ЛИГАТУРА ДЛЯ СТАЛИ И ЧУГУНА (ВАРИАНТЫ)
LIGATURE FOR STEEL AND CAST IRON (VERSIONS)

Изобретение относится к области металлургии. В частности, к лигатурам, применяемым для раскисления, рафинирования и модифицирования жидкого металла.
По патенту RU 2214473 известен сплав для раскисления стали, содержащий алюминий, кремний, углерод, фосфор, серу и железо, дополнительно содержащий марганец и медь при следующем соотношении массовых долей элементов, %:
Алюминий - 20-40
Кремний - 0,5-20
Марганец - 0,5-5
Углерод - 0,1-0,9
Медь - 0,2-2,0
Фосфор - 0,02-0,1
Сера - 0,02-0,1
Железо - Остальное
Недостатками известного сплава являются:
- наличие в значительном количестве кремния, углерода и меди, что ограничивает область применения известного сплава. Известный сплав не применим при производстве низкокремнистых марок стали, а также сталей, не содержащих в своем составе медь;
3
- недостаточное усвоение сталью алюминия, поскольку в известном сплаве алюминий содержится в виде алюминидов FeAl и FeAl, растворение которых проходит с поглощением тепла, что отрицательно сказывается на усвоении алюминия.
По патенту RU 2239669 известна лигатура для стали и чугуна, содержащая кальций, редкоземельные металлы, алюминий, никель и железо, дополнительно содержащая марганец и один или несколько элементов, выбранных из группы, содержащей титан, ванадий и бор, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кальций - 5-12
Редкоземельные металлы - 20-33
Алюминий - 10-25
Никель - 2-9
Марганец - 2-13
Суммарное содержание титана, ванадия и бора - не превышает 5
Железо - Остальное
Недостатками известной лигатуры являются:
- низкая степень усвоения высокоактивных элементов, обусловленная низкой плотностью известной лигатуры;
- высокая стоимость известной лигатуры;
- невысокое качество металла, получаемого в результате использования известной лигатуры, поскольку повышенное содержание в известной лигатуре кальция и редкоземельных металлов повышает загрязненность металла неметаллическими включениями, ухудшая его качество;
- известная лигатура не обеспечивает высоких механических свойств металла, поскольку повышенное содержание в ней титана влечет за собой образование в металле строчечных включений;
- плохая экологическая обстановка на рабочей площадке при использовании известной лигатуры, обусловленная высоким содержанием кальция, который при введении в металл усваивается лишь частично, а значительная его часть испаряется.
Техническим результатом заявленных вариантов изобретения является
устранение указанных недостатков, а именно:
- повышение степени усвоения активных компонентов заявленных вариантов лигатуры расплавом;
- снижение стоимости лигатуры;
- повышение качества металла, получаемого в результате использования заявленных вариантов лигатуры;
- улучшение экологической обстановки на рабочей площадке.
Технический результат достигается за счет того, что лигатура для стали и чугуна, содержащая кальций, алюминий, редкоземельные металлы, титан, ванадий, железо, согласно первому варианту изобретения дополнительно содержит магний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кальций - 0,1-6
Редкоземельные металлы - 0,2-10
Алюминий - 2-40
Ванадий - 0,1-14
Титан - 0,1-1
Магний - 0,5-12
Железо - остальное
Технический результат достигается за счет того, что лигатура для стали и чугуна, содержащая кальций, алюминий, редкоземельные металлы, титан, ванадий, железо, согласно второму варианту изобретения дополнительно содержит магний и один или несколько элементов из группы, содержащей ниобий, цирконий, барий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кальций - 0,1-6
Редкоземельные металлы - 0,2-10
Алюминий - 2-40
Ванадий - 0,1-14
Титан - 0,1-1
Магний - 0,5-12
Суммарное содержание ниобия циркония и бария - не превышает 3
Железо - остальное
Содержание в лигатуре согласно первому и второму вариантам изобретения магния менее 0,5 мас.% является недостаточным для связывания растворенного в жидкой стали кислорода, он оказывает только раскисляющее действие. Содержание магния более 12 мас.% не обеспечивает дальнейшее снижение содержания серы, не влияет на качество метала.
3
Повышение степени усвоения активных компонентов достигается содержанием в лигатуре согласно первому и второму вариантам изобретения от 60 до 70 мас.% железа, позволяет получить лигатуру плотностью 5-6,5 г/см, что способствует глубокому погружению лигатуры в жидкий металл, тем самым минимизирует контакт алюминия и активных компонентов лигатуры со шлаком, повышая, таким образом, степень их усвоения расплавом. При содержании железа менее 60 мас.% плотность лигатуры уменьшится, что приводит к снижению степени усвоения ее активных компонентов расплавом, содержание железа более 70 мас.% приведет к снижению качества лигатуры.
Повышение качества металла и снижение стоимости достигается оптимальным сочетанием активных компонентов, входящих в состав заявляемой лигатуры для стали и чугуна.
Содержание в лигатуре согласно первому и второму вариантам изобретения редкоземельных металлов менее 0,2% приводит к снижению стабильности качества металла, содержание редкоземельных металлов выше 10% существенно не влияет на качество металла, но ведет к удорожанию лигатуры. Заявляемое содержание редкоземельных металлов 0,2-10 мас.% является оптимальным для качества металла, а также существенно снижает ее стоимость.
Содержание в лигатуре согласно первому и второму вариантам изобретения алюминия менее 2 мас.% приводит к увеличению склонности чугуна к отбелу, содержание алюминия более 40 мас.% практически не влияет на степень раскисления металла, так как при применении лигатуры, имеющей утяжелитель, степень усвоения алюминия повышается в 2-3 раза.
Содержание в лигатуре согласно первому и второму вариантам изобретения ванадия 0,1 мас.% является минимально возможным для повышения прочности стали, а содержание ванадия в лигатуре более 11 мас.% ведет к удорожанию лигатуры без улучшения качества конечного продукта.
Содержание в лигатуре согласно первому и второму вариантам изобретения титана 0,1 мас.% является минимально возможным для образования жидких продуктов раскисления, что обеспечивает хорошие условия для их удаления, при содержании титана более 1 мас.% образуются строчечные включения.
Содержащиеся в лигатуре согласно второму варианту изобретения один или несколько элементов из группы - ниобий, цирконий, барий способствуют измельчению микроструктуры метала, повышению его прочности и ударной вязкости. Содержание в лигатуре одного или несколько элементов из указанной группы 0,1 мас.% является минимальным для обеспечения мелкозернистой структуры метала, при содержании ниобия более 3 мас.% в металле образуются неметаллические включения.
Лигатуру вводили в жидкий металл, который заполнял третью часть разливного ковша. Количество вводимой лигатуры по отношению к массе обрабатываемой стали составляло 0,2 мас.%, по отношению к массе чугуна составляло 0,1 мас.%.
Примеры составов предлагаемых вариантов лигатуры для стали и чугуна, а также их влияние на прочность и пластические свойства литого метала представлены в таблице 1 и 2. Из данных, приведенных в таблице 2, следует, что сталь и чугун, полученные с использованием предлагаемых вариантов лигатуры, обладают повышенными прочностью и пластическими свойствами.
в
т
3
В таблицах представлены следующие условные обозначения: σ - предел прочности (МПа), σ- предел текучести (МПа), δ - относительное удлинение %, KCU - ударная вязкость (Дж/см), РМЗ - редкоземельные металлы.
ТАБЛИЦА 1.
№ состава лигатуры
Содержание компонентов мас.%
Ca
РМЗ
Al
V
Mg
Ti
Nb
Zn
Ba
1
6
3,4
30
0,1
0,4
0,1
-
-
-
2
5,7
8,6
25
0,1
0,5
0,1
-
-
-
3
6
4
20
0,1
0,5
0.1
-
-
-
4
3
4
30
1,0
0,5
0,1
-
-
-
5
3
4
30
1,2
1,5
0,1
0,1
-
-
6
2
1
30
1,0
1,0
0,1
-
0,1
-
7
2
1
35
1,2
0,5
0,1
-
0,1
0,1
8
6
10
26,9
0,1
0,1
1,0
-
-
-
9
5
2,1
29,5
0,1
1,3
1,0
-
-
-
10
1,1
0,9
3
0,1
12
0,1
-
-
-
11
0,5
1,5
5
0,1
10
0,1
-
-
-
ТАБЛИЦА 2.
№ состава лигатуры
Прочность и пластические свойства литого метала
σ<sub>B1</sub>(МПа)
σ<sub>T1</sub>(МПа)
δ%
ψ%
KCU, Дж/см<sup>3</sup>
Сталь 35 л
1
580
340
18
31
68
2
601
350
19
30
67
3
610
359
20,5
32
71
Сталь 14Г2Ф
4
610
350
24
37
65
5
617
360
25
40
68
6
630
366
27,5
42
67
7
620
355
27
41
67
Сталь 10Х18Н9Т
8
540
291
35,1
64,1
179
9
547
290
36,3
63,9
203
Чугун С420
10
240
-
-
-
-
11
255
-
-
-
-