Смесь для легирования и шлакообразования

 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке ванадийсодержавцас сталей в дуговых электропечах. Целью изобретения является Qoкpaщeниe продолжительности плавки, повышение степени десульфурации, ударной вязкости и усталостной прочности стали, снижение ее стоимости. Смесь для легирования и шлакообразования содержит, мас.%: ферромарганец 12-20; ванадиевый ферросилиций 16-24; кокс 1,5-2,5; плавиковый шпат 2,5-5,0; известняк или известь остальное. Применение смеси для выплавки стали позволяет cor кратить продолжительность плавки на 25 мин, увеличить степень десульфурации на 40%, увеличить ударную вязг скость на , усталостную прочность на 15-20% и уменьшит } стоимость стали. 3 табл. О)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1

„„SU„„44 59 (5в 4 С 21 С 5/54 5/52,!

/ !

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н AВтОеСКОЬМ СеиДКтеЛьСтвм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTKPbITVM (2I) 4244319/23-02 (22) 13.05.87 (46) 15.12.88. Бюл.У 46 (71) Уральский научно-исследовательский институт черных металлов, Кременчугский сталелитейный завод и Всесоюзный научно-исследовательский институт вагоностроения (72) В.Л.Шагалов, Ф.С.Раковский, l0.А.Коваленко, А.И.Квасов, В.В.Скрип" ченко, Н.В.Подоляко, Х.И.Пейрик, В.Г.Силаев и Н.В.Шерстнев (53) 669.15-198(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 954479, кл. С 22 С 35/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 425964, кл. С. 22 С 35/00, 1974. (54) СМЕСЬ ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ И ШЛАКООБРАЗОВАНИЯ (57) Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке ванадийсодержащих сталей в дуговых электропечах. Целью изобретения является сокращение продолжительности плавки, повышение степени десульфурации, ударной вязкости и усталостной прочности стали, снижение ее стоимости. Смесь для легирования и шлакообразования содержит, мас.Х: ферромарганец 12-20; ванадиевый ферросилиций 16-24; кокс 1,5-2,5; плавиковый шпат 2,5-5,0; известняк или известь остальное. Применение смеси для выплавки стали позволяет со» кратить продолжительность плавки на

25 мин, увеличить степень десульфура" ции на 40Х, увеличить ударную вяэ»:<.кость на 30-40Х усталостную прочность на 15-20Х и уменьшить стоимость стали. 3 табл.

Ю с

1444359

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке ванадийсодержащих сталей в дуговых электропечах. 5

Цель изобретения — -сокращение про" должительности плавки, повышение сте" пени десульфурации, ударной вязкости и усталостной прочности стали, снижение ее стоимости. 10

Предлагаемая смесь для легирования и шлакообразования содержит ферромарганец, ванадиевый ферросилиций, кокс, плавиковый шпат и известняк при следующем соотношении компонентов, 15 мас.7:

Ферромарганец 12-20

Ванадиевый ферросилиций 16-24

Кокс 1,5-2,5 20

Плавиковый шпат 2,5-5,0

Известняк или известь Остальное

Ванадиевый ферросилиций марки фС40Вд содержит, 7: Si 35-42; V 6,58,0; Мп 4-6; Ti 2,5-4,0 °

Предлагаемая смесь может быть использована при выплавке в дуговых электропечах малоуглеродистых сталей для отливок типа 20 ГФЛ, к которым предь-30 являются высокие требования по хладостойкости и усталостной прочности.

Смесь вводится в печь на поверхность

MeTBJlzIa UoczIe удаления окислительного

35 шлака.

Введение укаэанной смеси позволяет проводить комплексное раскисление стали и ее легирование кремнием, вана— дием и марганцем. Первым благодаря низкой температуре плавления с металлом взаимодействует ванадиевый ферросилиций. Высокое содержание в нем кремния, а также титана и марганца обеспечивает глубокое раскисление металла с образованием комплексных легкоудаляющихся неметаллических включе" ний (НВ), устраняется возможность вторичного окисления ванадия и марганца.

Наличие в ферросилиции ванадия и ти50 тана способствует повышенному усвоению металлом азота, особенно в облас" ти электрических дуг, что веде к образованию упрочняющих фаз и повышению прочностных свойств и выносли55 вости стали. Введение ферромарганца обеспечивает легирование стали марганцем на требуемое его содержание, ускоренное и более полное протекание процессов десульфурации и удаления

НВ.

Наличие в составе смеси плавикового шпата и известняка (или извести в равном по СаО количеству) совместно с образовавшимся при раскислении металла окислами кремния, титана и марганца обусловливает быстрое формирование основного, восстановительного шлака, обладающего высокой серопоглотительной способностью и ассимилирующего НВ, Одновременное введение кокса позволяет создать в печи восстановительную атмосферу, предупредив процессы вторичного окисления металла и шлака.

Так как при использовании предлагаемой смеси процессы легирования, раскисления и шлакообразования протекают одновременно и состав металла требует незначительной корректировки, то восстановительный период плавки протекает быстро, что позволяет .избежать разрушения футеровки и перехода в шлак большого количества МпО, сохранить высокие десульфурирующие и рафинирующие свойства шлака и использовать его для дополнительной обработки металла при выпуске в ковш, что приводит к повышению хладостойкости и усталостной прочности стали.

Пределы содержания компонентов в смеси были определены экспериментально из следующих условий.

Содержание в смеси ферромарганца менее 127 ухудшает условия десульфурации, что совместно с недостаточным содержанием марганца в стали снижает ударную вязкость и усталостную прочность, а последующие добавки ферромарганца увелиЧивают продолжительность плавки. Введение в смесь 207, ферромарганца приводит к превышению регламентированной концентрации марганца в стали и снижению ударной вязкости, а также к неоправданному повышению себестоимости.

Ванадиевый ферросилиций при концентрации в смеси ниже 16/ не обеспечивает получение в стали необходимого содержания ванадия, что существенно уменьшает уровень свойств стали и, снижает эффективность применения смеси. Увеличение концентрации ванадиевого ферросилиция более 24/ приводит к избыточному содержанию в стали кремния и ванадия и снижению значений

1444359 ударной вязкости и усталостной прочности.

Кокс при содержании в смеси менее

1,5Х недостаточно снижает окислен1 ность печной атмосферой, в результате шлак имеет повышенную окисленность, что отрицательно влияет на качество стали. При увеличении в смеси содержания кокса более 2,5Х, не наблюдается дальнейшего снижения окислов железа в шлаке и появляется тенденция науглероживания металла.

Содержание в смеси плавикового шпата менее 2,5 не обеспечивает достато15 чно быстрого шлакообразования, хорошей жидкоподвижности шлака и уменьшает степень десульфурации стали. Увеличение количества плавикового шпата более 5,0/ не приводит к увеличению положительного эффекта от его применения.

Пример. В основной дуговой электропечи выплавляли сталь марки

20ГФЛ методом окисления примесей, 25 предусматривающим расплавление шихты, окисление примесей, удаление окислительного шлака, проведение восстановительного периода. При использовании смеси известного состава после удале-30 ния окислительного шлака металл раскисляли ферросилицием и ферромарганцем и наводили восстановительный шлак иэ извести и плавикового шпата. После образования шлака в печь вводили известную смесь оптимального состава в количестве 21 кг на 1 т металла. Для приготовления смеси использовали ферросиликованадий марки фВдСП, содержа- . щий .9,8Х ванадия и 14,2Х кремния, ванадиевый конвертерный шлак (ВКШ), содержащий 17,8/ пятиокиси ванадия, 18,2/ оксида кремния, 42Х оксидов же." леза, 10„8_#_ металловключений, технический карборунд, известь и плавиковый шпат. После завершения восстановительных процессов и усреднения состава металл корректировали по содержанию марганца и кремния и температуре и выпускали в разливочный ковш.

При использовании смеси предлагаемого состава она в количестве 70 кг на 1 тонну металла присаживалась в печь сразу после удаления окислительНОГО шлака, Дпя приготовления смеси использовали ферросилиций марки фС40Вд, содержащий, мас. кремний

41,3; ванадий 7,1; марганец 4,9; титан 3,1. После завершения шлакообразования металл корректировали по содержанию марганца, кремния и температуре и выпускали в разливочный ковш.

Выли исследованы 6 вариантов составов смесей, приведенных в табл.1. На каждой плавке отбирали пробы для определения химического состава готово» го м =алла и шлака, а также иэ разливочно;"с ковша заливали трефовидные пробы, нз которых поспе нормализации при 930-940 С изготавливали образцы для определения механических и эксплуатационных свойств. Ударную вяэ кость определяли на образцах типа I.

Усталостную прочность исследовали на цилиндрических образцах, использовали гладкие образцы I типа с диаметром в рабочей части 7,5 мм и образцы с надрезом IV типа, диаметром сечения в надрезе 7,5 мм. Радиус дна надреза (P) был принят 0,75; 0,5;и 0,25 мм.

Испытания образцов проводили на машине М1Я 6000 при симметричном цикле нагружения с определением предела вы

7 носливости на базе 10 циклов. Критерием оценки выносливости служил эффективный коэффициент концентрации напряжений

G -1

К б-1К

6 — 1 — предел выиосливости гладкого образца; о в 1К вЂ” предел выносливости образца с надрезом.

Степень десульфурации металла определялась отношением

СБЗ вЂ” ES) ГБ)р (S) — концентрация серы в металле

Р по расплавлении, L1 S) — концентрация серы в готовом металле.

Продолжительность процесса плавки оценивали по времени протекания восстановительных процессов от момента удаления окислительного шлака до выпуска (Г, мин).

Снижение стоимости стали (руб/т стали) рассчитывали на основе измене ния количества и стоимости раскисляющих и легирующих сплавов используе:.: мых в известной и предлагаемой смесях

По каждому варианту смеси провели по 3 плавки.

Полученные данные, усредненные по каждому варианту, приведены в табл.

2и3.

1444359

Результаты химического анализа металла и шлака показывают, что при использовании известной смеси (вариант

1) содержание серы в стали превьппает критическое на О,?01 для хладостойких сталей, что вызвано низкой десуль фурирующей способностью шлака, имеющего низкую основность (1,3) и высокую концентрацию окислов магния. При- 10 менение смеси предлагаемого состава (варианты 3 — 5) позволяет получить сталь с содержанием ванадия и кремния, соответстующим установленным требованиям, обеспечивающим качество стали 15 при пониженной концентрации серы, достигунтой эа счет глубокого раскисления металла кремнием и титаном, co-

t держащимися в ванадиевом ферросилиции, и обработкой шлаком повышенной основ- 20 ности (3,6-2,7) и раскисленности (Fe0 1,? — 1,5). Одновременно с этим повышается в стали концентрация азота что способствует получению в стали уплотняющих нитридных фаз. Использование 5 предлагаемой смеси запредельных соста— вов (варианты 2 и b) риводит к получению в стали либо недостаточного (вариант 2), либо избыточного (вар.б) содержания ванадия, а также к повьппен 30 ной концентрации серы воследствие ухудшения качества шлака.

Показатели эффективности плавки (продолжительность восстановительного периода, степень десульфурации металла д, снижение стали), приведен- ные в табл.3, свидетельствуют, что наиболее оптимальными составами смеси являются варианты 3 — 5 соответствую— щие предлагаемому содержанию компонен-40 тов и обеспечивающие получение стали требуемого состава и свойств при снижении ее стоимости. Использование смесей с запредельным содержанием компонентов (варианты 2 и 6) приводит либо 45 к продолжительному шлакообраэованию из-за больших присадок известняка и низкой степени десульфурации иэ-за образования тугоплавкого высокоосновного шлака (вариант 2), либо к повы- 50 шению стоимости стали (на 0,1 руб/т) за счет черезмерного расхода ванадиевого ферросилиция и снижению степени десульфурации иэ-за малого количества и невысокой основности восстановитель- 55 ного шлака (вариант 6). 11ри использовании смеси известного состава (вариант I) необходимость предварительного раскисления и шлакообразования до присадки смеси„ затраты времени на произведение восстановительных процессов значительно увеличивают <, а образование низкоосновного магнезиального недостаточно раскисленного шлака обуславливает невысокую степень десульфурации.

Анализ качественных характеристик (табл.3), обусловленных ее химическим и фазовым составом, а также рафинирую@им действием шлака, показывает, что при практически одинаковых концентрациях углерода, марганца, кремния повышение содержания ванадия от 0,058Х (вариант 2) до 0,131 (вариант 6) увеличивает значение о от 214 МПа до

325 МПа, т.е. более чем на 50Х. В то же время .испытание образцов с надрезами выявило значительное преимущество стали, обработанной предлагаемой смесью. Эффективный коэффициент концентрации напряжений К по мере увеличения остроты надреза возрастает у варианта 1 (обработка известной смесью) в значительно большей степени, чем у стали, обработанной предлагаемой смесью (варианты 2 — 5). Главным образом это обусловлено более низкой концентрацией серы в стали и, соответственно, более низкой загрязненностью металла включениями сульфидов марганца, неблагоприятными по форме и характеру распределения. В результате этого затруднено распространение усталостной трещины и ри цикличе ских наг руз к ах образцов из стали в поврежденном сос— тоянии (с надрезами). При запредельных концентрациях компонентов предложенной смеси (вариант 2 и 6) также наблюдается сильное увеличение эффективного коэффициента концентрации напряжений, как и в случае применения известной смеси. Это обусловлено (вариант 2) недостаточной концентрацией ванадия (0,058X) для возможного полного связывания углерода и азота в дисперсные карбонитридные фазы и рафинирования ферритной матрицы. B варианте 6 значительно увеличивается количество и размер карбонитридных частиц и степень растворения ванадия в феррите. В результате уменьшается пластичность фер-. рита, затрудняется релаксация напряжений при знакопеременных нагрузках, повышается чувствительность стали к концентраторам.

Слабая десульфурация стали при использовании известной смеси неблаго1444359 приятным образом сказывается на значениях ударной вязкости при положительной и отрицательной температурах.

Как и в случае испытаний на выносли5. вость надрезанных образцов, негативную роль в этом случае играют остроугольные сульфиды марганца, являющиеся очагами зарождения микротрещин при динамических нагрузках, сп особств уюших 10 хрупкому разрушению металла. При обработке стали предлагаемой смесью (варианты 3 — 5) хладостойкость значительно выше (на 42-727 после испытаний при минус 60 С), чем в случае обработки стали известной смесью.

При использовании смеси с запредельными концентрациями компонентов (варианты 2 и 6) значения ударной вязкости невелики во всем диапазоне температур20 испытаний. В стали, обработанной предложенной смесью с установленными концентрациями компонентов (варианты

3 - 5) введение оптимального количества ванадия способствует, с одной 25 стороны, образованию оптимального

-.:оличества дисперсных карбонитридов, препятствующих росту зерна при аустенизации, с другой стороны, легированию аустенита. В результате повыша- 30 ется устойчивость аустенита при охлаждении и обеспечивается получение дисперсных структур распада по перлитной ступени. Этим обусловлена повышенная ударная вязкость и хладостой- 35 кость стали, обработанной предлагаемой смесью.

Таким образом, полученные результаты показывают, что использование при выплавке стали смеси для легирования 40 и шлакообразования предлагаемого состава позволяет сократить продолжительность плавки, увеличить степень десульфурации стали, снизить ее стоимость, а также повысить ударную вяз- 45 кость и усталостную прочность стали по сравнению с показателями, достигаемыми при применении смесей известного и запредельного составов.

Существенные отличия предложенного технического решения от известного заключаются в том, что наличие в составе предлагаемой смеси ванадиевого ферросилиция, содержащего комплекс раскисляющих, легирующих и рафинирующих элем нтов, совместно с другими компонентами смеси в установленных пределах, позволяет получить сталь оптимального состава и чистоты по вредным примесям с высокими показателями, обеспечивающими ее эксплуата" ционную надежность и долговечность, при одновременном упрощении технологии получения и снижения стоимости стали.

Экономический эффект от использования предлагаемого изобретения достигается эа счет снижения стоимости стали при ее производстве и от повышения срока службы деталей, изготовленных из стали повышенного качества.

Ф о р м у л а изобретения

Смесь для легирования и шлакообразования содержащая ванадийсодержащий сплав, известняк или известь и плавиковый шпат, отличающаяся тем, что, с целью сокращения продолжительности плавки, повышения степени десульфурациир ударной вязкости и усталостной прочности стали, снижения ее стоимости, она дополнительно содержит ферромарганец и кокс, а в качестве ваиадийсодержащего сплававанадиевый ферросилиций при следующем соотношении компонентов, мас.Ж:

Ферромарганец 12-20

Ванадиевый ферросилиций 16-24

Кокс 1,5-2,5

Плавиковый шпат 2,5-5,0

Известняк или известь Остальное

1444359

1 Х А жyх х:

Ц

Ol

О л

CV ь

Ю (»1 и

СЧ о! ОФ

t

СЧ

Р4

СЧ

° 1

° Ь (Ч О

СЧ

О л О

° \ л ("Ъ

I х

1 Х

1 V

1 Х Х

QI o

I ах

1 Э

1 Ф\

hC I Æ>

Э д Э

61Ли 3 а — —— ; — -4 д3ЛЙП

1 — — — — 1

I 1 ,З,о х

1 а

1 & 4 Х

1 о

Qi Æ о х а х

Ы

Х Cd

t Ц

v Ф

Ф Cf.

m О х м о .0 о Г» И

Ф х

М

Д

Q х

О Ф)

Ц 1

Й 5

Е о z х х <б

Ф х х о

2ХЭ о х хg

Е»

ЭОЭ оэа

Р IQ !

X х

t(u q

Э Й х л

1„" дcd х Й о о

ОФд х х х

Д Е

Эоо о ао

D0 W o

Э Ф

3 х о х а а

Э х ф

f x х

Э ъ

Х fd о х

Е Х Ql

OI-Z х v э

QJ Ц

Э Я Э

umà

cQ x

1

I

I

1

l !

1

I о

Г»

Э х

Э Х е а

О Э а ф

Х

Ф

-;5 х х

Э х а о х

5 х ю о !» ц

Ыо Э

Ф

Ф Х Э

U m а

ГО х !

1444359

VIO

)Б 0(л ф (Ъ 1

С (л

C) (Ч (»Ъ л

О О

С»\

an (Ъ а л

0Ъ О

CO

Ф о

О О

С Ъ аО л ф (1

СЪ Л (Ъ (Ъ

В а а

СЧ» (Ч (Ъ (n 0 00 ОЪ л л а л О (Ъ (Ч СЧ (Ч (Ч

Ф оъ

CaI

00 л

СЧ

0Ъ а л а Л 00

О О

00 оъ й( о

CO л

РЪ 0 00 а л

С (ФЪ

МЪ ((Ъ л а

ОЪ (Ъ и л а (»Ъ

СЧ

C) л

О ч л в о

О О О О О л л

О О О О О оъ о сч (ъ О

CaI

О О О О О л а а

О О О О О

»(СЧ

C)

00 Л

О О

О О

О

- СЧ

О

CO СЧ

In

О О л л

О О

C)

Cl сф 00

Ф л а

О О

О (Ч

Ф л л

О О

00 ((Ъ

00 (»Ъ л

О л (ч

СЧ (Ч .О

СЧ Ca(СЧ а л 1

° (»Ъ (Ч Ca( а а

О О

СЧ л

О О

СЧ а л

О О а

IR.Фа

g o

0(Ca(Ol Ф

° ф а

ВС (д ) a(o

:А (0

3 О

0(Я

0I r

Э(ЪНЧСГЕ,(.ЭО

О л м л л л

СЧ СЧ

СЪ Ю

С Ъ (Ъ (Ч (а

О О О

Ю (Ъ (Ъ л л

00 О(ОЪ

0О СЪ О (Ч С Ъ -ф л

О О О

С О (Ч

1 а (Ч СсЪ

° оъ

О О О

* л a

О О О

Л СЧ Я

О а л л

О О О

1444359

<ч е м л

an Ф сас сл л еф р Д е е л о g м g ю е о ь ю.

00 сса

CO Ф о — о е — - .л м

cv cn e cv

ФЪ ф см Q

1 с 4 . о о lg ф саа г

cv м .г ы с-.: а в в

IN w» cV cvi (7l (Ъ cv л е е (сф

Е an в л а сч л д о ю е сч о а д в е» о о л а мз в о

«д (се

Ф ю

ФЧ а а о о и

4Ь Ф Ю O ° оо л р а

° n cn < \ c4 о cv о о о сп м

CC! и

Д а ь ч е) . л м