RU2375486C1 - Alloy for steel microalloying by boron - Google Patents
Alloy for steel microalloying by boron Download PDFInfo
- Publication number
- RU2375486C1 RU2375486C1 RU2008147635/02A RU2008147635A RU2375486C1 RU 2375486 C1 RU2375486 C1 RU 2375486C1 RU 2008147635/02 A RU2008147635/02 A RU 2008147635/02A RU 2008147635 A RU2008147635 A RU 2008147635A RU 2375486 C1 RU2375486 C1 RU 2375486C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- boron
- titanium
- steel
- metal
- alloy
- Prior art date
Links
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 98
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 97
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 42
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 36
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 46
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 27
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 44
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 44
- 238000005275 alloying Methods 0.000 abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000161 steel melt Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 9
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 6
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 238000006396 nitration reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 4
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001200 Ferrotitanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000712 Boron steel Inorganic materials 0.000 description 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 2
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical group 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- -1 titanium Chemical compound 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к лигатурам для микролегирования стали бором.The invention relates to the field of ferrous metallurgy, and in particular to ligatures for microalloying steel with boron.
Стали, микролегированные бором, нашли широкое применение в различных областях промышленности: машиностроении, строительстве, производстве труб и др. Концентрация бора в подобных сталях находится в пределах 0,001-0,005%. Однако даже при столь малом содержании он оказывает существенное влияние на свойства стали. Одним из основных качеств бора является его способность резко повышать прокаливаемость стали. Такое влияние бора на прокаливаемость стали основано на его способности эффективно тормозить превращение аустенита в феррит, способствуя образованию более твердых фаз - бейнита и мартенсита. Растворенный в металлической матрице бор концентрируется в тонких приграничных слоях зерен аустенита, делая структуру границ зерен более совершенной. Как известно, центры рекристаллизации в первую очередь образуются по границам зерен. Таким образом, растворенный в матрице бор увеличивает инкубационный период зарождения новой фазы, снижает температуру начала образования феррита, в результате подавляя распад аустенита по диффузионному принципу.Steels microalloyed with boron are widely used in various fields of industry: engineering, construction, pipe production, etc. The concentration of boron in such steels is in the range of 0.001-0.005%. However, even with such a low content, it has a significant effect on the properties of steel. One of the main qualities of boron is its ability to sharply increase the hardenability of steel. This effect of boron on the hardenability of steel is based on its ability to effectively inhibit the conversion of austenite to ferrite, contributing to the formation of more solid phases - bainite and martensite. Boron dissolved in a metal matrix is concentrated in thin boundary layers of austenite grains, making the grain boundary structure more perfect. As is known, recrystallization centers are primarily formed along grain boundaries. Thus, boron dissolved in the matrix increases the incubation period of the nucleation of a new phase, reduces the temperature of the onset of ferrite formation, as a result of suppressing the decomposition of austenite according to the diffusion principle.
Бор - исключительно активный и реакционноспособный элемент, легко окисляется и связывается в нитрид даже крайне малыми остаточными концентрациями кислорода и азота в металле. Поэтому основная задача при борном микролегировании - предотвратить окисление и азотирование бора и получить в металле требуемое количество растворенного бора, повышающего прокаливаемость стали. Исключительная активность бора в стальном расплаве требует соблюдения особых мер при выплавке борсодержащей стали. Для предотвращения окисления и нитрирования бора проводят предварительную обработку металла сильными раскисляющими и деазотирующими элементами. На завершающем этапе осуществляют легирование борсодержащим сплавом, задавая его в металл в виде кусков, брикетов, гранул или в составе порошковой проволоки. Однако даже при такой продолжительной и непростой технологии выплавки далеко не всегда удается получить в металле малое количество растворенного бора в узких концентрационных пределах. Кроме того, такая технология требует строго соблюдения жесткого регламента выплавки борсодержащей стали.Boron is an extremely active and reactive element, it is easily oxidized and bound to nitride even by extremely low residual concentrations of oxygen and nitrogen in the metal. Therefore, the main task in boron microalloying is to prevent the oxidation and nitriding of boron and to obtain the required amount of dissolved boron in the metal, which increases the hardenability of steel. The exceptional activity of boron in the steel melt requires the observance of special measures in the smelting of boron-containing steel. To prevent oxidation and nitration of boron, metal is pretreated with strong deoxidizing and deazotizing elements. At the final stage, alloying with a boron-containing alloy is carried out, setting it into metal in the form of pieces, briquettes, granules or in the composition of flux-cored wire. However, even with such a long and complicated smelting technology, it is far from always possible to obtain a small amount of dissolved boron in a metal within narrow concentration limits. In addition, this technology requires strict adherence to strict regulations for the smelting of boron-containing steel.
Наиболее распространенным сплавом, используемым для выплавки сталей, микролегированных бором, является ферробор - сплав на основе железа, содержащий 15-20% бора. К достоинствам ферробора следует отнести его относительную дешевизну при высокой концентрации бора в сплаве. Однако на практике получить заданное содержание бора в металле с помощью ферробора довольно сложно. Как уже отмечалось выше, бор имеет высокое химическое сродство к кислороду и азоту, и, будучи введенный в расплав, он активно взаимодействует даже с очень малыми, остаточными концентрациями растворенных в металле кислородом и азотом (Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л., Лаппо С.И. Борсодержащие стали и сплавы. - М.: Металлургия, 1986, с.72-73).The most common alloy used for smelting steels microalloyed with boron is ferroboron - an alloy based on iron containing 15-20% boron. The advantages of ferroboron include its relative cheapness with a high concentration of boron in the alloy. However, in practice, it is rather difficult to obtain a given boron content in a metal using ferroboron. As noted above, boron has a high chemical affinity for oxygen and nitrogen, and, being introduced into the melt, it actively interacts even with very small, residual concentrations of oxygen and nitrogen dissolved in the metal (Lyakishev N.P., Pliner Yu.L. , Lappo S.I. Boron-containing steels and alloys. - M .: Metallurgy, 1986, p. 72-73).
Более эффективны в применении комплексные борсодержащие сплавы, одновременно включающие сильные раскислящие и деазотирующие элементы, которые предотвращают окисление и нитрирование бора. Известен комплексный борсодержащий легирующий сплав «Грэйнал» (Grainal). Состав традиционного сплава Грэйнал (марка Grainal 79) следующий, мас.%: бор 0,5-0,7; титан 15-25%; алюминий 12,5-14,0; кремний 19,5-21,0%; цирконий 3,25-4,0%; железо - остальное. Такой материал обеспечивает стабильное усвоение бора сталью. Однако из-за низкой концентрации бора в сплаве расход его значителен. Учитывая высокую стоимость, использование такого сплава зачастую становится экономически невогодным (Теория и технология производства ферросплавов. Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. - М.: Металлургия, 1988, с 479-484).Complex boron-containing alloys, which simultaneously include strong deoxidizing and de-nitriding elements that prevent oxidation and nitration of boron, are more effective in application. Known complex boron-containing alloy alloy "Grain" (Grainal). The composition of the traditional Grain alloy (Grainal 79 grade) is as follows, wt.%: Boron 0.5-0.7; titanium 15-25%; aluminum 12.5-14.0; silicon 19.5-21.0%; zirconium 3.25-4.0%; iron is the rest. Such material provides stable absorption of boron by steel. However, due to the low concentration of boron in the alloy, its consumption is significant. Given the high cost, the use of such an alloy often becomes economically weatherproof (Theory and technology for the production of ferroalloys. Gasik M.I., Lyakishev N.P., Emlin B.I. - M .: Metallurgy, 1988, 479-484).
Другим известным комплексным борсодержащим материалом является модификатор для стали (А.С. СССР №1216235, опубл. 07.03.86, БИ №9), содержащий, мас.%:Another well-known complex boron-containing material is a modifier for steel (AS USSR No. 1216235, publ. 07.03.86, BI No. 9), containing, wt.%:
Исходя из химического состава представляется возможным использование такого модификатора для микролегирования стали бором. Однако низкая концентрация бора и других легирующих элементов приводит к значительному расходу сплава. Повышенная концентрация углерода в модификаторе делает затруднительным его использование для микролегирования низкоуглеродистых борсодержащих сталей.Based on the chemical composition, it seems possible to use such a modifier for microalloying steel with boron. However, a low concentration of boron and other alloying elements leads to a significant consumption of the alloy. The increased concentration of carbon in the modifier makes it difficult to use it for microalloying low-carbon boron steels.
Известна бористая легирующая добавка для непрерывной разливки мелкозернистой бористой стали (пат. США №4233065, зарегистр. 11.11.80), содержащая, мас.%:Known boron alloying additive for continuous casting of fine-grained boron steel (US Pat. US No. 4233065, registry. 11.11.80), containing, wt.%:
По мнению авторов, легирующая добавка делает возможным непрерывную разливку бористой стали без опасности закупорки сталеразливочного отверстия. Дело в том, что к закупорке сталеразливочного стакана приводит отложение на его стенках оксидных соединений алюминия, чрезмерно присутствующих в металле. Указанная легирующая добавка практически не содержит в своем составе алюминия. С целью повышения раскисляющей способности, добавка включает кремний и кальций. Однако высокая концентрация кремния приводит к чрезмерному загрязнению металла силикатными включениями. Такие включения плохо удаляются из металла, снижая его качество. Низкая концентрация бора требует значительного расхода бористой добавки.According to the authors, the alloying additive makes it possible to continuously cast boron steel without the risk of clogging the steel pouring hole. The fact is that clogging of the steel pouring glass results in the deposition on its walls of aluminum oxide compounds that are excessively present in the metal. The specified dopant practically does not contain aluminum. In order to increase the deoxidizing ability, the additive includes silicon and calcium. However, a high concentration of silicon leads to excessive contamination of the metal with silicate inclusions. Such inclusions are poorly removed from the metal, reducing its quality. A low concentration of boron requires a significant consumption of boron additives.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по достигаемому результату является лигатура (А.С. СССР №532 652, опубл. 25.10.76, БИ №39), содержащая, мас.%:Closest to the claimed invention according to the achieved result is a ligature (AS USSR No. 532 652, publ. 25.10.76, BI No. 39), containing, wt.%:
Прототип предлагаемого изобретения одновременно содержит сильные раскисляющие и нитридообразующие элементы, повышающие усвоение бора металлом. Однако повышенная концентрация бора в лигатуре требует дополнительной обработки стального расплава деазотирующими элементами для максимального усвоения бора металлом. Авторы такую лигатуру в виде кусков 3-20 мм использовали для легирования стали из расчета введения 0,7% Ti и 0,1% В. При этом усвоение бора металлом составило 85,0%, титана - 80,0%. Следует отметить, что для достижения заданной концентрации титана в металле (0,7%) требовалось дополнительное легирование металла ферротитаном.The prototype of the invention simultaneously contains strong deoxidizing and nitride-forming elements that enhance the absorption of boron by metal. However, an increased concentration of boron in the ligature requires additional processing of the steel melt with deazotizing elements to maximize the absorption of boron by the metal. The authors used this ligature in the form of pieces of 3-20 mm for alloying steel based on the introduction of 0.7% Ti and 0.1% B. In this case, the assimilation of boron by the metal was 85.0%, titanium - 80.0%. It should be noted that to achieve a given concentration of titanium in the metal (0.7%), additional alloying of the metal with ferrotitanium was required.
В предлагаемом изобретении ставится задача создания новой лигатуры для микролегирования стали бором, которая при минимальном расходе обеспечивала бы стабильное получение в металле малых количеств растворенного бора, в узких концентрационных пределах, без дополнительной обработки расплава деазотирующими элементами.In the present invention, the task is to create a new ligature for microalloying steel with boron, which at a minimum flow rate would ensure the stable production of small amounts of dissolved boron in the metal, within narrow concentration limits, without additional processing of the melt with deazotizing elements.
Поставленная задача решается тем, что предлагается лигатура, включающая титан, бор, алюминий, кремний, углерод, железо, в которой компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:The problem is solved in that a ligature is proposed, including titanium, boron, aluminum, silicon, carbon, iron, in which the components are taken in the following ratio, wt.%:
при этом суммарное количество алюминия и кремния составляет от 2 до 40%, а отношение титана к бору находится в пределах от 5:1 до 50:1.the total amount of aluminum and silicon is from 2 to 40%, and the ratio of titanium to boron is in the range from 5: 1 to 50: 1.
Содержание в лигатуре бора менее 0,5% является нецелесообразным, так как это приводит к большому расходу сплава даже при необходимости введения малого количества бора в металл (микролегирования). Многочисленными опытами установлено, что количество бора в сплаве должно быть не более 5,9%. При более высокой концентрации имеет место низкое и нестабильное усвоение бора сталью. В свою очередь, для более равномерного распределения малого количества бора в металле необходимо использовать легирующие сплавы с более низкой концентрацией бора.A boron ligature content of less than 0.5% is impractical, since this leads to a large consumption of the alloy even if it is necessary to introduce a small amount of boron into the metal (microalloying). Numerous experiments have established that the amount of boron in the alloy should be no more than 5.9%. At higher concentrations, there is a low and unstable absorption of boron by steel. In turn, for a more uniform distribution of a small amount of boron in the metal, it is necessary to use alloys with a lower concentration of boron.
Концентрация бора в лигатуре в пределах 0,5-5,9% обеспечивает его высокое усвоение сталью без дополнительной обработки расплава деазатирующими элементами и позволяет стабильно получать в металле малые концентрации растворенного бора, в узких концентрационных пределах, при минимальном расходе легирующего сплава.The concentration of boron in the ligature in the range of 0.5-5.9% ensures its high absorption by steel without additional processing of the melt with deasating elements and allows stably to obtain low concentrations of dissolved boron in the metal, within narrow concentration limits, with a minimum alloy alloy consumption.
Титан вводится в состав лигатуры для защиты бора от азотирования. Среди легирующих элементов стали большим химическим сродством к азоту по сравнению с бором обладают цирконий и титан. Использование циркония нецелесообразно, во-первых, из-за дороговизны, а, во-вторых, для одинаковой степени деазотации стали циркония требуется в 1,9 раз больше, чем титана. Кроме того, во многих борсодержащих сталях регламентируется содержание титана, в то время как цирконий в их составе отсутствует. Концентрация азота в стали зависит от множества факторов: типа сталеплавильного агрегата, состава шихтовых материалов, условий выплавки и пр. Наиболее распространенными агрегатами для выплавки борсодержащих сталей являются кислородный конвертер и дуговая электропечь. При выпуске стали из этих агрегатов традиционно предельные концентрация азота в металле составляют от 0,003 до 0,012%. Исходя из стехиометрического атомного соотношения титана к азоту, равного 3,4, минимальная концентрация титана, необходимая для нейтрализации остаточного азота в стали, должна составлять 0,010-0,041%. Однако, как показали исследования, для полной деазотации стали концентрация вводимого титана должна быть больше. В действительности, часть титана будет участвовать в раскислении расплава. Многочисленными опытами было установлено, что в зависимости от концентрации азота в металле, суммарного количества кремния и алюминия в сплаве и отношения в нем титана к бору концентрация титана в предлагаемой лигатуре должна составлять от 30 до 70%. Содержание в лигатуре титана менее 30% не обеспечивает полной деазотации стали, что приводит к нитрированию бора и уменьшению доли бора, растворенного в металлической матрице. Концентрация в сплаве титана более 70% является нецелесообразной, так как титан - весьма дорогостоящий элемент, главная его технологическая роль в составе лигатуры служить деадозатором, предотвращая азотирование бора. При более высокой концентрации титана в сплаве значительная его часть будет окисляться, что экономически невыгодно.Titanium is introduced into the ligature to protect boron from nitriding. Among alloying elements, zirconium and titanium have a greater chemical affinity for nitrogen compared to boron. The use of zirconium is impractical, firstly, due to the high cost, and, secondly, for the same degree of deazotation of zirconium steel, 1.9 times more than titanium is required. In addition, the content of titanium is regulated in many boron-containing steels, while zirconium is absent in their composition. The nitrogen concentration in steel depends on many factors: the type of steelmaking unit, the composition of the charge materials, smelting conditions, etc. The most common units for smelting boron-containing steels are an oxygen converter and an electric arc furnace. With the release of steel from these units, traditionally the limiting concentration of nitrogen in the metal is from 0.003 to 0.012%. Based on the stoichiometric atomic ratio of titanium to nitrogen equal to 3.4, the minimum concentration of titanium necessary to neutralize the residual nitrogen in the steel should be 0.010-0.041%. However, studies have shown that for complete steel deazotation, the concentration of titanium introduced must be greater. In fact, part of the titanium will be involved in the deoxidation of the melt. Numerous experiments have found that, depending on the concentration of nitrogen in the metal, the total amount of silicon and aluminum in the alloy and the ratio of titanium to boron in it, the titanium concentration in the proposed ligature should be from 30 to 70%. The content of titanium in the ligature of less than 30% does not ensure complete deazotation of steel, which leads to nitration of boron and a decrease in the proportion of boron dissolved in the metal matrix. A concentration in the titanium alloy of more than 70% is impractical, since titanium is a very expensive element, its main technological role in the composition of the ligature is to serve as a deadoser, preventing boron nitriding. At a higher concentration of titanium in the alloy, a significant part of it will be oxidized, which is economically disadvantageous.
Непременным условием для достижения заданного технического эффекта изобретения является строгое соблюдение отношения в сплаве количества титана к количеству бора. Для стабильного получения в металле малых количеств растворенного бора в узких концентрационных пределах отношение титана к бору должно составлять от 5:1 до 50:1. При отношении в сплаве титана к бору менее 5:1 количества титана будет недостаточным для «защиты» бора от нитрирования, даже при минимальной концентрации азота в металле. Отношение титана к бору более 50:1 приводит к значительному перерасходу сплава. Отношение в лигатуре количества титана к количеству бора в пределах от 5:1 до 50:1 обеспечивает минимальный расход легирующего материала и не требует дополнительной обработки стального расплава деазотирующими элементами. При этом, как показали исследования, наиболее эффективно отношение в лигатуре титана к бору от 6:1 до 24:1. Наилучшие показатели были достигнуты при отношении в лигатуре титана к бору 15:1.An indispensable condition for achieving the desired technical effect of the invention is the strict observance of the ratio in the alloy of the amount of titanium to the amount of boron. For stable production of small amounts of dissolved boron in a metal within narrow concentration limits, the ratio of titanium to boron should be from 5: 1 to 50: 1. If the ratio of titanium to boron in the alloy is less than 5: 1, the amount of titanium will be insufficient to “protect” the boron from nitration, even with a minimum concentration of nitrogen in the metal. The ratio of titanium to boron of more than 50: 1 leads to a significant overspending of the alloy. The ratio in the ligature of the amount of titanium to the amount of boron in the range from 5: 1 to 50: 1 ensures a minimum consumption of alloying material and does not require additional processing of the steel melt with deazotizing elements. At the same time, studies have shown that the most effective ratio in the titanium ligature to boron is from 6: 1 to 24: 1. The best performance was achieved with a ratio of 15: 1 in titanium to boron ligature.
Бор, как и титан, имеет высокое химическое сродство к кислороду, поэтому для предотвращения их окисления, лигатура содержит сильные раскисляющие элементы - алюминий и кремний. Обладая высоким химическим сродством к кислороду, алюминий и кремний активно взаимодействуют в металле с растворенным кислородом, предотвращая окисление бора и титана.Boron, like titanium, has a high chemical affinity for oxygen, therefore, to prevent their oxidation, the ligature contains strong deoxidizing elements - aluminum and silicon. Having a high chemical affinity for oxygen, aluminum and silicon actively interact with dissolved oxygen in the metal, preventing the oxidation of boron and titanium.
Алюминий является одним из самых сильных раскисляющих элементов стали. Нижний концентрационный предел алюминия в сплаве 0,1% соответствует минимальному количеству, при котором начинает проявляться его раскисляющая способность. Верхний концентрационный предел алюминия в лигатуре ограничен 25%. При более высокой его концентрации в металле образуется повышенная концентрация оксида алюминия, который ухудшает качество металла, снижая его физически механические свойства и качество поверхности отливки. Кроме того, повышенная концентрация окиси алюминия в металле может привести к закупориванию (зарастанию) сталеразливочного стакана из-за отложения корунда на его стенках.Aluminum is one of the strongest deoxidizing elements in steel. The lower concentration limit of aluminum in the alloy of 0.1% corresponds to the minimum amount at which its deoxidizing ability begins to appear. The upper concentration limit of aluminum in the ligature is limited to 25%. At its higher concentration in the metal, an increased concentration of aluminum oxide is formed, which degrades the quality of the metal, reducing its physical and mechanical properties and the quality of the surface of the casting. In addition, an increased concentration of aluminum oxide in the metal can lead to clogging (overgrowing) of the steel pouring glass due to the deposition of corundum on its walls.
Кремний широко используется при выплавке стали для ее раскисления и легирования, его содержание регламентируется во многих борсодержащих сталях. Нижний концентрационный предел кремния в сплаве 0,2% соответствует минимальному количеству, при котором начинает проявляться его раскисляющая способность. Такое количество кремния в сплаве необходимо при строгом ограничении кремния в металле. Верхний концентрационный предел кремния ограничен 25%, более высокое его содержание приводит к чрезмерному загрязнению металла силикатными включениями. Такие включения трудно удаляются из металла, ухудшая его качество.Silicon is widely used in steelmaking for its deoxidation and alloying; its content is regulated in many boron-containing steels. The lower concentration limit of silicon in the alloy of 0.2% corresponds to the minimum amount at which its deoxidizing ability begins to appear. Such an amount of silicon in the alloy is necessary with strict restriction of silicon in the metal. The upper concentration limit of silicon is limited to 25%, its higher content leads to excessive contamination of the metal with silicate inclusions. Such inclusions are difficult to remove from the metal, impairing its quality.
В сравнении с бором, кремний лишь немного превосходит его в раскисляющей способности. Поэтому для предотвращения окисления бора целесообразно иметь в составе более сильный раскислитель - алюминий. Наиболее эффективно для повышения раскисляющей способности использовать сочетание алюминия и кремния. Экспериментально установлено, что в зависимости от степени раскисленности металла и концентрации в лигатуре бора и титана, суммарное количество алюминия и кремния в сплаве должно составлять от 2 до 40%. Суммарное содержание в сплаве алюминия и кремния менее 2% недостаточно для нейтрализации остаточного кислорода в металле даже при достаточно высокой раскисленности расплава ([О]<0,001%). Содержание в сплаве алюминия и кремния более 40% нецелесообразно, так как это приводит к большому расходу легирующего материала из-за снижения в нем доли бора и титана. Экспериментально установлено, что оптимальной является суммарная концентрация алюминия и кремния в лигатуре от 10 до 30%.In comparison with boron, silicon is only slightly superior to its deoxidizing ability. Therefore, to prevent the oxidation of boron, it is advisable to have a stronger deoxidizer in its composition - aluminum. It is most effective to use a combination of aluminum and silicon to increase the deoxidizing ability. It was experimentally established that, depending on the degree of deoxidation of the metal and the concentration in the ligature of boron and titanium, the total amount of aluminum and silicon in the alloy should be from 2 to 40%. The total content of aluminum and silicon alloy of less than 2% is not enough to neutralize the residual oxygen in the metal even with a sufficiently high deoxidation of the melt ([O] <0.001%). A content of more than 40% in an aluminum and silicon alloy is impractical, since this leads to a large consumption of alloying material due to a decrease in the proportion of boron and titanium in it. It was experimentally established that the optimum concentration of aluminum and silicon in the ligature is from 10 to 30%.
Дополнительно для предотвращения окисления бора и титана лигатура содержит кальций в количестве от 0,1 до 20%. Кальций, являясь одним из самых сильных раскисляющих элементов стали, эффективно снижает концентрацию активного кислорода в сталеплавильной ванне даже при небольшом его добавлении. Кроме того, кальций обладает способностью улучшать качество металла модифицированием неметаллических включений и удалением из металла серы путем образованием сульфида - CaS. Нижний концентрационный предел кальция в сплаве 0,1% соответствует минимальному количеству, при котором начинает проявляться его раскисляющая способность. При концентрации кальция в лигатуре более 20% возможно образование в металле повышенного количества легкоплавкой окиси кальция, которая может вызывать горячеломкость стали.Additionally, to prevent oxidation of boron and titanium, the ligature contains calcium in an amount of from 0.1 to 20%. Calcium, being one of the strongest deoxidizing elements of steel, effectively reduces the concentration of active oxygen in the steel bath even with a small addition. In addition, calcium has the ability to improve the quality of the metal by modifying non-metallic inclusions and removing sulfur from the metal by forming sulfide - CaS. The lower concentration limit of calcium in the alloy of 0.1% corresponds to the minimum amount at which its deoxidizing ability begins to appear. When the concentration of calcium in the ligature is more than 20%, an increased amount of low-melting calcium oxide in the metal is possible, which can cause the steel to become hot.
Углерод является неизбежной примесью, которая привносится в состав лигатуры в основном из шихтовых материалов.. По содержанию углерода сортамент сталей, микролегированных бором, представлен различными марками - от низко до высокоуглеродистых. При микролегировании низкоуглеродистых сталей необходимо, чтобы концентрация углерода в легирующем сплаве была минимальной. Опытным путем определено, что для предотвращения заметного науглероживания металла необходимо, чтобы концентрация углерода в лигатуре не превышала 2,0%.Carbon is an inevitable impurity, which is introduced into the composition of the ligature mainly from charge materials .. According to the carbon content, the assortment of steels microalloyed with boron is represented by various grades - from low to high carbon. When microalloying low-carbon steels, it is necessary that the carbon concentration in the alloy alloy be minimal. It was experimentally determined that to prevent noticeable carburization of the metal, it is necessary that the carbon concentration in the ligature does not exceed 2.0%.
Предлагаемая лигатура может быть получена на существующем оборудовании различными способами: металлотермическим сплавлением, технологическим горением и др. Сырьем для ее получения могут служить оксиды, чистые металлы и неметаллы, стандартные ферросплавы и другие соединения.The proposed ligature can be obtained on existing equipment in various ways: metallothermal alloying, technological combustion, etc. Oxides, pure metals and nonmetals, standard ferroalloys, and other compounds can serve as raw materials for its preparation.
Примеры осуществления изобретения представлены в таблице. Новая лигатура была испытана при выплавке стали 40Г1Р, используемой для изготовления узлов гусениц тракторов. Для проведения опытных плавок использовали лигатуру трех составов - I, II и IV (табл.). На каждый состав лигатуры было проведено по две опытные плавки. Сталь выплавлясь в 180 т дуговой электропечи, легирующий сплав задавался в ковш под струю металла, при выпуске плавки из расчета введения 0,002% бора. Причем по традиционной технологии легирование металла титаном и бором осуществляют с помощью стандартных ферросплавов - ферробора и ферротитана, которые добавляют в металл аналогично новой лигатуре, из расчета введения 0,04% титана и 0,002% бора. Усвоение сталью титана и бора в сравнении с традиционной технологией и лигатурой-прототипом представлены в таблице. Таким образом, применение новой лигатуры позволяет достигать стабильно высокого усвоения бора металлом при минимальном расходе легирующего сплава и без необходимости дополнительной обработки расплава деазотирующими элементами.Examples of the invention are presented in the table. The new ligature was tested in the smelting of 40G1R steel used for the manufacture of tractor track assemblies. For experimental swimming trunks, a ligature of three compositions was used - I, II, and IV (table). Two experimental swimming trunks were carried out for each composition of the ligature. Steel was smelted in 180 tons of an electric arc furnace, the alloy alloy was set into a ladle under a stream of metal, with the release of melting at the rate of introducing 0.002% boron. Moreover, according to the traditional technology, the metal is alloyed with titanium and boron using standard ferroalloys - ferroboron and ferrotitanium, which are added to the metal similarly to the new ligature, based on the introduction of 0.04% titanium and 0.002% boron. The absorption of titanium and boron by steel in comparison with traditional technology and the prototype ligature are presented in the table. Thus, the use of the new ligature allows you to achieve a consistently high assimilation of boron by the metal with a minimum consumption of alloying alloy and without the need for additional processing of the melt with deazotizing elements.
Claims (5)
при этом суммарное количество алюминия и кремния составляет от 2 до 40 мас.%, а массовое отношение титана к бору находится в пределах от 5:1 до 50:1.1. Ligature for microalloying steel with boron, containing titanium, boron, aluminum, silicon, carbon, iron, characterized in that it contains components in the following ratio, wt.%:
the total amount of aluminum and silicon is from 2 to 40 wt.%, and the mass ratio of titanium to boron is in the range from 5: 1 to 50: 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008147635/02A RU2375486C1 (en) | 2008-12-02 | 2008-12-02 | Alloy for steel microalloying by boron |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008147635/02A RU2375486C1 (en) | 2008-12-02 | 2008-12-02 | Alloy for steel microalloying by boron |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2375486C1 true RU2375486C1 (en) | 2009-12-10 |
Family
ID=41489599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008147635/02A RU2375486C1 (en) | 2008-12-02 | 2008-12-02 | Alloy for steel microalloying by boron |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2375486C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2483134C2 (en) * | 2011-09-01 | 2013-05-27 | Иван Васильевич Рябчиков | Alloy of out-of-furnace production of steel and iron and blend to this end |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3383202A (en) * | 1966-01-19 | 1968-05-14 | Foote Mineral Co | Grain refining alloy |
| US4233065A (en) * | 1978-12-08 | 1980-11-11 | Foote Mineral Company | Effective boron alloying additive for continuous casting fine grain boron steels |
-
2008
- 2008-12-02 RU RU2008147635/02A patent/RU2375486C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3383202A (en) * | 1966-01-19 | 1968-05-14 | Foote Mineral Co | Grain refining alloy |
| US4233065A (en) * | 1978-12-08 | 1980-11-11 | Foote Mineral Company | Effective boron alloying additive for continuous casting fine grain boron steels |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2483134C2 (en) * | 2011-09-01 | 2013-05-27 | Иван Васильевич Рябчиков | Alloy of out-of-furnace production of steel and iron and blend to this end |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110373607B (en) | High-temperature carburized steel, high-temperature carburized steel component and preparation method thereof | |
| WO2006068487A1 (en) | Modifying agents for cast iron | |
| RU2375486C1 (en) | Alloy for steel microalloying by boron | |
| RU2219249C1 (en) | Off-furnace steel treatment in ladle | |
| RU2233339C1 (en) | Method of making steel | |
| JP2020164924A (en) | High-purity ferritic stainless steel and high-purity ferritic stainless steel slabs | |
| US3977868A (en) | Nitrogen containing additive for strengthening cast iron | |
| RU2262549C1 (en) | Medium-carbon steel with elevated cutting ability | |
| RU2394107C2 (en) | Procedure for alloying steel with nitrogen | |
| RU2252265C1 (en) | Exothermic mixture for steel deoxidation, refining, inoculation and alloying | |
| SU1721115A1 (en) | Steel | |
| RU2563400C1 (en) | Method of steel microalloying by boron | |
| RU2382086C1 (en) | Manufacturing method of boron steel | |
| RU2385948C2 (en) | Method of receiving of stainless austenitic steel | |
| SU1742350A1 (en) | Steel | |
| RU2334796C1 (en) | Method of steel production | |
| RU2484173C1 (en) | Automatic plumbous steel | |
| RU2482210C1 (en) | Alloy for alloying of steel with titanium | |
| RU2247155C1 (en) | Briquette used in manufacture of cast iron | |
| SU1731854A1 (en) | Alloy for deoxidizing and alloying of steel | |
| SU1705390A1 (en) | Alloying additive for steel | |
| SU1036787A1 (en) | Cast iron | |
| RU2375463C2 (en) | Wire for out-of-furnace treatment of metallurgical melts | |
| JPH07188850A (en) | Graphite free-cutting steel with excellent machinability | |
| SU1479545A1 (en) | Reinforcement steel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20210611 |