RU2653042C1 - Лигатура для выплавки титановых сплавов - Google Patents
Лигатура для выплавки титановых сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2653042C1 RU2653042C1 RU2017129166A RU2017129166A RU2653042C1 RU 2653042 C1 RU2653042 C1 RU 2653042C1 RU 2017129166 A RU2017129166 A RU 2017129166A RU 2017129166 A RU2017129166 A RU 2017129166A RU 2653042 C1 RU2653042 C1 RU 2653042C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ligature
- titanium
- carbon
- iron
- vanadium
- Prior art date
Links
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 19
- 238000002844 melting Methods 0.000 title abstract description 9
- 230000008018 melting Effects 0.000 title abstract description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 7
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 18
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 abstract description 18
- 239000010936 titanium Substances 0.000 abstract description 18
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005275 alloying Methods 0.000 abstract description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002893 slag Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 238000010313 vacuum arc remelting Methods 0.000 description 2
- 229910000883 Ti6Al4V Inorganic materials 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 150000003609 titanium compounds Chemical class 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
- C22C27/02—Alloys based on vanadium, niobium, or tantalum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к лигатурам, предназначенным для легирования сплавов на основе титана. Лигатура для выплавки титановых сплавов, содержит, масс. %: ванадий 45-60; железо 6-10; углерод 2,5-3,5; алюминий и неизбежные примеси - остальное. Лигатура характеризуется низким содержанием кислорода, а также низкой механической прочностью лигатуры, что облегчает процесс ее дробления и очистки от шлака. 2 табл.
Description
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к составам лигатур, предназначенных для легирования сплавов на основе титана.
Титановые сплавы нашли широкое применение в строительстве различной техники благодаря высокой коррозийной стойкости, механической прочности, жаропрочности, малому удельному весу и множеству других характеристик. На сегодняшний день существуют различные методы получения слитков из титановых сплавов. Однако длительное время основным промышленным методом производства слитков из титановых сплавов является вакуумный дуговой переплав (ВДП), и до сих пор главным образом этот процесс утвержден разработчиками материалов и производителями техники. Легирование титана в процессе выплавки слитков методом вакуумного дугового переплава представляет собой достаточно сложную техническую проблему, поскольку при производстве легированных титановых сплавов в их состав вводят элементы, значительно отличающиеся от основного металла по ряду физических свойств, таких как температура плавления, плотность, растворимость в титане и т.п. Использование в шихте чистых металлов может приводить к появлению включений в самих полуфабрикатах. Поэтому для легирования, как правило, применяют лигатуры, содержащие несколько компонентов, которые входят в качестве легирующих элементов в состав выплавляемого сплава. При этом для получения качественного слитка лигатуры должны соответствовать общим требованиям, предъявляемым к шихтовым материалам, которые используются для вакуумной дуговой плавки титана: близкой к титану плотностью и температурой плавления, высокой растворимостью в титане, а также обладать хрупкостью и низкой механической прочностью для улучшения процесса дробления. Наиболее широко в настоящее время применяют лигатуры, полученные методом алюминотермического восстановления металлов из окислов. Производство данных лигатур, используемых для изготовления титановых сплавов в промышленных масштабах, экономически оправдано только этим способом.
Известна лигатура для производства титановых сплавов, содержащая, масс. %)
| Ванадий | 70-95 |
| Алюминий | 4,5-25 |
| Железо | 0,5-10 |
(а.с. СССР №429125, опубл. 25.05.1974).
Известная лигатура упрощает введение железа в титановый сплав, однако в составе лигатуры отсутствует углерод, добавки которого используют для повышения прочности титановых сплавов. При этом введение углерода в чистом виде невозможно из-за значительной разности физико-химических свойств титана и углерода, исключающей равномерное распределение углерода в титановом слитке.
Известна лигатура следующего химического состава, масс. %:
| Ванадий | 60-70 |
| Углерод | 1-4 |
| Алюминий | остальное |
(а.с. СССР №515821, опубл. 30.05.1976).
Кинетические и термодинамические особенности взаимодействия чистого углерода с расплавом в условиях алюминотермической плавки накладывают ограничения на предельное насыщение лигатуры углеродом. Это связано с выгоранием части углерода и неоднородностью его распределения в лигатуре. В данном случае усвоение углерода в известной лигатуре осуществляется за счет повышенного содержания ванадия. Установлено, что для получения в лигатуре требуемого содержания углерода необходимо отношение ванадия к углероду не менее 20. Однако повышенное содержание ванадия препятствует широкому использованию лигатуры, которая может применяться только для ограниченного числа титановых сплавов. Соответственно, снижение содержания ванадия способствует универсальности лигатуры.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является лигатура, содержащая, масс. %:
| ванадий | 40-50 |
| титан | 5-20 |
| углерод | 3-5, |
| алюминий | остальное |
(патент РФ №2547376, опубл. 10.04.2015).
В состав прототипа введен титан, легко образующий с углеродом карбиды. Введение титана в качестве карбидообразующей добавки позволило изменить соотношение между ванадием и углеродом в лигатуре, что дало возможность уменьшить содержание ванадия и повысить содержание углерода. Однако наличие прочных карбидных и оксикарбидных соединений титана, препятствующих равномерному распределению углерода в лигатуре и титановом слитке, повышает механическую прочность лигатуры и увеличивает содержание кислорода в лигатуре и, соответственно, в слитке. Кроме того, отсутствие железа в составе прототипа приводит к необходимости его дополнительного введения в титановые сплавы в чистом виде или железосодержащей лигатуры, что значительно усложняет технологический процесс получения слитка.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка состава лигатуры, позволяющей улучшить качество слитков из титановых сплавов и уменьшить затраты на их изготовление.
Техническими результатами, достигаемыми при осуществлении изобретения, являются снижение содержания кислорода в лигатуре, что позволяет увеличить процент вовлечения отходов при выплавке титановых слитков, а также пониженная механическая прочность лигатуры, способствующая улучшению процессов ее дробления и очистки от шлака. Кроме того, заявляемая лигатура имеет более близкие к титану плотность и температуру плавления, что положительно влияет на однородность выплавляемых титановых слитков.
Указанный технический результат достигается тем, что лигатура для выплавки титановых сплавов, содержащая ванадий, алюминий, углерод и неизбежные примеси, согласно изобретению дополнительно содержит железо при следующем соотношении компонентов, масс. %:
| Ванадий | 45-60 |
| Железо | 6-10 |
| Углерод | 2,5-3,5 |
| Алюминий и неизбежные примеси | остальное |
Сущность изобретения основана на применении карбидообразующей добавки, уменьшающей соотношение ванадия и углерода. В качестве карбидообразующей добавки, в отличие от использующегося в прототипе титана, введено железо в количестве 6-10 масс. %. Железо, являясь активным растворителем восстанавливаемых металлов, в отличие от трудновосстановимого оксида титана, оказывает значительное влияние на сдвиг равновесия реакции восстановления. Растворяя восстановленные элементы, железо понижает их активность, что в соответствии с константой равновесия реакции приводит к смещению равновесия в сторону восстановления. При этом железо выводит восстановленные элементы из зоны реакции, тем самым препятствует протеканию окислению и испарению элементов. Таким образом, железо не образует оксикарбидных фаз в ходе алюмотермической плавки, что приводит к снижению в лигатуре содержания кислорода. Кроме того, железо понижает температуру плавления металлического расплава, что позволяет вести плавку при более низкой температуре. Углерод в состав лигатуры вводится в концентрационном диапазоне 2,5-3,5 масс. %. Данная концентрация углерода необходима для осуществления легирования большинства титановых сплавов, содержащих углерод в заданных количествах. Соотношение ванадия и алюминия в лигатуре обеспечивает требуемый уровень данных элементов в титановых сплавах.
Промышленную применимость изобретения подтверждает пример его конкретного выполнения.
Предложенная лигатура была изготовлена методом внепечной алюминотермической плавки. Для получения предлагаемой лигатуры была приготовлена шихта, содержащая окислы ванадия, порошок алюминия, порошок железа, тигельный графит, оксид кальция, фторид кальция. В результате из данной шихты была выплавлена партия лигатуры в количестве 230 кг. Полученная лигатура была подвергнута определению химического состава и физических характеристик. Результаты определения химического состава предлагаемой лигатуры приведены в табл. 1, содержание кислорода и показатели физических характеристик в сравнении с прототипом представлены в табл. 2.
Затем полученную лигатуру использовали для выплавки промышленных слитков диаметром 870 мм и массой 4000 кг из титанового сплава Ti-6Al-4V, дополнительно легированного железом и углеродом для повышения прочности. Благодаря более низкой концентрации кислорода в предлагаемой лигатуре по сравнению с прототипом в шихту титанового слитка вовлекли на 12% больше вторичных шихтовых материалов. С целью оценки распределения химических элементов в промышленных слитках были проанализированы пробы от четырех сечений по высоте слитка. По результатам анализов разброс содержания углерода не превысил 0,004% (абс.) во всем объеме слитка при целевом содержании его 0,02%, а разброс содержаний железа в объеме слитка не превысил 0,04% (абс.) при его целевом содержании 0,2%, что характеризует высокую химическую однородность слитков. Из слитка изготовили прутки диаметром 152 мм. Качество полученных слитков и прутков в полной мере соответствовало нормативно-технической документации.
Таким образом, использование предлагаемой лигатуры способствует повышению качества слитков из титановых сплавов и снижению затрат на их изготовление.
Claims (2)
- Лигатура для выплавки титановых сплавов, содержащая ванадий, углерод, алюминий и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит железо при следующем соотношении компонентов, масс. %:
-
Ванадий 45-60 Железо 6-10 Углерод 2,5-3,5 Алюминий и неизбежные примеси остальное
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017129166A RU2653042C1 (ru) | 2017-08-15 | 2017-08-15 | Лигатура для выплавки титановых сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017129166A RU2653042C1 (ru) | 2017-08-15 | 2017-08-15 | Лигатура для выплавки титановых сплавов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2653042C1 true RU2653042C1 (ru) | 2018-05-04 |
Family
ID=62105602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017129166A RU2653042C1 (ru) | 2017-08-15 | 2017-08-15 | Лигатура для выплавки титановых сплавов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2653042C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3625676A (en) * | 1969-03-28 | 1971-12-07 | Frederick H Perfect | Vanadium-aluminum-titanium master alloys |
| SU515821A1 (ru) * | 1974-06-28 | 1976-05-30 | Ордена Ленина Предприятие П/Я А-3700 | Лигатура |
| RU2238344C1 (ru) * | 2003-03-17 | 2004-10-20 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | Лигатура для титановых сплавов |
| CN102392168A (zh) * | 2011-10-28 | 2012-03-28 | 宝鸡市嘉诚稀有金属材料有限公司 | 一种用于高钒钛合金材料制造的钒铝钛中间合金及其制备方法 |
| RU2547376C1 (ru) * | 2013-11-21 | 2015-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Лигатура для титановых сплавов |
| RU2568551C1 (ru) * | 2014-04-28 | 2015-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Лигатура для титановых сплавов |
-
2017
- 2017-08-15 RU RU2017129166A patent/RU2653042C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3625676A (en) * | 1969-03-28 | 1971-12-07 | Frederick H Perfect | Vanadium-aluminum-titanium master alloys |
| SU515821A1 (ru) * | 1974-06-28 | 1976-05-30 | Ордена Ленина Предприятие П/Я А-3700 | Лигатура |
| RU2238344C1 (ru) * | 2003-03-17 | 2004-10-20 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | Лигатура для титановых сплавов |
| CN102392168A (zh) * | 2011-10-28 | 2012-03-28 | 宝鸡市嘉诚稀有金属材料有限公司 | 一种用于高钒钛合金材料制造的钒铝钛中间合金及其制备方法 |
| RU2547376C1 (ru) * | 2013-11-21 | 2015-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Лигатура для титановых сплавов |
| RU2568551C1 (ru) * | 2014-04-28 | 2015-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Лигатура для титановых сплавов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3575695A (en) | Deoxidation method of molten steel | |
| WO2011090402A2 (ru) | Вторичный титановый сплав и способ его изготовления | |
| WO2012044205A1 (ru) | СПОСОБ ПЛАВКИ ПСЕВДО β- ТИТАНОВОГО СПЛАВА, СОДЕРЖАЩЕГО (4,0-6,0)%Аl - (4,5-6,0)% Мо - (4,5-6,0)% V - (2,0-3,6)%Сr, (0,2-0,5)% Fe - (0,1-2,0)% Zr | |
| US4121924A (en) | Alloy for rare earth treatment of molten metals and method | |
| RU2653042C1 (ru) | Лигатура для выплавки титановых сплавов | |
| RU2581542C1 (ru) | Высокопрочный антифрикционный чугун | |
| JP7114734B2 (ja) | ケイ素系合金、その製造方法、及びこのような合金の使用 | |
| RU2639190C2 (ru) | Способ производства высокопрочной мартенситностареющей стали | |
| RU2347836C1 (ru) | Способ производства лигатуры на основе никеля и магния | |
| RU2557438C1 (ru) | Жаропрочный сплав на основе хрома и способ выплавки сплава на основе хрома | |
| KR102562688B1 (ko) | 규소계 합금, 이의 생성 방법 및 그러한 합금의 용도 | |
| RU2576288C1 (ru) | Способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана с повышенным содержанием ниобия | |
| RU2568551C1 (ru) | Лигатура для титановых сплавов | |
| RU2795068C1 (ru) | Комплексный сплав для микролегирования и раскисления стали на основе железа | |
| KR20190053882A (ko) | 용강에 대한 황 첨가재 및 황 첨가 강의 제조 방법 | |
| RU2270266C2 (ru) | Лигатура для модифицирования и легирования сплавов | |
| RU2630101C1 (ru) | Способ выплавки высокохромистых сталей и сплавов в открытых индукционных печах | |
| RU2693276C1 (ru) | Проволока для ковшевой обработки стали | |
| RU2340694C2 (ru) | Способ алюминотермического получения углеродсодержащих лигатур для легирования титановых сплавов | |
| JP3807377B2 (ja) | 低Ａｌ溶鋼のＣａ処理方法 | |
| Min et al. | Technology for the Production of High-Melting-Point Metal Master Alloys and their Testing in the Melting of Foundry Heat-Resistant Nickel Alloys | |
| RU2318900C2 (ru) | Комплексный модификатор для стали | |
| RU2262546C1 (ru) | Чугун | |
| RU2631930C1 (ru) | Модификатор | |
| SU1617031A1 (ru) | Лигатура дл стали |