Модификатор для стали

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Волосатиков Виктор Игоревич Комаров Олег Сидорович Комаров Дмитрий Олегович(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) Модификатор для стали, содержащий алюминий, титан, бор, молибден и железо, отличающийся тем, что дополнительно содержит висмут при следующем соотношении компонентов, мас.алюминий 9,50-10,50 титан 2,45-2,65 бор 0,76-2,52 молибден 1,50-4,57 висмут 1,95-5,80 железо остальное. Изобретение относится к области металлургического производства, конкретно к созданию модификаторов для стали. Модифицирование стали химически активными элементами (кальций, алюминий, РЗМ),сопровождающееся ее раскислением, нашло широкое применение в практике литейного производства 1, 2. При его применении наблюдается измельчение зерна на 2-3 балла,уменьшение глубины транскристаллизации и несколько возрастают прочностные характеристики. Аналогичный эффект наблюдается и при введении в сталь карбидообразующих элементов (ванадий, бор, титан, цирконий, ниобий) 3, 4 или соединений в виде нитридов и карбонитридов 5, 6. Существует мнение, что дополнительное введение в состав модификаторов поверхностно-активных элементов (теллур, висмут, сурьма), так называемое комплексное модифицирование, должно усиливать эффективность модифицирования 7. Однако применительно к стали комплексное модифицирование не нашло широкого применения. Кроме того, остается открытым вопрос о влиянии количества карбидообразующих и поверхностно-активных элементов в составе модификатора на его эффективность. Известен комплексный модификатор, содержащий, мас.углерод 0,3-0,5 кремний 5,0-10,0 марганец 15,0-20,0 никель 5,0-10,0 азот 0,1-0,2 хром 40,0-50,0 ниобий 3,0-5,0 молибден 3,0-5,0 медь 3,0-5,0 магний 0,5-1,5 железо - остальное 8. 15497 1 2012.02.28 Недостатком данного модификатора является то, что он позволяет улучшить качество стали только за счет повышения ее механических свойств. При этом не решается проблема ликвидации транскристаллизации в отливках и слитках. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является модификатор для стали 9, имеющий следующий компонентный состав (мас. ) кремний 1,0-9,0 марганец 0,5-2,0 алюминий 2,0-5,0 углерод 2,5-4,5 бор 0,2-0,7 молибден 0,1-0,4 титан 3,0-18,0 железо остальное. Прототип обладает следующими недостатками 1. Высокое содержание кремния и марганца влияет на химический состав стали при ее выплавке, что при использовании модифицирования нежелательно. 2. Высокая температура плавления ухудшает усвоение модификатора расплавом, затрудняет разливку стали и не позволяет использовать данный модификатор, например,при ковшевом модифицировании. 3. Низкая плотность модификатора из-за присутствия в его составе кремния отрицательно влияет на его усвоение расплавом. 4. Повышенное содержание углерода, особенно в присутствии бора и титана, способствует развитию хрупкости в литой стали в результате образования борсодержащей эвтектики. Задача, решаемая изобретением, заключается в расширении технологических возможностей модификатора, повышении эффективности модифицирования расплава за счет введения дополнительного поверхностно-активного элемента, приводящего к уменьшению транскристаллизации и измельчению зерна. Поставленная задача достигается тем, что модификатор для стали, содержащий алюминий, титан, бор, молибден и железо, дополнительно содержит висмут при следующем соотношении компонентов, мас.алюминий 9,50-10,50 титан 2,45-2,65 бор 0,76-2,52 молибден 1,50-4,57 висмут 1,95-5,80 железо остальное. Отличительной особенностью предлагаемого модификатора является то, что предложенное соотношение содержания бора, молибдена и висмута обеспечивает комплексное влияние на формирование макро- и микроструктуры литой стали. При этом повышается эффективность модифицирования за счет введения дополнительного поверхностно-активного элемента. Увеличение либо уменьшение количества вводимых элементов приводит к снижению модифицирующего эффекта, не устраняет транскристаллизацию и не измельчает зерно. Для проверки эффективности предлагаемого модификатора его вводили в расплав стали, из которой отливали слитки и исследовали их макро- и микроструктуру. Одновременно были изготовлены слитки из стали, модифицированной добавкой, выбранной в качестве прототипа. Эксперименты проводили на стали, содержащей ( по массе) 0,25 углерод, 0,4 кремний, 0,55 марганец, 0,27 хром. Плавку осуществляли в печи ИСТ 0,4 с кислой футеровкой по стандартной методике. 2 15497 1 2012.02.28 В качестве модификатора, который вводили под струю при заполнении ковша, использовали модификатор, выбранный в качестве прототипа, и смесь, содержащую химически активные компоненты алюминий, титан, карбидообразующие бор, молибден, железо и поверхностно-активный . Металл заливали в кокиль, окрашенный дистенсилиманитовой краской с толщиной слоя около 0,5 мм. Толщина стенок кокиля - 25 мм, высота - 125 мм, внутренняя полость 5050 мм. Сверху на кокиль устанавливали чашу из стержневой смеси, объем которой равен объему внутренней полости кокиля. Полученные стальные слитки разрезали на половине высоты и после глубокого травления в смеси кислот исследовали их макроструктуру, измеряли соотношение площади поверхности, занятой зоной столбчатых (транскристаллитных) и равноосных кристаллов. Для изучения микроструктуры на половине высоты вырезали образцы размерами 1015 мм и длиной 25 мм и определяли номер зерна в зонах столбчатых (транскристаллитных) и равноосных кристаллов. Результаты исследований приведены в табл. 1 и 2. Таблица 1 Компонентный состав предлагаемого модификатора Компоненты модификатора, мас.опыта 1 10,50 2,45 0,76 3,00 3,90 79,39 2 10,00 2,55 1,52 3,00 3,90 79,03 3 10,00 2,55 1,52 1,50 1,95 82,48 4 9,50 2,65 2,52 3,00 3,90 78,43 5 10,00 2,55 1,52 4,57 5,80 75,38 Таблица 2 Макро- и микроструктурные показатели стали, модифицированной предлагаемым модификатором и модификатором, выбранным в качестве прототипа Площадь зоны столбчатыхзерна зоны столбчатыхзерна зоныопыта(транскристаллитных) равноосных крикристаллов,кристаллов, ед. сталлов, ед. 1 77,9 3 4-5 2 16,3 4 5-6 3 0 4 4-6 4 73,9 2 3-4 5 83,9 3 4-5 Прототип 89,1 1 2-3 Из анализа результатов, приведенных в табл. 1 и 2, следует, что предлагаемый состав модификатора является наиболее эффективным, так как позволяет получить литую сталь с наилучшим сочетанием макро- и микроструктурных показателей, при этом состав модификатора выбирается в зависимости от приоритета уменьшения транскристаллизации или измельчения зерна. Источники информации 1. Андреев И.Д., Афонаскин А.В., Бажова Г.Ю., Дородный В.Д. Влияние технологических параметров модифицирования комплексными модификаторами на свойства отливок. 15497 1 2012.02.28 2. Муб Л.Г., Макаров В.В., Лялин О.П., Усманов Р.Г. Десульфурация стали 25 л с помощью комплексных модификаторов с РЗМ // Литейное производство. -3. - 2003. С. 31-32. 3. Горелов В.Г., Романенко Д.Г., Демидова Е.И. Макролегирование кислой стали с использованием ванадийсодержащих отходов // Литейное производство. -2. - 2002. - С. 9. 4. Бор, кальций, ниобий и цирконий в чугуне и стали / Под ред. С.М.Винарова. - М. Металлургия, 1961. - 458 с. 4. Еремин Е.Н. Закономерности комплексного модифицирования литого электрошлакового металла // Анализ и синтез механических систем. - Омск Из-во ОмГТУ, 1998. С. 131-134. 5. Комшуков В.П., Фойгт Д.Б., Черепанов А.Н., Амелин А.В. Модифицирование непрерывнолитой стали нанопорошками тугоплавких соединений // Сталь. -4. 2009. - С. 65-68. 6. Давыдов И.В. Технология наномодифицирования доменных и ваграночных чугунов// Заготовительное производство. - 2005. -2. - С. 3-9. 7. Щепочкина Ю.А. Комплексный модификатор для стали Патент 2319775, МПК 22 35/00, опубл. 2008.03.20. 8. Затуловский С.М., Песковский С.М., Сагура А.Н., Касьянов И.М., Бойченко И.К. Модификатор для стали А.с. СССР 1216235, МПК 22 35/00. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4