SU1698301A1 - Способ легировани стали азотом и ниобием - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к литейному производству, в частности к легированию стали азотом Цель изобретени  - повышение усвоени  азота и ниоби , стабилизаци  состава стали и повышение ее эксплуатационных характеристик Легирование стали провод т азотированным ниобийсодержа- щим сплавом, содержащим 6-12% азота и 42-70% ниоби  плотностью 6-7 г/см с фракцией нитридов ниоби  в нем 1-5 мкм. Применение ферросплава позвол ет повысить степень усвоени  элементов и механические свойства стали 3 табл

Description

Изобретение относитс  к литейному производству, в частности к легированию сталей азотом и ниобием.

Цель изобретени  - повышение усвоени  азота и ниоби , стабилизаци  состава стали и повышение ее эксплуатационных характеристик.

В данном изобретении легирование стали азотом и ниобием осуществл ют путем введени  в печь после расплавлени  шихты азотированного ниобийсодержаще- го сплава, имеющего плотность 6-7 г/см при содержании азота 6-12% и ниоби  42- 70% при фракции нитридов ниоби  1-5 мкм.

Указанный азотированный ниобийсо- держащий сплав получают путем азотировани  феррониоби  методом самораспростран ющегос  высокотемпературного синтеза. Его состав, мас.%: Nb 42-70; N2 6-12; SI 10-30; Al 2-6; Ti 0,05-1; Fe остальное.

Компоненты, содержащиес  в сплаве помимо ниоби  и азота,  вл ютс  активными раскислител ми стали, более активными чем ниобий, а потому дополнительно способствуют .повышению усвоени  ниоби  и

повышению свойств ст ги Кроме того,  вл  сь активными нитридообразующими элементами, они, образу  нитриды, также повышают эксплуатационные свойства стали .

Введение азотированного ниобийсо- держэщего ферросплава в печь непосредственно после расплавлени  шихты значительно повышает степень усвоени  ниоби  и азота, поскольку в отличие от ковшевого легировани  лигатура успевает полностью растворитьс  и равномерно распределитьс  в обьеме металла независимо от размера кусков вводимого материала Равномерное распределение и достаточное врем  нахождени  лигатуры в расплаве способствует впоследствии (при затвердевании стали) выделению мелко- и монодисперсных нитридов, что стабилизирует свойства стали , повышает ее эксплуатационные характеристики . Кроме того, в отличие от ковшевого легировани , введение лигатуры в печь в сочетании с высоким содержанием легирующих компонентов позвол ет при необходимости легировать сталь значительным

сл

Оч

0 00

со

о

оличеством ниоби  и азота, При ковшевом егировании введение большого количеста лигатуры приводит ; эахолаживанию меалла , ошлзковыванмю .лигатуры, а ледовательно, плохому ее усвоению. При овшеьом легировании требуетс  сущестенный перегрев металла в печи, что отриательно сказываетс  на уровне его войств, на стабильности состава металла. Дл  высокой степени усвоени  компоентов в печь может быть введена лигатура ишь достаточно высокой плотности - пор дка 6-7 г/см , близкой к плотности жидкой стали, Иначе больша  часть лигатуры попадет в шлак. При высоком содержании азота в лигатуре достаточно высока  плотность может быть достигнута лишь при повышении количества ниоби  в ней за счет более легких компонентов (Ai, Ti, Fe, SI), a также за счет низкой пористости лигатуры. Плотность лигатуры, полученной методом СВС, не превышает 5%. Однако одно только увеличение количества ниоби  приводит (при невысоком содержании азота) к пониженному усвоению ниоби  из-за его окислени  в процессе плавки. Одновременное повышение содержани  Mb и N2 в легирующем сплаве св зывает оба компонента в термоустойчивые нитриды (NbN - 2440°С; NbNa-- 2370°C), обеспечива  высокую степень усвоени  сталью -ж ниоби , так и азота ,

Высокий уровень содержани  в легирующем сплаве ниоби  и азота гарантирует выделение достаточно большого количества нитридов как при затвердевании стали (первичные нитриды), та,с и при ее эксплуатации при высоких температурах (вторичные нитриды ). Именно нитриды обеспечивают дис- персное упрочнение стали, поэтому увеличение их количества, а также их равномерное распределение и высока  дисперсность (за счет введени  лигатуры в печь) обеспечивают повышение эксплуатационных свойств стали, как в холодном состо нии , гак и при высоких температурах.

Граничные Значени  выбранных параметров определены следующим образом.

Снижение плотности лигатуры до значений менее 6 г/см приводит к уменьшению усвоени  ниоби  и азота, делает невозможным ее введение в печь.

Увеличение плотности лигатуры затруднительно при содержании в ней 6-12% азота. Увеличение содержани  ниоби  в лигатуре свыше 70% повышает температуру ее плавлени , что создает опасность неравномерного распределени  элементов в стали, снижени  усвоени  легирующих компонентов .

Уменьшение содержани  ниоби  в лигатуре ведет к снижению ее плотности, уменьшению количества нитридов ниоби  стали. Увеличение содержани  азота в л зтуоз

ч вызывает понижение ее плотности, увеличивает температуру плавлени  лигатуры,а также создает опасность выделени  газообразного азота в стали.Уменьшение содержани  азота в легирующем сплаве ведет к снижению количества нитридов, дисперсионно упрочн юших сталь в широком диапазоне температур, а также влечет за собой снижение степени усвоени  несв занного ниоби  за счет его

окислени .

Сущность изобретени  по сн етс  примерами .

В индукционной печи емкостмо 1 т выплавл ли сталь расчетного составй,%: С 0,3;

Si 2,2; Мп 0,5; Сг 20,0; N1 20; Mb 1,5; N 0,20. П р и м е р 1. На подину печи производили завалку шихты, состо щей из углеродистой стали, гранулированного никел , феррохрома, ферросилици . После расплавлени  садки в печь вводили 26кг ферронио- би , предварительно азотированного методом СВС (сортав его приведен в табл.1). После введени  азотированного ферронио- би  и его растворени  сталь слизали в ковш,

где ее раскисл ли цериевой лигатурой и алюминием, Затем сталь сливали з ковш емкостью 1 т. Температура стали в печи перед заливкой 1610°С, температура металла в ковше перед заливкой форм 1560°С,

Пример 2. Способ осуществл ют аналогично примеру 1, но состав и плотность лмгатуры иные (тзбл.1). Количество ваодимой лигатуры 18 кг. температура металла соответственно 1615 и 1570°С.

ПримерЗ (известный). Лигатуру совместно с раскислител ми ввели на дно ковша перед разливкой металла. Количество лигатуры 28 кг,

Состав лигатуры т ее плотность даны в

табл.1. Введение значительного количества лигатуры в печь потребовало перегрева расплава в печи до 1670°С, из-за чего пришлось дополнительно компенсировать угар хрома и корректировать содержание углерода.

0 Температура металла перед разливкой его из козша 1535°С,

П р м м е р 4 (состав и плотность лигатуры - по известному, пор док введени  - по 5 предлагаемому способам. Пор док вы. .лавку стали осуществл ют по примеру 1 с введением лигатуры в печь, состав и плотность лигатуры - по примеру 3. Из-за недостаточной плотности лигатура остаетс  на зеркале металла, ошлаковываегс . Значительна  ее

часть уноситс  вместе со шлаком. Температура металла соответственно 1620 и1570°С,

Степень усвоени  ниоби  и азота оценивали , сопоставл   расчетное количество компонентов в стали с его фактическим содержанием (табл.2).

В табл. 3 приведены данные, характеризующие эксплуатационные свойства стали.

Механические характеристики определ ли на литых образцах.

20% образцов, полученных по примеру 3, имели брак по спаю и недоливу (захола- живание металла).

Степень усвоени  азота и ниоби  по

данному способу значительно превышает

.степень усвоени  этих элементов по извест0

5

ному решению. Механические свойства стали при использовании предлагаемого спо соба также выше.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ легировани  стали азотом и ниобием , включающий расплавление шихты, легирование расплава азотированным нио- бийсодержащим ферросплавом, отличающийс  тем, что, с целью повышени  усвоени  азота и ниоби , стабилизации состава стали и повышени  ее эксплуатационных характеристик, расплав легируют ферросплавом плотностью г/см , содержащим 6-12% азота и 42-70% ниоби  с фракцией нитридов ниоби  в нем 1-5 мкм.

   Т а б л и ц а 1

   Таблица2