 С 35/00, С 22 С 19/03, опубл. 1983), содержащая кальций, редкоземельные металлы, алюминий, иттрий, титан и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кальций - 10-15
Редкоземельные металлы - 15-20
Алюминий - 10-20
Иттрий - 5-10
Титан - 5-10
Никель - Остальное
Наиболее близкой к предлагаемой лигатуре в третьем варианте состава является принятая за прототип известная лигатура для износостойкой стали (авт. свид. СССР 1601175, С 22 С 35/00, опубл. 1990), содержащая кальций, редкоземельные металлы, алюминий, ванадий, барий, бор и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кальций - 3-10
Редкоземельные металлы - 10-30
Алюминий - 5-25
Ванадий - 5-25
Барий - 0,5-1,5
Бор - 0,05-0,10
Никель - Остальное
Наиболее близкой к предлагаемой лигатуре в четвертом варианте состава является принятая за прототип известная лигатура для износостойкой стали (авт. свид. СССР 1548238, С 22 С 35/00, опубл. 1990), содержащая кальций, редкоземельные металлы, алюминий, ниобий, гафний и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кальций - 5-15
Редкоземельные металлы - 10-25
Алюминий - 5-20
Ниобий - 5-20
Гафний - 5-15
Никель - Остальное
Наиболее близкой к предлагаемой лигатуре в шестом варианте состава является принятая за прототип известная лигатура для стали, предназначенной для изготовления проточной части питательных насосов (авт. свид. СССР 831846, С 22 С 35/00, опубл. 1981), содержащая кальций, редкоземельные металлы, алюминий, титан, бор и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кальций - 10-15
Редкоземельные металлы - 20-30
Алюминий - 20-30
Титан - 5-15
Бор - 1-5
Никель - Остальное
Все бескремниевые лигатуры-прототипы имеют одинаковый недостаток, заключающийся в том, что они придают обработанному ими металлу недостаточно высокие литейные и механические свойства.Closest to the proposed ligature in the first version of the composition is the well-known ligature adopted for the prototype for steel and alloys (ed. Certificate of the USSR 834195, C 22 C 35/00, publ. 1981), containing calcium, rare earth metals, aluminum and nickel in the following the ratio of components, wt.%:
Calcium - 5-15
Rare earth metals - 10-30
Aluminum - 10-25
Nickel - Other
Closest to the proposed ligature in the second and fifth variants of the composition is the well-known ligature adopted for the prototype for wear-resistant steel (ed. Certificate of the USSR 1024521, C 22 C 35/00, C 22 C 19/03, publ. 1983), containing calcium, rare earth metals, aluminum, yttrium, titanium and nickel in the following ratio of components, wt.%:
Calcium - 10-15
Rare Earth Metals - 15-20
Aluminum - 10-20
Yttrium - 5-10
Titanium - 5-10
Nickel - Other
Closest to the proposed ligature in the third version of the composition is the well-known ligature adopted for the prototype for wear-resistant steel (ed. Certificate of the USSR 1601175, C 22 C 35/00, publ. 1990), containing calcium, rare earth metals, aluminum, vanadium, barium, boron and nickel in the following ratio of components, wt.%:
Calcium - 3-10
Rare earth metals - 10-30
Aluminum - 5-25
Vanadium - 5-25
Barium - 0.5-1.5
Boron - 0.05-0.10
Nickel - Other
Closest to the proposed ligature in the fourth version of the composition is the well-known ligature adopted for the prototype for wear-resistant steel (ed. Certificate of the USSR 1548238, C 22 C 35/00, publ. 1990), containing calcium, rare earth metals, aluminum, niobium, hafnium and nickel in the following ratio of components, wt.%:
Calcium - 5-15
Rare Earth Metals - 10-25
Aluminum - 5-20
Niobium - 5-20
Hafnium - 5-15
Nickel - Other
Closest to the proposed ligature in the sixth version of the composition is the well-known ligature adopted for the prototype for steel, intended for the manufacture of the flow part of feed pumps (ed. Certificate. USSR 831846, C 22 C 35/00, publ. 1981), containing calcium, rare earth metals , aluminum, titanium, boron and nickel in the following ratio of components, wt.%:
Calcium - 10-15
Rare Earth Metals - 20-30
Aluminum - 20-30
Titanium - 5-15
Boron - 1-5
Nickel - Other
All silicon-free prototype ligatures have the same disadvantage, namely, that they give the metal processed by them insufficiently high casting and mechanical properties.

Задача группы изобретений состоит в том, чтобы обеспечить дальнейшее повышение литейных и механических свойств металла, обработанного бескремниевой лигатурой. The task of the group of inventions is to provide a further increase in the casting and mechanical properties of the metal treated with silicon-free alloys.

Поставленная задача решается тем, что лигатура в первом варианте состава, содержащая кальций, редкоземельные металлы, алюминий и никель, дополнительно содержит железо при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Кальций - 3-15
Редкоземельные металлы - 10-25
Алюминий - 5-25
Железо - 6-20
Никель - Остальное
Лигатура, во втором варианте состава, содержащая кальций, редкоземельные металлы, алюминий, титан и никель, дополнительно содержит железо при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Кальций - 3-15
Редкоземельные металлы - 10-20
Алюминий - 5-20
Титан - 5-15
Железо - 6-20
Никель - Остальное
Лигатура в третьем варианте состава, содержащая кальций, редкоземельные металлы, алюминий, ванадий и никель, дополнительно содержит железо при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Кальций - 3-15
Редкоземельные металлы - 10-20
Алюминий - 5-20
Ванадий - 5-15
Железо - 6-20
Никель - Остальное
Лигатура в четвертом варианте состава, содержащая кальций, редкоземельные металлы, алюминий, ниобий и никель, дополнительно содержит железо при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Кальций - 3-15
Редкоземельные металлы - 10-20
Алюминий - 5-20
Ниобий - 5-15
Железо - 6-20
Никель - Остальное
Лигатура в пятом варианте состава, содержащая кальций, редкоземельные металлы, алюминий, иттрий и никель, дополнительно содержит железо при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Кальций - 3-15
Редкоземельные металлы - 10-20
Алюминий - 5-20
Иттрий - 3-12
Железо - 6-20
Никель - Остальное
Лигатура в шестом варианте состава, содержащая кальций, редкоземельные металлы, алюминий, бор и никель, дополнительно содержит железо при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Кальций - 3-15
Редкоземельные металлы - 10-25
Алюминий - 5-25
Бор - 1-5
Железо - 6-20
Никель - Остальное
Дополнительное введение железа приводит к образованию более легковесных фаз, которые снижают температуру плавления и растворения лигатуры в целом, обеспечивают более равномерное распределение и более полное усвоение компонентов лигатуры в обрабатываемом жидком металле. В результате этого повышается жидкотекучесть расплава и повышается комплекс механических свойств стали, сплавов и чугуна.The problem is solved in that the ligature in the first version of the composition, containing calcium, rare earth metals, aluminum and nickel, additionally contains iron in the following ratios of components, wt.%:
Calcium - 3-15
Rare Earth Metals - 10-25
Aluminum - 5-25
Iron - 6-20
Nickel - Other
Ligature, in the second version of the composition, containing calcium, rare earth metals, aluminum, titanium and nickel, additionally contains iron in the following ratios of components, wt.%:
Calcium - 3-15
Rare Earth Metals - 10-20
Aluminum - 5-20
Titanium - 5-15
Iron - 6-20
Nickel - Other
Ligature in the third version of the composition, containing calcium, rare earth metals, aluminum, vanadium and nickel, additionally contains iron in the following ratios of components, wt.%:
Calcium - 3-15
Rare Earth Metals - 10-20
Aluminum - 5-20
Vanadium - 5-15
Iron - 6-20
Nickel - Other
The ligature in the fourth embodiment, containing calcium, rare earth metals, aluminum, niobium and nickel, additionally contains iron in the following ratio of components, wt.%:
Calcium - 3-15
Rare Earth Metals - 10-20
Aluminum - 5-20
Niobium - 5-15
Iron - 6-20
Nickel - Other
The ligature in the fifth embodiment, containing calcium, rare earth metals, aluminum, yttrium and nickel, additionally contains iron in the following ratios of components, wt.%:
Calcium - 3-15
Rare Earth Metals - 10-20
Aluminum - 5-20
Yttrium - 3-12
Iron - 6-20
Nickel - Other
The master alloy in the sixth embodiment of the composition, containing calcium, rare earth metals, aluminum, boron and nickel, additionally contains iron in the following ratios of components, wt.%:
Calcium - 3-15
Rare Earth Metals - 10-25
Aluminum - 5-25
Boron - 1-5
Iron - 6-20
Nickel - Other
The additional introduction of iron leads to the formation of lighter phases, which reduce the melting point and dissolution of the ligature as a whole, provide a more uniform distribution and more complete assimilation of the ligature components in the processed liquid metal. As a result, the fluidity of the melt increases and the complex of mechanical properties of steel, alloys, and cast iron increases.

Алюминий совместно с кальцием оказывает преимущественно раскисляющее воздействие на обрабатываемый расплав, снижает температуру плавления лигатуры, повышает пластичность и хладостойкость металлоизделий, улучшает дробимость лигатуры. Благоприятное влияние кальция и алюминия проявляется в глобуляризации неметаллических включений и измельчении аустенитной структуры. Aluminum, together with calcium, has a predominantly deoxidizing effect on the processed melt, reduces the melting temperature of the ligature, increases the ductility and cold resistance of metal products, and improves the crushability of the ligature. The beneficial effect of calcium and aluminum is manifested in the globularization of non-metallic inclusions and the grinding of the austenitic structure.

Редкоземельные металлы оказывают модифицирующий эффект на макро- и микроструктуру отливок, повышают их трещиноустойчивость, усиливают влияние алюминия и кальция на повышение физико-механических свойств модифицируемых стали, сплавов и чугуна. При этом заметно измельчается дендритная структура отливок и повышается ее однородность. Повышаются жидкотекучесть расплава, хладостойкость и усталостная прочность металлоизделий. Rare-earth metals have a modifying effect on the macro- and microstructure of castings, increase their crack resistance, and increase the influence of aluminum and calcium on increasing the physical and mechanical properties of modified steel, alloys, and cast iron. At the same time, the dendritic structure of the castings is noticeably crushed and its uniformity increases. The fluidity of the melt, cold resistance and fatigue strength of metal products increase.

Никель повышает трещиноустойчивость, коррозионную стойкость, стойкость против межкристаллической коррозии, пластичность и вязкость стали и сплавов. Nickel increases crack resistance, corrosion resistance, resistance to intergranular corrosion, ductility and toughness of steel and alloys.

Титан, ванадий и ниобий измельчают структуру стали, сплавов и чугуна, повышают их длительную прочность, ударную вязкость, износостойкость и коррозионную стойкость, преимущественно за счет образования карбидов, нитридов и карбонитридов. Titanium, vanadium and niobium grind the structure of steel, alloys and cast iron, increase their long-term strength, toughness, wear resistance and corrosion resistance, mainly due to the formation of carbides, nitrides and carbonitrides.

Иттрий повышает длительную прочность изделий, эксплуатируемых в условиях высоких температур. Yttrium increases the long-term strength of products operated at high temperatures.

Бор является сильным раскислителем, улучшает усвоение компонентов лигатуры в расплаве, повышает прокаливаемость и ударную вязкость стали и сплавов. Boron is a strong deoxidizer, improves the absorption of ligature components in the melt, and increases the hardenability and toughness of steel and alloys.

Примеры составов предлагаемой лигатуры и их влияние на свойства обрабатываемой стали, сплавов и чугуна представлены в таблицах 1 и 2, где введены следующие условные обозначения: σ_b - предел прочности, σ_т - предел текучести, δ - относительное удлинение, ψ - относительное сужение, KCU - ударная вязкость.Examples of the compositions of the proposed ligature and their effect on the properties of the steel, alloys and cast iron are presented in tables 1 and 2, where the following conventions are introduced: σ _b - tensile strength, σ _t - yield strength, δ - elongation, ψ - relative narrowing, KCU - impact strength.

Лигатуру вводили в количестве 0,2 мас.% в обрабатываемый расплав при его выпуске из плавильной печи в разливочный ковш (составы 1-7). Для сравнения часть расплава обрабатывали такой же лигатурой - 0,2 мас.%, не содержащей в своем составе железа (составы 1a - 7а). Ligature was introduced in an amount of 0.2 wt.% Into the processed melt when it was discharged from the melting furnace into the casting ladle (compositions 1-7). For comparison, part of the melt was treated with the same ligature — 0.2 wt.%, Not containing iron (compositions 1a - 7a).

Данные, приведенные в таблицах 1 и 2, показывают, что стали, сплавы и чугуны, выплавленные с использованием предлагаемой лигатуры, обладают повышенными литейными и механическими свойствами. The data shown in tables 1 and 2 show that the steels, alloys and cast irons smelted using the proposed ligatures have high casting and mechanical properties.

Claims

1. Ligature containing calcium, rare earth metals, aluminum and nickel, characterized in that it additionally contains iron in the following ratio, wt.%:
Calcium - 3-15
Rare Earth Metals - 10-25
Aluminum - 5-25
Iron - 6-20
Nickel - Other
2. Ligature containing calcium, rare earth metals, aluminum, titanium and nickel, characterized in that it additionally contains iron in the following ratio of components, wt.%:
Calcium - 3-15
Rare Earth Metals - 10-20
Aluminum - 5-20
Titanium - 5-15
Iron - 6-20
Nickel - Other
3. Ligature containing calcium, rare earth metals, aluminum, vanadium and nickel, characterized in that it additionally contains iron in the following ratio, wt.%:
Calcium - 3-15
Rare Earth Metals - 10-20
Aluminum - 5-20
Vanadium - 5-15
Iron - 6-20
Nickel - Other
4. Ligature containing calcium, rare earth metals, aluminum, niobium and nickel, characterized in that it additionally contains iron in the following ratio of components, wt.%:
Calcium - 3-15
Rare Earth Metals - 10-20
Aluminum - 5-20
Niobium - 5-15
Iron - 6-20
Nickel - Other
5. Ligature containing calcium, rare earth metals, aluminum, yttrium and nickel, characterized in that it additionally contains iron in the following ratio of components, wt.%:
Calcium - 3-15
Rare Earth Metals - 10-20
Aluminum - 5-20
Yttrium - 3-12
Iron - 6-20
Nickel - Other
6. Ligature containing calcium, rare earth metals, aluminum, boron and nickel, characterized in that it additionally contains iron in the following ratio of components, wt.%:
Calcium - 3-15
Rare Earth Metals - 10-25
Aluminum - 5-25
Boron - 1-5
Iron - 6-20
Nickel - The Rest @