Способ легирования и микролегирования низколегированной малоуглеродистой стали

 

Использование: черная металлургия, в частности, при производстве микролегированных сталей. Сущность: способ легирования и микролегирования низколегированной малоуглеродистой стали включает отбор пробы перед раскислением, определение в ней содержания углерода, ввод в расплав ниобия, количество которого для микролегирования устанавливают в зависимости от содержания углерода в пробе, и марганца, при этом ниобий вводят в расплав в количестве, определяемом по формуле: [%Nb]= 2,5·10^-3/[%C], где [%Nb] - количество вводимого для микролегирования ниобия, мас.%, [%C] - содержание углерода в металле перед раскислением, мас.%, а марганец вводят с учетом содержания в металле углерода и количества вводимого ниобия, причем минимальное количество вводимого для легирования марганца определяют по формуле: [%Mn]= 9,5·10^-2/[%C] +[%Nb] , где [%Mn] - минимальное количество вводимого для легирования марганца, мас.%, [%Nb] - количество вводимого для микролегирования ниобия, мас.%. 2 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к технологии производства микролегированных сталей.

Известен способ внепечной обработки стали [1] позволяющий повысить ее технологическую пластичность за счет продувки металла азотом при одновременном микролегирования нитридообразующими элементами, в качестве которых используют алюминий, титан, ниобий, ванадий. Недостаток способа заключается в том, что он не регламентируют возможность снижения расхода легирующих материалов, в частности, ниобия и марганца.

Известен способ микролегирования стали ниобием [2] направленный на улучшение ее качества за счет продувки металла кальцийсодержащими материалами с одновременным вводом алюминия и ниобия. Способ позволяет уменьшить загрязненность стали неметаллическими включениями, повысить уровень ее механических свойств и увеличить усвоение ниобия, но он также не направлен на снижение расхода других легирующих.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ раскисления и микролегирования низколегированной малоуглеродистой стали [3] согласно которому расчетным путем определяют минимальное количество ниобия для микролегирования, обеспечивающее повышение ударной вязкости стали. Недостаток способа заключается в том, что он не повышает прочностные свойства стали и не приводит к снижению расхода других легирующих, в частности, марганца.

Поставлена задача создать способ легирования и микролегирования низколегированной малоуглеродистой стали, обеспечивающий повышение комплекса ее механических свойств при экономном расходе ниобия для микролегирования и одновременном снижении марганца для легирования.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе раскисления и микролегирования низколегированной малоуглеродистой стали, включающем отбор пробы перед раскислением, определение в ней содержания углерода, ввод в расплав ниобия, количество которого микролегирования устанавливают в зависимости от содержания углерода в пробе, и марганца, ниобий вводят в расплав в количестве, определяемом по формуле: где [% C] содержание углерода в металле перед раскислением, мас. а марганец вводят с учетом содержания в металле углерода и количества вводимого ниобия, причем минимальное количество вводимого для легирования марганца определяют по формуле: Сущность предлагаемого способа легирования и микролегирования низколегированной малоуглеродистой стали заключается в том, что после отбора пробы перед раскислением и определения в ней содержания углерода в металл вводят ферросплавы так, что количество ниобия для микролегирования устанавливают, исходя из содержания углерода в пробе, а количество марганца, требуемое для легирования, определяют по формуле, учитывающей содержание в металле углерода и вводимое количество ниобия.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения и способа-прототипа показывает, что предлагаемый способ легирования и микролегирования низколегированной малоуглеродистой стали отличается тем, что он гарантирует получение комплекса высоких показателей прочностных и вязких свойств металла в горячекатаном состоянии и приводит к значительной экономии марганца, количество которого, потребное для легирования, определяют по предлагаемому соотношению, учитывающему комплексное влияние углерода, ниобия и марганца на свойства стали. Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию "новизна".

Анализ патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков, используемых в предлагаемом решении, по их функциональному назначению. Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемые соотношения между содержаниями ниобия, углерода и марганца в стали установлены экспериментальным путем. Найденное решение применимо для сталей с содержанием 0,06-0,18% углерода и 0,01-0,04% ниобия.

Такое содержание углерода характерно для малоуглеродистых низколегированных свариваемых сталей с содержанием марганца >1% прокат из которых в горячекатаном состоянии соответствует классам прочности 305-345 (стали 09Г2, 14Г2, 09Г1С и др.). Предельные содержания ниобия 0,01-0,04% объясняется тем, что как показала практика, заметное воздействие ниобия на прочностные свойства малоуглеродистой стали в горячекатаном состоянии начинают проявляться при вводе его в количестве ≥0,01% а максимальное упрочнение дают добавки ниобия до 0,04% Пластические свойства металла остаются при этом на достаточно высоком уровне. Дальнейшее повышение содержания ниобия неэффективно и, кроме того, отрицательно сказывается на экономике производства.

В табл. 1 и 2 представлены результаты, полученные при реализации предлагаемого способа, а также способа-прототипа [3] Опытные плавки (плавки 1-3) по предлагаемому способу проводили в индукционной печи емк. 60 кг. После отбора пробы перед раскислением и ее анализа в печь вводили требуемые по расчету и скорректированные с учетом коэффициента усвоения количества ниобия и марганца в виде феррониобия марки ФНб55 и силикомарганца СМн17 (табл.1). Во время выпуска в ковш присаживали корректирующие добавки ферросилиция из расчета получения 0,25-0,27% кремния в готовой стали и алюминий при расходе 1 кг/т стали. Металл из ковшей разливали в металлические изложницы на слитки массой 10 кг.

Слитки были прокованы на заготовки, а затем прокатаны на стане "270" на пластины толщиной 10,5 мм. Температура нагрева под прокатку составляла 1250^oC, время нагрева 40 мин, температура конца прокатки 950^oC. После прокатки пластины охлаждали на воздухе. Из полученных пластин были изготовлены образцы для определения механических свойств металла. Результаты испытания в сравнении с механическими свойствами металла плавки-прототипа приведены в табл.2.

Приведенные в табл.2 данные показывают возможность получения комплекса высоких показателей механических свойств стали при микролегировании ниобием и легировании минимальным количеством марганца, масса которого корректируется в зависимости от содержания углерода в расплаве и количества присаживаемого ниобия. При этом уровень механических свойств металла опытных плавок значительно превышает требования, предъявляемые к низколегированным сталям, содержащим более 1% марганца. Полученные предложенным способом стали могут конкурировать с такими массовыми сталями, как 09Г2 (1,4-1,8% марганца, класс прочности 305), 14Г2 (1,2-1,6% марганца, класс прочности 325-335), 09Г2С (1,3-1,7% марганца, класс прочности 325-345), 10Г2С1 (1,3-1,65% марганца, класс прочности 335-345) и др.

Формула изобретения

Способ легирования и микролегирования низколегированной малоуглеродистой стали, включающий отбор пробы перед раскислением, определение в ней содержания углерода, ввод в расплав ниобия, количество которого для микролегирования устанавливают в зависимости от содержания углерода в пробе, и марганца, отличающийся тем, что ниобий вводят в расплав в количестве, определяемом по формуле [%Nb] 2,5·10^-2/[%C] где [%Nb] количество вводимого для микролегирования ниобия, мас.

[%С] содержание углерода в металле перед раскислением, мас.

а марганец вводят с учетом содержания в металле углерода и количества вводимого ниобия, причем минимальное количество вводимого для легирования марганца определяют по формуле [%Mn] 9,5·10^-3/[%С]+[%Nb]
где [% Mn] минимальное количество вводимого для легирования марганца, мас.

[%С] содержание углерода в металле перед раскислением, мас.

[%Nb] количество вводимого для микролегирования ниобия, мас.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2