МОДИФИКАТОР ДЛЯ СТАЛИ
MODIFYING AGENT FOR STEEL

Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам (лигатурам) для легирования, и может быть использовано для рафинирования и модифицирования сталей для изготовления деталей, работающих при температурах до минус 60°С.
Известен модификатор для стали, содержащий редкоземельные металлы (РМЗ), щелочноземельные металлы (ЩМЗ) и раскислитель в виде порошковых лигатур и флюсующую добавку, при следующем соотношении компонентов, мас.%: порошок лигатуры раскислителя 20-40, порошок лигатуры с РЗМ 20-30, порошок лигатуры с ЩЗМ 30-40, флюсующая добавка 5-10, при этом в качестве лигатуры раскислителя он содержит легкоплавкий сплав, включающий алюминий, кремний, марганец и железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%: алюминий 5-10, кремний 30-50, марганец 5-10, железо остальное, а в качестве флюсующей добавки модификатор содержит смесь порошков флюорита и криолита в соотношении 5:1-1:5 (RU 2226570, С22С 35/00, опубликовано 10.04.2004).
Известный модификатор обладает хорошей раскисляющей и флюсующей способностью, что обеспечивает повышенные механические свойства литого металла, в частности показатель ударной вязкости при минус 60°С. Однако наличие в известном комплексном модификаторе кремния в количестве 30-50 мас.% ухудшает условия десульфурации металла из-за образования в его объеме силикатов и ограничивает использование этого модификатора, например, при производстве низкокремистых марок сталей.
Наиболее близким к предлагаемому модификатору по технической сущности и достигаемому результату является модификатор для стали, содержащий порошки лигатур с редкоземельными металлами (РЗМ) и щелочноземельными металлами (ЩЗМ), а также порошок фтористого кальция и/или криолита при следующем соотношении компонентов, мас.%: порошок лигатуры с РЗМ 10-40, порошок лигатуры с ЩЗМ 50-80, порошок фтористого кальция (флюорита) и/или криолита - 5-10, причем размеры частиц порошка лигатуры с РЗМ составляют 0,1-1,5 мм, размеры частиц порошка лигатуры с ЩЗМ составляют 0,1-3 мм, а размеры частиц порошка фтористого кальция и/или криолита составляют 0,01-0,1 мм (RU 2216603, С22С 35/00, опубликовано 20.11.2003).
Этот модификатор для стали несколько повышает хладостойкость сталей за счет увеличения значений ударной вязкости при отрицательных температурах. Однако максимальный модифицирующий эффект от совместного применения ЩЗМ и РЗМ не достигается из-за неоптимального их соотношения. Кроме того, недостатком известного модификатора является отсутствие расшифровки состава РЗМ и ЩЗМ, что приведет к неадекватным результатам при применении РЗМ и ЩЗМ с различным процентным содержанием компонентов, входящих в их состав.
Целью изобретения является повышение хладостойкости литых изделий из низколегированных сталей, а также повышение механических свойств, в частности ударной вязкости при -60°С.
Поставленная цель достигается тем, что модификатор для стали, содержащий порошок лигатуры с редкоземельным металлом, щелочноземельные металлы и порошок флюорита и/или криолита,  содержит порошок лигатуры с редкоземельным металлом цериевой группы, гранулированные щелочноземельные металлы кальций и барий и дополнительно содержит порошок алюминия и порошок железа при следующем соотношении компонентов, мас.%:
порошок лигатуры с редкоземельным
металлом цериевой группы
30-40
гранулированный кальций
12-15
гранулированный барий
8-10
флюорит и (или) криолит
5-10
порошок алюминия
20-25
порошок железа
остальное
Совместное использование порошков лигатур с редкоземельным металлом цериевой группы (РЗМ), гранулированных щелочноземельных металлов (ЩЗМ) кальция и бария с порошком алюминия в заявленных пределах компонентов обеспечивает максимальный раскисляющий и модифицирующий эффект расплава. Присадки бария способствуют образованию более мелких глобулей и их равномерному распределению в матрице. Совместное модифицирование барием и кальцием в сочетании с алюминием измельчает сульфиды и приводит к перераспределению включений в дендритной структуре в результате увеличения числа сульфидных включений в осях и вызывает более значительное снижение загрязненности стали сульфидами, что обеспечивает значительное повышение ударной вязкости при температуре до -60°С и очищение границ зерен.
Введение железного порошка в модификатор позволяет свести к минимуму потери кальция на испарение за счет того, что в глубине расплава происходит пассивация кальция железным порошком без протекания каких-либо реакций. Вследствие этого снижается активность и упругость паров кальция и повышается температура его испарения из расплава. При этом обеспечивается полная глобуляризация неметаллических включений, что положительно сказывается на величине ударной вязкости при отрицательных температурах (до -60°С). Введение железного порошка также позволяет повысить степень усвоения компонентов, что также благотворно влияет на ударную вязкость при низких температурах, уменьшает расход модификатора примерно в 2 и более раз по сравнению с прототипом, кроме того, отсутствует пироэффект и выброс жидкого металла.
Модификатор для стали по изобретению готовят механическим смешиванием сначала порошков лигатур с редкоземельным металлом, например, известной бескремнистой лигатуры цериевой группы АКЦеЖ, выпускаемой ООО «Комплексные модификаторы» по ТУ 0865-01-94634068-2006, гранулированных кальция и бария, а также порошков флюорита и (или) криолита. Затем вводят порошок алюминия и железный порошок. Модификатор, готовый к применению, представляет собой смесь гранул с размером фракций 0,1-2,5 мм.
Модификатор по изобретению вводят в расплав стали в оболочке, преимущественно из стали, что обеспечивает надежность введения модификатора на достаточную глубину, позволяет исключить взаимодействие компонентов модификатора с атмосферой.
В таблице 1 приведен химический состав предлагаемого модификтора для стали (состав 1, 2, 3), а также состав известного модификатора (состав 4).
Для сравнения эффективности предлагаемого и известного модификаторов проводили плавки стали 10Г2АФБЛ в индукционной 150-кг печи. Раскисленную сталь разливали в разливочные ковши, в которые вводили модификаторы в виде порошковой проволоки диаметром 13 мм из расчета 450 г/т. После обработки металл разливали, отбирали пробы и исследовали в них степень загрязненности стали неметаллическими включениями в соответствии с ГОСТ 1778-70 с использованием метода сравнения с эталонными шкалами (для испытания литого металла), всю площадь шлифа просматривают при увеличении 100 и сравнивают с эталонными шкалами. Эталонные шкалы имеют пять баллов. Оценка шлифов производилась максимальным баллом по наиболее загрязненному месту. Механические свойства определяли по стандартным методикам после оптимальной термообработки (таблица 2).
2
Как видно из таблицы 2, предлагаемый модификатор обеспечивает более высокие механические свойства стали, особенно по ударной вязкости. Ударная вязкость KCV при -60°С увеличивается до 62-67 Дж/см.
Приведенные в таблице 2 результаты свидетельствуют о том, что при обработке жидкой стали предлагаемым модификатором загрязненность неметаллическими включениями ниже, а показатели механических свойств выше, чем при обработке известным комплексным модификатором.
Кроме того, введение предлагаемого модификатора при помощи порошковой проволоки, порошковой ленты или металлической оболочки позволяет значительно сократить его расход по сравнению с известным модификатором.
Таблица 1
Химический состав модификатора
Компоненты модификатора, мас.%
Состав
РЗМ
ЩЗМ
А1
Криолит
Флюорит
Железо
Са
Ва
Na<sub>3</sub>AlF<sub>6</sub>
CaF<sub>2</sub>
1
30
15
8
5
3
2
Остальное
2
35
13
10
12
2
5
Остальное
3
40
12
10
15
5
5
Остальное
4
30
50
12
5
3
-
Таблица 2
Механические свойства модификатора
Состав
σ<sub>0,2</sub>, Н/мм<sup>2</sup>
Н/мм<sup>2</sup>
δ, %
KCV-<sub>60 </sub>°C, Дж/см<sup>2</sup>
Загрязненность неметаллическими включениями, балл
Оксиды
Сульфиды
Силикаты
1
500
590
28
65
1,0
0,5
0,5
2
510
595
29
62
1,5
0,7
0,5
3
520
600
28
67
1,0
0,5
0,5
4
440
545
20
35
2,0
1,5
2,0