Способ микролегирования низкоуглеродистой стали

 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к технологии микролегирования стали массового назначения. Предлагаемый способ микролегирования низкоуглеродистой стали обеспечивает повышение прочностных свойств стали при одновременном экономном расходе ниобия. Микролегирование проводят минимальным количеством ниобия, определяемым по формуле где [%Nb] - количество вводимого для микролегирования ниобия, мac.%; Σ [%C] , [%Cr] , [%Ni] , [%Cu], [%P] - суммарное содержание углерода, хрома, никеля, меди и фосфора в металле перед раскислением. Использование изобретения позволит снизить расход ниобия для микролегирования стали и обеспечить повышение механических свойств стали, в частности прочностных. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к технологии микролегирования стали массового назначения.

Известен способ производства ниобийсодержащей стали, направленный на повышение жидкотекучести и снижение свободной линейной усадки стали [1]. В способе регламентируются технологические приемы ввода ниобийсодержащей комплексной лигатуры, но он не направлен на экономию ниобия и не способствует повышению механических свойств стали.

Известен способ раскисления и микролегирования низколегированной малоуглеродистой стали [2]. Способ позволяет повысить ударную вязкость стали при одновременном снижении расхода ниобия в результате учета влияния присутствующих в расплаве углерода, серы и фосфора. Но способ не направлен на повышение прочностных свойств и не учитывает влияние на свойства металла других примесей, в частности хрома, никеля, меди.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является технология микролегирования ниобием низкоуглеродистой стали с целью повышения уровня механических свойств [3]. Технологией предусматривается отбор пробы перед раскислением и определение содержания в ней углерода и примесей, в том числе хрома, никеля, меди и фосфора, а также присадка в металл раскислителей и ниобийсодержащих легирующих материалов. Недостаток способа заключается в том, что не учитывается влияние присутствующих в металле углерода, хрома, никеля, меди и фосфора на прочностные свойства стали и не реализуется возможность снижения расхода ниобия для микролегирования в результате их присутствия. Расход ниобия определяется только маркой стали.

Поставлена задача создать способ микролегирования низкоуглеродистой стали массового назначения, обеспечивающий повышение ее механических свойств, в частности, прочностных, при экономном расходе ниобия.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе микролегирования ниобием низкоуглеродистой стали, включающем отбор пробы перед раскислением, определение содержания в ней углерода, хрома, никеля, меди и фосфора, ввод в расплав ниобия, количество которого, потребное для микролегирования, определяют по формуле где [%Nb] - количество вводимого для микролегирования ниобия, мас.%; Σ[%C],[%Cr],[%Ni],[%Cu],[%P] - суммарное содержание углерода, хрома, никеля, меди и фосфора в металле перед раскислением, мас.%.

Сущность заявляемого способа микролегирования низкоуглеродистой стали заключается в том, что после отбора пробы перед раскислением и определения содержания в ней углерода, хрома, никеля, меди и фосфора, в металл вводят ферросплавы так, что количество ниобия для микролегирования устанавливают, исходя из содержания этих элементов в расплаве.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и способа-прототипа показывает, что предлагаемый способ микролегирования низкоуглеродистой стали отличается тем, что он гарантирует повышение прочностных свойств стали в горячекатаном состоянии и приводит к снижению расхода ниобия, количество которого, потребное для микролегирования, определяют по предлагаемой формуле, учитывающей комплексное влияние ниобия, а также содержащихся в расплаве углерода, хрома, никеля, меди и фосфора 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".

Предлагаемое соотношение между содержанием ниобия и суммарным содержанием углерода, хрома, никеля, меди и фосфора в металле установлено экспериментальным путем. При этом учитывали, что все эти элементы оказывают положительное влияние на повышение прочностных свойств стали. Найденное расширение применимо для низкоуглеродистых сталей, т.е. с содержанием углерода 0,05 - 0,25%. Содержание ниобия для микролегирования, как правило, не превышает 0,04%, так как при дальнейшем увеличении его содержания в низкоуглеродистой стали заметного повышения прочностных свойств не наблюдается. Такое количество ниобия не вызывает заметного ухудшения пластических свойств стали. Верхние пределы по содержанию хрома, никеля, меди и фосфора выбраны в соответствии с ГОСТ 380-88, т.е. содержание хрома, никеля и меди не должно превышать 0,3% каждого, а содержание фосфора должно быть не более 0,04%. В качестве нижних пределов рассматривались наиболее низкие возможные содержания этих элементов в стали, т. е. для хрома, никеля и меди по 0,03% каждого, для фосфора - 0,008%.

В таблице представлены результаты, полученные при реализации заявляемого способа, а также способа-прототипа.

Опытные плавки 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 угара количества марганца, кремния, алюминия и ниобия, для этой цели использовали ферромарганец ФМн78, ферросилиций ФС45, феррониобий ФНб55 и алюминий вторичный. Металл выпускали в ковш и разливали в металлические изложницы на слитки массой 10 кг. Слитки были прокованы на заготовки, а затем прокатаны на пластины толщиной 10,5 мм. Из полученных пластин изготовлены образцы для определения механических свойств металла. Результаты испытания приведены в таблице.

Данные таблицы показывают, что в результате микролегирования ниобием значительно возрастает по сравнению с требованиями ГОСТ 535-88 "Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества" предел текучести при сохранении необходимого уровня относительного удлинения. Результаты испытания металла, микролегированного ниобием, от плавки N 2 и плавки-прототипа, практически одинаковы. При этом количество ниобия, введенного в результате корректировки по заявляемому способу (плавка N 2), было ниже, чем на плавке-прототипе.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР N 1514796, кл. C 21 C 1/00.

2. Патент РФ N 1772171, кл. C 21 C 7/00.

3. Выплавка стали в мартеновских печах. Технологическая инструкция ТИ 102-СТ.М-16-87. - Н. Тагил, нижнетагильский металлургический комбинат, 1987.

4. ГОСТ 380-88. Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки.

5. ГОСТ 535-88. Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества.

Формула изобретения

Способ микролегирования низкоуглеродистой стали, включающий отбор пробы перед раскислением, определение в ней содержания углерода, хрома, никеля, меди и фосфора, ввод в расплав ниобия, отличающийся тем, что ниобий вводят в расплав в количестве, определяемом по формуле где [%Nb] - количество вводимого для микролегирования ниобия, мас.%,
Σ [%C] , [%Cr] , [%Ni] , [%Cu], [%P] - суммарное содержание углерода, хрома, никеля, меди и фосфора в металле перед раскислением.

РИСУНКИ

Рисунок 1