Металевий дріт для легування сталі ванадієм

1. Металевий дріт для легування сталі ванадієм, що містить металеву оболонку і порошковий заповнювач, що містить ванадій (V), кремній (Si) і залізо (Fe), який відрізняється тим, що порошковий заповнювач додатково містить марганець 3 37563 4 Найбільш важливим показником металевих заповнювач додатково містить марганець (Мn), дротів з лігатурою для легування сталі ванадієм є алюміній (Аl) і вуглець (С), при цьому компоненти склад порошкового заповнювача, який є лігатурою порошкового заповнювача знаходяться у наступдля легування сталі. ному співвідношенні, мас.%: З рівня техніки відомим є сплав для легування Ванадій (V) 75,0-85,0 сталі [SU №246861, МПК С22С, 1968], яка містить Кремній (Si) 0,1-2,0 ванадій (V), марганець (Мn), кремній (Si), хром Марганець (Мn) 0,1-0,5 (Сr), вуглець (С), азот (N), алюміній (Аl) та залізо Алюміній (Аl) 0,1-1,5 (Fe) наступного складу мас.%: Вуглець (С) 0,1-0,3 Ванадій (V) 15,0-35,0 Залізо (Fe) решта до 100 %. Марганець (Мn) 7,0-20,0 Причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими Кремній (Si) 1,5-25 ознаками корисної моделі і технічним результаВуглець (С) 0,5-1,5 том, що досягається полягає в наступному. Азот (N) 3,0-8,0 Підвищення вмісту ванадію (V) в порошковому Алюміній (Аl) до 3,0 заповнювачі до 75,0-85,0мас.% робить технологію Залізо (Fe) решта. отримання необхідних характеристик сталі більш Вище наведена лігатура із-за завищеного вмішвидкою і економічною, дозволяючи отримувати сту марганцю (Мn) та наявності хрому (Сr) має лігатур у способом високотемпературного синтезу, підвищену вартість, а наявність кремнію (Si) рощо саморозповсюджується (СВС). бить цей сплав складним для використання. Підвищення вмісту ванадію (V) у порошковому З рівня техніки відомий найбільш близький до заповнювачі до 75,0-85,0мас.% також забезпечує заявляємого металевого дроту для легування стависокі твердість і міцність отриманої сталі, підвилі ванадієм по технічній суті та результату, що щують її пластичність за рахунок утворення дрібдосягається, є плакований порошковий модифіканокристалічної структури. При цьому підвищуютьтор [SU №1788031, МПК С21С7/00, В22D11/10, ся також її ударна в'язкість, міцність від втоми, 1993], що складається с металевої оболонки та стійкість до високих температур і до стирання топорошкового заповнювача, який містить кремній що. Ванадій (V) знижує чутливість стали до старін(Si) і кальцій (Са), а також додатково містить титан ня і підвищує теплостійкість сплаву. А це суттєво (Ті), ванадій (V) і залізо (Fe) при наступному співпокращує якісні характеристики і механічні властивідношенні компонентів, мас.%: вості отриманої сталі. Тому металевий дріт для Титан (Ті) 28,0-30,0 легування сталі ванадієм згідно корисної моделі Ванадій (V) 30,0-32,0 можливо використовувати при виробництві консЗалізо (Fe) 31,0-35,0 трукційних, жароміцних і інструментальних сталей. Кальцій (Са) 3,0-5,0 Верхня межа вмісту ванадію (V) (85,0мас.%) обКремній (Si) решта. межується як з технологічної точки зору (зниження Наявність у плакованому порошковому модищільності сплаву), так і з позиції економії достатфікаторі кількості ванадію (V) у запропонованих ньо дорогого ванадію (V). Нижня межа вмісту вамежах (30,0-32,0мас.) недостатньо сприяє підвинадію (V) в порошковому заповнювачі (75мас.%) щенню якості і механічних властивостей отриманої вибрана з урахуванням того, що при концентрації сталі. ванадію (V) менше 75,0% горіння сплаву в режимі Також, недоліком відомого складу є викорисСВС проходить нестабільно, лігатура виходить тання у його складі титану (Ті), що збільшує витранедостатньо спеченою, менш щільною і з недостати на виробництво сталі. тньо рівномірним розподілом ванадію (V). Крім того, невизначеність оптимального співВідсутність титану у складі порошкового заповідношення мас металевої оболонки та порошковнювача металевого дроту для легування сталі вого заповнювача приводить до надмірної або ванадієм, компенсована вище згаданим підвищенедостатньої витрати металевого дроту для легуним вмістом ванадію (V), що дозволяє досягти вання сталі ванадієм, що приводить до нестабільнеобхідних характеристик отриманої сталі при них характеристик сталі, яка отримується. зниженні витрат на її виробництво. В основу корисної моделі поставлено задачу Введення марганцю (Мn) до порошкового завдосконалення металевого дроту для легування повнювача металевого дроту для легування сталі сталі ванадієм шляхом оптимального підбору таванадієм в кількості до 0,1-0,5мас.% і кремнію (Si) ких компонентів порошкового заповнювача, які до - 0,1-2,0мас.%, забезпечує при вмісті ванадію дозволяють досягти необхідних якісних характери(V) у 75,0-85,0мас.% достатньо повне спікання стик і механічних властивостей отриманої сталі і порошкового заповнювача. Проте при підвищенні зменшити витрати на її виробництво. нижньої межі вмісту ванадію (V) в порошковому Рішення вище згаданої задачі дозволяє значзаповнювачі до 85,0мас.% верхня межа марганцю но підвищити та стабілізувати на високому рівні (Мn) в ній повинна бути зменшена до 0,1мас.%, а ступінь засвоєння ванадію, зменшити технологічкремнію (Si) до 2,0мас.%. Марганець (Мn) в проний брак сталі, знизити витрати дроту та підвищипонованому співвідношенні також сприяє підвити ефективність використання ванадію. щенню якості порошкового заповнювача. Його Поставлена задача вирішується тим, що в меконцентрація ув'язується із вмістом інших компоталевому дроті для легування сталі ванадієм, який нентів: кремнію (Si), вуглецю (С), заліза (Fe), які складається з металевої оболонки та порошкового при температурах горіння сплаву утворюють рідкі заповнювача, що мітить ванадій (V), кремній (Si) і прошарки. Отримання порошкового заповнювача залізо (Fe), згідно корисної моделі порошковий щільної структури і однорідного вмісту досягається 5 37563 6 при вмісті марганцю (Мn) в порошковому заповнюінших складових дроту до необхідної величини вачі в межах 0,1-0,5мас.%. Підвищення його змісту хімічного аналізу заданої марки сталі. до більше 0,5мас.% приводить у подальшому до Визначене співвідношення між вмістом ванапорушення доцільної структури сталі, а менше дію (V) в порошковому заповнювачі та вмістом 0,1мас.% зменшує об'єм необхідного рідкого пропорошкового заповнювача в металевому дроті шарку, що також недоцільно. дозволяє синхронізувати в часі процеси вивільСаме поєднання в порошковому заповнювачі нення ванадію (V) та інши х складових порошковованадію (V) та марганцю (Мn) підвищує в отримаго заповнювача в розплав і нагрів порошкового ній сталі її ударну в'язкість, міцність від втоми, заповнювача до температури навколишнього местійкість до високих температур і до стирання тоталу, що значно прискорює процес розчинення що. Ванадій (V) знижує чутливість стали до старінванадію (V) в сталі. ня і підвищує теплостійкість сплаву. Визначене співвідношення мас між порошкоАлюміній (Аl) в пропонованих межах (0,1вим заповнювачем, що містить ванадій (V) та ме1,5мас.%) забезпечує помітне зниження пористості талевою оболонкою дроту забезпечує необхідну готової сталі. Проте збільшення його вмісту до жорсткість дроту для його введення на достатню більше 1,5мас.% нераціонально, а зменшення до глибину, щоб реакцією взаємодії ванадію (V) з менше 0,1мас.% приводить до помітного збільрозплавом був о хоплений максимальний об'єм шення пористості і, отже, зниженню щільності пометалу в ковші. рошкового заповнювача і показників засвоєння Все це дозволяє значно підвищити ступінь залегуючи х елементів. своєння ванадію (V), зменшуючи його ви гар. Кремній (Si) і вуглець (С) також сприяють Співвідношення між металевою оболонкою та отриманню оптимальної кількості рідкої фази попорошковим заповнювачем в дроті у вказаних мерошкового заповнювача. Проте при вмісті кремнію жах обумовлено тим, що якщо металевої оболонки (Si) в сплаві більше 0,1-2,0мас.% останній виділябуде менш, ніж 22-49мас.%, то оболонка почне ється на поверхні порошкового заповнювача, зниплавитись до введення металевого дроту у розжуючи в цілому щільність порошкового заповнюплав сталі. вача. В той же час і зниження кремнію (Si) менше У разі цього порошковий заповнювач вивіль0,1мас.% нераціонально, оскільки приводить до нятиметься в розплав з температурою нижчою, ніж нестабільності порошкового заповнювача. Вуглець у навколишнього металу, а це приведе до нерів(С) в пропонованих межах (0,1-0,30мас.%) сприяє номірності температури у ковшу, нерівномірності підвищенню здатності змочування рідкого прошаррозчинення ванадію, та зниження якісних характеку, і зниження його вмісту до менше 0,1мас.% або ристик сталі. збільшення до більше 0,3мас.% приводить до поЯкщо металевої оболонки більше, ніж 22рушення оптимальної структури порошкового за49мас.%, то це призведе до виготовлення дроту з повнювача. товстою оболонкою і приведе до необхідності підКорисна модель має і інші відмітні ознаки, що вищува ти з часом температуру сталі для розігріву створюють додатковий технічний результат. оболонки до температури плавки. В металевому дроті для легування сталі ванаУ цьому випадку металева оболонка розплавдієм, згідно корисної моделі, металева оболонка лятиметься на великій глибині, порошковий заповта порошковий заповнювач находяться у наступнювач несвоєчасно буде вивільнятиметься в розному співвідношенні, мас.%: плав, а ванадій буде розчинятися в нижніх шарах Металева оболонка 22-49 металу, що призведе до зниження ступеня засвоПорошковий заповнювач решта до 100%. єння ванадію і, як наслідок - до зниження характеТаке співвідношення металевої оболонки та ристик сталі. порошкового заповнювача дроту веде до оптиміНедотримання вказаного співвідношення між зації можливостей введення дроту на достатню складовими частками дроту не дасть змогу стабіглибину, оптимального розплавлення й вивільненльно забезпечувати необхідну жорсткість дроту ня порошкового заповнювача дроту, полегшення для його введення на достатню глибину і призведе керування реакцією порошкового заповнювача з до окремих локальних зон розплаву неохоплених розплавом, синхронізації у часі процесів нагріву реакцією взаємодії з ванадієм (V), або, навпаки, порошкового заповнювача до температури навкоперенасичених ванадієм (V), що значно знизить лишнього металу і вивільнення ванадію в розплав, ефективність використання дроту. що значно прискорює процес розчинення ванадію Крім того, металева оболонка металевого в сталі. дроту для легування сталі ванадієм надійно захиВикористовують металевий дріт для легування щає порошковій заповнювач від вологи атмосфери сталі ванадієм наступним чином. при транспортуванні і зберіганні та від окислення Металевий дріт для легування сталі ванадієм наповнювача в шарі шлаку при введенні в метал. з означеними межами співвідношення між металеЗастосування металевого дроту для легування вою оболонкою та порошковим заповнювачем сталі ванадієм з означеними межами співвідностабільно занурюється в ківш з рідкою сталлю на шення між металевою оболонкою та порошковим достатню глибину. заповнювачем забезпечує точне дозування легуюВ зоні взаємодії з розплавом металева оболочих добавок і модифікаторів в ковші. нка розплавляється, порошковий заповнювач виПриклад реалізації. вільняється й ванадій (V) починає розчинятися в Металевий дріт для легування сталі ванадієм об'ємі рідкої сталі, підвищуючи вміст ванадію (V) і з означеними в формулі корисної моделі межами співвідношення між металевою оболонкою та по 7 37563 8 рошковим заповнювачем, який складався з однотому строго контролюється. Саме формуючий рідної суміші ванадію (V), кремнію (Si), марганцю пристрій, в якому за допомогою комп'ютерних про(Мn), алюмінію (Аl), вуглецю (С) та заліза (Fe) у грам завдається необхідне співвідношення в запередбачених в формулі корисної моделі межами лежності від товщини металевої стрічки, і відповіспіввідношення між складовими суміші випробувадає за співвідношення мас.% металевої оболонки ли на одному з металургійних підприємств України та порошкового заповнювача, які згідно корисної в сталеплавильному цеху. моделі виготовлялись у наступному співвідношенМеталевий дріт для легування сталі ванадієм ні: металева оболонка - 22-49мас.%, а порошковий готують наступним чином. Оболонкою металевого заповнювач - решта до 100%. Далі металевий дріт дроту служить холоднокатана стрічка з низьвуглез порошковим заповнювачем подається на зварюцевої сталі, яка не полірується, особливо м'яка. вальну машина, яка виконувала стикове зварюВимоги до стрічки обумовлені ГОСТ 503-81. Розвання оплавленням кінців стрічки. Далі металевий міри стрічки по товщині і ширині визначає технолодріт з порошковим заповнювачем подавали на гія виготовлення дроту необхідного діаметру. Маволочильний стан, який використовувався для теріалом стрічки служить сталь 08КП наступного подальшого волочіння заповненого порошковим хімічного складу (ГОСТ 503-81): 0,05-0,11% 3; заповнювачем дроту до необхідного діаметру. 0,25-0,50% Мn; не більше 0,03% Si; не більше Коли металевий дріт з порошковим заповнювачем 0,040% S і Р. Механічні властивості стрічки відподосягав необхідного діаметру, він подавався в відають наступним вимогам: тимчасовий опір розпристрій для знімання готового металевого і подариву 280-400Мпа; відносне подовження - не менльшого вантаження на стенд для намотки в катушшого 30%. Виготовлення металевого дроту ки. Готовий дріт на котушках поставляли у лаборавідбувалось на технологічній лінії, до складу якої торію обробки сталі. входять розмотувальний пристрій, формуючий Легування розплаву ванадієм проводили в лапристрій, зварювальна машина та волочильний бораторній індукційній печі садінням 120кг при стан. Схема виготовлення металевого дроту з повиплавці швидкорізальної сталі мазкі Р9. рошковим наповнювачем виглядає таким чином: У металевий розплав при 1580-1610°С за дорозмотувальний пристрій розмотував і подавав помогою трайбапарату вводять металевий дріт з стрічку далі. Розмотана стрічка попадає в формупорошковим заповнювачем для легування сталі ючий пристрій, який забезпечує формування стрічванадієм діаметром 13мм в оболонці із сталі 08Ю ки в профіль, тобто в металевий дріт необхідної з заповненням з однорідної суміші ванадію (V), форми за допомогою декількох пар роликів. Сфокремнію (Si), марганцю (Мn), алюмінію (Аl), вуглермований стрічкою металевий дріт відразу ж з буцю (С) та заліза (Fe) у передбачених в формулі нкеру заповнює металеву оболонку дроту порошкорисної моделі межами співвідношення між склаковим заповнювачем необхідного складу, який довими суміші. Вводили згаданий металевий дріт з рівномірно розподіляється по жолобу оболонки. порошковим заповнювачем в рідку сталь із швидКомпоненти порошкового заповнювача обов'язкокістю, що забезпечує розплавлення сталевої обово повинні відповідати вимогам по хімічному склалонки на глибині 100-250мм від поверхні розплаву. ду. Крім того, розмір частинок порошків, що вхоРезультати досвідчених плавок представлені в дять до складу порошкового заповнювача суттєво таблиці нижче: визначає якість майбутнього металевого дроту, Зміст елементів у стаЧастка ли до/після обробки металерозплаву металевим Зміст порошкового наповнювача, мас. % вої ободротом з порошковим лонки у Опит наповнювачем, % металевому дроКремній Марганець Алюміній Вуглець ті, мас. % Ванадій V Мn (Si) (Мn) (Al) (С) (V) Прототип Не визн. 32,0 0,005/0,60 0,27/0,50 Опит 1 22,0 75,0 0,1 0,1 од 0,1 0,05/1,31 0,30/0,36 Опит 2 30,0 77,0 0,5 0,2 0,4 0,2 0,04/2,03 0,27/0,38 Опит 3 35,0 79,0 0,10 0,3 0,8 0,2 0,04/2,10 0,29/0,39 Опит 4 40,0 82,0 0,15 0,4 1,2 0,3 0,05/2,31 0,26/0,39 Опит 5 49,0 85,0 0,20 0,5 1,5 0,3 0,05/2,70 0,28/0,43 Як видно з таблиці, використання у металевому дроті для легування сталі ванадієм, порошкового заповнювача, який складався з однорідної суміші ванадію (V), кремнію (Si), марганцю (Мn), алюмінію (Аl), вуглецю (С) та заліза (Fe) у передбачених в формулі корисної моделі межами співвідношення між складовими суміші з означеними Число неметалевих включень на 1 мм 2 шлифа образцу виплавленої стали Суль- Оксифіди ди 86 89 64 42 56 88 19 18 16 14 16 19 в формулі корисної моделі межами співвідношення між металевою оболонкою та порошковим заповнювачем дозволяє отримати в легованій сталі необхідний зміст ванадію (2,0-2,6%) і марганцю (не більше 0,4%) при зниженні змісту неметалічних включень в легованому металі, що забезпечує підвищення якості сталі. 9 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело 37563 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601