[go: up one dir, main page]

RU2842922C1 - Complex additive for steel deoxidation and method of steel manufacturing - Google Patents

Complex additive for steel deoxidation and method of steel manufacturing Download PDF

Info

Publication number
RU2842922C1
RU2842922C1 RU2024101401A RU2024101401A RU2842922C1 RU 2842922 C1 RU2842922 C1 RU 2842922C1 RU 2024101401 A RU2024101401 A RU 2024101401A RU 2024101401 A RU2024101401 A RU 2024101401A RU 2842922 C1 RU2842922 C1 RU 2842922C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
liquid steel
complex additive
deoxidation
complex
Prior art date
Application number
RU2024101401A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Каймин ВУ
Шаогуань СЯН
Original Assignee
Ухань Юниверсити Оф Сайенс Энд Текнолоджи
Вукэ Синьцай (Ухань) Текнолоджи Ко., Лтд.
Вукэ Композит Материалс (Хайкоу) Текнолоджи Ко., Лтд.
Сино-Энерджи Хуаюань Флоутинг Винд Инститьют
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ухань Юниверсити Оф Сайенс Энд Текнолоджи, Вукэ Синьцай (Ухань) Текнолоджи Ко., Лтд., Вукэ Композит Материалс (Хайкоу) Текнолоджи Ко., Лтд., Сино-Энерджи Хуаюань Флоутинг Винд Инститьют filed Critical Ухань Юниверсити Оф Сайенс Энд Текнолоджи
Application granted granted Critical
Publication of RU2842922C1 publication Critical patent/RU2842922C1/en

Links

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to metallurgy, specifically to a complex additive for steel deoxidation, which is suitable for use in steels for offshore construction, main pipelines, industrial moulds, metal supports, production of rails and automobiles. Complex additive contains the following chemical components in wt.%: Fe 41–59%, Zr 5–11%, Ti 14–26%, Mg 11–19%, rare earth metals (RE) 4–10%, wherein the weight percentage content of the elements Zr, Ti, Mg and RE satisfies the following formula: (Ti+Mg+RE)/Zr=4–8. In the method, the temperature and composition of the melt are controlled to obtain liquid steel, which is discharged into a ladle, performing its preliminary reduction, Now, complex additive is used for final deoxidation. Liquid steel after final deoxidation is subjected to sequential refining and, then, used for continuous casting.
EFFECT: complex additive increasing steel ductility, viscosity, fatigue strength and resistance to localized corrosion is used for steel deoxidation.
8 cl, 7 dwg

Description

Область техникиField of technology

[0001] Данное изобретение относится к технологической сфере плавки металла, а именно к комплексной добавке, образующей примесь со структурой ядро-оболочка, способу ее изготовления и методу плавки.[0001] This invention relates to the technological field of metal smelting, namely to a complex additive that forms an impurity with a core-shell structure, a method for its manufacture and a smelting method.

Уровень техникиState of the art

[0002] Стальные материалы являются основой для промышленного производства, наиболее важными для использования в индустрии конструкционными материалами, которые играют решающую роль в экономическом и социальном развитии. Технологии очистки стали являются основой для создания высококачественных продуктов с высокими характеристиками. Начиная с 80-х годов XX века, степень чистоты стали непрерывно повышается. Тем не менее в процессе использования этих материалов по-прежнему выявляются недостатки в области усталостной стойкости, стойкости и локализованной коррозии и других эксплуатационных характеристик, которые не удовлетворяют требованиям, предъявляемым в ходе социально-экономического развития; основной причиной этому является нехватка глубокого понимания процессов образования примесей в составе сталей, функционирования микромеханизмов и методов их управления. Примеси (главным образом оксидные включения) в составе стали оказывают серьезное влияние на качество стального материала. Наличие примесей в составе стали разрушает неразрывность металла, снижает механические, физические, химические и технологические свойства стали. Примеси существуют в стали главным образом в форме неметаллических соединений, таких как оксиды, сульфиды и нитриды; их наличие приводит к возникновению неоднородности структуры стали и оказывает негативное влияние на ее физические, механические и химические свойства. Наличие примесей в составе стали снижает ее пластичность, вязкость и усталостную долговечность, ухудшают ее пригодность к обработке и оказывает прямое негативное влияние на чистоту поверхности стального материала, его свариваемость и стойкость к локализованной коррозии. К примеру, наличие примесей в составе стали может приводить к появлению поверхностных дефектов тонколистовой стали, используемой при производстве автомобилей или электрических товаров, растрескиванию тонколистовой стали, используемой при производстве резервуаров DI, водородному растрескиванию трубопроводной стали, возникновению разрывов в процессе изготовления радиальных компонентов колесных шин и ухудшению усталостных характеристик подшипниковой стали; кроме этого, неметаллические включения в составе стали оказывают негативное влияние на устойчивость к разрывам, низкотемпературную ударную вязкость и стойкость к стали к морской коррозии.[0002] Steel materials are the basis of industrial production, the most important structural materials for use in industry, which play a decisive role in economic and social development. Steel purification technology is the basis for creating high-quality products with high characteristics. Since the 1980s, the purity of steel has been continuously improved. However, in the process of using these materials, deficiencies in fatigue resistance, resistance and localized corrosion and other performance characteristics are still found that do not meet the requirements of socio-economic development; the main reason for this is the lack of a deep understanding of the processes of impurity formation in steel, the functioning of micromechanisms and their control methods. Impurities (mainly oxide inclusions) in steel have a serious impact on the quality of steel material. The presence of impurities in steel destroys the continuity of the metal, reduces the mechanical, physical, chemical and technological properties of steel. Impurities exist in steel mainly in the form of non-metallic compounds such as oxides, sulfides and nitrides; their presence causes non-uniformity of the steel structure and adversely affects its physical, mechanical and chemical properties. The presence of impurities in the composition of steel reduces its ductility, toughness and fatigue life, worsens its workability and has a direct negative effect on the surface finish of the steel material, its weldability and resistance to localized corrosion. For example, the presence of impurities in the composition of steel may cause surface defects in thin sheet steel used in the production of automobiles or electrical goods, cracking of thin sheet steel used in the production of DI tanks, hydrogen cracking of pipeline steel, rupture in the process of manufacturing radial components of wheel tires and deterioration of the fatigue performance of bearing steel; in addition, non-metallic inclusions in steel have a negative effect on the rupture resistance, low-temperature impact toughness and marine corrosion resistance of steel.

[0003] Плавка, разливка и кристаллизация стали представляет собой один сложный физико-химический процесс. Эндогенные примеси представляют собой разного рода соединения, образующиеся в результате сложных химических реакций, когда сталь находится в жидком состоянии или в процессе затвердевания; когда сталь находится в процессе затвердевания, такие примеси не успевают подняться к поверхности и остаются в составе стали; эндогенные примеси также могут представлять собой неметаллические вещества, растворенные в стали в условиях высоких температур; когда температура расплавленной стали снижается, растворимость в таких металлических веществ в стали ухудшается, в результате чего происходит их выделение из стали, но они остаются в составе стали в форме примесей.[0003] Melting, pouring and crystallization of steel is a single complex physical and chemical process. Endogenous impurities are various types of compounds formed as a result of complex chemical reactions when steel is in a liquid state or in the process of solidification; when steel is in the process of solidification, such impurities do not have time to rise to the surface and remain in the steel; endogenous impurities can also be non-metallic substances dissolved in steel under high temperature conditions; when the temperature of molten steel decreases, the solubility of such metallic substances in steel worsens, resulting in their release from the steel, but they remain in the steel in the form of impurities.

[0004] В том числе, основным типом примесей являются оксидные включения в составе стали. Al2O3, MgO, CaO и другие оксиды, а также сложные оксиды, алюминат кальция, алюминат магния и алюмомагниевая шпинель являются основными формами, демонстрирующими присутствие оксидов в стали. Такие примеси легко оседают на внутренних стенках погружного сопла, что приводит к закупорке сопла, может приводить к возникновению дефектов на поверхности стальной продукции и ухудшению чистоты поверхности стали. Al2O3 из числа часто встречающихся оксидных включений оказывает самое большое негативное влияние на качество стали; это соединение относится к хрупким недеформируемым примесям, его термическая деформируемость существенно отличается от деформируемости матрицы; под действием напряжения, возникающего в процессе термической обработки, крупные куски Al2O3 и другие хрупкие примеси разрушаются в результате деформации, создавая включения с острыми ромбическими углами, которые в виде цепочек распределяются в матрице; такие твердые включения Al2O3 неправильной формы могут царапать матрицу; причем вокруг примесей формируется поле концентрации напряжения, которое может формировать щели и трещины на граничных поверхностях. Например, в среднеуглеродистой и высокоуглеродистой стали, особенно в подшипниковой стали и стали для тяжелых рельсов, включения Al2O3 под действием циклического напряжения могут формировать очаги усталостного излома, которые в конечном итоге в результате расширения усталостных трещин приводят к «выщерблению» крупных кусков металла вплоть до образования разрывов стали.[0004] In particular, the main type of impurities are oxide inclusions in the steel. Al 2 O 3 , MgO, CaO and other oxides, as well as complex oxides, calcium aluminate, magnesium aluminate and aluminum magnesium spinel are the main forms demonstrating the presence of oxides in steel. Such impurities easily settle on the inner walls of the immersion nozzle, which leads to clogging of the nozzle, can lead to the occurrence of defects on the surface of steel products and deterioration of the surface purity of the steel. Al 2 O 3 , among the frequently encountered oxide inclusions, has the greatest negative effect on the quality of steel; this compound belongs to brittle non-deformable impurities, its thermal deformability differs significantly from the deformability of the matrix; under the action of stress arising during heat treatment, large pieces of Al 2 O 3 and other brittle impurities are destroyed as a result of deformation, creating inclusions with sharp rhombic angles, which are distributed in the matrix in the form of chains; such hard inclusions of Al 2 O 3 of irregular shape can scratch the matrix; and a stress concentration field is formed around the impurities, which can form cracks and fissures on the boundary surfaces. For example, in medium-carbon and high-carbon steel, especially in bearing steel and steel for heavy rails, Al 2 O 3 inclusions under the action of cyclic stress can form fatigue fracture centers, which ultimately, as a result of the expansion of fatigue cracks, lead to the "chipping" of large pieces of metal up to the formation of ruptures in the steel.

[0005] Говоря о сортах стали с обычной структурой, сульфиды в составе стали при комнатной температуре не оказывают значительного влияния на ее прочность; однако, объем их содержания и их форма оказывают очень большое влияние на вязкость (включая сокращение площади поперечного сечения и ударную вязкость), особенно на вязкость при низких температурах. Для подавляющего большинства сортов стали повышение содержания серы приводит к снижению характеристик стали. При температуре, используемой при термической обработке, включения MnS вытягиваются в длинные полосы, вызывая анизотропию вязкости стали. Сульфидные включения имеют заметное влияние на характеристики продукции; примеси сульфида марганца при прокатке легко поддаются деформации, в то время как сульфиды кальция имеют относительно большую жесткость и при прокатке практически не деформируются. Сульфиды могут провоцировать возникновение водородных трещин. Водород легко улавливается вытянутыми включениями MnS, и это снижает устойчивость стали к водородному растрескиванию. Свариваемость, обрабатываемость и механические свойства стали также зависят от типа и объема содержащихся в ней сульфидных включений. Содержащиеся в стали сульфиды сетчатой формы могут провоцировать возникновение красноломкости.[0005] For steel grades with a normal structure, the sulfides in the steel do not significantly affect its strength at room temperature; however, their volume and shape have a very large effect on toughness (including reduction in cross-sectional area and impact toughness), especially on toughness at low temperatures. For the vast majority of steel grades, an increase in the sulfur content leads to a decrease in the properties of the steel. At the temperature used in heat treatment, MnS inclusions are elongated into long strips, causing anisotropy in the toughness of the steel. Sulfide inclusions have a noticeable effect on the properties of the product; manganese sulfide impurities are easily deformed during rolling, while calcium sulfides have relatively high rigidity and are practically not deformed during rolling. Sulfides can provoke the occurrence of hydrogen cracks. Hydrogen is easily trapped by elongated MnS inclusions, and this reduces the resistance of steel to hydrogen cracking. Weldability, machinability and mechanical properties of steel also depend on the type and volume of sulphide inclusions it contains. Reticulated sulphides contained in steel can cause red brittleness.

[0006] Влияние содержащихся в стали примесей на ее свойства зависит от многих факторов. На свойства стали влияют такие факторы, как количество содержащихся в стали примесей, размеры их зерна, форма и распределение, сила сцепления включений с матрицей стали, пластичность примесей и значение коэффициента упругости, их коэффициент теплового расширения и твердость. Применение соответствующих технологических мер, способных эффективно контролировать параметры примесей в составе стали, может не только ликвидировать их вредные последствия, но и в полной мере использовать их полезные функции. Крупные и концентрированные включения наносят большой вред свойствам стали, а мелко распределенные, дисперсные и мелкозернистые примеси не только не несут какого-либо вреда, но в некоторых случаях способны улучшать свойства стали. Например, использование в составе в составе стали мелкозернистых и мелкодисперсных оксидных включений, имеющих отличную температурную стойкость, способно повысить свариваемость стали, особенно в условиях, когда необходимо противостоять большому объему поступающего тепла.[0006] The effect of impurities contained in steel on its properties depends on many factors. The properties of steel are affected by such factors as the amount of impurities contained in steel, their grain size, shape and distribution, the adhesion force of inclusions to the steel matrix, the ductility of impurities and the value of the elasticity coefficient, their coefficient of thermal expansion and hardness. The use of appropriate technological measures capable of effectively controlling the parameters of impurities in the composition of steel can not only eliminate their harmful effects, but also fully utilize their useful functions. Large and concentrated inclusions cause great harm to the properties of steel, and finely distributed, dispersed and fine-grained impurities not only do not cause any harm, but in some cases can improve the properties of steel. For example, the use of fine-grained and finely dispersed oxide inclusions in the composition of steel, which have excellent temperature resistance, can improve the weldability of steel, especially under conditions where it is necessary to withstand a large volume of incoming heat.

[0007] В обычном процессе плавки в качестве раскислителей главным образом используются ферромарганец, ферросилиций и алюминий. Они вступают в реакцию с кислородом и образуют оксиды, которые не могут всплыть на поверхность и не удаляются вместе со шлаком, то есть формируют неметаллические включения в составе стали. Азот в составе стали тоже, как правило, считается вредным элементом; он имеет крайне невысокую растворимость в стали, но одновременно с этим имеет сильное сродство с титаном, ванадием и ниобием; кроме того, расплавленная сталь способна поглощать большое количество азота из атмосферы, поэтому в стали легко образуются нитридные включения.[0007] In the conventional smelting process, ferromanganese, ferrosilicon and aluminum are mainly used as deoxidizers. They react with oxygen to form oxides that cannot float to the surface and are not removed with the slag, that is, they form non-metallic inclusions in the steel. Nitrogen in steel is also generally considered a harmful element; it has extremely low solubility in steel, but at the same time has a strong affinity for titanium, vanadium and niobium; in addition, molten steel can absorb a large amount of nitrogen from the atmosphere, so nitride inclusions are easily formed in steel.

[0008] Существующая технология раскисления с использованием Al представляет собой часто используемую технологию раскисления, в которой в качестве раскислителей используется блоки Al, зерно Al, проволока Al или сплав Fe-Al. Продукт раскисления Al2O3 из числа часто встречающихся оксидных включений оказывает самое большое негативное влияние на качество стали; это соединение относится к хрупким недеформируемым примесям, его термическая деформируемость существенно отличается от деформируемости матрицы; под действием напряжения, возникающего в процессе термической обработки, крупные куски Al2O3 и другие хрупкие примеси разрушаются в результате деформации, создавая включения с острыми ромбическими углами, которые в виде цепочек распределяются в матрице; такие твердые включения Al2O3 неправильной формы могут царапать матрицу; причем вокруг примесей формируется поле концентрации напряжения, которое может формировать щели и трещины на граничных поверхностях.[0008] The existing deoxidation technology using Al is a frequently used deoxidation technology in which Al blocks, Al grains, Al wires or Fe-Al alloys are used as deoxidizers. The deoxidation product Al 2 O 3 among the frequently occurring oxide inclusions has the greatest negative effect on the quality of steel; this compound belongs to brittle non-deformable impurities, its thermal deformability is significantly different from the deformability of the matrix; under the action of stress arising in the process of heat treatment, large pieces of Al 2 O 3 and other brittle impurities are destroyed as a result of deformation, creating inclusions with sharp rhombic angles, which are distributed in the matrix in the form of chains; such hard inclusions of Al 2 O 3 of irregular shape can scratch the matrix; and a stress concentration field is formed around the impurities, which can form cracks and fissures on the boundary surfaces.

[0009] Существующая технология обработки с применением Ca является наиболее распространенной на современном этапе в металлургии технологией плавки с улучшением формы включений. Ca является очень хорошим очистителем для расплавленной стали; он способен выполнять не только глубокое раскисление, но и глубокую десульфурацию; после раскисления расплавленной стали, когда содержание [O] уже находится на очень низком уровне, реакция прямого раскисления с Ca превращается во вспомогательный процесс; в этой фазе он главным образом вступает в химическую реакцию с Al2O3 в составе стали, образуя алюминат кальция. Таким образом, это не только позволяет решить проблему раскисления, но и снизить содержание примеси Al2O3 в стали; однако, часть алюмината кальция, которая не всплыла и не была удалена вместе со шлаком, по-прежнему остается в составе стали; для стальных материалов с особыми требованиями к эксплуатационным характеристикам, таким как устойчивость к локализованной коррозии, усталостная стойкость и стойкость к сильным морозам, такой подход не позволяет решить проблему принципиально.[0009] The existing Ca treatment technology is the most widely used smelting technology with inclusion shape improvement in the metallurgy at present. Ca is a very good purifier for molten steel; it can perform not only deep deoxidation but also deep desulfurization; after the deoxidation of molten steel, when the [O] content is already at a very low level, the direct deoxidation reaction with Ca turns into an auxiliary process; in this phase, it mainly reacts chemically with Al 2 O 3 in the steel to form calcium aluminate. Therefore, it not only solves the deoxidation problem but also reduces the impurity content of Al 2 O 3 in the steel; however, a part of the calcium aluminate that has not floated up and been removed with the slag still remains in the steel; For steel materials with special performance requirements, such as resistance to localized corrosion, fatigue resistance, and resistance to severe frost, this approach does not solve the problem in principle.

[00010] Управление каналами неметаллических включений в составе стали, во-первых, позволяет снизить образование примесей в процессе плавки и в процессе технологических операций разливки, а также снизить попадание загрязнений в жидкую сталь извне; во-вторых, позволяет удалять имеющиеся в составе жидкой стали примеси или минимизировать их негативное влияние на свойства стали. Основные технологические способы: (1) контроль примесей в процессе плавки в конвертерной печи, включает в себя уменьшение дополнительной продувки и минимизацию количества нижнего шлака, чтобы снизить содержание кислорода в конце конвертерной печи; увеличение содержания MgО и щелочности конечного конвертерного шлака, чтобы уменьшить объем нижнего шлака; применение шлакоудаления при выпуске плавки, выпуск шлака, денатурация шлака; промывка шлака в процессе выпуска плавки из конвертерной печи для десульфурации, чтобы снизить объем содержания серы в жидкой стали и снизить вредное воздействие сульфидных включений и т.д. (2) Контроль включений в процессе рафинирования: включает ковшовую продувку, создание воздушной завесы у подпорной стенки промежуточного ковша, метод увеличения/снижения давления (NK-PERM), магнитно-гидродинамическое перемешивание литейного ковша, центрифугирование промежуточного ковша, применение электромагнитного тормоза для кристаллизатора, технология обработки с применением кальция и т.д.[00010] Control of non-metallic inclusion channels in steel, firstly, allows to reduce the formation of impurities during the melting process and during the process of casting operations, as well as to reduce the ingress of contaminants into liquid steel from the outside; secondly, it allows to remove impurities present in the liquid steel or to minimize their negative impact on the properties of steel. The main technological methods: (1) control of impurities during the melting process in a converter furnace, includes reducing additional blowdown and minimizing the amount of bottom slag to reduce the oxygen content at the end of the converter furnace; increasing the MgO content and alkalinity of the final converter slag to reduce the volume of bottom slag; application of slag removal during melt tapping, slag tapping, slag denaturation; slag washing in the process of tapping the smelt from the converter furnace for desulfurization, so as to reduce the sulfur content of the liquid steel and reduce the harmful effects of sulfide inclusions, etc. (2) Inclusion control in the refining process: including ladle blowing, air curtain formation at the retaining wall of the tundish, pressure increase/decrease method (NK-PERM), magnetohydrodynamic stirring of the casting ladle, centrifugation of the tundish, application of electromagnetic brake for the crystallizer, calcium processing technology, etc.

[00011] Выделяют несколько элементов, которые способствуют сфероидизации оксидов, сульфидов и оксидов сульфидов: кальций, теллур, магний, редкоземельные элементы и т.п. Упомянутые четыре элемента: кальций, теллур, магний и редкоземельные элементы, имеют чрезвычайно низкую твердую растворимость в матрице железа. Причиной того, что эти элементы стимулируют сфероидизацию сульфидов, является то, что сульфиды этих элементов имеют низкую смачиваемость в матрице стали, высокую межфазовую энергию и большой краевой угол смачивания, что легко приводит к образованию шарообразных форм.[00011] Several elements are distinguished that promote the spheroidization of oxides, sulfides and sulfide oxides: calcium, tellurium, magnesium, rare earth elements, etc. The four elements mentioned: calcium, tellurium, magnesium and rare earth elements, have extremely low solid solubility in the iron matrix. The reason that these elements stimulate the spheroidization of sulfides is that the sulfides of these elements have low wettability in the steel matrix, high interphase energy and a large wetting angle, which easily leads to the formation of spherical shapes.

[00012] Однако, упомянутые выше способы имеют разные недостатки: (1) касательно стали, обрабатываемой с помощью кальция: методы ввода кальция отличается высокой сложностью; первый способ: добавление кальция в жидкую сталь выполняется методом распыления посредством ввода пистолета-распылителя в литейный ковш; другим способом является добавление кальция с помощью стальной проволоки с защитной оболочкой. (2) Касательно стали, обрабатываемой с помощью теллура и селена: оба элемента имеют высокую стоимость и не пользуются спросом по экономическим соображениям; оба элемента токсичны; теллур также может вызывать красноломкость при прокатке. (3) Касательно стали, обрабатываемой с помощью магния: вследствие того, что магний очень легкий, его очень сложно ввести в жидкую сталь; он также отличается низким коэффициентом выпуска продукции. (4) Касательно стали, обрабатываемой с помощью редкоземельных элементов: во время производства и применения редкоземельных металлов легко образуется радиоактивная пыль, создаваемую радиоактивную опасность нельзя игнорировать. При разливке стали, обработанной редкоземельными элементами, на сопле образуется грат; проблема образования грата на сопле также часто возникает при применении таких сильных раскислителей, как Аl. Примеси в виде редкоземельных элементов имеют большой удельный вес, обычно в диапазоне 5,5-6,5, что объясняет сложность с их всплыванием на поверхность; особенно ярко это выражается при добавлении чрезмерного объема редкоземельных элементов, это может приводить к увеличению вредных включений в составе стали, в том числе крупнокусковых включений, образование хрупких интерметаллических соединений редкоземельных элементов с железом и ухудшению свойств стали.[00012] However, the above-mentioned methods have various disadvantages: (1) Regarding steel treated with calcium: the methods for introducing calcium are highly complicated; the first method is to add calcium to liquid steel by spraying it with a spray gun into the casting ladle; the other method is to add calcium by using a steel wire with a protective sheath. (2) Regarding steel treated with tellurium and selenium: Both elements are expensive and not in demand for economic reasons; both elements are toxic; Tellurium can also cause red brittleness during rolling. (3) Regarding steel processed with magnesium: Because magnesium is very light, it is very difficult to incorporate it into liquid steel; it also has a low yield rate. (4) Regarding steel processed with rare earth elements: During the production and use of rare earth metals, radioactive dust is easily generated, and the resulting radioactive hazard cannot be ignored. When pouring steel treated with rare earth elements, burr is formed on the nozzle; the problem of burr formation on the nozzle also often occurs when using such strong deoxidizers as Al. Rare earth element impurities have a high specific gravity, usually in the range of 5.5-6.5, which explains the difficulty of their floating to the surface; this is especially pronounced when adding excessive amounts of rare earth elements, which can lead to an increase in harmful inclusions in the steel, including large-piece inclusions, the formation of brittle intermetallic compounds of rare earth elements with iron and deterioration of the steel properties.

[00013] Из приведенного выше анализа можно понять следующее: вне зависимости от вида применяемого контроля, будь то контроль примесей при плавке в конвертерной печи или контроль примесей в процессе рафинирования, оба вида отличаются сложностью технологических процессов, большим количеством технологических операций, большим объемом инвестиций в оборудование и высокой сложностью контроля. Исходя из этого, данное изобретение представляет комплексную добавку, образующую примеси со структурой ядро-оболочка, способ ее изготовления и метод плавки.[00013] From the above analysis, it can be understood that regardless of the type of control applied, whether it is impurity control during smelting in a converter furnace or impurity control during refining, both types are characterized by the complexity of technological processes, a large number of technological operations, a large amount of investment in equipment, and a high complexity of control. Based on this, the present invention provides a complex additive that forms impurities with a core-shell structure, a method for producing the same, and a smelting method.

Содержание изобретенияContents of the invention

[00014] Для устранения существующих технических недостатков данное изобретение представляет комплексную добавку, образующую примеси со структурой ядро-оболочка, способ ее изготовления и метод плавки. Целью является представить формирующую примесь структуру ядро-оболочка, которая имеет ряд полезных эффектов, включая мелкозернистость, сфероидизацию и диффузию; способен заметно повышать пластичность, вязкость, усталостную прочность, стойкость к локализованной коррозии, свариваемость железных материалов и их способность холодной гибке.[00014] In order to eliminate the existing technical disadvantages, the present invention provides a complex additive that forms impurities with a core-shell structure, a method for producing the same, and a method for melting. The aim is to provide a core-shell structure forming impurity that has a number of useful effects, including fine grain, spheroidization, and diffusion; and is capable of significantly increasing the plasticity, toughness, fatigue strength, localized corrosion resistance, weldability, and cold bendability of ferrous materials.

[00015] Для устранения упомянутых выше технических недостатков данное изобретение, с одной стороны, представляет комплексную добавку, образующую примеси со структурой ядро-оболочка, в ее состав входят следующие химические компоненты в массовом процентном содержании: Fe: 41-59%, Zr: 5-11%, Ti:14-26%, Mg: 11-19%, RE: 4-10%; массовое процентное содержание элементов Zr, Ti, Mg и RE удовлетворяет следующей формуле: (Ti+Mg+RE)/Zr=4-8.[00015] In order to eliminate the above-mentioned technical disadvantages, the present invention, on the one hand, represents a complex additive that forms impurities with a core-shell structure, its composition includes the following chemical components in a weight percentage content: Fe: 41-59%, Zr: 5-11%, Ti: 14-26%, Mg: 11-19%, RE: 4-10%; the weight percentage content of the elements Zr, Ti, Mg and RE satisfies the following formula: (Ti+Mg+RE)/Zr=4-8.

[00016] Упомянутые выше компоненты выполняют следующие функции в составе комплексной добавки:[00016] The above mentioned components perform the following functions as part of the complex supplement:

[00017] Цирконий: цирконий представляет собой часто используемый раскислитель; при этом вследствие того, что он зачастую используется для комплексного раскисления в сочетании с титаном или титан-алюминиевым сплавом, это приводит к образованию мелкозернистых дисперсных комплексных примесей; такие комплексные примеси связывают перемещение границ кристаллитов во время термического цикла сварки, ограничивая рост зерен аустенита, а в процессе превращения аустенита стимулируют зарождение центров кристаллизации игольчатого феррита, что способствует эффективному измельчению зерен кристаллов и повышению вязкости в зоне крупных зерен сварки; одновременно с этим цирконий является сильным карбидообразующим элементом, его функции в составе стали схожи с функциями ниобия, ванадия и титана; образуются карбиды или нитриды, которые способны эффективно измельчать зерна кристаллов, что способствует повышению низкотемпературных свойств стали; однако, чрезмерное содержание циркония приводит к укрупнению зерен и утрате функции ограничения укрупнения зерен кристаллов, поэтому массовое содержание Zr по данному изобретению составляет 5-11%.[00017] Zirconium: zirconium is a frequently used deoxidizer; however, due to the fact that it is often used for complex deoxidation in combination with titanium or titanium-aluminum alloy, this leads to the formation of fine-grained dispersed complex impurities; such complex impurities bind the movement of crystallite boundaries during the thermal cycle of welding, limiting the growth of austenite grains, and during the transformation of austenite, they stimulate the nucleation of acicular ferrite crystallization centers, which contributes to the effective refinement of crystal grains and an increase in viscosity in the coarse weld grain zone; at the same time, zirconium is a strong carbide-forming element, its functions in the composition of steel are similar to the functions of niobium, vanadium and titanium; carbides or nitrides are formed that are capable of effectively refining crystal grains, which contributes to an increase in the low-temperature properties of steel; However, excessive zirconium content leads to grain coarsening and loss of the function of limiting crystal grain coarsening, therefore the mass content of Zr according to this invention is 5-11%.

[00018] Титан: титан имеет крайне сильное сродство с кислородом, азотом и углеродом, является отличным раскислителем и элементом, эффективно связывающим азот и углерод; оксиды титана считаются наиболее эффективными примесями, способствующими зарождению центров кристаллизации в стали, которые способны эффективно стимулировать зарождение центров кристаллизации игольчатого феррита, и широко используются в оксидной металлургии; титан формирует в составе стали мелкие дисперсные зерна TiN, которые медленно растворяются только при нагреве стали до температуры 1400°С; в процессе термического цикла сварки частицы TiN эффективно препятствуют укрупнению кристаллов аустенита и способствуют повышению вязкости; частицы TiN эффективно стимулируют формирование игольчатого феррита и эффективно улучшают свариваемость стали; тем не менее, чрезмерное содержание Ti негативно сказывается на улучшении свойств стали, создает риск формирования крупных титановых карбонитридов, становится источником формирования трещин и может приводить к снижению вязкости, поэтому массовое процентное содержание Ti по данному изобретению составляет 14-26%.[00018] Titanium: titanium has an extremely strong affinity for oxygen, nitrogen and carbon, is an excellent deoxidizer and an element that effectively binds nitrogen and carbon; titanium oxides are considered to be the most effective impurities that promote the nucleation of crystallization centers in steel, which can effectively stimulate the nucleation of crystallization centers of acicular ferrite, and are widely used in oxide metallurgy; titanium forms fine dispersed TiN grains in the steel, which slowly dissolve only when the steel is heated to a temperature of 1400 °C; during the thermal cycle of welding, TiN particles effectively prevent the coarsening of austenite crystals and contribute to an increase in viscosity; TiN particles effectively stimulate the formation of acicular ferrite and effectively improve the weldability of steel; However, excessive Ti content has a negative effect on improving the properties of steel, creates a risk of forming large titanium carbonitrides, becomes a source of crack formation and can lead to a decrease in toughness, therefore, the mass percentage of Ti in this invention is 14-26%.

[00019] Магний: магний является сильным раскисляющим элементом, образующим сложные оксиды сульфида; магний может уменьшать количество и размер зерна примесей, способствует их равномерному распределению и улучшает форму включений в стали; добавление магния в микродозировках способно улучшать размеры частиц карбидов в нержавеющей стали и их распределение, способствует более равномерной мелкозернистости частиц карбидов, а образующая примесь MgO выполняет роль связывания границ кристаллитов аустенита и оказывает положительное регулирующее действие на размер зерна, поэтому массовое содержание Mg по данному изобретению составляет 11-19%.[00019] Magnesium: magnesium is a strong deoxidizing element that forms complex sulfide oxides; magnesium can reduce the amount and grain size of impurities, promotes their uniform distribution, and improves the shape of inclusions in steel; adding magnesium in microdoses can improve the particle size of carbides in stainless steel and their distribution, promotes more uniform fineness of carbide particles, and the forming impurity MgO plays the role of binding the boundaries of austenite crystallites and has a positive regulating effect on the grain size, so the mass content of Mg according to this invention is 11-19%.

[00020] Редкоземельные элементы: в составе стальных материалов они могут использоваться в качестве раскислителей, в особенности лантан (La) и церий (Се); при добавлении в расплавленную сталь происходит резкая активация свойств редкоземельных элементов, которые вступают в реакцию с O и S в составе стали, образуя чрезвычайно устойчивые оксиды, сульфиды и оксиды сульфида; добавление редкоземельных элементов очевидно повышает механические свойства стального материала и его устойчивость к коррозии; легированная редкоземельными элементами сталь некогда была объектом активных исследований и использовалась для разработки стальных материалов, отвечающих определенным потребностям, поэтому массовое содержание RE по данному изобретению составляет 4-10%.[00020] Rare earth elements: in the composition of steel materials, they can be used as deoxidizers, especially lanthanum (La) and cerium (Ce); when added to molten steel, the properties of rare earth elements are sharply activated, which react with O and S in the steel to form extremely stable oxides, sulfides and sulfide oxides; the addition of rare earth elements obviously improves the mechanical properties of the steel material and its corrosion resistance; steel alloyed with rare earth elements has once been the subject of active research and has been used to develop steel materials meeting certain needs, so the mass content of RE in the present invention is 4-10%.

[00021] Необходимо пояснить, что обозначения «Ti», «Mg», «RE» и «Zr» в вышеупомянутой формуле (Ti+Mg+RE)/Zr означают массовое процентное отношение соответствующего элемента, при этом значение, подставляемое в приведенную выше формулу, представляет собой значение перед знаком процента, например, если массовое процентное отношение Ti составляет 20%, массовое процентное отношение Mg составляет 15%, массовое процентное отношение RE составляет 7%, а массовое процентное отношение Zr составляет 8%, то в вышеупомянутую формулу будут вставлены следующие значения: (Ti+Mg+RE)/Zr=(20+15+7)/8=5,2.[00021] It should be explained that the symbols “Ti”, “Mg”, “RE” and “Zr” in the above formula (Ti+Mg+RE)/Zr mean the mass percentage of the corresponding element, and the value substituted into the above formula is the value before the percent sign, for example, if the mass percentage of Ti is 20%, the mass percentage of Mg is 15%, the mass percentage of RE is 7% and the mass percentage of Zr is 8%, then the following values will be substituted into the above formula: (Ti+Mg+RE)/Zr=(20+15+7)/8=5.2.

[00022] Данное изобретение имеет следующие полезные эффекты:[00022] This invention has the following beneficial effects:

[00023] (1) Представленная в данном изобретении комплексная добавка имеет ряд полезных эффектов, включая мелкозернистость, сфероидизацию и диффузию; способна заметно повышать пластичность, вязкость, усталостную прочность, стойкость к локализованной коррозии, свариваемость железных материалов и их способность холодной гибке.[00023] (1) The complex additive provided in the present invention has a number of beneficial effects including fine grain, spheroidization and diffusion; it is capable of significantly increasing the plasticity, toughness, fatigue strength, localized corrosion resistance, weldability of ferrous materials and their cold bending ability.

[00024] (2) Комплексная добавка по данному изобретению подходит для использования в сталях для морского строительства, стали для трубопроводов и сосудов, стали для криогенных сосудов, стали для мостовых балок, стали для металлических опор, стали для рельсов, подшипниковой стали, зубчатой стали, стали для изготовления ножей для тоннелепроходческих комплексов, стали для кордов, рессорной стали, стали для холодной высадки, стали для производства автомобилей, электротехнической стали и других видов стали, в которых предъявляются высокие требования к форме включений; образующиеся примеси представляют собой комплексные примеси со структурой ядро-оболочка, зернистость, сфероидизация, дисперсность и объемный модуль упругости которых аналогичен соответствующим показателям матричной фазы железа; они заметно повышают стойкость к коррозии в нейтральной водной среде, стойкость к морской коррозии, усталостную стойкость, а также повышают пластическую вязкость и снижают локальную концентрацию напряжения.[00024] (2) The complex additive of the present invention is suitable for use in steels for marine construction, steels for pipelines and vessels, steels for cryogenic vessels, steels for bridge beams, steels for metal supports, steels for rails, bearing steels, toothed steels, steels for making knives for tunnel boring machines, steels for cords, spring steels, cold heading steels, steels for the production of automobiles, electrical steels and other types of steels that have high requirements for the shape of inclusions; the resulting impurities are complex impurities with a core-shell structure, the granularity, spheroidization, dispersion and bulk modulus of elasticity of which are similar to the corresponding indicators of the matrix phase of iron; they noticeably increase the corrosion resistance in a neutral aqueous environment, the resistance to marine corrosion, the fatigue resistance, and also increase the plastic viscosity and reduce the local stress concentration.

[00025] На базе вышеописанного технического решения данное изобретение также позволяет реализовать представленные ниже усовершенствования.[00025] Based on the above-described technical solution, this invention also makes it possible to implement the improvements presented below.

[00026] Далее, в ее состав входят следующие химические компоненты в массовом процентном содержании: Fe: 46-57%, Zr: 6-11%, Ti:15-16%, Mg: 12-19%, RE: 9-10%.[00026] Further, it contains the following chemical components in mass percentage: Fe: 46-57%, Zr: 6-11%, Ti: 15-16%, Mg: 12-19%, RE: 9-10%.

[00027] Далее, в ее состав входят следующие химические компоненты в массовом процентном содержании: Fe: 50%, Zr: 8%, Ti: 20%, Mg: 15%, RE: 7%.[00027] Further, it contains the following chemical components in mass percentage: Fe: 50%, Zr: 8%, Ti: 20%, Mg: 15%, RE: 7%.

[00028] Далее, упомянутый элемент RE включает в себя элемент La и элемент Ce, массовое отношение которых составляет (70-90):(10-30).[00028] Further, the mentioned RE element includes an La element and a Ce element, the mass ratio of which is (70-90):(10-30).

[00029] Далее, упомянутый элемент Zr представляет собой губчатый металлический цирконий и/или металлический цирконий; упомянутый элемент Mg представляет собой любой один вид или комбинацию по меньшей мере двух видов из числа кусков металлического магния, зерен магния, кусков сплава магний-цирконий и зерен сплава магний-цирконий.[00029] Further, said Zr element is spongy metallic zirconium and/or metallic zirconium; said Mg element is any one kind or a combination of at least two kinds from among metallic magnesium pieces, magnesium grains, magnesium-zirconium alloy pieces, and magnesium-zirconium alloy grains.

[00030] С другой стороны, данное изобретение представляет способ изготовления упомянутой комплексной добавки, образующей примесь со структурой ядро-оболочка, который включает в себя следующую последовательность: в сплав Fe-Ti сначала добавляют элементы Zr, Ti и RE, затем проводят выплавку в вакуумной индукционной печи, после чего в условиях вакуума выполняют разливку и получают комплексную добавку.[00030] On the other hand, the present invention provides a method for producing the said complex additive forming an impurity with a core-shell structure, which includes the following sequence: first, Zr, Ti and RE elements are added to the Fe-Ti alloy, then smelting is carried out in a vacuum induction furnace, after which casting is carried out under vacuum conditions and the complex additive is obtained.

[00031] Далее, время выплавки в вакуумной индукционной печи по упомянутому способу приготовления составляет 4-8 часов.[00031] Further, the melting time in a vacuum induction furnace according to the mentioned preparation method is 4-8 hours.

[00032] С третьей стороны, данное изобретение представляет метод плавки, который включает в себя следующую последовательность:[00032] On the third hand, the present invention provides a melting method which includes the following sequence:

[00033] (1) После передела жидкого чугуна и/или стального лома в конвертерной или электродуговой печи регулируют температуру и состав расплава для получения жидкой стали;[00033] (1) After processing liquid pig iron and/or steel scrap in a converter or electric arc furnace, the temperature and composition of the melt are adjusted to obtain liquid steel;

[00034] (2) Жидкую сталь запускают в ковш, выполняют ее предварительное раскисление, а затем с помощью упомянутой комплексной добавки по любому из пунктов формулы изобретения выполняют окончательное раскисление и получают жидкую сталь после окончательного раскисления;[00034] (2) Liquid steel is introduced into a ladle, its preliminary deoxidation is performed, and then, using the mentioned complex additive according to any of the claims of the invention, final deoxidation is performed and liquid steel is obtained after final deoxidation;

[00035] (3) Упомянутую жидкую сталь после окончательного раскисления последовательно подвергают рафинированию и затем используют для непрерывного литья.[00035] (3) The said liquid steel, after final deoxidation, is successively subjected to refining and then used for continuous casting.

[00036] Далее, в шаге 1) последовательности температура упомянутой жидкой стали составляет 1551-1690°С, содержание свободного кислорода в упомянутой жидкой стали составляет 101-399 частей на миллион; шаг (2) конкретно включает в себя следующее: жидкую сталь запускают в ковш, в условиях микропузырькового перемешивания упомянутую жидкую сталь в ковше предварительно раскисляют с использованием сплава Fe-Si или сплава Fe-Si-Mn, при этом содержание свободного кислорода в упомянутой жидкой стали регулируют в диапазоне 11-99 частей на миллион; далее в условиях микропузырькового перемешивания с применением комплексной добавки выполняют окончательное раскисление и получают жидкую сталь после окончательного раскисления; в шаге (3) сначала выполняют рафинирование LF, рафинирование VD или рафинирование RH упомянутой жидкой стали после окончательного раскисления, а затем используют ее для непрерывного литья.[00036] Next, in step 1) of the sequence, the temperature of said molten steel is 1551-1690°C, the free oxygen content of said molten steel is 101-399 parts per million; step (2) specifically includes the following: liquid steel is put into a ladle, under the condition of microbubble stirring, said molten steel in the ladle is preliminarily deoxidized using a Fe-Si alloy or a Fe-Si-Mn alloy, and the free oxygen content of said molten steel is adjusted in the range of 11-99 parts per million; then, under the condition of microbubble stirring using a complex additive, final deoxidation is performed and molten steel after the final deoxidation is obtained; in step (3), first LF refining, VD refining or RH refining is performed on said molten steel after the final deoxidation, and then it is used for continuous casting.

[00037] Далее, в шаге (2) последовательности объем добавления упомянутой комплексной добавки в каждую тонну упомянутой жидкой стали составляет 0,51-4,9 кг. Комплексная добавка вводится в жидкую сталь в виде кусковой лигатуры или проволоки с защищенным сердечником, зернистость комплексной добавки составляет 3-19 мм.[00037] Next, in step (2) of the sequence, the addition volume of said complex additive to each ton of said liquid steel is 0.51-4.9 kg. The complex additive is introduced into the liquid steel in the form of a lump ligature or wire with a protected core, the grain size of the complex additive is 3-19 mm.

Описание прилагаемых чертежейDescription of the attached drawings

[00038] Фиг. 1 представляет собой изображение включений в низколегированной высокопрочной стали, полученной после электролитической экстракции в неводном растворе по данному изобретению;[00038] Fig. 1 is an illustration of inclusions in a low alloy high strength steel obtained after electrolytic extraction in a non-aqueous solution according to the present invention;

[00039] Фиг. 2 представляет собой изображение распределения элементов включений в низколегированной высокопрочной стали, полученной после электролитической экстракции в неводном растворе по данному изобретению;[00039] Fig. 2 is an illustration of the distribution of inclusion elements in a low-alloy high-strength steel obtained after electrolytic extraction in a non-aqueous solution according to the present invention;

[00040] Фиг. 3 представляет собой изображение SEM после электролитической экстракции примесей в составе низколегированной высокопрочной стали по данному изобретению, раскисленной по стандартизированной процедуре с применением Al, и анализ EDS;[00040] Fig. 3 is a SEM image after electrolytic extraction of impurities in the composition of a low-alloy high-strength steel of the present invention, deoxidized by a standardized procedure using Al, and an EDS analysis;

[00041] Фиг. 4 представляет собой кривую выделения зерен сульфидов и нитридов в процессе затвердевания стали по данному изобретению;[00041] Fig. 4 is a curve of the precipitation of sulfide and nitride grains during the solidification process of steel according to the present invention;

[00042] Фиг. 5 представляет собой кривые плотности состояний разных оксидов по данному изобретению, в том числе, плотность состояний (a) Ti2O3, (b) ZrO2 и (c) Al2O3; пунктирными линиями обозначена поверхность Ферми;[00042] Fig. 5 is a density of states curve of various oxides of the present invention, including the density of states of (a) Ti 2 O 3 , (b) ZrO 2 , and (c) Al 2 O 3 ; the dashed lines indicate the Fermi surface;

[00043] Фиг. 6 представляет собой результат тестирования KAM стали по данному изобретению после комплексного легирования с применением редкоземельного элемента La; в том числе, (а) схема IQ, (b) схема КАМ;[00043] Fig. 6 is a result of testing the KAM steel of the present invention after complex alloying using the rare earth element La; including (a) the IQ diagram, (b) the KAM diagram;

[00044] Фиг. 7 представляет собой схему модуля упругого растяжения Юнга матричной фазы Fe и включений Al2O3 и AlLaO3 по данному изобретению; в том числе (a) матричная фаза Fe, (b) Al2O3, (c) AlLaO3. [00044] Fig. 7 is a diagram of the elastic tensile Young's modulus of the matrix phase of Fe and inclusions of Al 2 O 3 and AlLaO 3 according to the present invention; including (a) the matrix phase of Fe, (b) Al 2 O 3 , (c) AlLaO 3 .

Конкретные варианты реализацииSpecific implementation options

[00045] Ниже представлено описание принципов и особенностей данного изобретения; приведенные варианты реализации предназначены исключительно для описания данного изобретения и не ограничивают каким-либо способом сферу данного изобретения. Технологии или условия, не описанные в вариантах реализации, регламентируются в соответствии с технологией или условиями, описанными в соответствующей литературе, или в инструкции продукта. Реактивы и измерительная аппаратура, для которых не указан производитель, являются обычными продуктами, которые можно приобрести через официальные каналы.[00045] The following is a description of the principles and features of the present invention; the embodiments provided are intended solely to describe the present invention and do not limit the scope of the present invention in any way. Techniques or conditions not described in the embodiments are governed by the technique or conditions described in the relevant literature or in the product instructions. Reagents and measuring equipment for which the manufacturer is not indicated are common products that can be purchased through official channels.

[00046] Вариант реализации 1[00046] Implementation option 1

[00047] Данный вариант реализации относится к комплексной добавке, образующей примеси со структурой ядро-оболочка; в ее состав входят следующие химические компоненты в массовом процентном содержании: Fe составляет 50%, Zr составляет 8%, Ti составляет 20%, Mg составляет 15%, RE составляет 7%; остальной состав представляет собой неизбежные примеси. Массовое процентное содержание элементов Zr, Ti, Mg и RE удовлетворяет следующей формуле: (Ti+Mg+RE)/Zr=5,2. В том числе упомянутый элемент RE включает в себя элемент La и элемент Ce, массовое отношение которых составляет 80:20.[00047] This embodiment relates to a complex additive that forms impurities with a core-shell structure; its composition includes the following chemical components in a weight percentage content: Fe is 50%, Zr is 8%, Ti is 20%, Mg is 15%, RE is 7%; the remaining composition is inevitable impurities. The weight percentage content of the elements Zr, Ti, Mg and RE satisfies the following formula: (Ti+Mg+RE)/Zr=5.2. In particular, the mentioned element RE includes the element La and the element Ce, the weight ratio of which is 80:20.

[00048] Данный вариант реализации относится к способу изготовления упомянутой комплексной добавки, образующей примесь со структурой ядро-оболочка, который включает в себя следующую последовательность: используя сплав Fe-Ti в качестве основы, добавляют Zr, Ti и RE; в том числе, RE включает в себя лантан La и церий Се; La составляет 80%, Се составляет 20%; состав подвергают выплавке в вакуумной индукционной печи в течение 6 часов, после чего выполняют разливку в условиях вакуума. Используемый в комплексной добавке элемент Zr представляет собой губчатый металлический Zr и/или металлический Zr. Используемый в комплексной добавке RE представляет собой смесь редкоземельных элементов, которая включает в себя лантан La и церий Се; La составляет 80%, Се составляет 20%. Используемый в комплексной добавке элемент Mg представляет собой куски металлического магния, зерна магния или куски или зерна сплава Mg-Zr.[00048] This embodiment relates to a method for producing the said complex additive forming an impurity with a core-shell structure, which includes the following sequence: using a Fe-Ti alloy as a base, adding Zr, Ti and RE; wherein RE includes lanthanum La and cerium Ce; La accounts for 80%, Ce accounts for 20%; the composition is melted in a vacuum induction furnace for 6 hours, after which casting is performed under vacuum conditions. The Zr element used in the complex additive is spongy metallic Zr and/or metallic Zr. The RE used in the complex additive is a mixture of rare earth elements, which includes lanthanum La and cerium Ce; La accounts for 80%, Ce accounts for 20%. The Mg element used in the complex additive is pieces of metallic magnesium, grains of magnesium or pieces or grains of an Mg-Zr alloy.

[00049] Данный вариант реализации относится к методу плавки, который включает в себя следующую последовательность:[00049] This embodiment relates to a melting method that includes the following sequence:

[00050] (1) После передела жидкого чугуна или стального лома или жидкого чугуна из стального лома в конвертерной или электродуговой печи регулируют температуру и состав расплава так, чтобы температура выпуска плавки составляла 1620°С, а содержание свободного кислорода в жидкой стали составляло 250 частей на миллион;[00050] (1) After processing liquid pig iron or scrap steel or liquid pig iron from scrap steel in a converter furnace or electric arc furnace, the temperature and composition of the melt are adjusted so that the tapping temperature of the melt is 1620°C and the free oxygen content in the liquid steel is 250 parts per million;

[00051] (2) Жидкую сталь запускают в ковш и перемешивают микропузырьковым перемешиванием в течение 6 минут; затем жидкую сталь в ковше предварительно раскисляют с использованием сплава Fe-Si или сплава Fe-Si-Mn, чтобы отрегулировать содержание свободного кислорода в жидкой стали до значения 55 частей на миллион; после перемешивания жидкой стали микропузырьковым перемешиванием в течение 4 минут добавляют комплексную добавку для окончательного раскисления; комплексная добавка вводится в жидкую сталь в виде кусковой лигатуры или проволоки с защищенным сердечником, зернистость комплексной добавки составляет 11 мм; объем добавления комплексной добавки составляет 2,7 кг на каждую тонну жидкой стали; в результате получают жидкую сталь после окончательного раскисления;[00051] (2) The liquid steel is put into the ladle and stirred by microbubble stirring for 6 minutes; then the liquid steel in the ladle is pre-deoxidized using a Fe-Si alloy or a Fe-Si-Mn alloy to adjust the free oxygen content of the liquid steel to 55 ppm; after the liquid steel is stirred by microbubble stirring for 4 minutes, a complex additive is added for final deoxidation; the complex additive is introduced into the liquid steel in the form of a lump master alloy or a wire with a protected core, the grain size of the complex additive is 11 mm; the addition amount of the complex additive is 2.7 kg for each ton of liquid steel; thereby obtaining liquid steel after final deoxidation;

[00052] (3) Затем согласно стандартизированной технологии выполняют рафинирование LF, рафинирование VD или рафинирование RH упомянутой жидкой стали после окончательного раскисления; в завершении прошедшую стадию рафинирования жидкую сталь согласно стандартизированной технологии используют для непрерывного литья.[00052] (3) Then, according to a standardized technology, LF refining, VD refining or RH refining is carried out on said liquid steel after final deoxidation; finally, the liquid steel having undergone the refining stage is used for continuous casting according to a standardized technology.

[00053] Вариант реализации 2[00053] Implementation option 2

[00054] Данный вариант реализации относится к комплексной добавке, образующей примеси со структурой ядро-оболочка; в ее состав входят следующие химические компоненты в массовом процентном содержании: Fe составляет 46%, Zr составляет 11%, Ti составляет 15%, Mg составляет 19%, RE составляет 10%; остальной состав представляет собой неизбежные примеси. Массовое процентное содержание элементов Zr, Ti, Mg и RE удовлетворяет следующей формуле: (Ti+Mg+RE)/Zr=4. В том числе, упомянутый элемент RE включает в себя элемент La и элемент Ce, массовое отношение которых составляет 90:10.[00054] This embodiment relates to a complex additive that forms impurities with a core-shell structure; its composition includes the following chemical components in a weight percentage content: Fe is 46%, Zr is 11%, Ti is 15%, Mg is 19%, RE is 10%; the remaining composition is inevitable impurities. The weight percentage content of the elements Zr, Ti, Mg and RE satisfies the following formula: (Ti+Mg+RE)/Zr=4. In particular, the mentioned element RE includes the element La and the element Ce, the weight ratio of which is 90:10.

[00055] Данный вариант реализации относится к способу изготовления упомянутой комплексной добавки, образующей примесь со структурой ядро-оболочка, который включает в себя следующую последовательность: используя сплав Fe-Ti в качестве основы, добавляют Zr, Ti и RE; в том числе, RE включает в себя лантан La и церий Се; La составляет 90%, Се составляет 10%; состав подвергают выплавке в вакуумной индукционной печи в течение 4 часов, после чего выполняют разливку в условиях вакуума. Используемый в комплексной добавке элемент Zr представляет собой губчатый металлический Zr и/или металлический Zr. Используемый в комплексной добавке RE представляет собой смесь редкоземельных элементов, которая включает в себя лантан La и церий Се; La составляет 90%, Се составляет 10%. Используемый в комплексной добавке элемент Mg представляет собой куски металлического магния, зерна магния или куски или зерна сплава Mg-Zr.[00055] This embodiment relates to a method for producing the said complex additive forming an impurity with a core-shell structure, which includes the following sequence: using a Fe-Ti alloy as a base, adding Zr, Ti and RE; wherein RE includes lanthanum La and cerium Ce; La accounts for 90%, Ce accounts for 10%; the composition is melted in a vacuum induction furnace for 4 hours, after which casting is performed under vacuum conditions. The Zr element used in the complex additive is spongy metallic Zr and/or metallic Zr. The RE used in the complex additive is a mixture of rare earth elements, which includes lanthanum La and cerium Ce; La accounts for 90%, Ce accounts for 10%. The Mg element used in the complex additive is pieces of metallic magnesium, grains of magnesium or pieces or grains of an Mg-Zr alloy.

[00056] Данный вариант реализации относится к методу плавки, который включает в себя следующую последовательность:[00056] This embodiment relates to a melting method that includes the following sequence:

[00057] (1) После передела жидкого чугуна или стального лома или жидкого чугуна из стального лома в конвертерной или электродуговой печи регулируют температуру и состав расплава так, чтобы температура выпуска плавки составляла 1560°С, а содержание свободного кислорода в жидкой стали составляло 150 частей на миллион;[00057] (1) After processing liquid pig iron or scrap steel or liquid pig iron from scrap steel in a converter furnace or electric arc furnace, the temperature and composition of the melt are adjusted so that the tapping temperature of the melt is 1560°C and the free oxygen content in the liquid steel is 150 parts per million;

[00058] (2) Жидкую сталь запускают в ковш и перемешивают микропузырьковым перемешиванием в течение 5 минут; затем жидкую сталь в ковше предварительно раскисляют с использованием сплава Fe-Si или сплава Fe-Si-Mn, чтобы отрегулировать содержание свободного кислорода в жидкой стали до значения 20 частей на миллион; после перемешивания жидкой стали микропузырьковым перемешиванием в течение 3 минут добавляют комплексную добавку для окончательного раскисления; комплексная добавка вводится в жидкую сталь в виде кусковой лигатуры или проволоки с защищенным сердечником, зернистость комплексной добавки составляет 3-19 мм; объем добавления комплексной добавки составляет 0,70 кг на каждую тонну жидкой стали; в результате получают жидкую сталь после окончательного раскисления;[00058] (2) The liquid steel is put into the ladle and stirred by microbubble stirring for 5 minutes; then the liquid steel in the ladle is preliminarily deoxidized using a Fe-Si alloy or a Fe-Si-Mn alloy to adjust the free oxygen content of the liquid steel to a value of 20 parts per million; after the liquid steel is stirred by microbubble stirring for 3 minutes, a complex additive is added for final deoxidation; the complex additive is introduced into the liquid steel in the form of a lump master alloy or a wire with a protected core, the grain size of the complex additive is 3-19 mm; the addition amount of the complex additive is 0.70 kg for each ton of liquid steel; thereby obtaining liquid steel after final deoxidation;

[00059] (3) Затем согласно стандартизированной технологии выполняют рафинирование LF, рафинирование VD или рафинирование RH упомянутой жидкой стали после окончательного раскисления; в завершении прошедшую стадию рафинирования жидкую сталь согласно стандартизированной технологии используют для непрерывного литья.[00059] (3) Then, according to a standardized technology, LF refining, VD refining or RH refining is carried out on said liquid steel after final deoxidation; finally, the liquid steel having undergone the refining stage is used for continuous casting according to a standardized technology.

[00060] Вариант реализации 3[00060] Implementation option 3

[00061] Данный вариант реализации относится к комплексной добавке, образующей примеси со структурой ядро-оболочка; в ее состав входят следующие химические компоненты в массовом процентном содержании: Fe составляет 57%, Zr составляет 6%, Ti составляет 16%, Mg составляет 12%, RE составляет 9%; остальной состав представляет собой неизбежные примеси; массовое процентное содержание элементов Zr, Ti, Mg и RE удовлетворяет следующей формуле: (Ti+Mg+RE)/Zr=6,2. В том числе упомянутый элемент RE включает в себя элемент La и элемент Ce, массовое отношение которых составляет 70:30.[00061] This embodiment relates to a complex additive that forms impurities with a core-shell structure; its composition includes the following chemical components in a weight percentage content: Fe is 57%, Zr is 6%, Ti is 16%, Mg is 12%, RE is 9%; the remaining composition is inevitable impurities; the weight percentage content of the elements Zr, Ti, Mg and RE satisfies the following formula: (Ti+Mg+RE)/Zr=6.2. In particular, the mentioned element RE includes the element La and the element Ce, the weight ratio of which is 70:30.

[00062] Данный вариант реализации относится к способу изготовления упомянутой комплексной добавки, образующей примесь со структурой ядро-оболочка, который включает в себя следующую последовательность: используя сплав Fe-Ti в качестве основы, добавляют Zr, Ti и RE; в том числе, RE включает в себя лантан La и церий Се; La составляет 70%, Се составляет 30%; состав подвергают выплавке в вакуумной индукционной печи в течение 7 часов, после чего выполняют разливку в условиях вакуума. Используемый в комплексной добавке элемент Zr представляет собой губчатый металлический Zr и/или металлический Zr. Используемый в комплексной добавке RE представляет собой смесь редкоземельных элементов, которая включает в себя лантан La и церий Се; La составляет 70%, Се составляет 30%. Используемый в комплексной добавке элемент Mg представляет собой куски металлического магния, зерна магния или куски или зерна сплава Mg-Zr.[00062] This embodiment relates to a method for producing the said complex additive forming an impurity with a core-shell structure, which includes the following sequence: using a Fe-Ti alloy as a base, adding Zr, Ti and RE; wherein RE includes lanthanum La and cerium Ce; La accounts for 70%, Ce accounts for 30%; the composition is melted in a vacuum induction furnace for 7 hours, after which casting is performed under vacuum conditions. The Zr element used in the complex additive is spongy metallic Zr and/or metallic Zr. The RE used in the complex additive is a mixture of rare earth elements, which includes lanthanum La and cerium Ce; La accounts for 70%, Ce accounts for 30%. The Mg element used in the complex additive is pieces of metallic magnesium, grains of magnesium or pieces or grains of an Mg-Zr alloy.

[00063] Данный вариант реализации относится к методу плавки, который включает в себя следующую последовательность:[00063] This embodiment relates to a melting method that includes the following sequence:

[00064] (1) После передела жидкого чугуна или стального лома или жидкого чугуна из стального лома в конвертерной или электродуговой печи регулируют температуру и состав расплава так, чтобы температура выпуска плавки составляла 1670°С, а содержание свободного кислорода в жидкой стали составляло 350 частей на миллион;[00064] (1) After processing liquid pig iron or scrap steel or liquid pig iron from scrap steel in a converter furnace or electric arc furnace, the temperature and composition of the melt are adjusted so that the tapping temperature of the melt is 1670°C and the free oxygen content in the liquid steel is 350 parts per million;

[00065] (2) Жидкую сталь запускают в ковш и перемешивают микропузырьковым перемешиванием в течение 8 минут; затем жидкую сталь в ковше предварительно раскисляют с использованием сплава Fe-Si или сплава Fe-Si-Mn, чтобы отрегулировать содержание свободного кислорода в жидкой стали до значения 80 частей на миллион; после перемешивания жидкой стали микропузырьковым перемешиванием в течение 5 минут добавляют комплексную добавку для окончательного раскисления; комплексная добавка вводится в жидкую сталь в виде кусковой лигатуры или проволоки с защищенным сердечником, зернистость комплексной добавки составляет 16 мм; объем добавления комплексной добавки составляет 3,9 кг на каждую тонну жидкой стали; в результате получают жидкую сталь после окончательного раскисления;[00065] (2) The liquid steel is put into the ladle and stirred by microbubble stirring for 8 minutes; then the liquid steel in the ladle is pre-deoxidized using a Fe-Si alloy or a Fe-Si-Mn alloy to adjust the free oxygen content of the liquid steel to 80 ppm; after the liquid steel is stirred by microbubble stirring for 5 minutes, a complex additive is added for final deoxidation; the complex additive is introduced into the liquid steel in the form of a lump master alloy or a wire with a protected core, the grain size of the complex additive is 16 mm; the addition amount of the complex additive is 3.9 kg for each ton of liquid steel; thereby obtaining liquid steel after final deoxidation;

[00066] (3) Затем согласно стандартизированной технологии выполняют рафинирование LF, рафинирование VD или рафинирование RH упомянутой жидкой стали после окончательного раскисления; в завершении прошедшую стадию рафинирования жидкую сталь согласно стандартизированной технологии используют для непрерывного литья.[00066] (3) Then, according to a standardized technology, LF refining, VD refining or RH refining is carried out on said liquid steel after final deoxidation; finally, the liquid steel having undergone the refining step is used for continuous casting according to a standardized technology.

[00067] Примеры испытаний[00067] Test examples

[00068] Ниже представлены результаты визуального осмотра, анализа и тестирования характеристик низколегированной высокопрочной стали, полученной по варианту реализации 1, и ее основных примесей:[00068] The following are the results of visual inspection, analysis and testing of the characteristics of the low-alloy high-strength steel obtained according to embodiment 1 and its main impurities:

[00069] (1) Характеристики структуры ядро-оболочка примеси[00069] (1) Characteristics of the core-shell structure of the impurity

[00070] В том числе, на фиг. 1 и фиг. 2 представлены изображение и схема распределения элементов включений в низколегированной высокопрочной стали, полученной после электролитической экстракции в неводном растворе. На фиг. 1 и фиг. 2 видно, что включения имеют сферическую форму. Тип примеси, полученной в результате электролитической экстракции в неводном растворе, представляют собой комплексный оксид сульфида; ядром примеси являются сложные оксиды Zr, Ti, Mg и RE, на поверхности сферических частиц - сульфид (MnS) и карбид (TiN).[00070] In particular, Fig. 1 and Fig. 2 show an image and a diagram of the distribution of inclusion elements in low-alloy high-strength steel obtained after electrolytic extraction in a non-aqueous solution. Fig. 1 and Fig. 2 show that the inclusions have a spherical shape. The type of impurity obtained as a result of electrolytic extraction in a non-aqueous solution is a complex sulfide oxide; the core of the impurity is complex oxides of Zr, Ti, Mg and RE, on the surface of the spherical particles is sulfide (MnS) and carbide (TiN).

[00071] С помощью микроскопа со сканированием электронным лучом проведено сопоставление типов и размеров зерна включений в составе комплексной добавки, добавляемой в разном количестве в низколегированную высокопрочную сталь. В стали, раскисленной по стандартизированной технологии с применением Al, оксидные включения имеют кластерный вид (литературный источник: Deng Z, Zhu M. Evolution Mechanism of Non-metallic Inclusions in Al-Killed Alloyed Steel during Secondary Refining Process[J]. [J].Isij International, 2013, 53(3):450-458); включения, главным образом, сконцентрированы в частицах д2-5 мкм; сульфиды имеют полосовидную форму; их длина, как правило, составляет 5-20 мкм; после процедуры комплексного раскисления видно, что размер включения заметно измельчен и главным образом сосредоточен в частицах 1-3 мкм (как показано на фиг. 3).[00071] Using an electron beam scanning microscope, a comparison was made of the types and sizes of grains of inclusions in the composition of a complex additive added in different amounts to low-alloy high-strength steel. In steel deoxidized using a standardized technology using Al, the oxide inclusions have a cluster appearance (literature source: Deng Z, Zhu M. Evolution Mechanism of Non-metallic Inclusions in Al-Killed Alloyed Steel during Secondary Refining Process[J]. [J]. Isij International, 2013, 53(3):450-458); the inclusions are mainly concentrated in particles of d2-5 μm; sulfides have a stripe shape; their length, as a rule, is 5-20 μm; after the complex deoxidation procedure, it is seen that the inclusion size is noticeably finely refined and is mainly concentrated in particles of 1-3 μm (as shown in Fig. 3).

[00072] (2) Термодинамика комплексного раскисления[00072] (2) Thermodynamics of complex deoxidation

[00073] В приведенном выше примере исследования (1) проведен визуальный осмотр и анализ включений; включения представляют собой структуру ядро-оболочка с оксисульфидом в центре и нитридами и сульфидами, прикрепленными по периферии; в этой части представлен термодинамический анализ формирования и эволюции комплексных примесей. Учитывая разнообразие легирующих элементов в составе стали, следует понимать, что в процессе передела и затвердевания расплавленной стали может возникать ряд физико-химических реакций, образующих оксиды, сульфиды, нитриды и другие неметаллические примеси. Изменение свободной энергии Гиббса является стандартом, определяющим, может ли реакция протекать самопроизвольно при постоянной температуре и давлении; ΔG<0 означает, что реакция может протекать самопроизвольно. Уравнение химической реакции раскисления и формула термодинамики, применяемые при добавлении легирующих элементов в расплавленную сталь, представлены формулами (1) и (2).[00073] In the above study example (1), visual inspection and inclusion analysis are carried out; the inclusions are a core-shell structure with oxysulfide in the center and nitrides and sulfides attached to the periphery; this part presents a thermodynamic analysis of the formation and evolution of complex impurities. Considering the variety of alloying elements in the composition of steel, it should be understood that a number of physicochemical reactions may occur during the processing and solidification of molten steel, forming oxides, sulfides, nitrides and other non-metallic impurities. The change in Gibbs free energy is a standard that determines whether a reaction can proceed spontaneously at a constant temperature and pressure; ΔG<0 means that the reaction can proceed spontaneously. The chemical reaction equation of deoxidation and the thermodynamic formula used in adding alloying elements to molten steel are represented by formulas (1) and (2).

, ,

. .

[00074] Где ΔG и ΔGθ соответственно означают свободную энергию Гиббса в реакции и стандартную свободную энергию Гиббса (Дж/моль); R - газовая постоянная (Дж/(моль⋅K)), T - температура (K); ai - активность элемента. В таблице 1 представлены данные о свободной энергии Гиббса, соответствующей образованию включений, которые могут входить в состав низколегированных высокопрочных сталей; температура жидкой стали установлена как 1873 K. Как показано в таблице 1, по величине значений свободной энергии Гиббса наблюдается следующая последовательность образования чистых оксидов металлов: Al2O3 (-734,33 кДж/моль), La2O3 (-610,85 кДж/моль), Ti2O3 (-273,72 кДж/моль), ZrO2 (-156,09 кДж/моль) и CaO (-96,36 кДж/моль). Кроме этого, элементы Zr и RE полностью или частично заменяют элемент Al в составе оксида Al2O3 в расплавленной стали; образуются ZrO2 (-7298,12 кДж/моль) и LaAlO3 (-646,15 кДж/моль). Элемент Ca вступает в реакцию с расплавленным алюминием и кислородом и образует алюминат кальция (-9458,40 кДж/моль). В традиционной технологии раскисления с использованием алюминия при плавке стали оксид Al2O3 занимает лидирующую позицию среди примесей. Одновременно с этим огнеупорный кирпич легко реагирует с Al2O3, образуется Al2O3·MgO (похожий на шпинель).[00074] Where ΔG and ΔG θ respectively denote the Gibbs free energy of the reaction and the standard Gibbs free energy (J/mol); R is the gas constant (J/(mol⋅K)), T is the temperature (K); a i is the activity of the element. Table 1 presents data on the Gibbs free energy corresponding to the formation of inclusions that can be part of low-alloy high-strength steels; the temperature of liquid steel is set as 1873 K. As shown in Table 1, the following sequence of formation of pure metal oxides is observed based on the values of Gibbs free energy: Al 2 O 3 (-734.33 kJ/mol), La 2 O 3 (-610.85 kJ/mol), Ti 2 O 3 (-273.72 kJ/mol), ZrO 2 (-156.09 kJ/mol) and CaO (-96.36 kJ/mol). In addition, the Zr and RE elements completely or partially replace the Al element in the composition of the Al 2 O 3 oxide in molten steel; ZrO 2 (-7298.12 kJ/mol) and LaAlO 3 (-646.15 kJ/mol) are formed. The element Ca reacts with molten aluminum and oxygen to form calcium aluminate (-9458.40 kJ/mol). In the traditional deoxidation technology using aluminum in steel smelting, Al 2 O 3 oxide occupies a leading position among impurities. At the same time, refractory bricks easily react with Al 2 O 3 to form Al 2 O 3 MgO (similar to spinel).

[00075] Таблица 1. Свободная энергия Гиббса во время реакции по образованию примесей при температуре 1873 K[00075] Table 1. Gibbs free energy during the reaction of impurity formation at 1873 K

No. Химическая реакцияChemical reaction ΔG θ (Дж/моль)ΔG θ (J/mol) ΔG (кДж/моль)Δ G (kJ/mol) 11 2[Al]+3[O]=(Al2O3)2[Al]+3[O]= ( Al2O3 ) -1682927+323,240T-1682927+323,240T -734,33-734.33 22 [Mg]+2[Al]+4[O]=(MgO⋅Al2O3)[Mg]+2[Al]+4[O]=(MgO⋅Al 2 O 3 ) -1848696+574,144T-1848696+574,144T ΔGθ=-773,32ΔG θ = -773.32 33 [Zr]+2[O]=(ZrO2)[Zr]+2[O]=( ZrO2 ) -845532+266,100T-845532+266,100T -156,09-156.09 44 2[Ti]+3[O]=(Ti2O3)2[Ti]+3[O]= ( Ti2O3 ) -1072872+346,000T-1072872+346,000T -273,72-273.72 55 [Ca]+[O]=(CaO)[Ca]+[O]=(CaO) -138227-63,000T-138227-63,000T -96,36-96.36 66 [Ca]+6[Al]+4[O]= [CaO⋅Al2O3][Ca]+6[Al]+4[O]= [CaO⋅Al 2 O 3 ] -1023637+142,120T-1023637+142,120T -9458,40-9458,40 77 2[La]+3[O]=(La2O3)2[La]+3[O]=(La 2 O 3 ) -542531+124,150T-542531+124,150T -610,85-610.85 88 3[Zr]+2(Al2O3) = 4[Al]+3(ZrO2)3[Zr]+2(Al 2 O 3 ) = 4[Al]+3(ZrO 2 ) -8233279+464,510T-8233279+464,510T -7298,12-7298,12 99 3[Zr]+2(Ti2O3) = 4[Ti]+3(ZrO2)3[Zr]+2(Ti 2 O 3 ) = 4[Ti]+3(ZrO 2 ) -1073389+538,830T-1073389+538,830T -11,99-11.99 1010 [La]+3[O]+[Al]=(LaAlO3)[La]+3[O]+[Al]=( LaAlO3 ) -801616+129,000T-801616+129,000T -646,15-646.15 1111 [Ce]+(Al2O3) = (CeAlO3) + [Al][Ce]+(Al 2 O 3 ) = (CeAlO 3 ) + [Al] -423900-247,300T-423900-247,300T -833,13-833.13 1212 [Ca]+[S]=(CaS)[Ca]+[S]=(CaS) -542531+124,150T-542531+124,150T -126,03-126.03 1313 [Ti]+[N]=(TiN)[Ti]+[N]=(TiN) -307620+113,400T-307620+113,400T 65,0965.09

[00076] Выполнение комплексного раскисления с применением элементов Zr, Ti, Mg и RE (редкоземельные элементы) приводит к тому, что в расплавленной стали легко формируются комплексные оксиды сульфида. Ниже на примере легирующих элементов Zr, La и Ce представлен термодинамический расчет (формула 3-6). Результаты показывают, что Zr напрямую вступает в реакцию с оксидами Ti2O3 и Al2O3 (формулы 3, 4); комплексное добавление элементов Zr и Ti для раскисления приводит к равномерному распределению комплексных оксидов в расплавленной стали. Этот вывод предоставляет теоретическую поддержку тому, что Zr способен улучшать часто встречающиеся в стали примеси (например, Al2O3). Формулы 5 и 6 показывают, что при низкой концентрации кислорода редкоземельные элементы RE напрямую вступают в реакцию с Al, содержащимся в расплавленной стали, и образуют (La, Ce)-AlO3.[00076] By performing complex deoxidation using Zr, Ti, Mg and RE (rare earth elements), complex sulfide oxides are easily formed in the molten steel. Below, a thermodynamic calculation is given by taking Zr, La and Ce as an example (formula 3-6 ). The results show that Zr directly reacts with Ti2O3 and Al2O3 oxides (formulas 3, 4); the complex addition of Zr and Ti elements for deoxidation leads to a uniform distribution of the complex oxides in the molten steel. This finding provides theoretical support for the fact that Zr can improve the impurities (e.g. Al2O3 ) commonly found in steel. Formulas 5 and 6 show that, under low oxygen concentration , the rare earth elements RE directly react with Al contained in the molten steel to form (La, Ce) -AlO3 .

[00077] В том числе ΔG и ΔG θ (Дж/моль) - соответственно свободная энергия Гиббса и стандартная свободная энергию Гиббса; R - константа (Дж/(моль·к)); T - температура (K); a i - активность элемента I,I; J1, J2, J3, J4 - соответственно , , , . Для низколегированной высокопрочной стали по варианту реализации изобретения температура плавления задана в значении 1873 K, соответствующая свободная энергия Гиббса последовательно составляет -7298,12 кДж/(моль⋅K), -11,99 кДж/(моль⋅K), -646,152 кДж/(моль⋅K), -833,13 кДж/(моль⋅K); все значения свободной энергии Гиббса являются отрицательными; это означает, что все реакции протекают самопроизвольно.[00077] Including Δ G and Δ G θ (J/mol) - respectively, the Gibbs free energy and the standard Gibbs free energy; R is a constant (J/(mol K)); T is the temperature (K); a i is the activity of element I,I; J 1 , J 2 , J 3 , J 4 - respectively , , , . For low-alloy high-strength steel according to the embodiment of the invention, the melting temperature is set at 1873 K, the corresponding Gibbs free energy is successively -7298.12 kJ/(mol⋅K), -11.99 kJ/(mol⋅K), -646.152 kJ/(mol⋅K), -833.13 kJ/(mol⋅K); all Gibbs free energy values are negative; this means that all reactions occur spontaneously.

[00078] (3) Механизм образования комплексных оксидов сульфида[00078] (3) Mechanism of formation of complex sulfide oxides

[00079] В таблице 2 представлены формулы произведения твердой растворимости карбидов, нитридов и сульфидов. На фиг. 4 представлена кривая выделения и оседания примесей из расплавленной стали в процессе ее затвердевания и охлаждения, рассчитанная с помощью термодинамического программного обеспечения JMatPro. На фиг. 4 видно, что при температуре около 1400°С начинается процесс седиментации и удлинения формы нитридов; седиментация и удлинение формы сульфидов начинается при температуре около 1300°С. Седиментация карбонитрида начинается при температуре около 1100°С. В поздней фазе затвердевания CaS, TiN и другие соединения главным образом оседают на поверхности предварительно образованных оксидных включений. Поэтому после комплексного легирования с применением Zr, Ti, Mg и RE (редкоземельные элементы) после процедуры непрерывного литья жидкой стали или ее разливки в формы при последующей прокатке образуются комплексные примеси со структурой ядро-оболочка, представленные на фиг. 1.[00079] Table 2 presents the formulas for the solid solubility product of carbides, nitrides and sulfides. Fig. 4 shows the curve of precipitation and sedimentation of impurities from molten steel during its solidification and cooling, calculated using the JMatPro thermodynamic software. It can be seen from Fig. 4 that at a temperature of about 1400°C, the process of sedimentation and elongation of the nitride shape begins; sedimentation and elongation of the sulfide shape begins at a temperature of about 1300°C. Sedimentation of carbonitride begins at a temperature of about 1100°C. In the late phase of solidification, CaS, TiN and other compounds mainly settle on the surface of pre-formed oxide inclusions. Therefore, after complex alloying using Zr, Ti, Mg and RE (rare earth elements) after the procedure of continuous casting of liquid steel or its pouring into molds during subsequent rolling, complex impurities with a core-shell structure are formed, shown in Fig. 1.

Таблица 2. Формулы произведения твердой растворимости карбидов, нитридов и сульфидовTable 2. Formulas for the solid solubility product of carbides, nitrides and sulfides

No. Фаза выделенияThe release phase Формула произведения
твердой растворимости
Product formula
solid solubility
11 NbCNBC lg{[Nb]·[C]}= 2,26-6770/T lg{[Nb]·[C]}= 2.26-6770/ T 22 NbNNbN lg{[Nb]·[N]} = 2,80-8500/T lg{[Nb]·[N]} = 2.80-8500/ T 33 TiCTiC lg{[Ti]·[C]} = 2,75-7000/T lg{[Ti]·[C]} = 2.75-7000/ T 44 TiNTiN lg{[Ti]·[N]} = 0,32-8000/T lg{[Ti]·[N]} = 0.32-8000/ T 55 MnSMnS lg{[Mn]·[S]} = 5,02-11625/T lg{[Mn]·[S]} = 5.02-11625/ T

[00080] MnS и ZrO2 имеют чрезвычайно схожие постоянные кристаллической решетки; подробные данные представлены в таблице 3. MnS и ZrO2 имеют хорошую связь на базе схожести кристаллической решетки, и это снижает энергию поверхности раздела фаз между ними. Относительная низкая энергия поверхности раздела фаз приводит к созданию хороших адгезионных свойств между зернами кристаллов разных границ разделов. Это еще раз доказывает причину, по которой в исследуемых образцах не образуются полосы или связки сульфидов. Причина кроется в том, что MnS имеет тенденцию осаждаться на предварительно сформированных частицах ZrO2, что приводит к измельчению, сфероидизации и дисперсии сульфидов. А это, в свою очередь, способствует повышению пластичности и вязкости ферритных нержавеющих сталей, прошедших комплексное раскисление с применением Zr и Mg.[00080] MnS and ZrO 2 have very similar lattice constants, the details are shown in Table 3. MnS and ZrO 2 have good bonding based on the similarity of the crystal lattice, and this reduces the interfacial energy between them. The relatively low interfacial energy results in good adhesion properties between the crystal grains of different interfaces. This again proves the reason why sulfide bands or bundles are not formed in the test samples. The reason is that MnS tends to precipitate on the preformed ZrO 2 particles, which leads to refinement, spheroidization and dispersion of sulfides. And this, in turn, contributes to the increase in ductility and toughness of ferritic stainless steels complexly deoxidized with Zr and Mg.

[00081] Таблица 3. Постоянные кристаллической решетки MnS и ZrO2 [00081] Table 3. Crystal lattice constants of MnS and ZrO 2

ВидView Кристаллическая структураCrystal structure Кристаллографическая плоскость(hkl)Crystallographic plane(hkl) Межплоскостное пространство Interplanar space ββ intint hh kk ll aa bb cc ZrO2 ZrO2 МоноклиннаяMonoclinic 002002 2,6212,621 99,2399.23 2020 00 00 22 5,1455,145 5,2075,207 5,3115,311 022022 1,8471,847 1414 00 22 22 113113 1,5091,509 44 11 11 33 MnSMnS ГЦКGCC 111111 2,6122,612 9090 100100 11 11 11 5,2245,224 5,2245,224 5,2245,224 220220 1,8471,847 5050 22 22 00 222222 1,5091,509 2020 22 22 22

[00082] (4) Механизмы измельчения и дисперсии комплексных примесей-раскислителей[00082] (4) Mechanisms of grinding and dispersion of complex impurities-deoxidizers

[00083] Плотность состояний (DOS) является применимым инструментом для анализа твердых электронных структур. DOS оксидов представлена на фиг. 5. Касательно Ti2O3, зазоры на поверхности Ферми отсутствуют, что указывает на ее металличность. Касательно 2 и Al2O3, зазоры на поверхности Ферми составляют соответственно 3,5 эВ и 6,3 эВ. Большая величина зазора означает, что данное вещество имеет хорошую изоляционность; при 1273 K удельная электропроводность Ti2O3, ZrO2 и Al2O3 составляет соответственно 102Ом−1м−1, 10-1Ом−1м−1 и 10-2Ом−1м−1; в данных DOS и литературных источниках (Zhang X, Qin R. Controlled motion of electrically neutral microparticles by pulsed direct current [J]. 2015,5:10162) данные об удельной электропроводимости совпадают.[00083] The density of states (DOS) is an applicable tool for the analysis of solid electronic structures. The DOS of oxides is shown in Fig. 5. For Ti 2 O 3 , there are no gaps on the Fermi surface, indicating its metallicity. For ZrO 2 and Al 2 O 3 , the gaps on the Fermi surface are 3.5 eV and 6.3 eV, respectively. The large gap value means that the material has good insulating property; at 1273 K, the specific conductivity of Ti 2 O 3 , ZrO 2 , and Al 2 O 3 is 10 2 Ω −1 m −1 , 10 -1 Ω −1 m −1 , and 10 -2 Ω −1 m −1 , respectively; In the DOS data and literary sources (Zhang X, Qin R. Controlled motion of electrically neutral microparticles by pulsed direct current [J]. 2015,5:10162) the data on specific electrical conductivity coincide.

[00084] Удельная электропроводность оксидов является ключевым фактором движений в расплавленной стали. Из имеющихся результатов исследований понятно, что движущая сила движения Al2O3 в расплавленной стали больше движущей силы движения ZrO2. В процессе гальванизации и рафинирования частицы ZrO2 демонстрируют тенденцию ко взаимному отталкиванию и очень редко собираются вместе, тогда как частицы Al2O3 легко сталкиваются и образуют крупные гранулы, которые всплывают на поверхность жидкой стали и абсорбируются покрывающим расплавленную сталь агентом. Поэтому в сравнении со стандартизированным раскислением с применением Al комплексное раскисление с применением Zr, Ti, Mg и RE приводит к образованию мелкозернистых, дисперсных и распределенных комплексных оксидов; это доказывают и результаты экспериментов, представленные на фиг. 1 и фиг. 2.[00084] The specific electrical conductivity of oxides is a key factor in the movements in molten steel. From the existing research results, it is clear that the driving force of the movement of Al 2 O 3 in molten steel is greater than that of ZrO 2 . During the galvanizing and refining process, ZrO 2 particles tend to repel each other and rarely aggregate together, while Al 2 O 3 particles easily collide and form large granules that float to the surface of the molten steel and are absorbed by the coating agent of the molten steel. Therefore, compared with the standardized deoxidation using Al, the complex deoxidation using Zr, Ti, Mg, and RE results in the formation of fine-grained, dispersed, and distributed complex oxides; this is also proven by the experimental results shown in Fig. 1 and Fig. 2.

[00085] В соответствии с основными принципами металлургической термодинамики элементы Zr, Ti, Mg и RE имеют сильные способности к образованию оксидов; комплексное раскисление с применением Zr, Ti, Mg и RE способствует снижению содержания свободного кислорода в расплавленной стали. В таблице 4 представлена плотность основных оксидов в составе стали. Из содержания таблицы 4 видно, что плотность ZrO2 составляет 5,68 г/см3; она превышает плотность Al2O3 (3,97 г/см3) и более близка к плотности жидкой стали (7,15 г/см3). Редкоземельные оксиды в сравнении с ZrO2 имеют еще более высокую плотность (6,87 г/см3), поэтому добавление редкоземельных элементов способствует тому, чтобы плотность комплексных оксидов приближалась к плотности жидкой стали. Поэтому сразу после того, как в условиях высокой температуры образуются устойчивые оксиды, сложные оксиды, главным образом включающие ZrO2 и оксиды редкоземельных элементов, которые равномерно распределяются по поверхности расплавленной стали, а частицы Al2O3 сталкиваются и сосредотачиваются на поверхности расплавленной стали, становясь составной частью стального шлака; часть частиц Al2O3, которые не в состоянии всплыть на поверхность, остаются в составе стали в виде крупных кластерных включений.[00085] According to the basic principles of metallurgical thermodynamics, the elements Zr, Ti, Mg and RE have strong oxide-forming abilities; complex deoxidation using Zr, Ti, Mg and RE helps to reduce the free oxygen content in molten steel. Table 4 shows the density of the main oxides in the steel. It can be seen from the content of Table 4 that the density of ZrO 2 is 5.68 g/cm 3 ; it is higher than the density of Al 2 O 3 (3.97 g/cm 3 ) and closer to the density of liquid steel (7.15 g/cm 3 ). Rare earth oxides have an even higher density (6.87 g/cm 3 ) compared to ZrO 2 , so the addition of rare earth elements helps the density of the complex oxides to approach the density of liquid steel. Therefore, immediately after stable oxides are formed under high temperature conditions, complex oxides mainly including ZrO2 and rare earth oxides are uniformly distributed on the surface of molten steel, and Al2O3 particles collide and concentrate on the surface of molten steel, becoming a component of steel slag; part of the Al2O3 particles that are unable to float to the surface remain in the steel as large cluster inclusions.

[00086] Таблица 4. Плотность жидкой стали и разных видов примесей[00086] Table 4. Density of liquid steel and different types of impurities

ПримесьAdmixture Ce2O3 Ce2O3 Al2O3 Al2O3 ZrO2 ZrO2 Ti2O3 Ti2O3 TiO2 TiO2 CaOCaO FeOFeO MnOMnO MnO2 MnO2 Плотность, (г/см3)Density, (g/ cm3 ) 6,876.87 3,973.97 5,685.68 4,484.48 4,234.23 3,343.34 5,755.75 5,375.37 5,035.03 ПримесьAdmixture MgOMgO SiO2 SiO2 Fe2O3 Fe2O3 CaSCaS MnSMnS MgSMgS FeSFeS TiNTiN AlNAlN ПлотностьDensity 3,583.58 2,652.65 5,245.24 2,592.59 4,894.89 2,802.80 4,854.85 5,225.22 3,263.26

[00087] (5) Физические механизмы приближения объемного модуля упругости примесей к показателю матричной фазы железа[00087] (5) Physical mechanisms of approximation of bulk modulus of elasticity of impurities to that of the matrix phase of iron

[00088] В таблице 5 представлены кристаллические структуры выбранной матричной фазы железа и примесей; в таблице 6 представлены определенные на основе расчетов по первому принципу физические свойства соответствующих примесей. В соответствии с результатами расчета объемный модуль упругости LaAlO3 (192,61) и La2O7Zr2 (165,83) меньше, чем у Al2O3 (249,54) и ZrO2 (271,06), а объемный модуль упругости LaAlO3 (192,61) приближается к соответствующему параметру матричной фазы железа (194,76). Другие примеси, такие как CaO (114,11), MgO (165,84), TiN (175,02) и CaS (57,05), демонстрируют более низкий в сравнении с матрицей объемный модуль упругости.[00088] Table 5 presents the crystal structures of the selected iron matrix phase and impurities; Table 6 presents the physical properties of the corresponding impurities determined on the basis of first-principle calculations. According to the calculation results, the bulk modulus of elasticity of LaAlO 3 (192.61) and La 2 O 7 Zr 2 (165.83) is lower than that of Al 2 O 3 (249.54) and ZrO 2 (271.06), and the bulk modulus of elasticity of LaAlO 3 (192.61) approaches the corresponding parameter of the iron matrix phase (194.76). Other impurities, such as CaO (114.11), MgO (165.84), TiN (175.02) and CaS (57.05), exhibit a lower bulk modulus of elasticity compared to the matrix.

[00089] Таблица 5. Параметры кристаллических структур примесей и матрицы BCC[00089] Table 5. Parameters of the crystal structures of impurities and the BCC matrix

[00090] Таблица 6. Результаты расчетов физических свойств примесей и матрицы[00090] Table 6. Results of calculations of physical properties of impurities and matrix

[00091] (6) Признаки локального напряжения комплексных примесей[00091] (6) Signs of local stress of complex impurities

[00092] Технология дифракции обратно рассеянных электронов (Electron back-scattering diffraction, EBSD) позволяет получать информацию об ориентации кристаллов, фазовом распределении и деформациях в микроструктуре материалов. Для тестирования по технологии EBSD в рамках данных испытательных работ используется напряжение 20 кВ и ток 13 нА; чтобы определить искажение решетки между примесями и матрицей, необходимо максимально исключить влияние внешних напряжений на примеси; поэтому после полировки образцы необходимо дополнительно отшлифовать с помощью ионно-аргоновой полировальной машины (GATAN 685). Схемы качества изображения (Image Quality, IQ), полученные в результате тестирования EBSD, главным образом используются для описания качества узоров EBSD. Говоря конкретно, изменение качества узоров выражает распределение деформаций в микроструктуре. Например, при возникновении искажений в кристаллической решетке на схеме IQ образуются рассредоточенные дифракционные узоры относительно низкого качества, а в соответствующих местах на схеме происходит усиление интенсивности серого оттенка. А схема средней дезориентации ядер (Kernel Average Misorientation, KAM) применяется для характеризации степени гомогенизации местной концентрации напряжения или искажений кристаллической решетки. Как правило, относительно высокое значение КАМ означает наличие в этой зоне относительно высокой степени деформации/плотности дислокации; чем выше значение, тем выше концентрация напряжений.[00092] Electron back-scattering diffraction (EBSD) technology provides information on crystal orientation, phase distribution and deformations in the microstructure of materials. For EBSD testing in this test work, a voltage of 20 kV and a current of 13 nA are used; in order to determine the lattice distortion between impurities and the matrix, it is necessary to exclude the influence of external stresses on the impurities as much as possible; therefore, after polishing, the samples must be additionally ground using an ion-argon polishing machine (GATAN 685). The image quality (IQ) diagrams obtained from EBSD testing are mainly used to describe the quality of the EBSD patterns. Specifically, the change in pattern quality expresses the distribution of deformations in the microstructure. For example, when lattice distortions occur, the IQ pattern produces relatively low-quality dispersed diffraction patterns, and the corresponding locations in the pattern show an increase in gray intensity. And the Kernel Average Misorientation (KAM) pattern is used to characterize the degree of homogenization of local stress concentration or lattice distortions. As a rule, a relatively high KAM value indicates the presence of a relatively high degree of deformation/dislocation density in that area; the higher the value, the higher the stress concentration.

[00093] На фиг. 6 представленные результаты исследования признаков EBSD областей с комплексными примесями в составе образца стали. Результаты показывают, что схема IQ имеет четкое качество изображения; на схеме КАМ видно, что вокруг комплексных включений расположены участки главным образом синего цвета (низкая деформация), то есть вокруг комплексных включений расположены скопления исключительно с малой степенью деформации. Это свидетельствует о том, что комплексные примеси, образованные в результате комплексного раскисления с использованием и редкоземельного элемента La, создают чрезвычайно малое напряжение в матрице. Добавление редкоземельных элементов положительно сказывается на образовании комплексных примесей редкоземельных элементов в составе стали, таких как LaAlO3 и La2O7Zr2, и способствует снижению напряжений, создаваемых при образовании примесей.[00093] Fig. 6 shows the results of the study of the EBSD features of the regions with complex impurities in the composition of the steel sample. The results show that the IQ diagram has a clear image quality; the KAM diagram shows that the areas around the complex inclusions are mainly blue (low deformation), that is, clusters with only a small degree of deformation are located around the complex inclusions. This indicates that the complex impurities formed as a result of complex deoxidation using the rare earth element La create an extremely small stress in the matrix. The addition of rare earth elements has a positive effect on the formation of complex impurities of rare earth elements in the steel composition, such as LaAlO 3 and La 2 O 7 Zr 2 , and helps to reduce the stresses created during the formation of impurities.

[00094] (7) Механизм влияния добавления редкоземельных элементов на физические свойства комплексных примесей[00094] (7) The mechanism of influence of the addition of rare earth elements on the physical properties of complex impurities

[00095] Добавление редкоземельных элементов влияет не только на зернистость и микроструктуру, но и на тип образуемых примесей и их физические свойства. Редкоземельные элементы имеют более сильное сродство с кислородом и серой в сравнении с другими раскислителями, включая Zr, Ti, и способны образовывать оксиды и сульфиды редкоземельных элементов, а также способствуют образованию сложных примесей редкоземельных элементов в составе с другими раскислителями, например, LaAlO3 и La2O7Zr2. В сравнении с оксидом Al2O3, объемный модуль упругости LaAlO3 более приближен к аналогичному показателю матрицы Fe; это говорит о том, что включение LaAlO3 имеет несжимаемость, схожую с аналогичным параметром матрицы. Кроме этого, модуль упругого растяжения Юнга LaAlO3 также приближен к аналогичному показателю матрицы (Фиг. 7); как известно, модуль упругого растяжения Юнга прямо пропорционален твердости материала, то есть твердость комплексной смеси редкоземельных металлов более приближена к аналогичному показателю матрицы.[00095] The addition of rare earth elements affects not only the grain size and microstructure, but also the type of impurities formed and their physical properties. Rare earth elements have a stronger affinity for oxygen and sulfur compared to other deoxidizers, including Zr, Ti, and are capable of forming oxides and sulfides of rare earth elements, and also contribute to the formation of complex impurities of rare earth elements in the composition with other deoxidizers, for example, LaAlO 3 and La 2 O 7 Zr 2 . Compared with the oxide Al 2 O 3 , the bulk modulus of elasticity of LaAlO 3 is closer to the similar indicator of the Fe matrix; this indicates that the inclusion of LaAlO 3 has an incompressibility similar to the similar parameter of the matrix. In addition, the elastic tensile Young's modulus of LaAlO 3 is also close to the similar indicator of the matrix (Fig. 7); As is known, Young's modulus of elastic tension is directly proportional to the hardness of the material, that is, the hardness of a complex mixture of rare earth metals is closer to the similar indicator of the matrix.

[00096] Обобщая вышесказанное, следует отметить, что, в отличие от традиционной технологии раскисления с применением Al, комплексные смеси редкоземельных металлов, образующиеся при применении технологии раскисления с редкоземельными металлами, уменьшают микрозазоры между включениями и матрицей, что приводит к образованию равномерной деформации между ними и способствует улучшению механических свойств стального материала, улучшению его усталостной стойкости и стойкости к локализованной коррозии.[00096] To summarize the above, it should be noted that, in contrast to the traditional deoxidation technology using Al, complex mixtures of rare earth metals formed when using deoxidation technology with rare earth metals reduce the microgaps between the inclusions and the matrix, which leads to the formation of uniform deformation between them and contributes to the improvement of the mechanical properties of the steel material, improving its fatigue resistance and resistance to localized corrosion.

[00097] Из приведенных выше результатов очевидно, что данная комплексная добавка и метод плавки подходят для использования в сталях для морского строительства, стали для трубопроводов и сосудов, стали для криогенных сосудов, стали для мостовых балок, стали для металлических опор, стали для рельсов, подшипниковой стали, зубчатой стали, стали для кордов, рессорной стали, стали для холодной высадки, стали для производства автомобилей, электротехнической стали, стали для мостовых опор, стали для мостовых тросов, нержавеющей стали, двутавровой стали и других видов стали, в которых предъявляются высокие требования к форме включений; образующиеся примеси представляют собой комплексные примеси со структурой ядро-оболочка, зернистость, сфероидизация, дисперсность и объемный модуль упругости которых аналогичен соответствующим показателям матричной фазы железа; они заметно повышают стойкость к коррозии в нейтральной водной среде, стойкость к морской коррозии, усталостную стойкость, а также повышают пластическую вязкость и снижают локальную концентрацию напряжения.[00097] From the above results, it is obvious that this complex additive and smelting method are suitable for use in marine steel, pipeline and vessel steel, cryogenic vessel steel, bridge girder steel, metal support steel, rail steel, bearing steel, toothed steel, cord steel, spring steel, cold heading steel, automobile steel, electrical steel, bridge pier steel, bridge cable steel, stainless steel, I-beam steel and other steels that have high requirements for the shape of inclusions; the resulting impurities are complex impurities with a core-shell structure, the granularity, spheroidization, dispersion and bulk modulus of elasticity of which are similar to those of the matrix phase of iron; they markedly improve the corrosion resistance in a neutral aqueous medium, the resistance to marine corrosion, the fatigue resistance, and also increase the plastic viscosity and reduce the local stress concentration.

[00098] Использованные в данном описании такие справочные термины как «один вариант реализации», «несколько вариантов реализации», «пример, «конкретный пример» и «несколько примеров» подразумевают под собой сочетание этих вариантов реализации или приводимые в пример конкретные характерные признаки, структуру, материал или особенности, содержащиеся в одном или нескольких вариантах реализации данного изобретения. Смысл, передаваемый при использовании вышеперечисленных терминов в данном описании, не обязательно указывает на аналогичный вариант реализации или приводимый пример. При этом, содержащиеся в описании конкретные характерные признаки, структура, материал или особенности могут соответствующим способом сочетаться в одном или нескольких вариантах реализации или приводимых примерах. Кроме этого, при отсутствии взаимных противоречий технический персонал в данной сфере может сочетать или объединять представленные в данном описании разные варианты реализации или приводимые примеры, равно как и их характерные признаки.[00098] As used in this description, reference terms such as "one embodiment," "multiple embodiments," "example," "specific example," and "multiple examples" mean a combination of these embodiments or the exemplified specific features, structure, material, or characteristics contained in one or more embodiments of the present invention. The meaning conveyed by the use of the above terms in this description does not necessarily indicate a similar embodiment or example. However, the specific features, structure, material, or characteristics contained in the description may be combined in a suitable manner in one or more embodiments or examples. In addition, without mutual contradiction, the technical personnel in this field can combine or combine different embodiments or examples presented in this description, as well as their specific features.

[00099] Представленные и описанные выше варианты реализации данного изобретения должны быть интерпретированы как показательные примеры его использования и не могут быть интерпретированы в качестве какого-либо ограничения данного изобретения, при этом обычный технический персонал в данной сфере может в пределах объема данного изобретения вносить изменения, поправки, замены или модификации в упомянутые варианты реализации.[00099] The embodiments of the present invention shown and described above should be interpreted as illustrative examples of its use and cannot be interpreted as any limitation of the present invention, while ordinary technical personnel in this field can, within the scope of the present invention, make changes, amendments, replacements or modifications to the mentioned embodiments.

Claims (11)

1. Комплексная добавка для раскисления стали, характеризующаяся тем, что в ее состав входят следующие химические компоненты в массовом процентном содержании: Fe 41-59%, Zr 5-11%, Ti 14-26%, Mg 11-19%, редкоземельные элементы (RE) 4-10%; массовое процентное содержание элементов Zr, Ti, Mg и RE удовлетворяет следующей формуле: (Ti+Mg+RE)/Zr=4-8.1. A complex additive for steel deoxidation, characterized by the fact that it contains the following chemical components in mass percentage content: Fe 41-59%, Zr 5-11%, Ti 14-26%, Mg 11-19%, rare earth elements (RE) 4-10%; the mass percentage content of the elements Zr, Ti, Mg and RE satisfies the following formula: (Ti+Mg+RE)/Zr=4-8. 2. Комплексная добавка по п. 1, характеризующаяся тем, что в ее состав входят следующие химические компоненты в массовом процентном содержании: Fe 46-57%, Zr 6-11%, Ti 15-16%, Mg 12-19%, RE 9-10%.2. A complex additive according to item 1, characterized in that it contains the following chemical components in mass percentage content: Fe 46-57%, Zr 6-11%, Ti 15-16%, Mg 12-19%, RE 9-10%. 3. Комплексная добавка по п. 1, характеризующаяся тем, что в ее состав входят следующие химические компоненты в массовом процентном содержании: Fe 50%, Zr 8%, Ti 20%, Mg 15%, RE 7%.3. A complex additive according to item 1, characterized in that it contains the following chemical components in mass percentage content: Fe 50%, Zr 8%, Ti 20%, Mg 15%, RE 7%. 4. Комплексная добавка по любому из пп. 1-3, характеризующаяся тем, что редкоземельные элементы (RE) включают в себя элемент La и элемент Ce, массовое отношение которых составляет (70-90):(10-30).4. A complex additive according to any one of paragraphs 1-3, characterized in that the rare earth elements (RE) include the element La and the element Ce, the mass ratio of which is (70-90):(10-30). 5. Комплексная добавка по любому из пп. 1-3, характеризующаяся тем, что упомянутый элемент Zr представляет собой губчатый металлический цирконий и/или металлический цирконий; упомянутый элемент Mg представляет собой любой один вид или комбинацию по меньшей мере двух видов из числа кусков металлического магния, зерен магния, кусков сплава магний-цирконий и зерен сплава магний-цирконий.5. A complex additive according to any one of paragraphs 1-3, characterized in that said element Zr is spongy metallic zirconium and/or metallic zirconium; said element Mg is any one type or a combination of at least two types from among pieces of metallic magnesium, grains of magnesium, pieces of magnesium-zirconium alloy and grains of magnesium-zirconium alloy. 6. Способ производства стали, характеризующийся тем, что включает в себя следующую последовательность:6. A method of producing steel characterized by the fact that it includes the following sequence: (1) регулируют температуру и состав расплава для получения жидкой стали;(1) regulate the temperature and composition of the melt to produce liquid steel; (2) жидкую сталь запускают в ковш, выполняют ее предварительное раскисление, а затем с помощью комплексной добавки по любому из пп. 1-5 выполняют окончательное раскисление и получают жидкую сталь после окончательного раскисления;(2) liquid steel is introduced into a ladle, its preliminary deoxidation is performed, and then, using a complex additive according to any of paragraphs 1-5, final deoxidation is performed and liquid steel is obtained after final deoxidation; (3) жидкую сталь после окончательного раскисления последовательно подвергают рафинированию и затем используют для непрерывного литья.(3) The liquid steel after final deoxidation is sequentially refined and then used for continuous casting. 7. Способ по п. 6, характеризующийся тем, что в шаге (1) температура упомянутой жидкой стали составляет 1551-1690°С, содержание свободного кислорода в упомянутой жидкой стали составляет 101-399 частей на миллион; шаг (2) - жидкую сталь запускают в ковш, в условиях пузырькового перемешивания упомянутую жидкую сталь в ковше предварительно раскисляют с использованием сплава Fe-Si или сплава Fe-Si-Mn, при этом содержание свободного кислорода в упомянутой жидкой стали регулируют в диапазоне 11-99 частей на миллион; далее в условиях пузырькового перемешивания с применением комплексной добавки выполняют окончательное раскисление и получают жидкую сталь после окончательного раскисления; в шаге (3) сначала выполняют рафинирование посредством печи-ковша (LF), рафинирование жидкой стали посредством рециркуляционного вакуумирования (VD) или вакуумно-дугового рафинирования (RH) упомянутой жидкой стали после окончательного раскисления, а затем используют ее для непрерывного литья.7. The method according to claim 6, characterized in that in step (1) the temperature of said liquid steel is 1551-1690°C, the content of free oxygen in said liquid steel is 101-399 parts per million; step (2) - liquid steel is launched into a ladle, under bubble mixing conditions said liquid steel in the ladle is preliminarily deoxidized using an Fe-Si alloy or a Fe-Si-Mn alloy, wherein the content of free oxygen in said liquid steel is adjusted in the range of 11-99 parts per million; then, under bubble mixing conditions using a complex additive, final deoxidation is performed and liquid steel is obtained after final deoxidation; in step (3), first performing refining by means of a ladle furnace (LF), refining the liquid steel by means of recirculation vacuum degassing (VD) or vacuum arc refining (RH) of said liquid steel after final deoxidation, and then using it for continuous casting. 8. Способ по п. 6, характеризующийся тем, что в шаге (2) последовательности объем добавления упомянутой комплексной добавки в каждую тонну упомянутой жидкой стали составляет 0,51-4,9 кг.8. The method according to item 6, characterized in that in step (2) of the sequence the volume of addition of the said complex additive to each ton of the said liquid steel is 0.51-4.9 kg.
RU2024101401A 2023-08-03 2024-01-22 Complex additive for steel deoxidation and method of steel manufacturing RU2842922C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310971995.5 2023-08-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2842922C1 true RU2842922C1 (en) 2025-07-03

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106636552A (en) * 2016-11-19 2017-05-10 浙江宝信新型炉料科技发展有限公司 Composite cored wire composed of solid calcium metal, silicon iron and titanium-silicon nitride alloy containing rare earth, barium and molybdenum
US10465258B2 (en) * 2015-04-17 2019-11-05 The Curators Of The University Of Missouri Grain refinement in iron-based materials
RU2723863C1 (en) * 2019-08-05 2020-06-17 Общество с ограниченной ответственностью Новые перспективные продукты Технология Wire with filler for out-of-furnace treatment of metallurgical melts
RU2776573C1 (en) * 2021-11-17 2022-07-22 Общество с ограниченной ответственностью "ЦЕНТР ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК НПП" Modifier for iron-carbon melts and method for its manufacture

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10465258B2 (en) * 2015-04-17 2019-11-05 The Curators Of The University Of Missouri Grain refinement in iron-based materials
CN106636552A (en) * 2016-11-19 2017-05-10 浙江宝信新型炉料科技发展有限公司 Composite cored wire composed of solid calcium metal, silicon iron and titanium-silicon nitride alloy containing rare earth, barium and molybdenum
RU2723863C1 (en) * 2019-08-05 2020-06-17 Общество с ограниченной ответственностью Новые перспективные продукты Технология Wire with filler for out-of-furnace treatment of metallurgical melts
RU2776573C1 (en) * 2021-11-17 2022-07-22 Общество с ограниченной ответственностью "ЦЕНТР ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК НПП" Modifier for iron-carbon melts and method for its manufacture
RU2779272C1 (en) * 2022-05-20 2022-09-05 Общество с ограниченной ответственностью "ЦЕНТР ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК" "НПП" Modifier for iron-carbon melts and method for its production

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101263102B1 (en) Pearlite rail with excellent wear resistance and toughness
JP3803582B2 (en) Steel refinement method, steel refinement alloy and production method of refinement alloy
KR101668201B1 (en) Case-hardened steel having excellent fatigue characteristics
US20090038439A1 (en) Process for producing steel for high-carbon steel wire material with excellent drawability and fatique characteristics
KR102810694B1 (en) Hot stamping molded parts and hot stamping steel sheets
KR101669374B1 (en) Induction-hardening steel having excellent fatigue characteristics
JP2007277727A (en) Stainless steel having excellent corrosion resistance, weldability and surface properties and method for producing the same
JP4025171B2 (en) Stainless steel having excellent corrosion resistance, weldability and surface properties and method for producing the same
US20250043371A1 (en) Composite additive for forming inclusions with core-shell structure, preparation method and smelting method
US20120261085A1 (en) Extremely low carbon steel plate excellent in surface characteristics, workability, and formability and a method of producing extremely low carbon cast slab
RU2842922C1 (en) Complex additive for steel deoxidation and method of steel manufacturing
CN115917014A (en) Method for manufacturing high-cleanliness steel
CN102015156A (en) Method for manufacturing low carbon steel sheet
US4009023A (en) Method for the refining of molten metal
JP7530447B2 (en) Precipitation hardening martensitic stainless steel with excellent fatigue resistance
JP3740042B2 (en) Method for controlling the morphology of sulfide inclusions
JP2008266706A (en) Method for continuously casting ferritic stainless steel slab
CN1284868C (en) Preparation method of composite deoxidizer-silicon-aluminum-barium-calcium-manganese-iron alloy for steelmaking
JP7438435B1 (en) Stainless steel with excellent surface quality
RU2375463C2 (en) Wire for out-of-furnace treatment of metallurgical melts
JP2020158873A (en) Manufacturing method of sour-resistant steel
KR102103392B1 (en) Refining method and steel material
WO2025047170A1 (en) Ni alloy excellent in surface property and mechanical property
KR20030049612A (en) Method for manufacturing high quality al-killed steel utilizing ca-al alloy
CN115702253A (en) Method for producing cast slab as raw material for high-fatigue-strength steel