Розкислювач-модифікатор для обробки сталей та сплавів

Розкислювач-модифікатор для обробки сталей та сплавів, що містить стружку алюмінієвих сплавів та відходи залізовуглецевих сплавів, який відрізняється тим, що додатково містить стружку титанових сплавів і вапно, у такому співвідношенні, мас. %: стружка алюмінієвих сплавів 25-35 стружка титанових сплавів 5-17 вапно 5-17 відходи залізовуглецевих сплавів решта. (19) (21) a200900952 (22) 09.02.2009 (24) 10.08.2010 (46) 10.08.2010, Бюл.№ 15, 2010 р. (72) ШАПОВАЛОВА ОКСАНА МИХАЙЛІВНА, ШАПОВАЛОВ ВІКТОР ПЕТРОВИЧ, ШАПОВАЛОВ ОЛЕКСІЙ ВІКТОРОВИЧ, ШАПОВАЛОВ ОЛЕКСІЙ ОЛЕКСІЙОВИЧ, КУШНІР МАРИНА АНАТОЛІЇВНА, ТАТАРКО ЮЛІЯ ВОЛОДИМИРІВНА (73) ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ОЛЕСЯ ГОНЧАРА (56) UA, a 200801124, пріор. 30.01.2008 UA, 53197, A, 15.01.2003 SU, 1420054, A1, 30.08.1988 3 91633 - відходи титано-магнієвого виробництва містять сполуки кальцію у невеликих концентраціях, які не можуть суттєво впливати на виведення з розплаву сірки. Тому є сенс ввести в склад нового розкислювача-модифікатора кальцій, як десульфуратора. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення композиційного розкислювачамодифікатора для обробки сталей шляхом введення до його складу сполук кальцію, завдяки чому можна значно знизити вміст сірки та інших шкідливих домішок, зменшити кількість неметалевих включень, тим самим підвищити механічні характеристики матеріалу. Поставлена задача вирішується тим, що неплавлений розкислювач-модифікатор, до складу якого входять стружка алюмінієвих сплавів, відходи залізовуглецевих сплавів, додатково вводять стружку + титанових сплавів марок ВТ6, ВТ6-1, ВТЗ-1, ВТ8, ВТ9 і сполуки кальцію (вапно), у такому співвідношенні, % по масі: 4 стружка алюмінієвих сплавів 25-35 стружка титанових сплавів 5-17 сполуки кальцію 5-17 відходи залізовуглецевих сплавів решта. Титан - це елемент, який має високі показники ентальпії і низькі показники ентропії сполук з киснем, вуглецем, азотом, фосфором, сіркою (таблиця 1). Кальцій - елемент, який має значні показники ентальпії і середні показники ентропії сполук з киснем і сіркою (таблиця 1). Ентальпія відповідає енергії зв'язку у сполуці, тому чим вона більша, тим більша вірогідність її формування у розплаві сталі завдяки взаємодії з шкідливими домішками. Ентропія характеризує стійкість сполуки. У таблиці 1 наведені данні про вказані термодинамічні показники, які утворюються у сталевих розплавах при введені в розкислювачмодифікатор нових компонентів, титану й кальцію. Таблиця 1 № пп Сполуки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Ті2О3 ТіО ТіС TiN ТіР TiS СаО СаС2 Ca3N2 CaS Са3Р2 Ентальпія - Н°, кДж/моль 1529 526 209 333 263,7 238 634,3 62,8 431,8 482 520 Таким чином, титан здатний бути модифікатором (ТіС, TiN), розкислювачем (ТіО, Ті2О3), десульфуратором (TiS), дефосфоратором (ТіР). Кальцій більше спроможний бути розкислювачем (СаО) та десульфуратором (CaS) і менше здатний подрібнювати первинне зерно, як модифікатор (СаС2, Ca3N2). Розкислювач-модифікатор для обробки сталей і сплавів, який заявляється, є дискретним композиційним неплавленим матеріалом із структурою евтектоїду. Новим розкислювачем-модифікатором, що заявляється оброблено, 100т мартенівської сталі, яка мала склад, % по масі: С - 0,52, Mn - 0,70, Si 0,34, Р - 0,012, S - 0,015, Сr - 0,20, Ni - 0,14, Cu 0,12, Mo - 0,05, V - 0,03. Результати обробки сталі розкислювачем-модифікатором оцінювали за сумарним балом неметалевих включень, вмістом сірки, розміром литих зерен (бал зерна), механічними властивостями (таблиця 2). Встановлено, що плавки сталі, які оброблені розкислювачем-модифікатором із співвідношен Ентропія S , Дж/град моль 77,3 34,8 24,7 30,3 50,28 39,8 70,3 105 56,5 Температура плавлення tпл., °С 1830 1780 3140 2950 1990 1927 2520 2300 1195 2527 1640 ням компонентів: 10мас.% стружки титанових сплавів, 10мас.% сполук кальцію і 30мас.% стружки алюмінієвих сплавів, є найкращими за усіма показниками. Вміст сірки зменшився на 33% до концентрації S - 0,005мас.%, фосфору - знизився на 67% до концентрації Р - 0,008мас.%. Знизилась кількість і розмір неметалевих включень до 3,5 балу, а також змінилася їх морфологія: з небезпечної, витягнутої і ограненної на сприятливу кулясту. Отримали оптимальний розмір зерен. Мікроструктура сталі, яка оброблена розкислювачем-модифікатором, відрізнялася високою однорідністю. Сталь має дуже гарні характеристики межі міцності ( В - 900МПа) й відносного подовження ( - 20%). А найважливіше, що досягли високого значення ударної в'язкості (KCU-33,6Дж/см2) це свідчить про підвищену тріщиностійкість цих сталей. Для модифікованої сталі характерна висока стабільність хімічного складу і значень механічних властивостей в межах плавки, що свідчить про 100% засвоєння в усьому об'ємі розплаву сталі. 5 91633 6 Таблиця 2 Показники Вміст компонентів Механічні властивості Межа Відносне Ударна міцності подовження в'язкість KCU, Дж/см2 ,% В, МПа Сумарний бал неметалевих включень Вміст сірки, % по масі Бал зерна 5,1 0,014 6-6,5 850 15 19,5 4,5 0,009 7,0 870 16 23,0 3,5 0,005 7,0-7,5 900 20 33,6 4,0 0,0045 7,5-8,0 940 14 33 6,0 0,004 8,5 1120 12 19,0 20% стружки алюмінієвих сплавів; 3% стружки + Ті сплавів; 3% сполук кальцію (вапно); 74% відходи залізовуглецевих сплавів 25% стружки алюмінієвих сплавів; 5% стружки + Ті сплавів; 5% сполук кальцію (вапно); 65% відходи залізовуглецевих сплавів 30% стружки алюмінієвих сплавів; 10% стружки + Ті сплавів; 10% сполук кальцію (вапно); 50% відходи залізовуглецевих сплавів 35% стружки алюмінієвих сплавів; 17% стружки + Ті сплавів; 17% сполук кальцію (вапно); 31% відходи залізовуглецевих сплавів 40% стружки алюмінієвих сплавів; 22% стружки + Ті сплавів; 22% сполук кальцію (вапно); 16% відходи залізовуглецевих сплавів Використані джерела 1. Голубцов В.А. Теория и практика введення добавок в сталь вне печи. Челябинск, 2006. - 422с. 2. Шаповалова О.М. Раскисление и микролегирование стали 08ЮТ комплексними добавками из отходов титана / О.М. Шаповалова, С.В. Бобырь, И.А. Маркова, В.П. Лысун // Сталь. - М. 1990 - №12. - С22-24. 3. Энциклопедия неорганических материалов: В 2т. / Глпв. Ред. Украинской советской энциклопедии; Отв. ред. И.М. Федорченко - К.: Изд. Главная ред. Украинской советской энциклопедии, 1977. - Т.2. - 813с. 4. ГОСТ 1415-93 Ферросилиций. Технические требования и условия поставки. Комп’ютерна верстка М. Ломалова 5. ГОСТ ИСО 5446-80 Ферромарганец. Технические требования и условия поставки. 6. ГОСТ 4756-91 Ферросиликомарганец. Технические требования и условия поставки. 7. ГОСТ 4762-71 Силикокальций. Технические условия. 8. ГОСТ 1583-93 Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия. 9. ГОСТ 4761-91 Ферротитан. Технические требования и условия поставки. 10. Композиційний розкислювач для обробки сталей: Рішення про видачу патенту на винахід по заявці № а200700858 від 10.11.08 С22С 35/00 (UA) Шаповалова О.М., Шаповалов О.В., Шаповалов В.П., Полішко CO.; опубл. 13.11.08. - 1с. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601