RU2751503C1 - Модификатор - Google Patents
Модификатор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2751503C1 RU2751503C1 RU2020143553A RU2020143553A RU2751503C1 RU 2751503 C1 RU2751503 C1 RU 2751503C1 RU 2020143553 A RU2020143553 A RU 2020143553A RU 2020143553 A RU2020143553 A RU 2020143553A RU 2751503 C1 RU2751503 C1 RU 2751503C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chromium
- modifier
- castings
- boron nitride
- increase
- Prior art date
Links
- 239000003607 modifier Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- UHPOHYZTPBGPKO-UHFFFAOYSA-N bis(boranylidyne)chromium Chemical compound B#[Cr]#B UHPOHYZTPBGPKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 16
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 16
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 8
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 description 4
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 210000004443 dendritic cell Anatomy 0.000 description 2
- CSDQQAQKBAQLLE-UHFFFAOYSA-N 4-(4-chlorophenyl)-4,5,6,7-tetrahydrothieno[3,2-c]pyridine Chemical compound C1=CC(Cl)=CC=C1C1C(C=CS2)=C2CCN1 CSDQQAQKBAQLLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052925 anhydrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 description 1
- NUEWEVRJMWXXFB-UHFFFAOYSA-N chromium(iii) boride Chemical compound [Cr]=[B] NUEWEVRJMWXXFB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000009863 impact test Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000003223 protective agent Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C35/00—Master alloys for iron or steel
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам модификаторов для улучшения свойств отливок из хромоникелевых сталей, применяемых для изготовления трубонасосных агрегатов, работающих при низких температурах. Модификатор содержит, мас.%: диборид титана 20-40, нитрид бора 20-60, хром - остальное. Изобретение позволяет увеличить эффект измельчения дендритной структуры отливок, что обеспечивает повышение хладостойкости при сохранении других механических характеристик. 1 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности, к составам модификаторов для улучшения свойств хромоникелевых сталей, применяемых для изготовления трубонасосных агрегатов, работающих при низких температурах.
Известна модифицирующая смесь (патент RU №2459001, С22с 35/00, опубл. 20.08.2012, БИ №23), позволяющая повысить износостойкость и фрикционные свойства чугуна, содержащая, мас.%
Магний 12-17
Графит 15-20
Борный ангидрит 12-15
Гидрид кальция 7-11
Нитрид бора 10-20
Феррофосфор 8-12
Ферросилиций остальное.
Недостатком этого модификатора является высокая концентрация углерода и фосфора, что обусловливает высокую твердость и низкую пластичность литого металла и не позволяет использовать такую смесь при отливке стальных заготовок из хромоникелевых сталей.
Известна смесь для модифицирования чугуна (АС 1323602, С 22 с 35/00, опубл. 15.07.1987, БИ № 26) и повышающая его износостойкость, содержащая, мас.%:
Алюминий 15-25
Нитрид бора 2.5-7.5
Нитрид титана 15-30
Железо остальное.
Однако при использовании этой смести для модифицирования хромоникелевой стали имеет место неблагоприятный пироэффект, обусловливающий низкую усвояемость компонентов смеси и выгорание основных легирующих элементов в обрабатываемом расплаве, что не позволяет получить требуемые химический состав и механические свойства металла отливок.
Наиболее близким по химическому составу является модификатор (патент RU № 2434965, С22с 35/00, опубл. 27.07.2011, БИ № 21), позволяющий повысить жаропрочность и износостойкость хромоникелевых сплавов содержащий, мас.%:
Карбид бора 50-70
Диборид титана 20-40
Хром остальное.
Однако при введении такого модификатора в хромоникелевые низкоуглеродистые стали образуется большое количество карбидов, которые повышают твердость и хрупкость отливок, что обусловливает низкую пластичность такого металла при отрицательных температурах (хладостойкость).
Технической задачей данного изобретения является повышение хладостойкости отливок из хромоникелевой стали при сохранении прочностных свойств.
Технический результат достигается за счет того, что модификатор, содержащий диборид титана и хром дополнительно содержит нитрид бора при следующем соотношении в мас.%:
Диборид титана 20-40
Нитрид бора 20-60
Хром остальное.
Бор широко применяется как легирующий элемент в хромоникелевых и сплавах. В то же время высокая твердость карбида бора (40·103 МН/м2), практически полное отсутствие пластической деформации и низкая смачиваемость обусловливает высокую хрупкость и склонность к горячим трещинам литого металла. Вследствие этого карбид бора целесообразно использовать для повышения износостойкости сталей.
Введение вместо карбида бора нитрида бора в количестве 20-60 мас.% усиливает эффект модифицирования за счет увеличения количества центров кристаллизации в стали. При взаимодействии его с жидким расплавом образуются сложные боридонитридные соединения титана, хрома и железа, диспергирующие структуру стали, что повышает ее хладостойкость и оказывает решающее влияние на достижение цели изобретения.
При концентрации нитрида бора менее 20 - мас.% его влияние на хладостойкость металла незначительно, а при увеличении ее более 60 мас.% снижается стабильность структуры, увеличивается количество неметаллических включений, вследствие чего ухудшаются упруго-пластические свойства литого металла.
Для усиления эффекта воздействия на литой металл целесообразно использовать комплексное модифицирование стали, для чего необходимо вводить дополнительно другие соединения в таких количествах, которые не приводили бы к охрупчиванию и обеспечивали отсутствие трещин в отливках при обеспечении достаточно высокой хладостойкости металла и сохранении прочностных свойств.
С этой целью использован диборид титана, с концентрацией 20-40 мас.% который обусловливает сравнительно низкую твердость и относительно высокую пластичность стали, а с другой стороны, хорошо смачивается расплавом.
Хром обладает высокой растворимостью в расплавах на основе железа и вводится как вещество-протектор, предохраняющее частицы соединений от коагуляции и растворения. Кроме того он является основой обрабатываемых сталей и может использоваться в качестве нейтральной добавки.
Модификатор готовят путем прессования смеси из порошкообразных компонентов в брикеты при давлении 500-700 МПа. В качестве компонентов используют порошки диборида титана по ТУ 6-09-03-7-75, хрома по ГОСТу 5905-79, нитрида бора по ТУ 26.8 – 002222/6 – 07-2003 с размером частиц 20...100 мм.
Проверку эффективности действия предложенного модификатора проводили при электрошлаковом литье кольцевых заготовок из стали 08Х15Н8М.
Расплав накапливали в плавильной емкости электрошлаковым способом. После окончания процесса накопления в расплав вводили модификатор в количестве 0,3 мас.%. Температура расплава при модифицировании 1900°С. Для обеспечения равномерности распределения добавок в расплаве модификатор вводили за 3-5 минут до слива расплава в изложницу.
Упрочнение термической обработкой проводили на режимах, включающих нормализацию (нагрев металла до температуры 1100°С, выдержку в течение 2 ч) и отпуск при 250°С (выдержка 24 часа).
Исследования проводили на образцах металла после термообработки. Для испытаний на растяжение из литых заготовок изготавливались образцы по ГОСТ 1497-91. Образцы, изготовленные по ГОСТ 9454-78 использовали для испытаний на ударную вязкость.
Для количественной оценки воздействия легирующих элементов на свойства литого металла было изготовлено семь отливок: 2, 3 и 4 предлагаемые составы, 1 и 5 составы с содержанием компонентов, выходящих за заявляемые пределы, 6 – состав прототипа, 7 – без модифицирования. Свойства металла без модифицирования и с модифицированием известным и предложенным модификатором приведены в таблице.
Таблица
| Номера составов | Состав модификатора, мас.% | Размер дендритной ячейки, mkm |
Механические свойства | |||||||
| Карбид бора |
Диборид титана | Хром | Нитрид бора | σВ МПа |
σ02 МПа |
δ | Ψ | KCV -60 МДж /м2 |
||
| 1 | - | 60 | 30 | 10 | 65 | 1186 | 792 | 14,4 | 28.6 | 0.54 |
| 2 | - | 40 | 40 | 20 | 55 | 1208 | 816 | 15,3 | 31.2 | 0.62 |
| 3 | - | 30 | 30 | 40 | 50 | 1224 | 834 | 16,7 | 34.7 | 0.71 |
| 4 | - | 20 | 20 | 60 | 40 | 1253 | 848 | 18,1 | 36.5 | 0.79 |
| 5 | - | 10 | 20 | 70 | 45 | 1261 | 837 | 17,5 | 35.7 | 0.74 |
| 6 Прототип | 60 | 30 | 10 | - | 105 | 1547 | 1022 | 7,2 | 19.1 | 0.19 |
| 7 | Без модифицирования | 85 | 1172 | 779 | 13.3 | 27.4 | 0.43 | |||
Как видно из таблицы наилучшими свойствами обладает металл отливок составов 2, 3 и 4.
Результаты испытаний показали, что, обработка стали 08Х15Н8М предлагаемыми составами модификатора по сравнению с модификатором-прототипом измельчает её структуру в 1,9-2,6 раза и повышает ударную вязкость литого металла при температуре – 60°С (хладостойкость) в 3,2-4,1 раза. По сравнению с не модифицированной сталью её структура измельчается в 1,5-2,1 раза, хладостойкость повышается в 1,4-1,8 раза, при незначительном повышении прочности (в среднем на 3-7%), предела текучести (в среднем 5-9%), и более значительном повышении относительного удлинения (в среднем на 15-36%) и относительного сужения (в среднем на 13-33%). Это можно объяснить тем, что в расплаве образование боридных соединений происходит на ранних стадиях кристаллизации модифицированного металла. В результате зародышеобразующая способность частиц повышается, о чем свидетельствует уменьшение размера дендритной ячейки структуры металла, а хладостойкость стали повышается. Это позволяет значительно повысить надежность работы изготовленных из отливок деталей трубонасосных агрегатов, работающих при низких температурах.
Claims (2)
- Модификатор для хромоникелевых сталей, содержащий порошки диборида титана и хрома, отличающийся тем, что для повышения хладостойкости стали при сохранении прочностных свойств он дополнительно содержит порошок нитрида бора при следующем соотношении компонентов, мас.%:
-
Диборид титана 20-40 Нитрид бора 20-60 Хром остальное
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020143553A RU2751503C1 (ru) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | Модификатор |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020143553A RU2751503C1 (ru) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | Модификатор |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2751503C1 true RU2751503C1 (ru) | 2021-07-14 |
Family
ID=77019629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020143553A RU2751503C1 (ru) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | Модификатор |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2751503C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH602330A5 (ru) * | 1976-08-26 | 1978-07-31 | Bbc Brown Boveri & Cie | |
| FR2509327B1 (ru) * | 1981-07-07 | 1983-12-16 | Inst Liteinogo Proizv | |
| SU1323602A1 (ru) * | 1985-11-29 | 1987-07-15 | Производственное Объединение "Гомсельмаш" | Смесь дл легировани и модифицировани чугуна |
| RU2434965C2 (ru) * | 2010-01-19 | 2011-11-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | Модификатор |
| RU2739042C1 (ru) * | 2020-07-29 | 2020-12-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) | Модификатор |
-
2020
- 2020-12-29 RU RU2020143553A patent/RU2751503C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH602330A5 (ru) * | 1976-08-26 | 1978-07-31 | Bbc Brown Boveri & Cie | |
| FR2509327B1 (ru) * | 1981-07-07 | 1983-12-16 | Inst Liteinogo Proizv | |
| SU1323602A1 (ru) * | 1985-11-29 | 1987-07-15 | Производственное Объединение "Гомсельмаш" | Смесь дл легировани и модифицировани чугуна |
| RU2434965C2 (ru) * | 2010-01-19 | 2011-11-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | Модификатор |
| RU2739042C1 (ru) * | 2020-07-29 | 2020-12-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) | Модификатор |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2397270C2 (ru) | Пружинная сталь, способ изготовления пружины из такой стали и пружина из этой стали | |
| KR102223539B1 (ko) | 구상 흑연 주철 | |
| JP2018083980A (ja) | 高温熱伝導度に優れた長寿命ダイカスト用熱間金型鋼およびその製造方法 | |
| CN110894582B (zh) | 一种高强度和高导热蠕墨铸铁及其制备方法 | |
| JP7626371B2 (ja) | 球状黒鉛鋳鉄の金型鋳造品 | |
| JP2017155306A (ja) | 優れた高温強度および靱性を有する熱間工具鋼 | |
| JP4424503B2 (ja) | 棒鋼・線材 | |
| RU2751503C1 (ru) | Модификатор | |
| RU2739042C1 (ru) | Модификатор | |
| WO2021095831A1 (ja) | 高温強度及び靭性に優れる熱間工具鋼 | |
| Upadhyaya et al. | Effect of some inoculants on the structure and properties of thin wall ductile iron | |
| RU2412780C1 (ru) | Способ получения отливок из износостойкого белого чугуна | |
| RU2385358C1 (ru) | Литейный сплав на основе алюминия | |
| RU2581542C1 (ru) | Высокопрочный антифрикционный чугун | |
| CN109628824A (zh) | 一种高强度灰口铸铁及其制备工艺和应用 | |
| EP3187605A1 (en) | Method for obtaining hybrid aluminium bronze alloy | |
| CN114558997B (zh) | 一种改善高强度灰铸铁加工性的孕育剂及灰铸铁制备方法 | |
| JPS58100654A (ja) | 耐熱性のすぐれた鋳物用アルミニウム合金 | |
| CN113186447A (zh) | 一种高强度灰铸铁的制备工艺及其用途 | |
| RU2216603C2 (ru) | Модификатор для стали | |
| RU2016128C1 (ru) | Литая штамповая сталь | |
| CN108138275B (zh) | 耐气体缺陷性优异的球状石墨铸铁 | |
| US1869497A (en) | Process of treating molten ferrous metals and alloys with compositions containing "lithium-alkali" alloys and products resulting from such treatments | |
| JP2007000881A (ja) | ダクタイル鋳鉄の製造方法 | |
| RU2432412C2 (ru) | Чугун и способ его получения |