RU2781940C1 - Способ модифицирования стали - Google Patents
Способ модифицирования стали Download PDFInfo
- Publication number
- RU2781940C1 RU2781940C1 RU2022109798A RU2022109798A RU2781940C1 RU 2781940 C1 RU2781940 C1 RU 2781940C1 RU 2022109798 A RU2022109798 A RU 2022109798A RU 2022109798 A RU2022109798 A RU 2022109798A RU 2781940 C1 RU2781940 C1 RU 2781940C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- clad
- nickel
- titanium nitride
- pouring
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 34
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 238000002715 modification method Methods 0.000 title 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910001208 Crucible steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000001012 protector Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000000161 steel melt Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 7
- 230000005712 crystallization Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 4
- 238000011068 load Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- 239000003826 tablet Substances 0.000 description 4
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 4
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N tin hydride Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 4
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 2
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 2
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 2
- 150000003609 titanium compounds Chemical class 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N D-Glucitol Natural products OC[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N 0.000 description 1
- FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N D-glucitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000007891 compressed tablet Substances 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible Effects 0.000 description 1
- 229910000529 magnetic ferrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 239000000600 sorbitol Substances 0.000 description 1
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области металлургии. Способ модифицирования стали включает введение в расплав стали модификатора на основе нитрида титана, частицы которого плакированы металлом-протектором, в качестве которого используют никель. Таблетированный порошок наночастиц нитрида титана, плакированных никелем, в количестве 0,006-0,009 мас.% от массы разливаемой стали загружают в разливочный ковш перед розливом стали. Обеспечивается улучшение механических свойств стали за счет равномерного распределения модификаторов в объеме расплава. 1 ил., 2 пр., 1 табл.
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к литейному производству крупногабаритных отливок из стали.
Основным недостатком известно способа является использование для керамических частиц TiN в качестве металла-протектора хрома, температура плавления которого составляет 1856°С, что превышает температуру розлива стали, в результате при розливе стали может не произойти полного растворения слоя металла-протектора для вовлечения в процесс охлаждения нитрида титана, как источника центров принудительной кристаллизации, что обусловливает неравномерное распределение частиц активной составляющей модификатора в объеме. Кроме того, недостатком является процедура введения керамических плакированных частиц в проволоку при помощи трайбаппарата, в том числе и в гранулированном до 0,1-2 мм состоянии. Процесс гранулирования приводит к значительному росту предполагаемых исходных центров кристаллизации, что ведет к увеличению пористости и ликваций в отливке.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ модифицирования стали, обеспечивающий повышение механических свойств за счет улучшения микроструктуры стали вследствие равномерного распределения модификаторов в объеме расплава.
Поставленная задача решена в предлагаемом способе модифицирования стали, включающем введение в расплав стали модификатора на основе нитрида титана, частицы которого плакированы металлом-протектором, в котором в качестве металла-протектора используют никель, а таблетированный порошок наночастиц нитрида титана, плакированных никелем, в количестве 0,006 ÷ 0,009 масс.% от массы разливаемой стали загружают в разливочный ковш перед розливом стали.
В настоящее время не известен способ модифицирования стали путем введения модификатора, содержащего наночастицы нитрида титана, плакированные никелем, который загружают в предлагаемом количестве в разливочный ковш перед розливом стали.
В связи со снижением качества изготовления отдельных деталей подвижного состава рельсового транспорта, связанного с несоблюдением литейных технологий в процессе массового производства становится актуальным необходимость проведения научно-исследовательских работ, направленных на повышение качества литейного производства, путем введения модифицирующих присадок на стадии разливки металла по формам различного типа. Исследования, проведенные авторами, были направлены на решение именно этой проблемы. Выбор в качестве материала модификатора тугоплавких соединений титана, провоцирует возможность их применения в качестве центров кристаллизации, равномерно распределенных по всему объему отливки и способствующих возникновению локальных переохлажденных состояний, обеспечивающих увеличение скорости кристаллизации отливок. Наличие на поверхности радиально-слоевых тугоплавких композиций никеля и его интерметаллидных соединений обеспечит в ходе их плавления и растворения удовлетворительную смачиваемость нанокристаллических частиц расплавами сталей транспортной группы. В связи с этим введение плазмохимических порошков тугоплавких соединений титана будет способствовать улучшению прочностно-пластических и других характеристик, обеспечивающих бесперебойную эксплуатацию деталей и узлов подвижного состава железнодорожного транспорта, изготовленных из марок сталей транспортной группы. Однако в случае использования в качестве модификатора стали наночастиц нитрида титана, плакированных никелем, существенным фактором является количество вводимого модификатора. Так, при введении модификатора менее 0,006 масс.% от массы разливаемой стали наблюдается снижение показателей предела текучести, временного сопротивления и относительного сужения. При введении модификатора более 0,009 масс.% от массы разливаемой стали наблюдается ухудшение микроструктуры стальных отливок, что так же приводит к снижению физик-механических свойств стали.
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.
В качестве модификатора используют наноразмерный порошок TiN – Ni, полученный плазмохимическим способом (патент RU 2434716), который вводят в разливочный ковш в виде спрессованных таблеток в количестве 0,006÷0,009 масс.% от массы разливаемой стали перед розливом в него стали. После естественного барботажа расплава стали, предварительно раскисленной металлическим Al, при ее розливе из печи, производят разливку в земляные формы для получения клиновых проб и корпуса автосцепки СА-3. После кристаллизации, остывания и обрубки полученные изделия проходят термообработку в виде нормализации и закалки с отпуском, регламентированную техническими условиями, применяемыми к деталям подвижного состава рельсового транспорта с целью обеспечения удовлетворительных свойств. Механические свойства стали, полученной с использованием предлагаемого модификатора, определяют по ГОСТ 1497-84 на цилиндрических образцах диаметром 10 мм и расчетной длиной 50 мм на испытательной машине ИМ-12А, испытания на ударный изгиб проводят по ГОСТ 9454-78 на маятниковом копре КМ-03. Твердость определяют по ГОСТ 9012-59 на твердомере ТБ – 5004 при нагрузке шариком диаметром 10 мм. Твердость всех технологических проб составляет 229 НВ. Контроль микроструктуры производят под микроскопом NEOPHOT 21 при увеличении Ч100 и Ч500.
На фиг. 1 изображена эволюция микроструктуры стали 20ГЛ после известных общепринятых этапах дополнительной термической обработки. Микроструктура стали 20 ГЛ после нормализации при 930±20°С (А) (нагрев 3-4 часа, выдержка при температуре 3-4 часа), закалки (Б) (нагрев до 930 ±20°С в течение 2,5 часа, выдержка 3,5 часа, охлаждение в воде) и отпуска (В) (нагрев 2 часа до 480°С, выдержка 4,5 часа, охлаждение в воде) представляет собой сорбит с выделениями феррита по границам и в теле зерна в игольчатой форме, что обусловлено действием наночастиц модификатора.
Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Берут 70 г, что составляет 0,009 масс.% от массы разливаемой стали (750 кг), нанокристаллического порошка нитрида титан TiN, плакированного никелем (Ni), прессуют из него 14 таблеток по 5 г каждая. Таблетки помещают в разливочный ковш. Затем заливочный ковш заполняют 750 кг жидкого расплава стали 20ГЛ, предварительно раскисленной 400 г металлического Al. Температура стали при розливе составляет 1580°С. В процессе барботажного перемешивания таблетированный нанопорошок распределяется по всему объему ковша, после чего осуществляют разливку стали в земляную форму для получения клиновой пробы массой 10 кг и корпуса автосцепки АС-3 массой 700 кг с учетом литейной оснастки (литниковая система, питатели, шлакоуловитель, прибыли). После кристаллизации и остывания готовые отливки подвергают выбивке и обрубке, после чего производят нормализацию и закалку с отпуском, по техническим условиям, применяемым к деталям подвижного состава рельсового транспорта с целью обеспечения удовлетворительных свойств. Механические свойства приведены в табл. Электронно-микроскопические изображения закаленной с отпуском стали 20 ГЛ приведены на фиг.1.
Пример 2
Берут 50 г, что составляет 0.006 масс.% от массы разливаемой стали (750 кг), нанокристаллического порошка нитрида титан TiN, плакированного никелем (Ni), прессуют из него 14 таблеток по 5 г каждая. Таблетки помещают в разливочный ковш. Затем заливочный ковш заполняют 750 кг жидкого расплава стали 20ГЛ, предварительно раскисленной 400 г металлического Al. Температура стали при розливе составляет 1580°С. В процессе барботажного перемешивания таблетированный нанопорошок распределяется по всему объему ковша, после чего осуществляют разливку стали в земляную форму для получения клиновой пробы массой 10 кг и корпуса автосцепки АС-3 массой 700 кг с учетом литейной оснастки (литниковая система, питатели, шлакоуловитель, прибыли). После кристаллизации и остывания готовые отливки подвергают выбивке и обрубке, после чего производят нормализацию и закалку с отпуском, по техническим условиям, применяемым к деталям подвижного состава рельсового транспорта с целью обеспечения удовлетворительных свойств. Механические свойства приведены в табл.
Таблица.
Результаты механических испытаний образцов литой стали 20 ГЛ, модифицированной нанокристаллическим порошком TiN – Ni.
| №п.п | Масса модификатора, г на 750 кг массы металла |
Предел текучести, кгс/мм2 | Временное сопротивление кгс/мм2 | Относительное сужение, % | Ударная вязкость KCV, кгс⋅м/см2 |
| 1 | 0 | 53 | 72 | 36 | 3,2 3,2 |
| 2 | 70 (0,009 масс.%) Пример 1 |
56 | 76 | 53 | 3,7 |
| 3 | 50 (0,006 масс.%) Пример 2 |
69 | 77 | 43 | 3,5 |
Результаты механических испытаний показывают увеличение значений предела текучести, который характеризует напряжение, при котором деформации продолжают расти без увеличения нагрузки, после прохождения предела текучести в металле в материале образца начинают происходить необратимые изменения, перестраивается кристаллическая решетка металла, появляются значительные пластические деформации; временного сопротивления, как предельной разрушающей нагрузки, отнесенной к первоначальной площади поперечного сечения; относительного сужения, характеризующего пластичность металла, оцениваемого по относительному уменьшению площади поперечного сечения растягиваемого образца; и ударной вязкости KCV, которая характеризует способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки. Улучшение механических свойств стали обусловлено улучшением микроструктуры стали при использовании предлагаемого модификатора.
Таким образом, авторами предлагается способ модифицирования стали, обеспечивающий повышение механических свойств за счет улучшения микроструктуры стали вследствие равномерного распределения модификаторов в объеме расплава.
Claims (1)
- Способ модифицирования стали, включающий введение в расплав стали модификатора на основе нитрида титана, частицы которого плакированы металлом-протектором, отличающийся тем, что в качестве металла-протектора используют никель, при этом таблетированный порошок наночастиц нитрида титана, плакированных никелем, в количестве 0,006-0,009 мас.% от массы разливаемой стали загружают в разливочный ковш перед розливом стали.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2781940C1 true RU2781940C1 (ru) | 2022-10-21 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2344180C2 (ru) * | 2007-02-21 | 2009-01-20 | Владимир Александрович Полубояров | Способ внепечного модифицирования чугунов и сталей |
| RU2394664C1 (ru) * | 2009-05-20 | 2010-07-20 | Открытое акционерное общество "Западно-Сибирский металлургический комбинат" | Способ модифицирования непрерывнолитой стали |
| JP5765304B2 (ja) * | 2012-08-23 | 2015-08-19 | 新日鐵住金株式会社 | 厚板用連続鋳造鋳片及びその連続鋳造方法 |
| RU2652932C1 (ru) * | 2017-05-05 | 2018-05-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук | Способ внепечного модифицирования чугунов и сталей |
| CN106029255B (zh) * | 2014-02-21 | 2018-10-26 | 特维斯股份有限公司 | 溶解速率受控材料的制备 |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2344180C2 (ru) * | 2007-02-21 | 2009-01-20 | Владимир Александрович Полубояров | Способ внепечного модифицирования чугунов и сталей |
| RU2394664C1 (ru) * | 2009-05-20 | 2010-07-20 | Открытое акционерное общество "Западно-Сибирский металлургический комбинат" | Способ модифицирования непрерывнолитой стали |
| JP5765304B2 (ja) * | 2012-08-23 | 2015-08-19 | 新日鐵住金株式会社 | 厚板用連続鋳造鋳片及びその連続鋳造方法 |
| CN106029255B (zh) * | 2014-02-21 | 2018-10-26 | 特维斯股份有限公司 | 溶解速率受控材料的制备 |
| RU2652932C1 (ru) * | 2017-05-05 | 2018-05-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук | Способ внепечного модифицирования чугунов и сталей |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6484716B2 (ja) | リーン二相系ステンレス鋼及びその製造方法 | |
| 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 | |
| RU2717619C1 (ru) | Листовая сталь с высокой формуемостью для изготовления легких по массе конструкционных деталей и способ изготовления | |
| US20140271317A1 (en) | BIOCOMPATIBLE Co-Cr-Mo ALLOY | |
| CN113718161B (zh) | 一种防止20Ni2MoA齿轮钢加工开裂的控制方法 | |
| RU2781940C1 (ru) | Способ модифицирования стали | |
| Abushosha et al. | Influence of cooling rate on hot ductility of C-Mn-Al and C-Mn-Nb-Al steels | |
| JP2005103604A (ja) | 連続鋳造方法、連続鋳造鋳片および鋼板 | |
| JPS6089549A (ja) | 加工硬化性オーステナイト系マンガン鋼およびその製造方法 | |
| KR890005095B1 (ko) | 장척대형단조품의 제조법 | |
| EP3434799B1 (en) | Method for manufacturing cast article comprising spherical graphite cast iron | |
| JP5157598B2 (ja) | Ｎｉ含有鋼鋳片及びＮｉ含有鋼の連続鋳造方法 | |
| JPH0995755A (ja) | Ｂ入りオーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法 | |
| RU2312161C2 (ru) | Полуфабрикат литейного чугуна и способ его получения | |
| KR102175364B1 (ko) | 표면품질이 향상된 페라이트계 스테인리스강 제조방법 | |
| JP2007254818A (ja) | アルミキルド鋼の連続鋳造鋼片及びその製造方法 | |
| JPS6056056A (ja) | 加工硬化性オ−ステナイト系マンガン鋼およびその製造方法 | |
| JP2019104955A (ja) | 炭素鋼鋳片及び炭素鋼鋳片の製造方法 | |
| WO2024053276A1 (ja) | 鋼鋳片、連続鋳造方法及び、鋼鋳片の製造方法 | |
| Panov et al. | Influence of the Degree of Oxidation of Magnesium Master Alloys on the Mechanical Properties of Nodular Irons | |
| KR19990053146A (ko) | 박슬래브 직접압연법에 의한 고연성형 강관용 열연강판의 제조방법 | |
| Abushosha et al. | Influence of cooling rate on hot ductility of C-Mn-AI and C-Mn-Nb-AL steels | |
| RU2652932C1 (ru) | Способ внепечного модифицирования чугунов и сталей | |
| US3132936A (en) | Refining of irons and steels | |
| JP5316281B2 (ja) | 鋳鉄、およびその製造方法 |