RU2482210C1 - Alloy for alloying of steel with titanium - Google Patents
Alloy for alloying of steel with titanium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2482210C1 RU2482210C1 RU2012111882/02A RU2012111882A RU2482210C1 RU 2482210 C1 RU2482210 C1 RU 2482210C1 RU 2012111882/02 A RU2012111882/02 A RU 2012111882/02A RU 2012111882 A RU2012111882 A RU 2012111882A RU 2482210 C1 RU2482210 C1 RU 2482210C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- alloy
- aluminum
- steel
- silicon
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к сплавам для легирования, и предназначено для использования при выплавке титансодержащих сталей.The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to alloys for alloying, and is intended for use in the smelting of titanium-containing steels.
В настоящее время титан широко используется для легирования сталей различного марочного сортамента. При этом наибольший объем производства титансодержащих марок приходится на низколегированные стали, предназначенные для изготовления труб, строительных конструкций, крепежа и др. К положительным действиям титана на свойства стали относятся повышение ударной вязкости, прочности, коррозионной стойкости, износостойкости и хладостойкости. Повышение физико-механических свойств металла главным образом связано с образованием нитридов, карбидов и карбонитридов титана. В частности, в низколегированных сталях образующиеся нитриды титана увеличивают их прочность и износостойкость. В нержавеющих сталях титан используется для повышения их пластичности, что достигается связыванием в нитриды твердорастворенного азота. В этих же сталях титан образует карбиды титана, предотвращая тем самым образование карбидов хрома при нагревании и увеличивая стойкость металла к межкристаллитной коррозии. В борсодержащих сталях титан является незаменимой технологической добавкой, используемой для защиты бора от азотирования.Currently, titanium is widely used for alloying steels of various grades. At the same time, the largest volume of production of titanium-containing grades falls on low-alloy steels intended for the manufacture of pipes, building structures, fasteners, etc. The positive effects of titanium on the properties of steel include an increase in impact strength, strength, corrosion resistance, wear resistance, and cold resistance. The increase in the physico-mechanical properties of the metal is mainly associated with the formation of titanium nitrides, carbides and carbonitrides. In particular, in low alloy steels, the resulting titanium nitrides increase their strength and wear resistance. In stainless steels, titanium is used to increase their ductility, which is achieved by binding solid nitrogens to nitrides. In the same steels, titanium forms titanium carbides, thereby preventing the formation of chromium carbides upon heating and increasing the resistance of the metal to intergranular corrosion. In boron-containing steels, titanium is an indispensable technological additive used to protect boron from nitriding.
Трудности при использовании титана в качестве легирующего элемента стали связаны главным образом с его высоким химическим сродством к кислороду. Раскисляющая способность титана много выше, чем у других микролегирующих элементов: В, Nb, V и др. Проблема уменьшения угара титана актуальна по сей день и требует решения для обеспечения его требуемых концентраций в сталях в узких пределах, что особенно важно для достижения стабильно высоких свойств современных сталей.Difficulties in using titanium as an alloying element of steel are mainly associated with its high chemical affinity for oxygen. The deoxidizing ability of titanium is much higher than that of other microalloying elements: B, Nb, V, etc. The problem of reducing titanium fumes is relevant to this day and requires a solution to ensure its required concentrations in steels within narrow limits, which is especially important to achieve stably high properties modern steels.
Используемые в настоящее время легирующие титансодержащие материалы зачастую содержат значительное количество примесей цветных металлов и газов (Сu, Sn, Zn, N, О, Н и др.), а в отдельных сплавах повышенную концентрацию С, S, Р. Это нередко является причиной снижения качества металла и даже забраковки отдельных плавок.The currently used alloying titanium-containing materials often contain a significant amount of non-ferrous metal and gas impurities (Cu, Sn, Zn, N, O, H, etc.), and in individual alloys an increased concentration of C, S, P. This is often the reason for the decrease metal quality and even rejection of individual swimming trunks.
Традиционно для легирования сталей титаном используется ферротитан, выпускаемый по ГОСТ 4761-91. В зависимости от способа получения производят его как с высоким (~70% Ti), так и с низким (~40% Ti) содержанием титана. Высокопроцентный ферротитан обычно получают методом переплава титансодержащих отходов в индукционных печах. Ферротитан с ~40% титана производят внепечным восстановлением из ильменитового концентрата в специальных плавильных агрегатах. В качестве шихтовых материалов используют ильменитовый концентрат, железную руду, алюминиевый порошок, ферросилиций и известь. В обоих вариантах ферротитан характеризуется высокой концентрацией водорода, азота и кислорода, а в отдельных случаях - цветных металлов. Кроме того, использование такого сплава возможно только при условии тщательного предварительного раскисления стального расплава.Traditionally, ferrotitanium, manufactured in accordance with GOST 4761-91, is used to alloy steels with titanium. Depending on the production method, it is produced with both high (~ 70% Ti) and low (~ 40% Ti) titanium content. High-percentage ferrotitanium is usually obtained by remelting titanium-containing waste in induction furnaces. Ferrotitanium with ~ 40% titanium is produced by secondary furnace reduction from ilmenite concentrate in special smelting units. As charge materials, ilmenite concentrate, iron ore, aluminum powder, ferrosilicon and lime are used. In both cases, ferrotitanium is characterized by a high concentration of hydrogen, nitrogen and oxygen, and in some cases non-ferrous metals. In addition, the use of such an alloy is possible only subject to careful preliminary deoxidation of the steel melt.
Известен сплав на основе титана (пат. РФ №2335564, опубл. 10.10.2008, Б.И. №28), содержащий, мас.%:Known alloy based on titanium (US Pat. RF №2335564, publ. 10.10.2008, BI No. 28), containing, wt.%:
Такой сплав получают путем двухстадийного переплава исходных компонентов. На первой стадии из шихты, содержащей ильменит, чугунный и/или стальной лом, электродный бой и/или кокс, известь и/или известняк, удаляют содержащий оксид титана шлак и часть расплава железа. На второй стадии в электродуговой печи плавят дробленый шлак первой стадии с алюминием. Изобретение позволяет получать готовый продукт в виде компактного товарного слитка с заданным содержанием титана, который можно использовать при выплавке различных марок сталей. Однако такой сплав практически не содержит высокоактивных элементов, которые уменьшали бы угар титана. Поэтому при использовании сплава будет наблюдаться повышенное его окисление, что в конечном счете приведет к более высокому удельному расходу. Кроме того, титансодержащие лигатуры, получаемые приведенным методом, обычно включают немалое количество водорода, ухудшающего качество любого металла.Such an alloy is obtained by two-stage remelting of the starting components. At the first stage, from the charge containing ilmenite, cast-iron and / or steel scrap, electrode battle and / or coke, lime and / or limestone, the slag containing titanium oxide and part of the molten iron are removed. In the second stage, crushed slag of the first stage with aluminum is melted in an electric arc furnace. The invention allows to obtain the finished product in the form of a compact commodity ingot with a given titanium content, which can be used in the smelting of various steel grades. However, such an alloy practically does not contain highly active elements that would reduce titanium fumes. Therefore, when using the alloy, its increased oxidation will be observed, which will ultimately lead to a higher specific consumption. In addition, titanium-containing ligatures obtained by the above method usually include a considerable amount of hydrogen, which degrades the quality of any metal.
Более эффективны в применении комплексные титансодержащие сплавы, включающие сильные раскисляющие элементы, которые предотвращают окисление титана. Одним из таких сплавов, который выбран в качестве прототипа заявляемого изобретения, является сплав, содержащий, мас.%:Complex titanium-containing alloys, including strong deoxidizing elements that prevent titanium oxidation, are more effective in application. One of these alloys, which is selected as a prototype of the claimed invention, is an alloy containing, wt.%:
Данный сплав содержит в небольшом количестве алюминий и кремний, которые обладают высоким сродством к кислороду. Такое количество этих элементов в некоторой степени способствует защите титана от окисления, следовательно, позволяет повысить степень его усвоения. В то же время сплав-прототип характеризуется невысоким содержанием титана, и его использование требует большого удельного расхода лигатуры, вследствие чего происходит удорожание металла.This alloy contains a small amount of aluminum and silicon, which have a high affinity for oxygen. Such a quantity of these elements to some extent contributes to the protection of titanium from oxidation, therefore, allows to increase the degree of its assimilation. At the same time, the prototype alloy is characterized by a low titanium content, and its use requires a large specific consumption of the ligature, resulting in a rise in the cost of metal.
Таким образом, в предлагаемом изобретении ставится задача создания нового сплава, который при минимальном его расходе позволял бы выплавлять стали с заданными узкими концентрационными пределами по титану и обеспечивал бы минимальное загрязнение металла вредными примесями.Thus, in the present invention, the task is to create a new alloy, which, at its minimum consumption, would make it possible to melt steel with specified narrow concentration limits for titanium and ensure minimal contamination of the metal with harmful impurities.
Поставленная задача решается тем, что предлагается сплав, включающий титан, кремний, алюминий, углерод и железо, в котором компоненты взяты в следующем соотношении:The problem is solved by the fact that the proposed alloy, including titanium, silicon, aluminum, carbon and iron, in which the components are taken in the following ratio:
при этом отношение титана к алюминию находится в пределах от 3:1 до 15:1.the ratio of titanium to aluminum is in the range from 3: 1 to 15: 1.
Опытным путем было установлено, что высокое усвоение титана достигается при его содержании 45-75%. Содержание менее 45% Ti является нецелесообразным, так как в этом случае будет иметь место повышенный расход сплава. Увеличение концентрации титана свыше 75% снижает степень его усвоения в связи с уменьшением доли раскисляющих элементов. Наилучшие результаты были получены при концентрации титана от 60 до 70%.It has been experimentally established that high titanium absorption is achieved with its content of 45-75%. A content of less than 45% Ti is impractical, since in this case there will be an increased consumption of the alloy. An increase in the concentration of titanium over 75% reduces the degree of assimilation in connection with a decrease in the proportion of deoxidizing elements. The best results were obtained with titanium concentrations from 60 to 70%.
Для увеличения усвоения титана сплав одновременно содержит сильные раскисляющие элементы - алюминий и кремний. Обладая высоким химическим сродством к кислороду, алюминий и кремний активно взаимодействуют в металле с растворенным кислородом, предотвращая окисление титана. Кроме того, их наличие совместимо с составом большинства титансодержащих сталей.To increase the absorption of titanium, the alloy simultaneously contains strong deoxidizing elements - aluminum and silicon. With a high chemical affinity for oxygen, aluminum and silicon actively interact with dissolved oxygen in the metal, preventing the oxidation of titanium. In addition, their presence is compatible with the composition of most titanium-containing steels.
Кремний широко используется при выплавке стали для ее раскисления и легирования, его содержание регламентируется во многих титансодержащих сталях. Нижний концентрационный предел кремния в сплаве 5% соответствует минимальному количеству, при котором начинает проявляться его раскисляющая способность. Верхний концентрационный предел кремния ограничен 45%, при более высоком его содержании в сталь будет вводиться избыточное количество кремния, которое будет способствовать повышенному образованию силикатных соединений. Оптимальные концентрационные пределы по кремнию составляют 13-18%.Silicon is widely used in steelmaking for its deoxidation and alloying; its content is regulated in many titanium-containing steels. The lower concentration limit of silicon in the alloy 5% corresponds to the minimum amount at which its deoxidizing ability begins to appear. The upper silicon concentration limit is limited to 45%; at a higher silicon content, an excess amount of silicon will be introduced into the steel, which will contribute to increased formation of silicate compounds. The optimal concentration limits for silicon are 13-18%.
Алюминий является одним из самых сильных раскисляющих элементов стали. В настоящем техническом решении количество алюминия выбрано в пределах 5-15%. При содержании алюминия ниже 5% раскисляющая способность сплава резко падает, что ведет к значительному угару титана. При содержании выше 15% в металле образуется повышенная концентрация оксидов алюминия, которые ухудшают качество металла, снижая его физические и механические свойства и качество поверхности отливки в результате формирования большого количества неметаллических включений. Оптимальное количество алюминия составляет 8-12%.Aluminum is one of the strongest deoxidizing elements in steel. In this technical solution, the amount of aluminum selected in the range of 5-15%. When the aluminum content is below 5%, the deoxidizing ability of the alloy drops sharply, which leads to a significant waste of titanium. When the content is above 15% in the metal, an increased concentration of aluminum oxides is formed, which degrade the quality of the metal, reducing its physical and mechanical properties and the surface quality of the casting as a result of the formation of a large number of non-metallic inclusions. The optimal amount of aluminum is 8-12%.
В наилучших вариантах реализации предлагается сплав, содержащий кальций в количестве от 0,1 до 15%. Кальций эффективно снижает концентрацию активного кислорода в сталеплавильной ванне даже при небольшом его добавлении. Кроме того, кальций обладает способностью улучшать качество металла модифицированием неметаллических включений и удалением из него серы путем образования сульфида CaS. Нижний концентрационный предел кальция в сплаве 0,1% соответствует минимальному количеству, при котором начинает проявляться его раскисляющая способность. При концентрации кальция в сплаве более 15% возможно образование в металле повышенного количества окиси, которая может вызывать горячеломкость стали.In the best embodiments, an alloy is proposed containing calcium in an amount of from 0.1 to 15%. Calcium effectively reduces the concentration of active oxygen in the steel bath even with a small addition. In addition, calcium has the ability to improve the quality of the metal by modifying non-metallic inclusions and removing sulfur from it by the formation of CaS sulfide. The lower concentration limit of calcium in the alloy of 0.1% corresponds to the minimum amount at which its deoxidizing ability begins to appear. When the concentration of calcium in the alloy is more than 15%, an increased amount of oxide can form in the metal, which can cause the heat resistance of steel.
Экспериментальными исследованиями было найдено, что для достижения заданного технического эффекта в предлагаемом изобретении между концентрациями титана и алюминия должно соблюдаться строгое соотношение. Для высокого и стабильного усвоения титана расплавом путем его защиты от окисления и для предотвращения введения избыточных количеств алюминия отношение титана к алюминию должно находиться в пределах от 3:1 до 15:1. При отношении титана к алюминию более 15:1 содержания алюминия будет недостаточно для того, чтобы «защитить» титан от окисления. При их соотношении менее 3:1 в стали появляется избыточное количество алюминия, которое является нежелательным вследствие избыточного образования неметаллических включений. Наилучшие результаты получены при отношении титана к алюминию от 6:1 до 8:1.Experimental studies have found that in order to achieve a given technical effect in the present invention, a strict ratio must be observed between the titanium and aluminum concentrations. For high and stable absorption of titanium by the melt by protecting it from oxidation and to prevent the introduction of excessive amounts of aluminum, the ratio of titanium to aluminum should be in the range from 3: 1 to 15: 1. If the ratio of titanium to aluminum is more than 15: 1, the aluminum content will not be enough to “protect” titanium from oxidation. When their ratio is less than 3: 1, an excess amount of aluminum appears in the steel, which is undesirable due to the excessive formation of non-metallic inclusions. The best results were obtained with a titanium to aluminum ratio of 6: 1 to 8: 1.
Предлагаемый сплав может быть получен разными способами: методом сплавления материалов, содержащих титан, алюминий, кремний и кальций, методом переплава титановых отходов с дополнительным введением алюминий-, кремний- и кальцийсодержащих компонентов, металлотермическим восстановлением, технологическим горением смеси исходных компонентов в среде инертного газа.The proposed alloy can be obtained in various ways: by fusing materials containing titanium, aluminum, silicon and calcium, by melting titanium waste with the addition of aluminum, silicon and calcium-containing components, metallothermal reduction, technological combustion of a mixture of the starting components in an inert gas.
Для проведения промышленных испытаний изготовили опытную партию порошковой проволоки с тремя наполнителями: сплавы I, II и III (таблица). В качестве шихтовых материалов были использованы порошки губчатого титана марки ТГ-130, технического кремния марки Кр1 и алюминия марки АМД, из которых методом технологического горения были получены и испытаны сплавы трех различных составов. Опытные плавки проводили на серийно выпускаемой низколегированной стали класса прочности К56, предназначенной для изготовления газопроводных труб. Состав стали регламентирует концентрационный предел по титану 0,025±0.005%. Обычная технология производства данной стали предусматривает выплавку в 380 т кислородном конвертере, циркуляционное вакуумирование, обработку на агрегате печь-ковш (АПК) и разливку металла на слябовой МНЛЗ. Легирование титаном производят после предварительного раскисления стали алюминием на АПК путем введения порошковой проволоки с наполнителем ферротитан марки ФТи 70. Среднее усвоение титана в этом случае составляет 31,1%, удельный расход 0,92 кг/т. Во время проведения опытных плавок порошковую проволоку с экспериментальными наполнителями вводили при тех же технологических режимах (момент ввода, скорость подачи, время усреднительного перемешивания и пр.). На каждый состав нового сплава было проведено по две плавки. В таблице представлены составы использованных наполнителей, значения концентраций титана в готовом прокате, усвоение сталью титана. Таким образом, применение нового сплава обеспечивает минимальное загрязнение стали вредными примесями за счет высокой «чистоты» легирующего материала и позволяет выплавлять стали с узкими концентрационными пределами по титану при снижении удельного расхода лигатуры за счет более высокого содержания титана и повышенного усвоения. Расход титансодержащего легирующего материала снижается в 1,2-2 раза.For industrial testing, an experimental batch of cored wire with three fillers was made: alloys I, II and III (table). Powders of sponge titanium of the TG-130 grade, technical silicon of the Kr1 grade and aluminum of the AMD grade were used as charge materials, from which alloys of three different compositions were obtained and tested by the method of technological combustion. Experimental melts were carried out on a commercially available low-alloy steel of strength class K56, designed for the manufacture of gas pipes. The composition of the steel is regulated by the concentration limit for titanium of 0.025 ± 0.005%. The usual technology for the production of this steel involves smelting in a 380 t oxygen converter, circulating evacuation, processing on a ladle furnace (AIC) and casting metal on a slab continuous casting machine. Alloying with titanium is carried out after preliminary deoxidation of steel with aluminum on the AIC by introducing flux-cored wire with a filler of ferrotitanium grade FTi 70. The average absorption of titanium in this case is 31.1%, the specific consumption is 0.92 kg / t. During the experimental melting, a flux-cored wire with experimental fillers was introduced under the same technological conditions (input moment, feed rate, averaging time, etc.). Two melts were carried out for each composition of the new alloy. The table shows the compositions of the fillers used, the values of the concentration of titanium in the finished product, the absorption of titanium by steel. Thus, the use of the new alloy ensures minimal contamination of the steel with harmful impurities due to the high "purity" of the alloying material and allows smelting of steel with narrow concentration limits for titanium while reducing the specific consumption of the ligature due to the higher titanium content and increased absorption. The consumption of titanium-containing alloying material is reduced by 1.2-2 times.
Claims (6)
при этом отношение титана к алюминию находится в пределах от 3:1 до 15:1.1. The alloy for alloying steel with titanium, including titanium, silicon, aluminum, carbon, iron, characterized in that it contains components in the following ratio, wt.%:
the ratio of titanium to aluminum is in the range from 3: 1 to 15: 1.
при этом отношение титана к алюминию находится в пределах от 6:1 до 8:1.5. The alloy according to claim 1, characterized in that it contains components in the following ratio, wt.%:
the ratio of titanium to aluminum is in the range from 6: 1 to 8: 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012111882/02A RU2482210C1 (en) | 2012-03-27 | 2012-03-27 | Alloy for alloying of steel with titanium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012111882/02A RU2482210C1 (en) | 2012-03-27 | 2012-03-27 | Alloy for alloying of steel with titanium |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2482210C1 true RU2482210C1 (en) | 2013-05-20 |
Family
ID=48789870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012111882/02A RU2482210C1 (en) | 2012-03-27 | 2012-03-27 | Alloy for alloying of steel with titanium |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2482210C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2064150A (en) * | 1936-07-23 | 1936-12-15 | Titanium Alloy Mfg Co | Low-carbon ferro-titanium-silicon alloy |
| SU711145A1 (en) * | 1978-04-17 | 1980-01-25 | Дважды Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Магнитогорский Металлургический Комбинат Им. В.И.Ленина | Alloy |
| RU2006513C1 (en) * | 1991-05-05 | 1994-01-30 | Камский политехнический институт | Alloy for reducing and alloying steel |
| RU2335564C2 (en) * | 2005-04-25 | 2008-10-10 | Александр Афанасьевич Звездин | High titanium ferro alloy produced by two stages reduction out of ilmenite |
-
2012
- 2012-03-27 RU RU2012111882/02A patent/RU2482210C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2064150A (en) * | 1936-07-23 | 1936-12-15 | Titanium Alloy Mfg Co | Low-carbon ferro-titanium-silicon alloy |
| SU711145A1 (en) * | 1978-04-17 | 1980-01-25 | Дважды Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Магнитогорский Металлургический Комбинат Им. В.И.Ленина | Alloy |
| RU2006513C1 (en) * | 1991-05-05 | 1994-01-30 | Камский политехнический институт | Alloy for reducing and alloying steel |
| RU2335564C2 (en) * | 2005-04-25 | 2008-10-10 | Александр Афанасьевич Звездин | High titanium ferro alloy produced by two stages reduction out of ilmenite |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6146908B2 (en) | Stainless steel with excellent surface properties and its manufacturing method | |
| JP6786964B2 (en) | How to prevent blockage of continuous casting nozzle of sulfur-added steel | |
| TW201730355A (en) | Method for producing high strength stainless steel plate with excellent fatigue property | |
| JP5687590B2 (en) | Method for producing boron-containing stainless steel | |
| CN106011688B (en) | High Mn content Fe-Cr-Ni alloy and its manufacturing method | |
| KR101574446B1 (en) | Boron-containing stainless steel having excellent hot workability and excellent surface properties | |
| JP6937190B2 (en) | Ni-Cr-Mo-Nb alloy and its manufacturing method | |
| CN104988400A (en) | Titanium-microalloyed boron-containing steel and smelting method thereof | |
| JP5961296B2 (en) | Method of overlaying stainless steel for welding | |
| JP6903182B1 (en) | Ni-Cr-Al-Fe alloy with excellent surface properties and its manufacturing method | |
| JP2020007621A (en) | High cleanliness steel and purification method | |
| RU2443785C1 (en) | Flux cored wire filler for out-of-furnace treatment of metallurgical melts | |
| RU2545856C2 (en) | High-strength cryogenic austenite weldable structural steel and steel obtainment method | |
| RU2382086C1 (en) | Manufacturing method of boron steel | |
| RU2482210C1 (en) | Alloy for alloying of steel with titanium | |
| WO2022210651A1 (en) | Duplex stainless steel wire rod, and duplex stainless steel wire | |
| RU2334796C1 (en) | Method of steel production | |
| CN101397624A (en) | Low carbon, low nitrogen and middle titanium iron | |
| RU2492248C2 (en) | Method of producing boron-containing steel | |
| RU2394107C2 (en) | Procedure for alloying steel with nitrogen | |
| JP2008266706A (en) | Method for continuously casting ferritic stainless steel slab | |
| RU2252265C1 (en) | Exothermic mixture for steel deoxidation, refining, inoculation and alloying | |
| RU2318032C1 (en) | Ferrotitanium used to alloy the steel and the method of its alumino-thermal production of the ferrotitanium | |
| RU2375486C1 (en) | Alloy for steel microalloying by boron | |
| JP7031634B2 (en) | Manufacturing method of sour resistant steel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20210611 |