Способ выплавки высокомарганцевой стали

 

Изобретение относится к металлургии , конкретно к выплавке высокомарганцевой стали в электропечах. Цель изобретения - повьшение хладостойкости , степени усвоения ванадия и марганца, повьшение уровня и стабильности механических свойств и износостойкости , снижение себестоимости . Сталь обрабатывают силицидами ванадия и титана при их отношении по массе 1,9-2,1. За 5-15 мин до выпуска в печь с силицидами вводят 65-90% всего необходимого количества ванадия , а остальную часть силицидов вводят в ковш одновременно с алюминием. Способ позволяет повысить ударную вязкость стали на 54%, коэффициент усвоения ванадия повьшается до 97%, а марганца - до 95%. 1 з.п. ф-лы, 2 табл. S (Л СдЭ Nj: «vl GO СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК д1) 4 С 21 С 5/5?

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4047733/22-02 (22) 19.02.86 (46) 15.10.87. Бюл. У 38 (71) Уральский научно-исследовательский институт черных металлов и Качканарский завод по ремонту горного оборудования (72) Ф.С.Раковский, А.Н.Подуст, В.В.Скрипченко, В.Е.Берсенев, А.М.Мишагин, В М.Поздеев, Б.П.Станкус, Е.А.Еремеев, С.В.Лукин, С.В.Житнов, В.Ю.Дешин и Н.В,Шерстнев (53) 669.187.25 (088.8) (56) Иванова Т.И., Воробьева Г.А., Беспрозванных А,В. Использование бескремнистого раскисления для повышения хладостойкости конструкционных сталей. - В кн.: Прочность конструкций, работающих в условиях низких температур. M.t Металлургия, 1985, с.33-35.

Смирнов Л.А., Дерябин Ю.А., Филиппенков А.A и др. Производство и использование ванадиевых шлаков. M.:

Металлургия, 1985, с.103-106.

„„Я0„„1344783 А1 (54) СПОСОБ BbIIUIABKH ВЫСОКОМАРГАНЦЕВОЙ СТАЛИ (57) Изобретение относится к металлургии, конкретно к выплавке высокомарганцевой стали в электропечах.

Цель изобретения — повышение хладостойкости, степени усвоения ванадия и марганца, повышение уровня и стабильности механических свойств и износостойкости, снижение себестоимости. Сталь обрабатывают силицидами ванадия и.титана при их отношении по массе 1,9-2,1. За 5-15 мин до выпуска в печь с силицидами вводят 65-90Х всего необходимого количества ванадия, а остальную часть силицидов вво— дят в ковш одновременно с алюминием .

Способ позволяет повысить ударную вязкость стали на 547; коэффициент . усвоения ванадия повышается до 977., а марганца — до 957. 1 з,п. ф-лы, 2 табл.

1344783

Изобретение относится к металлургии, а именно к выплавке высокомарганцевой стали в электропечах.

Цель изобретения — повьш ение хлаI достойкости стали, степени усвоения ванадия и марганца, повышение уровня и стабильности механических свойств и иэносостойкости стали, а также снижение ее себестоимости. 10

При реализации предлагаемого способа исключается отдельная операция легирования (и раскисления) стали кремнием. При растворении силиция титана происходит связывание кисло- 15 рода, находящегося в металле, в первую очередь титаном, сродство к кислороду у которого больше, чем у кремния. Раскисление стали в этом случае приближается по характеру к схеме 20 бескремнис"гого раскисления, что способствует повышению хладостойкости стали.

Обработка стали силицидами титана способствует, таким образом, выполне- 25 нию двух .задач: исключается промежуточное раскисление кремнием, что как и в случае классического бескремнистого раскисления алюминием повышает хладостойкость стали, а также дости- 3д гается требуемая последовательность в обработке стали в начале титаном, а потом — алюминием, что реализует положительное влияние титана, как модификатора.

Введение в сталь ванадия в виде силицидов ванадия одновременно с силицидами титана позволяет повысить степень усвоения ванадия за счет защиты его от окисления титаном и крем- 4р нием, сродство к кислороду которых выше, чем у ванадия.. При этом легирование стали ванадием и ее предварительное раскисление титаном совмещено во времени и происходит в одних 45 и тех же микрообъемах металла, что повышает степень усвоения ванадия сталью и повышает стабильность ее химического состава, Это в целом повышает уровень и стабильность механических свойств и износостойкость стали. Повышение стабильности химического состава с-али по ванадию дает возможность осуществлять легирование на нижний предел его марочных концентраций, что способствует экономии легирующих материалов и снижению себестоимости. Поскольку в предлагаемом способе в отличие от прототипа отсутствует поступление в лечь окислов железа, отсутствует и наблюдаемое в прототипе снижение степени усвоения марганца.

Целесообразность использования для ввода в сталь ванадия и титана именно силицидной формы их соединений определяется также воэможностью одновременно с легированием стали ванадием и бескремнистым раскислением титаном проводить легирование кремнием. В стали 110Г13ФТЛ допускается содержание кремния 0,3-1,ОХ Раскисление стали с использованием для этого недорогостоящих силицидов титана позволяет полностью отказаться от использования ферротитана и снизить расход алк1миния для раскисления, что также снижает себестоимость стали. Предварительное раскисление стали титаном препятствует образованию нитридов алюминия и снижает количество окислов алюминия. Известно, что нитриды алюминия имеют тенденцию к выделению по границам зерен, снижая хладостойкость стали. Оксиды алюминия, являющиеся концентраторами напряжений, также снижают хладостойкость стали.

Выбор отношения (по массе) силицидов ванадия к силицидам титана в пределах 1,9-2,1 определяется необходимостью обеспечения защиты ванадия от окисления и раскисления стали титаном. При отношении, большем 2 1 вводимого в сталь титана оказывается недостаточно для защиты ванадия от окисления, что снижает степень его . усвоения сталью. При этом также не достигается требуемая раскисленность стали. Ввод в сталь силицидов титана в количестве меньшем, чем определяется отношением 1,9, нерационалеи, поскольку при этом дальнейшего за- . метного увеличения коэффициента усвоения ванадия сталью не наблюдается.

Ввод силицидов в печь менее чем за 5 мин до выпуска значительно повышает неоднородность расплава из-за отсутствия достаточного времени для его перемешивания и усреднения. Ввод силицидов ранее чем за 15 мин до выпуска плавки приводит к заметному окислению титана шлаком в процессе последующей выдержки.

Силициды в печь дают из расчета ввода в металл 65-90Х всего необходимого количества ванадия. При указанном отношении (по массе) силицидов

1344 783 тана. ванадия к силицидам титана 1,9-2,1 и усвоения титана в печи примерно

607., а в ковше — 757 обеспечивает получение в готовой стали требуемого остаточного содержания титана 0,06О, 127.

Ввод части силицидов в ковш определяется необходимостью получения в стали остаточного содержания титана

0,06-0,127., поскольку в ковше угар титана меньше, чем в печи и более стабилен °

Силициды ванадия могут быть введены в сталь в чистом виде, в виде смеси со связующим и т.п. Однако наиболее целесообразно введение их в виде лигатуры на основе железа. Кроме того, получение силицидов ванадия и титана наиболее легко и дешево осуществлять, выплавляя лигатуру. Однородность фазового состава лигатуры обеспечивает поступление в металл силицидов ванадия и титана в строго пропорциональном соотношении, что способствует повышению стабильности химического состава стали и ее свойств.

Необходимым условием ввода силицидов в металл в виде лигатуры явля:ется поддержание соотношения в ней содержаний кремния, ванадия и титана в таких пределах, чтобы весь кремний бып связан в силициды ванадия и тиПример. Сравнение предлагаемого способа и прототипа осуществляли на основе анализа опытно-промышленных плавок и исследований качества металла. Плавки проводили в электродуговых печах емкостью 5 т. Сталь

110Г13ФТЛ получали методом переплава.

Шихта состояла из возврата этой же стали и углеродистого лома. Ферромарганец давали в завалку. При осуществлении предлагаемого способа металл нагревали и раскисляли печной шлак. За 5-15 мин до выпуска плавки в металл вводили силициды в виде лигатуры на основе железа. При обосновании выбранных пределов отношения (по Macce) силицидов титана к силицидам ванадия использовали лигатуры, полученные в лабораторных условиях.

Во всех остальных случаях применяли лигатуру опытно-промышленной партии производства Кузнецкого ферросплавного завода.

10 15

11ри выплавке стали с использованием способа по прототипу шихтовка не отличалась от описанной выше. Доводку стали по кремнию проводили ферросилицием. Раскисление стали алюминием проводили в печи (300-400 г на 1 т стали) и в ковше (300-400 на 1 т стали). Ферротитан вводили в ковш.

Хладостойкость стали оценивали по значениям ударной вязкости, определенной при -60 С на образцах 1 типа (ГОСТ 9454-78). Степень усвоения ванадия оценивали по количеству ванадия, вводимого в виде силицидов ванадия, и содержанию ванадия в готовой стали. Аналогично оценивали степень усвоения марганца. Изменение затрат на легирование и раскисление стали оценивали, учитывая стоимость используемых легирующих материалов (лигатуры, ванадиевого шлака, стандартных ферросплавов и раскислителей). Легирование и корректировку состава стали по марганцу осуществляли на среднемарочную его концентрацию. Ванадий при реализации предлагаемого способа вводили из расчета получения его в стали

0,207., а при реализации способа по прототипу — на 0,257. При этом учитывались данные стабильности усвоения ванадия в обоих случаях, полученные в ходе опытно-промьппленного опробования.

В табл. 1 приведены сравнительные данные эффективности предлагаемого способа и прототипа и приняты следующие обозначения. К вЂ” отношение (по массе) силицидов ванадия к силицидам титана, вводимых в сталь; п — количество минут до выпуска плавки на момент ввода силицидов в печь; В количество ванадия, вводимого в печь (/ от общего вводимого ванадия).

Оценку уровня и стабильности механических свойств осуществляли статическим анализом данных 60 опытнопромышленных плавок. Металл 30 плавок был выплавлен по предлагаемому способу (при средних значениях параметров плавки), а других — 30 — по прототипу. Уровень и стабильность значений износостойкости металла указанных плавок оценивали по резуль-. татам эксплуатационных испытаний отливок (зубья ковшей экскаваторов).

Результаты испытаний приведены в табл. 2, 1344783 при этом также вышее.

Таблица 1

Коэффициент усвоения сталью

Изменение себестоиУдарная вязкость стали

КСИ

1Яж/м2

Примечание мости легирования

ВанаМарганца дия и раскисления стали, руб,/т

Предлагаемый способ

Ниже нижнего уровня

Кс 1 8 0,65

4,30

0,60

93 и 10 мин

В„7 77.

5,2

5,1

5,3

Выше верхнеro уровня

4,5

Кс 2 2 0 50

95

5,0

К 2,0

В, 777

0,62

96

5,1

Таким образом, из представленных данных видно, что применение предлагаемого способа позволяет в сравнении с прототипом повысить хладостой6 кость стали, коэффициент усвоения ванадия и марганца, повысить уровень и стабильность механических свойств стали и износостойкости, а также снизить ее себестоимость. При этом удар- 10 (О ная вязкость KCU увеличивается с

0,4 1 до 0,63 МДж/м (среднего значения), т.е. на 54%; коэффициент усвоения ванадия в среднем повышается от

85 до 972, а марганца — с 88 до 957..

Себестоимость легирования и раскисления стали снижается по сравнению с прототипом на 5,13 руб./т. Среднеквадратические отклонения значений механических свойств стали и стойкос- 20 ти зубьев уменьшаются по сравнению с прототипом в среднем в 2 раза, что указывает на повышение стабильности указанных величин. Уровень механических свойств и износостойкости стали 25

Уровень данного Значение параметра плавки параметI pa

Нижний уровень Кс 1,9

Средний уровень Kñ 2,0 0,63

Верхний уровень Кс 2,1 0,66

Ниже нижнего уровня и 3,5 мин 0,57

Нижний уровень и 5 мин 0,63

Средний уровень и 10 мин

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Способ выплавки высокомарганцевой стали„ включающий ее доводку по кремнию, легирование ванадием в печи, раскисление и модифицирование алюминием и титаном в ковше, о т л и ч a— ю шийся тем, что, с целью повышения хладостойкости, степени усвоения ванадия и марганца, повышения уровня и стабильности механических свойств и износостойкости, снижения себестоимости, кремний, ванадий и титан вводят в виде силицидов ванадия и титана при отношении их по массе

1,9-2, 1, при этом 65-90Х вс.его необходимого количества ванадия вводят с силицидами в печь за 5-15 мин до выпуска плавки, а остальную часть силицидов вводят в ковш одновременно с алюминием.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что силициды ванадия и титана в сталь вводят в виде лигатуры на основе железа.

1344783

Продолжение табл.!

Примечание

Изменение себестоиЗначение параметКоэффициент усвоения сталью

Ударная вязкость

Уровень данного параметра плавки мости лера

Вана- Иаргандия ца

Верхний уровень и 15 мин 0,72

94

Выше верхнего уровня и 17 мин 0,68

90

5,0

Ниже нижнего уровня

В„ 63%

0,64

95

5,1

0,65

5,2

0,62

95

0,56

95

5,0

Вьппе верхнего уровня

В„ 93%

0,53

96

4,5

Прототип

0,41

Таблица 2

Способ

Временное соОтносиСтойОтносительное тельное противление, ИПа удлинение, % сужение, %

Предлагаемый 850 490

23 26

26

3 2

0,3

820 470

41 38

Прототип

2 8 л.

0,7

П р и м е ч а н и е. В числителе — средние значения, в знаменателе — среднеквадратические отклонения.

ВНИИПИ Заказ 4888/27 Тираж 549

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Нижний уровень Вд 55%

Средний уровень 13„ 77%

Верхний уровень В„ 90% стали

КСИ

И4ж/M2

Предел текучести гирования и раскисления стали, руб./т кость зубьев, сут

Kñ2О и 10 мин